Il presente documento è stato redatto nell’ambito del progetto “Impatto sul sistema elettrico della potenziale diffusione dei veicoli elettrici” definito nell’Accordo Triennale tra il Ministero dello Sviluppo Economico e E.R.S.E. S.p.A. firmato il 29 Luglio 2009. Il veicolo elettrico (PEV) ed in particolare il veicolo ibrido elettrico con possibilità di ricarica da rete (PHEV) possono costituire una valida alternativa a parte delle attuali esigenze di mobilità. In particolare queste tipologie di veicoli, essendo caratterizzate da minori emissioni di inquinanti in atmosfera, possono contribuire a ridurre i livelli di inquinamento che spesso assillano i grandi centri urbani. Tuttavia questi veicoli, assorbendo energia elettrica dalla rete elettrica, richiedono una maggiore produzione di tale fonte che, se originata da un processo di combustione, può causare maggiori emissioni di inquinanti in atmosfera. Lo scopo del presente lavoro è valutare l’impatto che i veicoli PEV/PHEV possono avere sull’ambiente, in termini sia di bilancio emissivo che di qualità dell’aria, attraverso l’applicazione di modelli di stima delle emissioni e modelli matematici di chimica e trasporto degli inquinanti in atmosfera. Un ulteriore obiettivo dello studio è il confronto tramite LCA (Life Cycle Analysis) dei singoli veicoli PEV/PHEV rapportati ai veicoli convenzionali a combustione interna (ICV). Con questo obiettivo le attività condotte nel primo semestre di ricerche hanno riguardato essenzialmente i seguenti temi: 1. raccolta informazioni e dati sulle emissioni in atmosfera con particolare riferimento ai settori termoelettrico e trasporto su strada 2. raccolta informazioni e dati sul parco circolante e sulle caratteristiche della mobilità in Italia 3. messa a punto della metodologia modellistica per la valutazione degli effetti sulla qualità dell’aria 4. validazione della modellistica a scala locale 5. analisi degli studi esistenti sulla LCA dei PEV/PHEV Per quanto riguarda la caratterizzazione delle emissioni in atmosfera dei due comparti emissivi che interagiscono con la diffusione dei veicoli PEV/PHEV sono stati elaborati i dati dell’inventario nazionale per l’anno 2005 con risoluzione provinciale redatto da ISPRA 1 . L’inventario ISPRA 2005 è suddiviso per categorie di emissioni secondo la nomenclatura SNAP 2 in uso in ambito comunitario e comprende gli inquinanti seguenti: SO 2 , CO, CO 2 , CH 4 , N 2 O, NO X , VOC, NH 3 , PM10, PM2.5. Sono presenti inoltre altri gas serra e microinquinanti non rilevanti per il presente studio. I dati di emissione sono disponibili come emissioni totali e come emissioni puntuali per i più rilevanti impianti industriali presenti sul territorio nazionale: circa 250 sorgenti puntuali di cui circa 80 assegnate alla categoria SNAP 0101 – Impianti energetici pubblici (Centrali Termo Elettriche). Queste prime analisi condotte hanno consentito di rilevare come le emissioni dovute alle automobili rappresentino una quota significativa delle emissioni totali nazionali: NH3 VOC CO NOX PM10 PM2.5 emissioni automobili/ emissioni totali [%] 3.6 14.5 37.5 21.4 12.8 13.0 Specificatamente in merito alla valutazione delle emissioni dai trasporti su strada, a livello nazionale e comunitario, la metodologia di stima delle emissioni di inquinanti in atmosfera del settore trasporti fa 1 ISPRA – Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ex APAT) 2 Selected Nomenclature for Air Pollution

