< Previous70 I VETTORI ENERGETICI PER LA MOBILITÀ SOSTENIBILE. STATO DELL’ARTE E PROSPETTIVE DI IMPIEGO 70 Figura 17 - Vendite carrelli elevatori e immatricolazione veicoli elettrici (Fonte: elaborazioni FIRE da dati ACI, AISEM, ASCOMAC) II. Ambiti applicativi e range di utilizzo I carrelli elevatori si dividono a seconda della motorizzazione in elettrici e termici. Storicamente i carrelli elettrici erano scelti per le operazioni in am- bienti interni e carichi più leggeri, mentre i termici per operazioni all’esterno e carichi più gravosi e/o su più turni. Con l’affinarsi della tecnica, gli elettrici hanno aumentato prestazioni, autonomia e carico, mentre i termici hanno ri- dotto consumi ed emissioni, anche grazie a versioni ibride. Nella Figura 17 sono rappresentati anche i carrelli frontali termici, la cui diffusione rispetto agli elettrici si è ridotta da oltre il 30% nel 2010 a meno del 20% nel 2019. Un altro elemento da considerare è il fattore di utilizzo, che per i carrelli, nelle imprese che operano su tre turni, al netto dei tre cambi conducente e batteria può arrivare a circa venti ore al giorno e a tre scariche del 60% - 80% della batteria. Facendo un parallelo, tre batterie al 70% ogni giorno corrispon- derebbero a un kilometraggio da 100 mila a oltre 300 mila km all’anno per un’autovettura elettrica rispettivamente nel segmento A e D.71 I VETTORI ENERGETICI PER LA MOBILITÀ SOSTENIBILE. STATO DELL’ARTE E PROSPETTIVE DI IMPIEGO 71 Appendice: La mobilità sostenibile nel settore dell’intralogistica III. Punti di forza Similmente ad altri settori del trasporto su terra, nell’intralogistica vi è la disponibilità di motorizzazioni a combustione interna, ibride o elettriche e alimentazione a gasolio, GPL, gas naturale, idrogeno ed energia elettrica. Per le batterie vi sono diverse modalità di carica (lenta, di opportunità e ve- loce) e una grande attenzione alla circolarità, con un riciclo molto spinto nel caso delle batterie al piombo. Per le batterie al litio si prospetta il riutilizzo negli accumuli stazionari, ma vi sono anche diversi esempi di riutilizzo nell’in- tralogistica delle batterie di provenienza automobilistica. Rispetto ai veicoli stradali i carrelli elevatori hanno velocità ridotte, quindi accelerazioni e decelerazioni limitate, e soprattutto hanno la necessità di un contrappeso per evitare il ribaltamento; quindi, il peso non è un problema come nei veicoli stradali, ma una necessità. In molti casi questi mezzi operano anche solo parzialmente in ambienti chiusi, dove vi è la necessità di ridurre le emissioni allo scarico, del partico- lato dai freni e dalla frizione, le emissioni acustiche, le vibrazioni, il calore, ecc. Inoltre, gli spostamenti avvengono in aree circoscritte. Queste condi- zioni al contorno hanno portato al successo la trazione elettrica con bat- terie al piombo che ha dimostrato un’estrema affidabilità e nel tempo ha beneficiato dell’introduzione dell’elettronica di potenza che ha permesso di utilizzare motori senza spazzole e di recuperare l’energia in frenata (ma solo in alcuni casi dalla discesa del carico), riducendo così la manutenzione e il consumo. Sono quindi veicoli che storicamente nascono elettrici, le batterie sono facili da cambiare, dato che si potrebbe doverlo fare più volte al giorno, con- finate in contenitori parallelepipedi e formate da celle standardizzate che si possono acquistare separatamente e facilmente rimuovibili per permettere l’operatività su tre turni sostituendole. Questo consente di cambiare in modo molto semplice la tecnologia della batteria o con limitate modifiche addirittu- ra la fonte energetica, sostituendo al pacco batteria una fuel cell, una piccola batteria e aggiungendo un serbatoio per l’idrogeno. Nei