Tesla Club Italy Revolution 2022 - La rivoluzione della mobilità elettrica

LA RIVOLUZIONE
DELLA MOBILITà ELETTRICA
Nicola Armaroli
www.isof.cnr.it/armaroli_nicola
Bologna, 17 Settembre 2022

Nicola Armaroli – Tesla Club Italy, Bologna, 17 Settembre 2022
CONSUMO MONDIALE DI ENERGIA PRIMARIA
IEA, 2021
30.9%, PETROLIO
26.8%, CARBONE
23.2%, GAS
5.0 %, NUCLEARE
81%
2.5%, IDRO
9.4%, BIOMASSE
2.2 %, SOLARE, EOLICO, GEO., ecc.
34.0 miliardi
di ton CO2
Riscaldamento globale

UN PROBLEMA ENORME:
IL SISTEMA ENERGETICO È INEFFICIENTE

65%
PERSO
32%
UTILIZZAT
O
F
O
N
T
I MOTORI A COMBUSTIONE
CREDIT: Lawrence Livermore National Lab, US DoE
IL SISTEMA ENERGETICO ATTUALE (CASO USA)

IL NOCCIOLO DEL PROBLEMA: BRUCIAMO
TROPPO
IERI OGGI, LA NOSTRA CIVILTÀ MODERNA(?)
Muoverci Scaldarci
Produrre
elettricità
IL 75% DEGLI USI
FINALI DI ENERGIA
NELL'UE È BASATO
SUI COMBUSTIBILI

LA TRANSIZIONE ENERGETICA

SIAMO IN TRANSIZIONE ENERGETICA
DA OLTRE DUE SECOLI …
Science 2018, 359, 1320
LEGNA E
BIOMASSE
TRADIZIONALI
CARBONE
PETROLIO
GAS
Nihil sub sole novum
Qoelet, 1,9
Abbiamo 30 anni
per la transizione
non 100 …
Siamo 8 miliardi
di abitanti
non 2 …

CATTIVA NOTIZIA – RINNOVABILI: SIAMO MOLTO INDIETRO
I tre settori negli usi finali
REN 21, Global Status Report, 2022 (dati 2019)
Report 2021: 10.2; 3.4; 27.1

TREND EOLICO E FOTOVOLTAICO
EOLICO, 2010-2020 FOTOVOLTAICO, 2011-2021
REN 21, Global Status Report, 2022
VENTO + FOTOVOLTAICO 2021 (MONDO)
HANNO PRODOTTO L'EQUIVALENTE DI 535 CENTRALI NUCLEARI O A CARBONE DA 1 GW
942 GW
845 GW

LUCE: un input
extraterrestre
sovrabbondante
Per fare convertitori e
accumulatori di flussi rinnovabili
servono risorse minerali (terrestri)
LE RINNOVABILI RICHIEDONO RISORSE MINERALI

IL COLLO DI BOTTIGLIA MATERIALE
www.euchems.e
u
La tavola periodica
dell'abbondanza relativa
egli elementi:
Com'è fatta la Terra e
come la stiamo usando

MATERIALI
CRITICI
per la
transizione
energetica
CREDIT: McKinsey, 2022

- Per fare 1 megawatt (MW) di
pannelli fotovoltaici (FV) al silicio
occorrono 200 ton di materiali.
1 MW di FV produce in 30 anni
40 000 MWh di elettricità
IL SISTEMA FOSSILE HA UNA MAGGIORE INTENSITÀ
MATERIALE
SAPERE, Editoriale, Dicembre , 2021
- Occorrono 14 000 ton di carbone
per produrre la stessa quantità di
elettricità, oltre 70 volte di più

QUALI TECNOLOGIE PER LA TRANSIZIONE?
Le soluzioni
esistono già e
sono semplici
Il resto sono ricerca
scientifica e tempi
lunghi
(che non abbiamo…)

IL SISTEMA ELETTRICO IN FORTE EVOLUZIONE
- Digitalizzazione delle reti: gestione domanda-offerta, smart grid,
comunità energetiche
- Importanza crescente dell’accumulo energetico, giornaliero e stagionale
- Tipi di accumulo: idroelettrico, elettrochimico e (in prospettiva) idrogeno
- Da poche grandi centrali di potenza a milioni di piccoli-medi produttori:
non possiamo discutere come se il sistema fosse lo stesso di 30 anni fa

PERCHÉ BISOGNA ACCELERARE
SULLA MOBILITÀ ELETTRICA?