riferimento al software COPERT4 3 sviluppato dalla Aristotle University Thessaloniki. COPERT4 è l’ultima versione di un software in grado di calcolare le emissioni di inquinanti atmosferici provenienti dal settore dei trasporti su strada. COPERT4 prende in considerazione numerose informazioni atte a caratterizzare il parco circolante e valuta le emissioni di inquinanti in atmosfera in funzione delle tipologie di veicoli, tipo di strada e velocità di percorrenza. In COPERT4 sono presenti circa 240 tipologie di veicoli che si differenziano oltre che per la tipologia (auto, moto, …) per l’alimentazione, la cilindrata o la portata e per la rispondenza alle normative ambientali. E’ tutt’ora in corso una verifica della possibilità di utilizzare questo Sw anche per la stima delle emissioni di scenari futuri con veicoli PEV/PHEV. Per quanto riguarda il tema mobilità e penetrazione dei veicoli PEV/PHEV in sostituzione degli attuali veicoli convenzionali con motore a combustione interna (Conventional Vehicles o CV) è iniziata l’analisi dei dati dello scenario italiano con dati di fonte ACI, che mostrano il trend di evoluzione del parco circolante negli ultimi 30 anni (dal 1978 al 2008), in modo da capire come il normale tasso di sostituzione può portare a scenari interessanti di penetrazione dei veicoli PEV e PHEV. Dalle prime analisi si evince che in media si ha un tasso annuo di sostituzione di circa il 7-8%, con oscillazioni abbastanza ampie dal 5 al 10%. Immaginando di assestarsi nel breve-medio periodo su un tasso annuo del 6% (circa quello riscontrato nel 2008) si avrebbe un cambio dell’intero parco circolante in circa 17 anni. Immaginando una piena disponibilità dei veicoli PEV e PHEV nel giro di circa 3 anni, si potrebbe fissare la data del 2030 (20 anni da oggi) come orizzonte temporale nel quale valutare gli effetti a regime dell’introduzione di tali veicoli. Dalle analisi condotte si è inoltre evidenziato come la quota di autoveicoli sul totale del parco circolante, inizialmente prossima all’85%, sia progressivamente calata fino al 75%, a favore delle altre categorie di veicoli (soprattutto moto, e in parte autocarri). Questa considerazione può essere utile per decidere se ipotizzare solo scenari di penetrazione dei veicoli PEV e PHEV per le auto o anche per altre categorie di mezzi. Relativamente alla messa punto del sistema modellistico di valutazione degli effetti sulla qualità dell’aria a scala regionale si è proceduto ad alcuni aggiornamenti del sistema modellistico (WRF-SMOKE-CAM X ) di trasporto e trasformazione di inquinanti, già sviluppato nel corso del triennio di ricerche precedente. Gli aggiornamenti hanno riguardato i seguenti temi: • Aggiornamento dell’Inventario Nazionale 2005 con risoluzione provinciale redatto da ISPRA 4 e con distinzione tra sorgenti diffuse e sorgenti puntuali • Aggiornamento dei profili di disaggregazione temporale delle emissioni attraverso l’adozione dei profili temporali in uso nel modello EMEP, definiti in funzione di: stato, macrosettore e inquinante. • Ricostruzione dei campi meteorologici con il modello WRF per l’intero anno 2005 • Valutazione delle emissioni biogeniche con il modello MEGAN sull’intero dominio di calcolo per tutto l’anno 2005 • Valutazione delle emissioni di sale marino con il modello SEASALT per l’intero anno 2005. Queste attività risultano propedeutiche alla realizzazione delle simulazioni con il modello CAMx che verrà applicato per valutare i livelli di qualità dell’aria dovuti a tutte le sorgenti che gravano sul territorio nazionale, e mediante l’utilizzo degli algoritmi di source-apportionment (OSAT/PSAT) verranno valutati i contributi dei due settori di interesse per il progetto: termoelettrico e trasporti su strada – autoveicoli. Per il tema della modellistica di qualità dell’aria a scala locale si prevede per il 2009 una validazione del modello SPRAY, tramite applicazione sperimentale degli algoritmi di trasformazione chimica in atmosfera, necessari per ricostruire lo stato di qualità dell’aria. L’attività fino a settembre è stata focalizzata sull’adattamento dello schema del fenomeno della segregazione ad un caso in atmosfera reale. Infatti tale fenomeno è stato finora ben rappresentato solo in esperimenti in tunnel a vento. 3 Dimitrios Gkatzoflias, L. Ntziachristos, Z. Samaras, 2007 – COPERT4 Computer programme to calculate emissions from road transport – Methodology and emission factors – ETC-ACC (European Topic Centre on Air Air and Climate Change) 4 ISPRA – Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ex APAT)

