Auto elettriche e tradizionali: quali inquinano di più? Risponde la scienza

Dalla produzione di energia a quella delle batterie, scopriamo se le auto elettriche inquinano davvero di meno rispetto a quelle endotermiche.

Auto elettriche e tradizionali: quali inquinano di più? Risponde la scienza
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A fine 2020 è stato registrato un forte calo di immatricolazioni di nuove auto in Italia, parliamo di circa 121.200 unità, il -14,8% rispetto allo stesso mese del 2019. In forte ascesa è invece il mercato dei veicoli elettrici, con picchi del +753,5% rispetto allo stesso mese del 2019. Questi sono i dati riportati nell'analisi del mercato automotive in Italia elaborata da Energy&Strategy (E&S) Group del Politecnico di Milano.

Nel 2020 è stato registrato un trend negativo per le immatricolazioni di veicoli benzina e diesel, con un calo rispettivamente pari a 42% e 36,8%. In questa situazione in perdita però risultano vincitori i veicoli ibridi, che registrano un incremento del 225,8% nel mese di dicembre 2020 rispetto al mese di dicembre 2019.
Alla luce di questi dati ci si chiede spesso se i benefici dell'elettrico siano davvero maggiori rispetto ai mezzi convenzionali alimentati ad idrocarburi fossili, spesso le critiche nei confronti dell'elettrico si basano sulla produzione di elettricità, accusata di essere più inquinante in proporzione rispetto al petrolio.
Con questo articolo cerchiamo di fare il punto della situazione almeno per quanto riguarda le emissioni dei famosi gas serra e di diversi inquinanti diretti ed indiretti, che derivano sia dai principali processi industriali di produzione del petrolio, sia dalle emissioni dei mezzi di spostamento. Parliamo di anidride carbonica (CO2), biossidi e monossidi d'azoto (NO2 e NO), particolato atmosferico (PM10) e composti organici volatili (COV).

Gli inquinanti ambientali

L'anidride carbonica (CO2) è un gas incolore ed inodore e rappresenta il principale gas serra nell'atmosfera terrestre (da una sua produzione incontrollata dalla rivoluzione industriale in poi deriverebbe infatti un aumento dell'effetto serra, il quale contribuisce al surriscaldamento globale per il 70%). Il settore dei trasporti è responsabile del 30% delle emissioni totali di CO2 in Europa, di cui il 72% viene prodotto dal solo trasporto stradale. Nel tentativo di limitare le emissioni di CO2 l'Unione Europea ha stabilito l'obiettivo di ridurre entro il 2030 le emissioni dei trasporti del 60% rispetto ai livelli registrati nel 1990.
Il biossido d'azoto NO2 è un gas di colore rosso bruno, di odore pungente e altamente tossico: alti livelli di questo inquinante possono danneggiare l'apparato respiratorio e nel contempo contribuire alla formazione dello smog fotochimico, come precursore dell'ozono troposferico, e al fenomeno delle "piogge acide". Inoltre, vogliamo ricordare che ogni anno circa 4 milioni di nuovi casi di asma tra bambini sembrano essere associati all'NO2, prodotto dalla combustione di combustibili fossili nei veicoli, nelle centrali elettriche e nelle industrie.

Un altro grande protagonista dell'inquinamento dei veicoli tradizionali è la produzione delle polveri sottili (PM), attribuito principalmente ai gas di scarico che essi producono con la circolazione. Il PM10 presenta un diametro aerodinamico pari a 10 millesimi di micron e viene prodotto in particolare dai motori diesel, che infatti sono dotati di specifici filtri (DPF o FAP) progettati per ridurlo. Il PM7 (diametro di 7 millesimi di micron) può causare problemi all'apparato orofaringeo, il PM 4,7 (diametro di 4,7 µm) arriva ad interessare la trachea e i bronchi, mentre il più sottile PM1 può raggiungere addirittura gli alveoli polmonari.

Infine ci sono gli inquinanti organici volatili (COV), composti derivanti dalla combustione della benzina e dalla lavorazione del petrolio nell'industria petrolchimica, che vengono liberati in concentrazioni inferiori rispetto agli inquinanti elencati precedentemente ma sono anche i più pericolosi. I più importanti sono il Benzene e gli IPA (idrocarburi policiclici aromatici) i quali sono riconosciuti come mutageni e cancerogeni per l'uomo. In aree altamente urbanizzate, riscaldamento domestico e sorgenti mobili, come gli autoveicoli, sono le fonti più importanti di emissione di IPA.

