Tabella di marcia per l'elettrificazione: progressi e sfide nell'elettrificazione dell'industria dei trasporti commerciali

I veicoli elettrici (EV) destinati ai consumatori hanno registrato una notevole penetrazione di mercato nell'ultimo decennio. Secondo Reuters, il terzo trimestre del 2023 ha visto il numero più alto di vendite di EV negli Stati Uniti, con una quota di mercato del 7,9%, in aumento di quasi il 50% rispetto all'anno precedente. Tuttavia, altri settori dell'industria dei trasporti sono stati più lenti nell'adottare l'elettrificazione. Questo articolo identifica diversi settori non destinati ai consumatori che probabilmente vedranno una crescita nella tecnologia dei veicoli elettrici nel prossimo futuro, nonché le sfide relative alle infrastrutture di ricarica per flotte di EV che hanno ritardato l'elettrificazione delle flotte commerciali.

Tendenze attuali e future nel trasporto

Autobus e camion rappresentano il prossimo ostacolo per l'elettrificazione dei trasporti. Fortunatamente, i rapidi progressi delle tecnologie dei veicoli elettrici, come i sistemi di gestione delle batterie, i relè automobilistici, i connettori automobilistici e altro ancora, stanno accelerando l'adozione dei veicoli elettrici in questi segmenti di trasporto:

Autobus Elettrici a Batteria (BEB)

I autobus elettrici a batteria (BEB), distinti dagli autobus elettrici alimentati da fili aerei, stanno diventando sempre più popolari negli ambienti urbani. I BEB sono stati impiegati nelle reti di trasporto pubblico grazie ai loro costi operativi più bassi, alle emissioni ridotte e alla facilità di manutenzione rispetto agli autobus a combustione o ai filobus.

Tuttavia, il loro utilizzo richiede infrastrutture di ricarica, quindi l'adozione potrebbe essere più lenta nelle regioni con minori politiche di incentivazione delle infrastrutture. Alcune città in tutto il mondo, come Shenzhen, hanno già sostituito l'intera flotta municipale di autobus grazie a massicci incentivi governativi e al produttore di veicoli elettrici cinese, BYD.

I progressi nelle tecnologie dei semiconduttori di potenza, come i MOSFET al carburo di silicio, consentono assemblaggi di batterie più economici e più efficienti. Con il continuo miglioramento della tecnologia delle batterie, aumenterà anche l'autonomia dei bus BEB, mentre il costo di questi veicoli diminuirà, favorendo una diffusione più ampia.

Autobus con ricarica in movimento (IMC)

Una soluzione ibrida tra autobus elettrici a batteria (BEB) e filobus è rappresentata dagli autobus con ricarica in movimento (IMC). Questa tecnologia emergente per gli autobus elettrici si trova principalmente nell'Europa centrale. Nelle città con linee di filobus già installate, gli autobus IMC possono ricaricarsi mentre sono in movimento e deviare dalle linee dei filobus secondo necessità.

Gli autobus IMC hanno una maggiore autonomia complessiva del veicolo, un peso a vuoto inferiore e utilizzano sistemi sofisticati di gestione della batteria per funzionare in combinazione con l'alimentazione diretta. Gli IMC potrebbero anche registrare un'espansione del mercato con la crescita delle tecnologie di ricarica stradale a induzione, supportata dal potenziamento delle infrastrutture per i veicoli dei consumatori. Per saperne di più sui sistemi di gestione della batteria e su come consentono un utilizzo efficiente dell'energia, leggi la guida di Arrow sui sistemi di gestione della batteria.

Camion per impieghi gravosi di fascia bassa e media

I camion pesanti stanno gradualmente passando all'alimentazione elettrica, soprattutto quelli che operano su percorsi a breve raggio. Sebbene questi veicoli abbiano requisiti di peso e potenza notevolmente diversi rispetto ai veicoli per i consumatori, la loro adozione risulta vantaggiosa grazie ai bassi costi di manutenzione della flotta e alle migliori prestazioni del veicolo.

In applicazioni a basso chilometraggio con frequenti fermate e partenze, come veicoli per le consegne e camion della spazzatura, i veicoli elettrici potrebbero rivelarsi molto più efficienti ed economici rispetto ai concorrenti con motori a combustione. Soprattutto in virtù della loro elevata capacità di coppia istantanea, è probabile che i veicoli elettrici pesanti vedano presto una diffusione su larga scala.

Ad esempio, Amazon ha recentemente collaborato con il produttore di veicoli elettrici Rivian per creare 100.000 veicoli per le consegne entro il 2030, sostituendo progressivamente la sua flotta esistente basata su combustione, tutto nell'ambito del suo impegno per raggiungere emissioni nette di carbonio pari a zero entro il 2040. Questa nuova flotta di veicoli sarà dotata di tecnologia EV all'avanguardia, sensori automobilistici e sistemi intelligenti di gestione delle batterie, che aiuteranno Amazon a servire i propri clienti in modo più efficiente e a ridurre i costi.