RAPPORTO MIMS 2022
https://www.mit.gov.it/comunicazione/news/decarbonising-transport-
scientific-evidence-and-policy-proposals
N. Armaroli, C. Carraro, P. Cazzola, E. Cherchi, M. Tanelli, M. Tavoni,
A. Tilche, M. Torsello
Nature Italy, 2022, doi: 10.1038/d43978-022-00098-x

UN VIAGGIO DI 300 KM IN AUTOSTRADA
51 kWh
equivale a
5,7 litri
di benzina
Auto analoga endotermica
(da Via Michelin)
45 litri
di benzina
(7,9 X)

UN SISTEMA CHIUSO ALIMENTATO A
RINNOVABILI
Una EV non
scambia materia
Ha solo bisogno di elettricità,
CHE PUÒ ESSERE 100% RINNOVABILE
TU PUOI SCEGLIERE
LA TUA FORNITURA
O LA PUOI AUTOPRODURRE
Auto elettrica:
circolare

LA MIA VECCHIA DIESEL: UN SISTEMA
APERTO
Gasolio bruciato
11 ton
(7 volte il suo peso)
CO2 emessa
34 ton
(21 volte il suo peso)
14 ANNI 200 000 Km
AUTO TERMICA: LINEARE

TREND TROPPO LENTO (2008-2018)!
REN 21, Global Status Report, 2021

STIMA ITALIA 2030/35
35% di battery e (BEV) e plug-in hydrid (PHEV)
+ 30 TWh
elettricità
– 140 TWh
petrolio
TUTTE AUTO A BATTERIA, SISTEMA ELETTRICO IN GINOCCHIO? NO!!!!

MA … È QUESTO IL FUTURO DEL
TRASPORTO?

NO! LA RIVOLUZIONE DEVE ESSERE TOTALE
CAR SHARING
FERROVIE
GUIDA AUTONOMA
TRASPORTO URBANO

TRASPORTO LEGGERO: GAME OVER
Rete elettrica:
OVUNQUE
Stazione di ricarica:
A CASA PROPRIA
Costo per l’utente:
IMBATTIBILE

CONFRONTO AUTO A BATTERIA E A IDROGENO
STEMI
CREDIT: Volkswagen

E IL TRASPORTO PESANTE?
© The Wall Street Journal, 2021
A BATTERIA
O A IDROGENO?
IN ENTRAMBI I CASI:
PROBLEMI
INFRASTRUTTURALI

COME ELETTRIFICARE IL TRASPORTO
MERCI?
- Stazioni di ricarica ad elevatissima potenza
- Aumento enorme produzione batterie,
un settore già sotto stress (auto, rinnovabili)
- Disponibilità di materiali (es. litio)
- Problemi analoghi: stazioni di rifornimento,
elettrolizzatori, fuel cells, materiali rari, ecc.
Intanto meglio così …
…e forse anche così
BATTERI
E
IDROGENO

BATTERIE

24 MODULI CON 8 CELLE: 296 CELLE
40 kWh
Peso: 208 kg
L'AUTO ELETTRICA È SOSTENIBILE?

METALLI E MATERIALI IN AUTO ELETTRICA MEDIA (NMC 622)
- 10 kg Li (catodo, elettrolita)
- 25 kg Ni (catodo)
- 8 kg Mn (catodo)
- 9 kg Co (catodo)
- 48 kg Grafite (anodo)
~ 100 kg