carrelli elevatori il sistema di carica ha un ruolo fondamentale, nel caso di macchine che lavorano su tre turni deve comprendere anche l’attrezzatura per sollevare e sostituire le pesanti batterie (al piombo o zavorrate). Il sistema di ricarica è solitamente esterno, al contrario di quello che accade per i veicoli stradali, in cui il caricatore a corrente alternata (AC) è a bordo e la colonnina 72 I VETTORI ENERGETICI PER LA MOBILITÀ SOSTENIBILE. STATO DELL’ARTE E PROSPETTIVE DI IMPIEGO 72 (o il cosiddetto “carichino” portatile, dato in dotazione alle autovetture) AC è solo un’interfaccia che contiene sistemi di sicurezza e indica la potenza che si può utilizzare, ma non ha influenza sull’efficienza della ricarica, a parte per i consumi interni in funzionamento e in standby. Mentre in uno stabilimento il numero limitato di sistemi di ricarica rende lo standby trascurabile, la cumulata a livello nazionale non lo è. ARERA 3 ha valutato il valore medio dello standby dei sistemi di ricarica per autoveicoli a catalogo in 12W per slow e quick e 60W per Fast e Ultrafast. Questo vuol dire 320 GWh all’anno al 2030 nello scenario PNIEC, 400 GWh in quello PNIRE e 300 GWh - 370 GWh in quello MOTUS -E. I caricatori delle batterie al piombo sono ancora per la maggior parte a raddrizzatore e possono essere sostituiti con caricatori ad alta frequenza di qualità che, oltre a essere più efficienti (5% in media, ma anche oltre al 10% a seconda della tecnologia e delle caratteristiche dei caricatori che si confrontano), tenendo conto dello stato di carica (State of Charge – SOC), della temperatura, della resistenza interna, dell’età e di altri fattori, riescono a ottimizzare la carica 4 e a ridurre la manutenzione della batteria, aumentan- done la durata. Al contrario nelle autovetture i caricatori sono installati a bordo – tipica- mente ottimizzati considerando il contenimento di pesi, dimensioni e costi di produzione – e risultano difficili da sostituire e da caratterizzare senza mano- metterli. Le case automobilistiche non forniscono i valori di efficienza media e neppure alle diverse potenze cui possono lavorare, ma in alcune prove di laboratori indipendenti 5 sono risultate differenze di efficienza dal 4% a quasi il 30% tra diversi livelli di potenza. I suddetti dati di efficienza del caricatore alle differenti potenze sono fondamentali per decidere le strategie per ridurre la domanda (ridurre i carichi assorbiti dai mezzi in carica o interrompere 6 una parte delle ricariche) e per valutare correttamente la convenienza economica ed energetica di un veicolo. 3 ARERA, Rapporto finale della ricognizione MERCATO E CARATTERISTICHE DEI DISPOSITI- VI DI RICARICA PER VEICOLI ELETTRICI, aprile 2021 4 Riducendo la sovra carica, che se eccessiva porta solo a un maggior consumo di energia e al rilascio di idrogeno e ossigeno 5 Technical University of Denmark e Idaho National Laboratory 6 Interrompere la ricarica potrebbe rivelarsi in alcuni casi più efficiente dal punto di vista ener- getico, ma potrebbe essere interpretato dagli utilizzatori come un mal funzionamento. Inol- tre, non è detto che tutti i veicoli riprendano la ricarica dopo che è stata interrotta73 I VETTORI ENERGETICI PER LA MOBILITÀ SOSTENIBILE. STATO DELL’ARTE E PROSPETTIVE DI IMPIEGO 73 Appendice: La mobilità sostenibile nel settore dell’intralogistica Efficienza di ricarica e ridotto assorbimento in standby potrebbero essere affrontate in tempi brevi con la predisposizione di un codice di condotta, come fatto dal JRC nel caso degli UPS (settore degli UPS nel quale tra l’altro l’Italia ha saputo eccellere in termini di efficienza). L’attenzione all’efficienza potrebbe diventare elemento qualificante e competitivo per l’industria