Sfide di ricarica per flotte di veicoli elettrici

Mezzi di trasporto come aerei, grandi navi e camion per lunghe percorrenze hanno meno probabilità di adottare la tecnologia EV nel breve termine per i seguenti motivi:

Densità di potenza

Attualmente, le batterie hanno un rapporto potenza-peso troppo elevato, rendendo la loro adozione inefficiente o impossibile per il volo. Gli aerei necessitano di una enorme potenza al minor peso possibile per raggiungere la massima efficienza. Anche nell'aviazione basata sulla combustione, più un velivolo è pesante, più è costoso farlo volare.

Il peso del carburante viene preso in seria considerazione su base per-volo, con le compagnie aeree che optano per una quantità minima di carburante di riserva per ogni volo al fine di massimizzare l'efficienza. Allo stesso modo, le grandi navi richiedono enormi quantità di energia per il loro trasporto. Sebbene immagazzinare questa energia possa inizialmente sembrare fattibile, le batterie odierne pesano ancora troppo per sostituire il carburante. Ad esempio, una nave portacontainer standard può trasportare circa 3 milioni di galloni di diesel. Un singolo gallone di diesel contiene 138.700 BTU o 40,6 kWh, che è l'equivalente in termini di energia immagazzinata di tre (3) Tesla Powerwall 3. Tre Tesla Powerwall 3 occupano 23.666,4 pollici cubi e pesano 861 libbre, mentre un gallone di diesel ha un volume di 231 pollici cubi e pesa 7,1 libbre.

Quindi, affinché una nave portacontainer sia completamente elettrica con le stesse capacità di potenza, dovrebbe supportare 102 volte lo spazio di stoccaggio e 121 volte il peso attuale del carburante immagazzinato. Per fare un confronto, 9 milioni di Tesla Powerwall 3 (equivalenti a 3 milioni di galloni di diesel) occupano un volume pari a 30.211 container. La nave portacontainer più grande al mondo può trasportare 24.000 container e immagazzina oltre 5 milioni di galloni di carburante per le sue operazioni.

Sfide dell'infrastruttura di ricarica per flotte di veicoli elettrici

I veicoli elettrici richiedono un'infrastruttura di supporto, come stazioni di ricarica o dock. Lo sviluppo di questa infrastruttura di ricarica può essere costoso negli ambienti urbani, proibitivo nei contesti rurali e persino tecnologicamente non fattibile negli ambienti marittimi.

Tra aerei, navi e camion a lungo raggio, quelli che probabilmente avranno un'infrastruttura di supporto nel breve termine sono i camion a lungo raggio, poiché una grande maggioranza degli ambienti urbani ha già iniziato l'elettrificazione delle infrastrutture per supportare i veicoli consumer. La sfida più grande per i camion a lungo raggio è l'elettrificazione delle aree rurali, che potrebbe limitare solo alcune rotte commerciali che coprono distanze al di fuori della portata dei veicoli elettrici a lungo raggio.

Le aree rurali potrebbero avere un'infrastruttura elettrica limitata o inesistente, per non parlare di un'infrastruttura abbastanza robusta da ricaricare continuamente le flotte di veicoli per il trasporto a lunga distanza. Per l'adozione dei camion per lunghe percorrenze, sarà probabilmente necessario sviluppare una generazione di energia dedicata e un sistema di trasporto nei punti di ricarica strategici, analogamente a come esistono aree di sosta rurali e stazioni di servizio per veicoli a combustione.

Considerazioni sui costi dei veicoli elettrici commerciali

Sebbene alcune industrie possano presto essere tecnicamente in grado di realizzare l'elettrificazione, il costo potrebbe essere proibitivo. Sostituire una flotta di veicoli a combustione interna con veicoli elettrici potrebbe risultare troppo costoso per qualsiasi azienda.

Per le industrie con margini di profitto limitati, il costo iniziale dei veicoli e delle infrastrutture probabilmente ostacolerà un'adozione diffusa, anche se nel lungo termine il costo operativo è inferiore. Gli incentivi normativi e politici potrebbero compensare i costi di investimento per accelerare un'adozione più ampia, in modo simile a come i crediti fiscali governativi accelerano l'adozione di veicoli per i consumatori nei paesi che desiderano farlo.

Un aumento nei veicoli elettrici commerciali

Sebbene alcuni settori possano essere più lenti ad adottare l'elettrificazione, come le grandi navi marittime, l'aviazione e i camion a lungo raggio, i recenti miglioramenti nella tecnologia dei veicoli elettrici stanno consentendo una rivoluzione nel trasporto commerciale. Gli autobus BEB e IMC stanno guadagnando popolarità a livello internazionale grazie ai loro costi operativi inferiori, alla riduzione delle emissioni e alle prestazioni superiori. È probabile che i camion pesanti vivano una rinascita dell'elettrificazione, come dimostra il piano di Amazon di sostituire 100.000 veicoli per la consegna a combustione con veicoli elettrici entro il prossimo decennio.

Sfide come la densità di potenza, le limitazioni delle infrastrutture e gli elevati costi iniziali rallenteranno l'elettrificazione di alcuni settori. Tuttavia, l'adozione continuata dei veicoli elettrici sarà visibile in quasi ogni industria e settore nei prossimi anni, man mano che i sistemi di monitoraggio delle batterie, la gestione dell'energia e la tecnologia dei veicoli elettrici continueranno a progredire.