Quale auto elettrica è più ecologica la batteria o la pila a combustibile?

Quale auto elettrica è più ecologica la batteria o la pila a combustibile?

Le comunità starebbero meglio investendo in veicoli elettrici che funzionano a batterie invece che a celle a combustibile a idrogeno. La ragione? L'idrogeno offre pochi benefici energetici aggiuntivi oltre al trasporto pulito.

Per un nuovo studio, i ricercatori hanno confrontato i due tipi di auto in un futuro ipotetico in cui il costo dei veicoli elettrici è più conveniente.

"Abbiamo esaminato come l'adozione su larga scala di veicoli elettrici influirebbe sull'uso totale di energia in una comunità, per edifici e trasporti", afferma l'autore principale Markus Felgenhauer, un dottorando presso l'Università tecnica di Monaco (TUM) ed ex in visita studioso presso il Global Climate and Energy Project (GCEP) della Stanford University.

"Abbiamo scoperto che investire in veicoli a batteria completamente elettrici è una scelta più economica per ridurre le emissioni di anidride carbonica, principalmente a causa del loro costo inferiore e dell'efficienza energetica significativamente più elevata".

Due "sapori"

"Studi come questi sono necessari per identificare i percorsi più economici e più efficienti per la decarbonizzazione profonda del sistema energetico globale", aggiunge il coautore dello studio Sally Benson, professore di ingegneria delle risorse energetiche a Stanford e direttore di GCEP.

I veicoli elettrici sono disponibili in due versioni: auto plug-in con batterie ricaricabili e veicoli a celle a combustibile che convertono il gas idrogeno in elettricità pulita.

A differenza delle auto a benzina, i veicoli a batteria e a celle a combustibile emettono zero carbonio quando guidati. Tuttavia, l'implementazione su scala richiederà una nuova infrastruttura costosa per caricare le batterie o fornire combustibile a idrogeno.

Che taglia le emissioni totali al minor costo?

Una domanda chiave per i responsabili delle politiche è che la tecnologia dei trasporti taglia le emissioni totali alle batterie a basso costo o alle celle a combustibile? Oltre al trasporto, la tecnologia a idrogeno potrebbe fornire energia pulita per il riscaldamento e l'illuminazione degli edifici, come suggerisce qualche ricerca?

Il nuovo studio, pubblicato sulla rivista Energia, è il primo ad affrontare entrambe le domande.

I ricercatori si sono concentrati sulla California, leader nel trasporto di veicoli elettrici. In tutto lo stato, le auto elettriche a batteria stanno crescendo in popolarità. Ma solo pochi produttori hanno iniziato a offrire veicoli a celle a combustibile. Per incoraggiare una più ampia adozione, lo stato ha assegnato più di $ 92 milioni per una rete di stazioni di rifornimento di idrogeno 50 da parte di 2017.

Attualmente nessuna delle fonti di energia è completamente priva di emissioni. Alcune persone caricano le loro auto elettriche da batterie inserendole nella rete elettrica, che fornisce elettricità generata in gran parte dai combustibili fossili che emettono carbonio.

Allo stesso modo, la maggior parte del combustibile a idrogeno deriva dal gas naturale attraverso un processo industriale che emette biossido di carbonio come sottoprodotto. Un dispositivo alternativo, chiamato elettrolizzatore, utilizza l'elettricità generata dal sole per suddividere l'acqua in idrogeno e ossigeno puliti, ma la tecnica è molto energivora e costosa.

Gli scenari

Nello studio, i ricercatori hanno creato scenari futuri per la città di Los Altos Hills, una comunità di circa 8,000 residenti nella Contea di Santa Clara.

"Los Altos Hills si distingue per una capacità di generazione solare insolitamente elevata nella contea con la più alta quota di veicoli elettrici nello stato", afferma Felgenhauer.

Gli scenari si sono concentrati su 10 in 20 anni nel futuro, quando si prevede che i veicoli a batteria e a celle a combustibile saranno utilizzati in modo molto più ampio e quando l'energia solare e gli elettrolizzatori sono competitivi rispetto alla rete elettrica.

Uno scenario per l'anno 2035 presupponeva che i veicoli elettrici avrebbero costituito il 38 percentuale della flotta di veicoli della città. Assunse anche che i veicoli a celle a combustibile sarebbero alimentati da idrogeno prodotto localmente con l'elettricità disponibile più economica, sia essa generata dal solare o ottenuta dalla rete.

I dati su Los Altos Hills sono stati alimentati con un modello computazionale sviluppato dal coautore dello studio Thomas Hamacher, professore di ingegneria elettrica e informatica presso TUM.

"Abbiamo fornito dati sulla quantità di energia di cui Los Altos Hills ha bisogno durante il giorno, oltre a dati finanziari sul costo della costruzione di nuove infrastrutture energetiche", afferma il coautore dello studio Matthew Pellow, ex studioso postdottorato del GCEP ora con l'Electric Power Research Institute . "Abbiamo incluso il costo di produzione di pannelli solari, elettrolizzatori, batterie e tutto il resto. Poi abbiamo detto al modello, dato il nostro scenario per 2035, dicci il modo più economico per soddisfare la domanda totale di energia della comunità ".

Per confrontare i costi di ogni scenario con i benefici climatici, i ricercatori hanno calcolato anche le emissioni di anidride carbonica prodotte in ciascun caso.

Hanno inoltre valutato i potenziali benefici dell'utilizzo dell'infrastruttura dell'idrogeno per immagazzinare energia pulita da utilizzare su richiesta. Durante le ore diurne, gli elettrolizzatori possono produrre idrogeno da un'eccedenza di energia solare che altrimenti andrebbe sprecata. Che l'idrogeno possa essere immagazzinato e convertito in elettricità rinnovabile, o utilizzato come alternativa pulita al gas naturale per riscaldare e illuminare gli edifici.

Risultati chiari

I risultati sono stati definitivi.

"In termini di costi complessivi, abbiamo riscontrato che i veicoli elettrici a batteria sono migliori dei veicoli a celle a combustibile per ridurre le emissioni", afferma Felgenhauer. "L'analisi ha dimostrato che per essere competitivi in ​​termini di costi, i veicoli a celle a combustibile dovrebbero avere un prezzo molto inferiore rispetto ai veicoli a batteria.

"Tuttavia, i veicoli a celle a combustibile potrebbero essere significativamente più costosi dei veicoli a batteria nel prossimo futuro. Un altro presunto beneficio dell'eccedenza di energia solare accumulata dall'idrogeno - non è emerso nemmeno nella nostra analisi. Abbiamo scoperto che in 2035 veniva utilizzata solo una piccola quantità di accumulo di idrogeno solare per il riscaldamento e l'illuminazione degli edifici. "

Mentre lo studio si concentra su una città della Bay Area, i risultati sono rilevanti per molte comunità di camere da letto con ampia luce solare in tutta la California, scrivono gli autori. Sperano di analizzare reti più ampie di comunità in studi futuri e di esaminare altri fattori che potrebbero influenzare le scelte dei consumatori al momento di decidere se acquistare una batteria o un'automobile a celle a combustibile.

"Il nostro obiettivo è fornire analisi obiettive e basate sui dati per aiutare a informare i responsabili delle politiche in California e altrove su quale sia il percorso tecnologico più conveniente nella lotta ai cambiamenti climatici", dice Pellow.

BMW Group e Stanford GCEP hanno finanziato il lavoro.

Fonte: Università di Stanford


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