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AUTO ELETTRICA
Il ruolo delle materie prime nello sviluppo della trazione a batterie inciderà anche sulle prospettive
commerciali di queste vetture, che dovranno misurarsi con altre soluzioni tecnologiche
Paolo Guidelli Guidi *
I
l maremoto del Giappone ha
scatenato una reazione a catena
che grava sul futuro del nucleare, sull’equilibrio geopolitico
mondiale e sull’industria dell’auto. Componentisti e Costruttori
Giapponesi, animati dal bisogno e
dal desiderio di ripresa daranno una nuova prova di aggressività su
tutto lo scacchiere mondiale, con
l’effetto di aumentare se possibile
la durezza del confronto competitivo. La breve pausa nella scalata
dei prezzi delle materie prime che
lo tsunami aveva prodotto si è conclusa, il petrolio ha ripreso a salire
con violenza, il barile di North Sea
Brent supera i 120 dollari mentre
scriviamo. I consumi Cinesi continuano a crescere del 5 % l’anno, il
Medio Oriente é in fiamme, le
scorte globali di greggio scendono
sotto i 50 giorni, i costi di estrazione delle nuove riserve saranno decisamente alti. Fattori di medio periodo e crisi transitorie, ma il trend
è chiaro: aspettiamoci di vedere
presto il petrolio superare i 150
dollari al barile. Bene, si dirà: dopotutto la ricerca dell’efficienza é
il vero “driver” del progresso
dell’automobile. Però l’aumento
Una sezione della Opel Ampera che mette in evidenza la meccanica ibrida con tecnologie Voltec
Aree/Paesi
Gas
Elettrico
Range Extender
Ibrido
Diesel
Benzina
Europa Occidentale
4%
0%
0%
10%
42%
44%
Nord America
1%
0%
0%
18%
7%
74%
Giappone
0%
0%
0%
9%
5%
86%
Cina
0%
0%
0%
3%
10%
87%
Totale 2020
1%
0%
0%
10%
16%
73%
Aree/Paesi
Gas
Elettrico
Range Extender
Ibrido
Diesel
Benzina
Europa Occidentale
5%
3%
3%
17%
32%
40%
Nord America
1%
2%
3%
26%
6%
62%
Giappone
0%
4%
1%
16%
4%
75%
Cina
0%
0%
0%
3%
10%
87%
Totale 2020
2%
2%
2%
16%
13%
66%
Aree/Paesi
Gas
Elettrico
Range Extender
Ibrido
Diesel
Benzina
Europa Occidentale
4%
12%
7%
18%
26%
33%
Nord America
1%
5%
5%
32%
5%
52%
Giappone
0%
18%
4%
23%
3%
52%
Cina
6%
13%
8%
29%
4%
40%
Totale 2020
3%
12%
6%
26%
10%
44%
Fonte: elaborazione InterAutoNews su dati BCG’s propulsion-market model
8
del prezzo del petrolio è anche uno
dei tanti segnali di una tendenza
inflattiva che riguarda tutte le materie prime. Prezzi agricoli, metalli, ed anche il litio ionizzato, il rame, gli acciai e le plastiche speciali derivate dallo stesso petrolio e
che sono alla base della produzione dell’auto elettrica, stanno prendendo il volo per la ripresa della
domanda dopo la grande crisi.
L’indice “Economist” delle materie prime (petrolio, metalli, cereali
etc) è cresciuto del 49% nel corso
degli ultimi 12 mesi. Fu la crisi economica delle famiglie Americane a spingere la domanda per l’auto pulita. Molto più della paura di
finire arrosto per effetto serra e
della sensibilità ambientale. La natura umana essendo quello che è,
le motivazioni economiche pesano
ben più di quelle ideali nel definire
i comportamenti di consumo, specialmente quando si tratta di beni
durevoli. Il petrolio a 147 dollari,
il gallone di benzina sopra i 4 dollari alla pompa due anni fa, provocarono il terremoto nel mercato Usa - portando alla ribalta l’efficienza energetica, il boom delle sub
compatte Honda, Hyundai e Toyota, insieme ad una prima timida
domanda reale per l’auto a zero emissioni. Ora il grafico si raccorda: appare chiaro che il picco di ottobre 2008 rispondeva a tensioni
congiunturali, però tirando una
retta sul grafico di lungo periodo si
vede chiaramente una vigorosa
tendenza a crescere dei prezzi delle materie prime. Le classi medie
di Cina, India, Brasile e delle altre
economie emergenti hanno continuato ad esprimere una crescita
dell’ordine del 6 - 10% anche durante la crisi; ora si sovrappone la
domanda dei sistemi produttivi di
Germania, Usa e Russia che riprendono: il mondo non ha probabilmente mai visto una simile pressione sullo stock di materie prime.