nazionale, impor- tante fornitrice di componenti per i veicoli dell’intralogistica, stradali e per la loro ricarica. Il noleggio è una pratica piuttosto diffusa per i carrelli e i relativi carica- tori. Dato che l’energia elettrica per la ricarica la paga l’impresa, può essere interessante valutare la sostituzione del caricatore meno efficiente con uno più efficiente. Vi può essere convenienza economica anche con ritocco verso l’alto del canone, che di solito è limitato anche in considerazione del fatto che caricatori più efficienti possono allungare la vita delle batterie. Per quanto riguarda le batterie, non vi è stata una grande penetrazione del litio, sia per una questione di costi sia perché uno dei punti di forza – la ri- duzione del peso – non è un beneficio, anzi bisogna zavorrare i pacchi batteria al litio da montare sui carrelli nati per montare batterie al piombo. L’efficienza di ricarica della batteria, la possibilità di ricariche rapide o di biberonaggi e la durata dipendono sia per le batterie al piombo che per quelle al litio da SOC, temperatura e altre condizioni di lavoro. Inoltre, sono disponibili soluzioni per aumentare l’efficienza delle batterie al piombo, per esempio abbinando super condensatori e relativa elettronica di potenza che permettono una miglior ef- ficienza (+5% circa) della batteria e maggior vita utile. Considerazioni sulla convenienza o meno nel costo sul ciclo di vita delle diverse soluzioni vanno accuratamente valutate caso per caso. Il caricamento rapido, che è possibile anche per le batterie al piombo, può essere un’opzione interessante laddove si debba operare su più turni di lavoro o ci siano impegni particolarmente gravosi, che altrimenti imporrebbero soste forzate o il cambio batteria. Le batterie vengono sottoposte a maggiori correnti di carica, ma la riduzione della vita è in parte compensata dal lavorare in una SOC tipicamente tra 40% e 80% e da una migliore gestione grazie al sistema di monitoraggio della batteria (normalmente non presente nelle bat- terie al piombo). Dal punto di vista dei consumi di energia potrebbe esserci un miglioramento o un peggioramento, in particolare a seconda delle prestazioni della ricarica lenta, della SOC delle batterie nel quale si lavora (vedasi per le batterie al piombo quanto già detto per i caricatori ad alta frequenza) e di quanto è spinta la ricarica rapida.74 I VETTORI ENERGETICI PER LA MOBILITÀ SOSTENIBILE. STATO DELL’ARTE E PROSPETTIVE DI IMPIEGO 74 I benefici economici sono il costo evitato di altre batterie al piombo (per secondo e terzo turno), dell’attrezzatura per il cambio batteria e per le batterie al piombo la minor manutenzione e la possibilità di ricarica in luoghi più bari- centrici riducendo le percorrenze, mentre vanno valutati caso per caso quelli in bolletta, considerando lo spostamento dei consumi e il possibile aumento della domanda di picco. I benefici non energetici, se opportunamente presentati e possibilmente valorizzati, possono assumere un ruolo importante nella scelta della ricarica ra- pida. I benefici non energetici sono tipicamente quelli della maggior sicurezza e produttività in quanto: l viene eliminato il cambio batteria e i relativi rischi, dovuti al peso delle batterie, alla presenza di gas del processo di carica, alla possibilità di urti tra i carrelli che si concentrano nell’area di ricarica e cambio batteria; l i punti di ricarica possono essere posizionati vicino alle zone di utilizzo e di pausa, riducendo il traffico dei carrelli e quindi il rischio di incidenti; l non è più necessario dedicare un ambiente separato per la ricarica delle batterie (anche per le batterie al piombo, dato che vi è una minor produ- zione di gas durante la ricarica); l i sistemi di monitoraggio