Per quanto riguarda la LCA dei veicoli PEV/PHEV è iniziata una analisi critica degli studi di letteratura sui veicoli ibridi plug in ed il loro confronto con veicoli ibridi ed eventualmente a combustione interna. Tale analisi permetterà di impostare uno studio LCA ad hoc per la situazione italiana da effettuarsi nel corso dei prossimi anni di attività. Ci si ripropone, per il 2009, di definire unità funzionale, scenario da analizzare, confini del sistema ecc…, in altri termini di effettuare la fase di “goal and scope” (come da norma ISO 14040) di uno studio LCA. Allo stato attuale si è proceduto alla raccolta ed analisi di alcuni tra i principali studi LCA nel settore. L’analisi del ciclo di vita di veicoli ha conosciuto una buona diffusione grazie anche all’impegno di case automobilistiche e industrie petrolifere. Poiché la gran parte degli impatti ambientali è legata alle emissioni atmosferiche, o per lo meno la parte che desta maggiore allarme, e poiché tali impatti si concentrano per lo più nella fase d’uso, molti studi si sono limitati all’analisi del vettore energetico, facendo quella che viene detta un’analisi well to wheel (in antitesi all’analisi cradle to grave tipica dell’LCA). Tra questi di particolare interesse è lo studio “Environmental assessment of plug in hybrid vehicles” a cura di EPRI 5 e NRDC 6 . Gli scenari immaginati comprendono veicoli ibridi, convenzionali o PHEV ma non veicoli solo elettrici. L’autonomia elettrica immaginata è variabile e suddivisa in tre classi: 10, 20 e 40 miglia. L’introduzione dei PHEV porterebbe ad un vantaggio emissivo in qualsiasi scenario elettrico al 2050. Tale vantaggio dipende sì dallo scenario, ma in misura ancora maggiore dall’autonomia elettrica del veicolo. Un altro studio molto interessante (Samaras, Meisterling 2008) comprende anche le fasi di costruzione del veicolo e della batteria. SM individuano una coppia di auto, una ibrida ed una tradizionale, del tutto simili: la Toyota Prius e la Toyota Corolla. Le fasi di costruzione sono considerate identiche per veicolo tradizionale, ibrido e Plug in (e quindi in effetti poco utili al fine del confronto). Dallo studio emerge che l’influenza della batteria è piccola sulle emissioni di CO 2 e che i veicoli plug in possono portare significative riduzioni delle emissioni di CO 2 , rispetto ai semplici ibridi, solo se “ricaricati” da un sistema elettrico adeguato Sulla base dell’analisi di letteratura effettuata è possibile trarre alcune indicazioni. La prima indicazione di ordine generale è che il veicolo elettrico puro sembra essere attualmente destinato a un mercato di nicchia, legato a spostamenti esclusivamente urbani. Non è perfettamente sostitutivo del veicolo a combustione interna, e quindi non è rigoroso confrontarli tramite un’analisi LCA. Un’altra considerazione importante è che praticamente tutti gli studi analizzati hanno assunto che la fase di costruzione e dismissione del veicolo, eccezion fatta per le batterie, fosse identica nei tre casi e che quindi fosse possibile escluderla dall’analisi ai fini del confronto. Infine, gli impatti ambientali del ciclo di vita dei PHEV sono fortemente influenzati da due parametri: la quota parte di km annui coperti in modalità elettrica, ed il sistema di produzione elettrico che ricarica la batteria. Un aspetto critico emerso è la carenza di studi LCA svolti direttamente dai costruttori di auto ibride (Honda, Prius…) capaci di fornire un dettaglio migliore proprio sulle fasi di costruzione, smaltimento e manutenzione delle parti dell’auto. Risulterebbe quindi necessario, nel prossimo anno, stringere contatti con realtà del mondo automotive (ad esempio il Centro Ricerche Fiat). 5 Electric power research institute 6 Natural resource defence council