La storia dell’energia e quella
dell’automobile si incrociano: è
interessante vedere che lo stesso
fattore che ha tenuto a battesimo
l’auto elettrica - il crescente costo
del petrolio ed ora anche delle altre
materie prime essenziali per la trazione elettrica - rischia di influenzarne l’evoluzione.
Com’è fatta un’auto elettrica
Il principale elemento di costo
dell’auto elettrica è rappresentato
dalle batterie. La soluzione più
promettente nel contesto attuale è
la batteria agli ioni di litio, che
presenta il miglior compromesso
fra capacità, tempi di carica, erogazione della potenza ed affidabilità. Il litio è un metallo leggero
che si trova concentrato soprattutto nei giacimenti dei laghi prosciugati delle Ande.Il 50% delle
riserve conosciute si trova nel Salar de Uyumi, in Bolivia; il 30%
nel Salar de Atacama, Cile - il resto fra Australia, Brasile, Cina e
Stati Uniti. Scoperto nel 1817, il
litio ha avuto storicamente applicazioni marginali nelle terapie
nervose ed il suo prezzo ha seguito il profilo dei costi di estrazione
e della disponibilità, fino a inizio
dello scorso decennio. In meno di
10 anni la diffusione di cellulari,
computer ed altre tecnologie elettroniche di largo consumo ha pro-
Le joint-ventures strategiche di Nissan per l’intero ciclo di vita delle batterie
InterAutoNews Data Book - Intero 2010
InterAutoNews Data Book - Intero 2010
In questa pagina, in alto
lo schema della collocazione
dei principali apparati
del motore elettrico
della Renault Twizy.
Nella pagina seguente,
in alto lo schema
della collocazione
dei principali apparati
del motore elettrico
della Citroën C-Zero.
mosso una crescita del prezzo del
litio dai US$ 350 per tonnellata
del 2003 agli oltre USD 3.000 del
2009 - e continua a crescere.
Tecnologia e peso delle batterie
L’auto elettrica ha un vincolo di
progetto fondamentale: il peso
delle batterie. Energia e potenza
specifica (cioè la capacità di immagazzinare energia e di erogarla
come potenza, per chilo di peso)
di una batteria elettrica sono ancora di circa l’1% di quelle della
benzina. A meno di salti tecnologici improbabili, le batterie di miglior tecnologia (al litio-nickel-
cobato-alluminio o al litio-nickelmanganese- cobalto) continueranno a limitare l’autonomia delle auto elettriche a 250 - 300 kms nella
migliore delle ipotesi, e questo
con un aggravio di peso del veicolo che obbliga ad adottare tecniche
e materiali di costruzione sofisticati e costosi (compositi, cioè plastiche rinforzate con fibre leggere,
acciai speciali, leghe leggere). Le
celle delle batterie agli ioni di litio
raggiungono oggi delle densità
nominali di energia dell’ordine di
150 Wh/kg, comparati con il
13.000 Wh/kg della benzina. Il
pacchetto di batterie risultante però
ha una densità di energia ancora inferiore - di circa il 30 - 40%, cioè
nell’ordine dei 100 Wh/kg: meno
dell’1% della benzina. Anche supponendo che l’energia specifica
dei pacchetti di batterie raddoppiasse, da qui al 2020 si arriverebbe ad un’energia specifica di 200
Wh/kg - appena il 2% di quella
della benzina.
Range anxiety e costi
Si capisce quindi che per garantire
un’autonomia di soli 300 km fra
due cariche complete è necessario
un sistema di batterie da 250 chili.
Un peso enorme, il 25% del totale
di una vettura di segmento A o B).
E nello stesso tempo un passo avanti enorme rispetto agli attuali
150 chilometri. Una garanzia contro la “range anxiety” della maggior parte degli automobilisti (la
percorrenza media in Italia è crollata sotto i 10.000 km/anno). Ma
anche un sovracosto di produzione
ineliminabile: la ricerca di leggerezza mette le fibre di carbonio ed
in generale plastiche composite alla base dei progetti delle auto elettriche. Materiali derivati dal petrolio che sono soggetti alla tendenza
inflattiva del prezzo del barile. In
questa chiave si legge l’apparente
attrito fra BMW e Volkswagen per
segue a pagina 10
9
segue da pagina 9
i rispettivi acquisti di azioni della
SGL Carbon, produttore di materiali compositi che fornirà le fibre
di carbonio per la prossima BMW
i3. Anche per questo motivo la trazione ibrida rimane la più probabile evoluzione di breve/medio: la
combinazione di motori a combustione interna leggeri perché
“downsized” con una moderata capacità di batterie offre maggior leggerezza e permette progetti meno
critici e l’utilizzo di materiali meno
spinti e quindi meno costosi.
Costi e incentivi
Oggi l’auto elettrica è soprattutto
un generatore di “floor traffic”, di
curiosità e simpatia per la marca.