della batteria (richiesti dai caricatori ad alta frequenza per le batterie al piombo e nativamente presenti nelle batterie al litio) possono essere utilizzati per pianificare la manutenzione, tenere sotto controllo i consumi, ecc. IV. Fuel Cell (FC) La facilità di cambio della batteria nei carrelli elettrici permette in modo relativamente semplice la sostituzione della batteria al piombo con un modulo contenente celle a combustibile. Per ridurne la dimensione il serbatoio di H 2 viene tipicamente dimensionato per coprire metà turno, in considerazione an- che dell’estrema rapidità del rifornimento. Le FC potrebbero permettere an- che applicazioni che richiedono maggior energia, diventando un’alternativa, dal punto di vista tecnico, sia alle batterie che ai combustibili liquidi e gassosi. I costi di conversione oggi per un carrello da 2,5t sono circa tre volte quelli di una batteria al litio ma lo scoglio vero è rappresentato dall’infrastruttura per generare H 2 in loco e ricaricare i carrelli. Sono già state fatte alcune esperienze e con gli attuali costi la soluzione FC può essere valutata se si ha un congruo numero di carrelli, meglio se non troppo piccoli. Le cose diventano più inte-75 I VETTORI ENERGETICI PER LA MOBILITÀ SOSTENIBILE. STATO DELL’ARTE E PROSPETTIVE DI IMPIEGO 75 Appendice: La mobilità sostenibile nel settore dell’intralogistica ressanti se si ha già a disposizione l’idrogeno per esigenze produttive o si pos- sono sfruttare sinergie con accumuli stazionari o il rifornimento di veicoli stra- dali. Nell’ultimo caso bisogna accertarsi che la stazione di rifornimento possa rifornire anche a 350 bar, pressione standard per le applicazioni non stradali. Dal punto di vista energetico ai consumi dell’elettrolizzatore vanno ag- giunti quelli del compressore ad alta pressione, l’efficienza della FC dell’elet- tronica di potenza, del motore, ecc. V. Motori a combustione interna Per i carrelli con motore a combustione interna, che come detto vengono utilizzati all’aperto e per impegni particolarmente gravosi. La maggior parte sono alimentati a gasolio, ma sono presenti sul mercato anche versioni ibride, che consentono di ridurre i consumi e la manutenzione e modelli alimentati a idrocarburi gassosi, sostituibili con i corrispettivi di origine biologica in base alla disponibilità locale e/o alla sensibilità delle imprese. VI. Principali ostacoli Sono stati evidenziati diversi possibili interventi da quelli di sostituzione dei caricatori, alla ricarica rapida al posto del cambio batteria, alla scelta della tipologia di batteria, al cambio del vettore energetico che, a seconda della situazione di partenza e delle necessità, potrebbero rivelarsi interessanti e con tempi di ritorno in alcuni casi molto brevi. Frenano il cambiamento da una par- te la bassa incidenza dei consumi energetici dell’intralogistica su quelli totali dell’impresa, tranne che in alcuni settori come la logistica, che mettono gli interventi di efficientamento in secondo piano rispetto ad altri che permettono di efficientare maggiori quantità di energia. Dall’altra l’efficienza e l’affidabilità delle attuali tecnologie cui si contrappongono i costi d’investimento per le alternative con benefici da valutare attentamente caso per caso. VII. Scenari di evoluzione al 2030 La standardizzazione dei moduli batteria e il caricatore esterno può per- mettere una facile conversione dei carrelli a trazione elettrica nel breve termi- ne da batteria al piombo a quella al litio, per la riduzione dei costi stimolata dall’industria dei veicoli stradali e soprattutto dall’utilizzo di celle di recupero dalle autovetture. L’attesa riduzione dei costi delle FC e degli elettrolizzatori permetterà una maggior diffusione del vettore H 