ATTENZIONE: LE COSE CAMBIANO!
50 kWh (NMC
523)
54 kWh
(LFP)
50 kWh
Ni-Mn-Co 523
54 kWh
Litio Ferro Fosfato
Litio 5,5 4,9
Cobalto 9,5 /
Nickel 23,5 /
Grafite 44,0 59,4
Manganese 13,5 /
Rame 17,0 23,2
Alluminio 29,0 39,4
Ferro / 37,3
Fosforo / 20,7
TOTALE 142,0 208,1

LITIO, 3 TOP DETENTORI DI RISERVE (%)
Cile 43,8
Australia 22,3
Argentina 9,0
TOTALE 75,1
US Geological Survey, 2021

SALAR DE UYUNI, SALINE
CREDIT: National Geographic Magazine, Feb. 2019

IL LITIO NON È TUTTO PER LE BATTERIE…
REFINING COMPONENTS ASSEMBLY
Il panorama sta
cambiando
velocemente…

TREND E PROSPETTIVE PER LE BATTERIE AL
LITIO
- RIDUZIONE contenuto cobalto: batterie NMC (Ni, Mn, Co)
- ELIMINAZIONE uso cobalto (più facile per batterie grandi)
- DESIGN: progettare le batterie per essere disassemblate
- RICICLO: processi pirometallurgici,
idrometallurgici
e avanzati

Johan Cruijff Amsterdam Arena
148 batterie Nissan Leaf, 2.8 MWh
LE BATTERIE AUTO HANNO UNA SECONDA VITA
UNA PROSPETTIVA STRATEGICA POST 2030 …

CREDIT: SMS
GROUP
STADIO FINALE: AL RICICLO

UNA DIFFERENZA SOSTANZIALE
Un solo prodotto
Rifiuto disperso in atmosfera
Diversi prodotti
Nessuna dispersione
AUTO TERMICHE
AUTO A
BATTERIA
ECONOMIA
CIRCOLARE
ECONOMIA LINEARE

E IL NUCLEARE IN ITALIA?
• Dove sono i siti (nel 2022, non nel 1960)?
• Dove sono gli investitori?
• Dov’è il tempo (carbon neutral al 2050!)?
• Maggiore indipendenza (fonte e
tecnologie)?
“It was not clear what to do.
There was no protocol in case of war.”
Tecnico impianto di Chernobyl
The Washington Post, 19 Marzo 2022
SAPERE, Editoriale, Ottobre , 2021

2 RIFLESSIONI PER UNA GIUSTA
TRANSIZIONE

LE RISORSE MINERALI SONO LOCALIZZATE
NON CI SONO ALTERNATIVE A UNA TRANSIZIONE COLLABORATIVA
OIL&GAS
LITIO
TERRE
RARE
COBALT
O

… I DANNI SONO INVECE SPESSO
DELOCALIZZATI
… e colpiscono principalmente i più
vulnerabili e meno colpevoli

Abbiamo meno del 1%, di riserve di
petrolio e gas. Non abbiamo significative
risorse di minerali critici
IL GRANDE PARADOSSO EUROPEO
Godiamo della migliore qualità della vita al mondo
MA la nostra invidiabile prosperità è basata su
energia e risorse provenienti
DA ALTRI CONTINENTI
E L’EUROPA …?

L’UNICA RISORSA ENERGETICA ABBONDANTE IN EU:
RADIAZIONE SOLARE
Energia solare media
sul suolo europeo
5.5 1015 kWh/anno
Consumo energetico primario
1.8 1013 kWh/year*
0.3% dell’input solare
*Eurostat, 2022

Questo libro raccoglie e aggiorna otto anni di
riflessioni incredibilmente attuali sui problemi che
rischiano di schiacciare la nostra civiltà. E propone
soluzioni autorevoli e chiare. Per non passare da una
crisi all’altra, come un incubo senza fine.
In libreria dal 15 Settembre
2017 2020

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