Ma quando i consumatori Americani hanno riempito le concessionarie GM per vedere la Chevrolet
Volt, molti sono usciti dal salone
convinti di comprare un “econobox” Aveo. La Volt costa circa
35.000 dollari nonostante un incentivo fiscale di 7.500 dollari; la
Aveo ne costerà 12.600. Il sistema di batterie da 15 kWh, sufficiente ad alimentare una vettura
del tipo “range extender” (un ibrido con motore a scoppio di piccola cilindrata che interviene come
generatore a supporto della trazione elettrica) ha oggi un costo
di produzione di circa 16.000 dollari. Uno studio del Boston Consulting Group prevede che, anche
nella migliore delle ipotesi, si
possa arrivare a 6.000 dollari nel
2020 - ancora un peso molto rilevante sull’economia di produzione dell’auto. E questo senza prevedere l’impatto futuro della dinamica crescente del prezzo del
litio. Insomma, è evidente che
senza un forte “push” rappresentato dagli incentivi alla sostituzione del parco, l’auto elettrica avrà
un cammino di affermazione piuttosto lento. Per questo vediamo
che l’offerta di auto puramente elettriche si è concentrata inizial-
mente sui segmenti premium (Tesla, Fisker), mentre solo quando
l’Amministrazioni (Usa, Francia,
Cina) hanno introdotto incentivi
sostanziosi sono nati progetti mirati al baricentro del mercato come Renault “better place” e
Chevy Volt.
Ibrido, incentivi e coraggio
In conclusione, l’auto elettrica è
un’alternativa economicamente
sostenibile solo in presenza di forti incentivi, e la sua economia di
produzione è seriamente minacciata dalla tendenza inflattiva di
materiali essenzaili come Litio e
Petrolio. Nel breve-medio (fino al
2020) è ragionevole vedere un futuro solido per i motori a combustione interna avanzati, soprattutto per i diesel ad alta efficienza.
Merita attenzione un grafico dello
studio Boston Consulting Group
già citato: si vede che il Costo Totale di Possesso (Total Cost of
Ownership, TCO nella tabella) di
una vettura compatta con trazione
diesel “avanzata” (cioè con com-
mon rail ad alta pressione e FAP)
rimane il più vantaggioso fino ad
un prezzo del barile di circa 135
dollari. Con il petrolio più caro, la
trazione elettrica diventa progressivamente più interessante, ma solo assumendo un costo delle batterie di $ 500/kWh - meno della
metà di quello odierno - e con
un’autonomia di circa 130 chilometri. Perciò senza una forte politica di incentivazione all’acquisto
della vettura e di supporto alla
produzione di batterie l’auto elettrica non raggiungerà volumi importanti almeno fino al 2020 - a
meno di considerare o in scenari di
costo del petrolio dell’ordine dei
300 dollari al barile. Il motore a
combustione interna ha ancora
molto da dire in termini di efficienza, e le varie concept car viste
ormai da alcuni anni hanno segnato la strada: iniezione diretta e turbo per benzina e diesel, riduzione
della cilindrata ed aumento della
potenza specifica. L’opzione della
vettura “range extender” già commentata (motore a combustione
interna a supporto della trazione e-
STIME DI VENDITA IN UNITÀ DI AUTOMOBILI NEL 2020
Alimentazione
Europa Occidentale
Nord America
Giappone
Cina
Totale
Gas
800.000
200.000
0
300.000
1.300.000
Elettrica
600.000
400.000
200.000
300.000
1.500.000
Range Extender
500.000
600.000
100.000
300.000
1.500.000
Ibrida
2.900.000
5.400.000
700.000
2.000.000
11.000.000
Diesel
5.500.000
1.200.000
200.000
900.000
7.800.000
Benzina
6.700.000
12.900.000
3.400.000
8.400.000
31.400.000
Totale
17.000.000
20.700.000
4.600.000
12.200.000
54.500.000
Fonte: BCG’s propulsion-market model
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* Presidente Quadra
Management Consulting
lettrica) rimane la più attraente in
termini di impatto ecologico, di
efficienza economica e di soddisfazione dei bisogni della clientela. In tutta la nostra discussione
abbiamo omesso per semplicità di
considerare i tempi di ricarica:
prima che l’auto elettrica arrivi a
pareggiare la comodità del pieno
in pochi minuti che ti permette
un’autonomia di 500 chilometri ci
vorrà tempo... Infine, la produzione di batterie: è un campo in cui
l’Amministrazione Usa sta incentivando fortemente l’investimento
industriale e la creazione di impiego qualificato, a suon di miliardi
di dollari. La logistica è essenziale
nell’approvvigionamento di componenti: questo vale in particolare
per moduli pesanti e voluminosi
come i pacchetti di batterie. Le
fabbriche di batterie dovranno essere vicine a quelle dei costruttori
di auto. Forse anche il nostro Governo farebbe bene ad interessarsi
di questi dettagli, fondamentali
per la politica industriale di un
Paese - se vogliamo che l’auto del
futuro venga ancora costruita anche solo parzialmente in Italia.
InterAutoNews Data Book - Intero 2010