Dopo aver brevemente illustrato i principali inquinanti proviamo a definire il loro andamento e la variabilità rispetto all'utilizzo dei veicoli elettrici e ai mezzi di trasporto alimentati a benzina. Dato il gran numero di diverse tipologie di mezzi e delle loro tecnologie è difficile creare dei modelli che studino la variazione di emissioni inquinanti rispetto ai mezzi tradizionali.

Inoltre, la produzione di energia elettrica può derivare da diverse fonti e anche in quel caso si incontra una notevole diversificazione dell'inquinamento, passando dalla produzione industriale basata su carbone e gas naturali a quella delle fonti rinnovabili. Tuttavia, possiamo cercare di districarci facendo riferimento a diversi studi molto recenti che cercano di mettere in relazione i consumi attuali rispetto ad un incremento della mobilità elettrica.

La produzione energetica

Partiamo dalla fonte di produzione dell'energia elettrica, molto promettenti in questo campo sono gli studi presentati dalla GSE, che mostrano la composizione del mix energetico iniziale nazionale dell'energia elettrica immessa in rete relativo agli anni di produzione 2018 e 2019.
Da questi dati si può notare come la produzione di elettricità per il nostro paese sia al 40% circa derivante da fonti rinnovabili, al 42,86% da Gas naturale e al 8,52% da carbone, un ottimo dato rispetto a quello del 2005 in cui l'energia elettrica era ottenuta da fonti rinnovabili solo al 16%. Questi dati pongono immediatamente l'energia elettrica in vantaggio, anche in vista dell'obbiettivo europeo del 2030 che si propone di produrre tale energia al 70-72% solo tramite fonti rinnovabili.

Anche l'Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale ha pubblicato un rapporto relativo alla variazione di emissioni totali dal 1990 ad oggi determinando un forte calo di circa il 19,4%. Nel complesso dal 1990 al 2019 il consumo interno lordo di energia da fonti rinnovabili è più che quadruplicato passando da 6,5 a 29,5 Mtep. In particolare l'analisi dell'ISPRA fa notare che per il settore elettrico, si registra una rapida e costante diminuzione dei fattori di emissione di CO2 con un forte disaccoppiamento tra generazione elettrica e emissioni di gas climalteranti.

Tuttavia, come già anticipato, il biossido di Carbonio non è l'unico inquinante pericoloso per l'ambiente e per l'uomo, se facciamo riferimento agli altri inquinanti possiamo vedere che i loro valori si abbassano quasi a zero tramite la produzione di energia con fonti rinnovabili. Facciamo riferimento al particolato atmosferico (PM10), agli ossidi di azoto (NOx) e ai composti organici volatili (COV) precedentemente illustrati.

Per la produzione di NO2 possiamo valutare i recenti dati ottenuti da Barbara Dix e Joost de Gouw. Il loro studio dimostra come tra il 2007 e il 2019, in gran parte degli Stati Uniti, i livelli di inquinamento da biossido di azoto siano diminuiti nelle aree urbane grazie ad auto e centrali elettriche più pulite. Nel contempo le emissioni di biossido di azoto sono aumentate a livello dei bacini petroliferi di Permian, Bakken ed Eagle Ford, rispettivamente in Texas e New Mexico, North Dakota e Texas.

Per quanto riguarda i composti organici volatili (COV) invece facciamo riferimento agli studi di Cynthia H. Whaley sul rapporto della produzione delle benzine leggere rispetto alla produzione di energia elettrica, in particolare il processo di cracking adottato per la produzione di idrocarburi leggeri, quali le benzine, a partire da greggi medio-pesanti e pesanti: questo sembra essere uno dei processi che causa la maggior percentuale di formazione di questi inquinanti.
La mancanza di questo processo nella produzione di energia elettrica e soprattutto il fatto che con un aumento dei mezzi elettrici verrebbe meno la necessità di produrre così tanta benzina, rende di per sé il rapporto nettamente vincente per l'elettrico.

