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 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. Uno degli obiettivi del progetto sui veicoli PEV/PHEV, descritto nel presente studio, è quello di valutare l’impatto che tali veicoli 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 questi obiettivi le attività condotte durante il periodo di svolgimento delle attività del PAR 2009 hanno riguardato essenzialmente i seguenti temi: 1. definizione di uno scenario di penetrazione dei veicoli PEV/PHEV in Italia e valutazione preliminare delle conseguenti variazioni in termini di emissioni atmosferiche; 2. messa a punto della metodologia modellistica per la valutazione degli effetti sulla qualità dell’aria a scala nazionale e sua applicazione per la valutazione dei contributi attuali del settore termoelettrico e dei trasporti su strada; 3. sviluppo del modello lagrangiano SPRAY per valutazioni modellistiche di qualità dell’aria a scala locale; 4. analisi dello stato dell’arte degli studi sulla LCA dei veicoli ibridi plug-in Per quanto riguarda la definizione di uno scenario di penetrazione dei veicoli PEV/PHEV è stata condotta inizialmente una ricerca bibliografica su quanto disponibile nella letteratura scientifica in termini di ipotesi di evoluzione del mercato dei veicoli PEV/PHEV. E’ stato interessante verificare come vi siano diverse pubblicazioni in merito, a varie scale spaziali e temporali e con diverse ipotesi di analisi ed anche di risultati. L’effettivo successo di questa tipologia di veicoli risulta condizionato da svariatissimi fattori, che possono essere individuati negli sviluppi tecnologici raggiungibili, nella riduzione dei costi di produzione, nelle forme di incentivazione ed anche nelle normative di limitazione della circolazione ai mezzi attuali (blocchi, tasse, etc.), ecc.. Ad esempio, gli andamenti alterni negli ultimi anni del prezzo del barile di petrolio da una parte e degli incentivi alla rottamazione dall’altra fanno comprendere le difficoltà di una stima anche nel breve periodo, rendendo di fatto ancor meno affidabili le stime di medio e lungo termine. Consapevoli di queste difficoltà e dei rischi connessi nell’adottare un’ipotesi di evoluzione di tale segmento di mercato, si è scelto di adottare uno scenario di riferimento che, se da una parte aveva l’obiettivo di essere realistico e in qualche modo cautelativo rispetto ad altri scenari reperibili nella letteratura in materia, dall’altra consentisse anche una valutazione di entità non trascurabile in termini di impatto sul sistema elettrico e sul comparto ambientale, in quanto questi due aspetti costituiscono di fatto il criterio di giudizio, ai fini del presente studio, per valutare l’auspicabilità e la fattibilità di una significativa penetrazione dei veicoli PEV/PHEV nel parco auto nazionale. Nella definizione dello scenario si è partiti dall’analisi delle previsioni di crescita della popolazione formulate da ISTAT unitamente all’analisi del trend del parco autovetture e delle relative percorrenze in auto. Con queste informazioni si è arrivati a formulare una ipotesi di crescita basata su un modello di regressione lineare. Il parco auto, caratterizzato in funzione del tipo di alimentazione e tecnologia è stato

fatto evolvere attraverso un modello di ottimizzazione che ipotizza andamenti analoghi nell’immatricolazione e nella rottamazione di ciascuna tipologia di veicoli, nel rispetto di opportuni vincoli di congruenza. In seguito sono state stimate le percorrenze medie annue del parco auto e per i veicoli plug-in sono state stimate le quote di percorrenza in modalità elettrica. E’ stata quindi condotta un’analisi di tipo energetico per valutare, a partire dalle percorrenze dei veicoli, la domanda di energia elettrica associata, modulata sulle scale spazio-temporali necessarie per i modelli che nell’ambito del progetto ne studieranno l’impatto sul sistema elettrico. Infine è stata applicata la metodologia Copert per una prima valutazione dei consumi energetici e delle emissioni inquinanti in due scenari per l’anno 2030, caratterizzati l’uno dalla presenza dei veicoli PEV/PHEV e l’altro, come termine di confronto, uno scenario base di riferimento al 2030 in cui i veicoli PEV/PHEV non trovano diffusione e sono sostituiti da veicoli tradizionali a combustione interna rispondenti alla normativa EURO6. Ciò ha permesso di ottenere una prima valutazione della riduzione delle emissioni nel settore trasporti e di calcolare un primo bilancio complessivo delle emissioni di CO 2 dello scenario PEV/PHEV, considerando anche le maggiori emissioni dovute alla produzione di energia elettrica necessaria a ricaricare le batterie dei veicoli. Relativamente alla valutazione della qualità dell’aria a scala nazionale, il sistema modellistico (WRF- SMOKE-CAMX) di trasporto e trasformazione di inquinanti, sviluppato nel corso del triennio di ricerche precedente, è stato applicato per una nuova simulazione annuale finalizzata alla valutazione del livello di qualità dell’aria sul territorio nazionale ed alla stima dei contributi dovuti ai principali settori emissivi, in particolare, la generazione termoelettrica ed il trasporto su strada. Nelle simulazioni è stato utilizzato l’inventario nazionale delle emissioni per l’anno 2005 con risoluzione provinciale predisposto da ISPRA 1 come disaggregazione spaziale dell’inventario nazionale 2005. Attraverso l’’applicazione