2 , inizialmente laddove ci sia già un utilizzo. Ci potrebbero però essere anche applicazioni di altri tipi di batterie, per esempio 76 I VETTORI ENERGETICI PER LA MOBILITÀ SOSTENIBILE. STATO DELL’ARTE E PROSPETTIVE DI IMPIEGO 76 quelle a flusso, che hanno la peculiarità di disaccoppiare la potenza (dimensio- ne della cella) dall’energia (quantità di elettrolita carico) e delle quali si stanno sviluppando versioni basate su composti organici, reperibili e smaltibili facil- mente ed economicamente. L’elettrolita liquido carico può essere imbarcato con operazioni simili al rifornimento di un combustibile liquido, recuperando al contempo da un secondo serbatoio l’elettrolita scarico, che verrebbe rica- ricato nei modi e tempi più opportuni in considerazione di segnali di prezzo, partecipazione ai servizi di rete, picchi di produzione, ecc. o potrebbe essere condiviso con un sistema di accumulo stazionario di maggiori dimensioni.77 I VETTORI ENERGETICI PER LA MOBILITÀ SOSTENIBILE. STATO DELL’ARTE E PROSPETTIVE DI IMPIEGO 77 ARERA, Rapporto finale della ricognizione MERCATO E CARATTERISTI- CHE DEI DISPOSITIVI DI RICARICA PER VEICOLI ELETTRICI, aprile 2021 ACER, Transporting pure hydrogen by repurposing existing gas infra- structure, 16 luglio 2021 CIB-CRPA-Veneto Agricoltura, Rapporto Farming For Future, ottobre 2020 Commissione UE, Decisione di esecuzione 2021/488, 22 marzo 2021 Commissione UE, Direttiva 2014/94/UE, 22 ottobre 2014 Commissione UE, Direttiva 2018/2001, 11 dicembre 2018 Commissione UE, Direttiva 2019/2011, 12 luglio 2019 Commissione UE, Main takeaways by Vice-President Maroš Šefčovič fol- lowing the Ministerial meeting of the European Battery Alliance, 12 mar- zo 2021 Commissione UE, Sustainable and Smart Mobility Strategy, 9 dicembre 2020 Commissione UE, Statistical pocketbook 2021 – Mobility and transport, settembre 2021 Consiglio e Parlamento UE, Regolamento 2018/842, 30 maggio 2018 David Williams, Tim Chatterton, Graham Parkhurst, Using disruption as an opportunity to change travel practices, University of West England, 6 novembre 2021 European Biogas Association, Biomethane in transport, aprile 2016 European Environment Agency, Greenhouse gas emissions from tran- sport in Europe Bibliografia 278 I VETTORI ENERGETICI PER LA MOBILITÀ SOSTENIBILE. STATO DELL’ARTE E PROSPETTIVE DI IMPIEGO 78 Federmetano, Dati - Distributori biometano compresso per auto bioCNG Federmetano, Dati – Parco veicolare italiano Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking, Hydrogen Roadmap Eu- rope, gennaio 2019 Gas for Climate, European Hydrogen Backbone, luglio 2020 H 2 IT, Mobilità Idrogeno italia, novembre 2019 Hydrogen Council, Path to hydrogen competitiveness - A cost perspecti- ve, 20 gennaio 2020 IEA, The Future of Hydrogen, giugno 2019, ISPRA, Comunicato stampa NIR 2021, 15 aprile 2021 ISPRA, Italian Greenhouse Inventory – National Inventory Report 2021, aprile 2021, p. 84 Ministero dei Trasporti, Piano Strategico Nazionale della Mobilità Soste- nibile, 30 aprile 2019 MOTUS-E, Analisi di mercato, maggio 2021 MOTUS-E, Strategy& PwC, Il futuro della mobilità elettrica: l’infrastruttura di ricarica in Italia @2030, ottobre 2020 Politecnico di Milano, Hydrogen Innovation Report – Key messagesI VETTORI ENERGETICI PER LA MOBILITÀ SOSTENIBILE. STATO DELL’ARTE E PROSPETTIVE DI IMPIEGO Position paper FREE I VETTORI ENERGETICI PER LA MOBILITÀ SOSTENIBILE STATO DELL’ARTE E PROSPETTIVE DI IMPIEGO Coordinatore generale Andrea Zaghi Coordinamento di segreteria Roberto Murano Coordinamento editoriale Cooperativa Econnection Sergio Ferraris Editing Ester Stefania Lattanzio Progetto grafico / impaginazione Marco Giammaroli Tipografia Giammarioli www.tipografiagiammarioli.com Ottobre 2021Next >