Le emissioni dirette

Parliamo ora di emissioni dirette. Innanzitutto, esistono diversi tipi di veicoli elettrici, identificabili con diverse sigle. Ci sono i mezzi elettrici puri Battery electric vehicles (BEVs), i quali sfruttano l'energia elettrica immagazzinata in una batteria interna al mezzo: parliamo di auto, biciclette, monopattini, moto e scooter, skateboard e monocicli. Poi abbiamo i Plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs) ovvero mezzi ibridi con un motore elettrico ed uno a combustione interna che lavorano separatamente.

La maggior parte dei PHEV sono autovetture ma esistono anche versioni di veicoli commerciali e furgoni, autocarri, autobus, treni, motociclette, scooter e veicoli militari. I Range extended electric vehicles (REEVs) sono veicoli elettrici a batteria che includono un piccolo motore ausiliario a combustione col solo scopo di ricaricare la batteria. A differenza del Plug-in Hybrid, il Range Extender non è in grado di far funzionare il veicolo meccanicamente. Gli Hybrid electric vehicles (HEVs) sono veicoli con un motore a combustione e un motore alimentato a batteria. Sono alimentati dal motore a combustione, ma alle basse velocità (fino a 50 km/h) e nelle brevi distanze (ca. 3 km), è possibile una propulsione completamente elettrica. L'elettricità necessaria a mettere in funzione il motore elettrico è prodotta dal motore a combustione.
Parliamo dunque di diverse emissioni a seconda del veicolo preso in considerazione, inoltre, a seconda del veicolo parliamo di processi di produzione differenti, tuttavia possiamo riportare i dati utilizzati nei modelli teorici più generali, ovvero basati su una valutazione della media tra mezzi puramente elettrici e mezzi ibridi.

La produzione e lo smaltimento di un'auto elettrica ad ora sono meno green di quelli delle auto con motore a combustione interna anche se diverse ricerche stanno portano risultati ammirevoli relativi alla produzione e smaltimento delle batterie e delle componenti del generatore-motore. Quindi per quanto riguarda le emissioni dovute alla produzione e smaltimento per qualche punto percentuale le auto convenzionali risultano meno impattanti.

Tuttavia, ad esempio in Italia, grazie alle nuove immatricolazioni del 2020, che hanno sostituito il vecchio parco auto circolante altamente inquinante, è stato possibile risparmiare quasi 1,2 milioni di tonnellate di CO2. La riduzione delle emissioni di CO2 dovuta alle nuove immatricolazioni del mese di dicembre 2020 è pari a quasi 110.000 tonnellate all'anno.
Il calo è dovuto in larga parte ai veicoli ibridi (30,7%), benzina (26%) e diesel (22,4%). Ma un dato importante è dato dall'apporto dei veicoli elettrici puri che arrivano a "pesare" per il 13,3% di CO2 emessa in meno a fronte di una quota di immatricolazioni del 6%.

Riguardo all'inquinamento invece dovuto alla produzione delle batterie, uno studio del 2017 ha appurato come la produzione di una batteria agli ioni di litio per autotrazione rilasci in media 150-200 chilogrammi di CO2 equivalente per chilowattora di batteria prodotta: nel caso di un autoveicolo elettrico con batteria da 100 kWh verrebbero rilasciate 15-20 tonnellate di diossido di carbonio per la sola produzione della batteria, la quale ha una vita variabile dai 5 ai 10 anni. Effettuando un paragone con mezzi a benzina o Diesel, questi ultimi, prima di arrivare a rilasciare tanto diossido di carbonio impiegherebbero (con percorrenza stimata di circa 2 000 km/anno ed emissione stimata di 130 grammi di diossido di carbonio per chilometro) circa 8,2 anni. Tuttavia, questo dato è da prendere con cautela considerando che non valuta la CO2 prodotta dal processo petrolchimico di produzione della benzina.

Per quanto riguarda invece l'emissione diretta di Composti organici Volatili (COV), ossidi di azoto (NO2 e NO) e particolato le auto elettriche, ma anche alcune ibride, vengono approssimate ad un'emissione pari allo zero.
Alla luce di queste considerazioni e tenendo dunque conto del mix energetico medio in Europa, le auto elettriche hanno già dimostrato di essere più ecologiche rispetto ai veicoli a benzina o alimentati con altri carburanti derivati dal petrolio. Infine, dal momento che ci si aspetta una crescita dell'energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili, le auto elettriche vanno ad aggiudicarsi un bilancio nettamente positivo nella lotta contro l'inquinamento.