del modello CAMx è stato possibile calcolare le mappe di concentrazione di diversi inquinanti sull’intero territorio italiano, successivamente l’applicazione degli algoritmi di analisi del ruolo delle sorgenti ha consentito di costruire le mappe di concentrazione dei contributi dovuti a singole categorie emissive come ad esempio il settore termoelettrico e le emissioni dagli autoveicoli. Si è stimato che gli autoveicoli contribuiscono per più del 15% alle concentrazioni attuali di ossidi di azoto, mentre il loro contributo alle concentrazioni di SO2, grazie alla costante riduzione del contenuto di zolfo nei carburanti, risulta trascurabile. Per il particolato fine, il trasporto autoveicolare contribuisce dal 5 al 15% della concentrazione media annua di PM2.5. Questi risultati confermano quindi che scenari di sviluppo in grado di incidere sull’attuale struttura dei trasporti potrebbero generare apprezzabili benefici in termini di qualità dell’aria. Diversamente, il contributo della produzione di energia dal settore termoelettrico risulta modesto su tutto il territorio nazionale in quanto, pur trattandosi di un contributo emissivo rilevante, esso è associato a sorgenti in quota, quindi meno influenti in termini di concentrazione al suolo. I risultati ottenuti sembrano quindi indicare che un eventuale aumento della produzione di energia elettrica, necessaria all’alimentazione dei veicoli PEV/PHEV, non dovrebbe comportare peggioramenti apprezzabili alla qualità dell’aria. Per il tema della modellistica di qualità dell’aria a scala locale, le attività condotte nel corso di questo primo anno di ricerca sono state finalizzate a migliorare e testare il modello SPRAY in grado di simulare la dispersione degli inquinanti emessi sia da sorgenti puntiformi (centrali) che da sorgenti lineari (trasporti). In particolare è stata valutata la capacità di simulare le reazioni chimiche durante i processi dispersivi nel caso di emissioni da una sorgente puntuale (camino) e lineare (strada), trovando un buon accordo con i dati sperimentali. Nello specifico le attività condotte hanno riguardato i seguenti aspetti: applicazione ad un caso reale degli algoritmi di reazione chimica, applicazione in condizioni controllate degli algoritmi per lo studio di una sorgente lineare, realizzazione di un prototipo di modello fluctuating plume, tecnica che sembra essere uno strumento promettente per ricostruire i processi dispersivi insieme alle reazioni chimiche anche se, per ora, l’applicazione è avvenuta in condizioni controllate. Sul tema LCA dei veicoli PEV/PHEV, l’obiettivo di questo primo anno di ricerca è stato quello di definire, a fronte di un’analisi di letteratura, le fasi iniziali di un LCA comparativo secondo la norma ISO 14040: definizione dell’unità funzionale ed individuazione dei confini del sistema. Partendo dall’analisi della letteratura effettuata è stato possibile trarre alcune indicazioni. Una prima indicazione di ordine generale è che il veicolo elettrico puro sembra essere destinato a un mercato di nicchia, legato a spostamenti 1 ISPRA – Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ex APAT)

esclusivamente urbani. Non è perfettamente sostitutivo del veicolo a combustione interna, e quindi non è rigoroso confrontarlo tramite un’analisi LCA ad un veicolo ibrido, a uno ibrido plug-in e ad un veicolo a combustione interna. Un secondo punto è l’assunzione che la fase di costruzione e dismissione del veicolo, eccezion fatta per le batterie, è identica nei diversi casi e che quindi sia possibile escluderla da un’analisi finalizzata al confronto di veicoli. Relativamente alle batterie, invece, il principale problema è una generale mancanza di dati, dovuta anche alla rapida evoluzione del settore, soprattutto per le tecnologie basate sul litio. A valle di queste considerazioni è stata tracciata la parte iniziale dello studio LCA, goal and scope, definendo l’unità funzionale, i processi produttivi ed i confini del sistema e la scelta delle categorie di impatto. L’unità funzionale scelta, come in molti degli studi analizzati, è il servizio espletato dagli autoveicoli ed è quindi costituita dal prodotto tra una distanza ed un numero di passeggeri: UF =100km*passeggero. Dal punto di vista degli impatti si può già prevedere come la fase di produzione e smaltimento della batteria giocheranno un ruolo importante nel ciclo di vita del veicolo elettrico e dei veicoli ibridi plug-in, mentre gli impatti più rilevanti del motore a combustione interna saranno legati alle emissioni atmosferiche. Anche per quanto riguarda i confini del sistema, ovvero la parte delle filiere di cui verrà fatta l’analisi di inventario, è possibile trarre alcune considerazioni dalla letteratura analizzata. A partire dai risultati analizzati sembra opportuno stabilire che le parti della filiera escluse saranno la produzione e lo smaltimento del veicolo ed il ciclo di vita delle batterie del veicolo tradizionale, le parti analizzate saranno la fase d’uso, il ciclo di vita delle batterie per i veicoli alternativi e le filiere energetiche. Per la scelta delle categorie di impatto da utilizzare nella valutazione sembra opportuno utilizzare categorie di impatto per lo più legate alle emissioni atmosferiche, sia perché risultano essere il problema fondamentale per i mezzi di trasporto urbano, sia perché la maggior parte dei dati raccolti si riferiscono a questo tipo di inquinamento.