Veicoli elettrici : potenzialità o collo di bottiglia?

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI UDINE

DIPARTIMENTO DI SCIENZE ECONOMICHE E STATISTICHE

Corso di laurea triennale in

ECONOMIA E COMMERCIO

classe L-33, Scienze Economiche

Tesi di Laurea

VEICOLI ELETTRICI:

POTENZIALITÀ O COLLO DI BOTTIGLIA?

Relatore: Laureanda:

Prof.re Antonio Massarutto Francesca Lucchese

Matricola:139533

Anno Accademico 2019/2020 1

A me per l’impegno,

alla mia famiglia per il supporto,

ai miei amici ed a tutti coloro che mi sono stati vicino

ed al relatore per il sostegno e la disponibilità 2

3

INDICE

SOMMARIO 8

CAPITOLO 1 CONTESTO DI RIFERIMENTO 9

1.1condizione europea dal 1990 al 2017 11

1.2aumentare la qualità dei carburante nei nuovi veicoli immessi nel mercato 13

1.2.1 dieselgate 16

1.2 cambiamenti a lungo termine? (auto ad alimentazione alternativa) 18

CAPITOLO 2 VEICOLI ELETTRICI 20

2.1 storia 21

CAPITOLO 3 PUNTARE SULL’AUTO ELETTRICA PER RISOLVERE IL PROBLEMA

DELL’INQUINAMENTO? 23

3.1 approccio di analisi del ciclo di vita o life cycle assessment (lca) 23

3.1.1lo studio epa “application of life cycle assessment to nanoscale technology: lithium-ion

batteries for electric vehicles” 27

3.2 costi del ciclo di vita sociale, valutazione slc 31

3.3 esternalità finora non considerate 34

CAPITOLO 4 MERCATO DELL’AUTO ELETTRICA, DA SOLO NON SI AFFERMA? 36

CAPITOLO 5 DAL LATO DEI CONSUMATORI 39

5.1 l’autonomia e la disponibilità di infrastrutture di ricarica 39

5.2 tempo necessario per ricaricarle 43

5.3 prezzo di acquisto e costo totale di proprietà 44

5.3.1 caso pratico: confronto fra auto elettrica ed auto a benzina in termini di costi (derivati dal

database delle auto adac per entrambi i modelli (tedesco): 46

5.3.2 previsioni costo medio di vita dell’auto in futuro 51

5.3.3 strategie di riduzione del costo dell’elettrica oggi :fra incentivi e noleggio batteria 52

5.4 CASO MILANO 56

CAPITOLO 6 CONVIENE ALLE COSTRUTTRICI INVESTIRE NELLE AUTO

ELETTRICHE? 61

6.1 il futuro dell’ elettrica è minacciato dalla carenza dei metalli? 65

CONCLUSIONE 69

BIBLIOGRAFIA 71

4

INDICE DELLE FIGURE

Fig.1.1: Serie storica della concentrazione media annua di biossido di zolfo alla stazione Juvara di Milano

dal 1957 al 2004 [CNEIA, 2006a].

Fig.1.2: Serie storica della concentrazione media annua di biossido di zolfo nelle stazioni Consolata e

Rebaudengo di Torino [CNEIA, 2006a].

Fig.1.3: Emissioni di inquinanti in Europa suddivisi per settori, (Agenzia Europea dell’Ambiente, 2017)

Fig.1.4: Trend delle emissioni da 1990-2017 in Europa, (Eurostat ,2019)

Fig.1.5: Emissioni di ossidi di azoto, in milioni di tonnellate, suddiviso per settore di provenienza, UE-28,

1990 e 2017, (SEE,2019)

Fig.1.6: Emissioni di particolato fine in atmosfera per settore di provenienza, milioni di tonnellate, UE-28,

1990 e 2017, (SEE, 2019)

Fig.1.7: Riduzione delle emissioni dei principali inquinanti in seguito all’introduzione delle diverse norme

euro (CO, NOX E PM) (UNRAE, 2018)

Fig.1.8: Emissioni di co2 per tipo di alimentazione, (Ispra 2016)

Fig.1.9: Trend emissioni di co2 dal 1990 al 2017, (Eurostat e Agenzia Europea dell’Ambiente,2019)

Fig.1.10: Emissioni di co2 dallo scarico suddiviso per tipo di carburante, (ISPRA 2016)

Fig.1.11: Emissione di co2 dal tubo di scarico dei veicoli (Agenzia europea dell’ambiente,2014)

Fig.2.1: Diversi tipi di veicoli elettrici, (Enea, 2016)

Fig.2.2: Jamais Contente raggiunse i 100 km/h (1899), (Emobility, 2017)

Fig.3.1: Schema dei diversi stadi del ciclo di vita delle auto, (Danielis, 2017)

Fig.3.2: Composizione del mix energetico utilizzato per produrre energia elettrica in Italia, (GSE, 2018)

Fig.3.3: Emissione di co2 per tipologia di veicoli e per fase di vita di emissione, (Danielis, 2017)

Fig.3.4: CO2eq/Km lungo l’intero ciclo di vita per alcune auto ad alimentazione differente in vendita negli

USA, (Massachusetts Institute of Technology, 2019)

Fig.3.5: Ciclo di vita batterie al litio per veicoli elettrici puri, (EPA, 2013)

Fig.3.6: Impatti ambientali della fase di produzione delle batterie, (Enea, 2011)

Fig.3.7: Impatti ambientali della fase d’uso delle batterie, (Enea, 2011)

Fig.3.8: Impatti ambientali della fase fine vita, (Enea, 2011) 5

Fig.3.9: Costi sociali delle esternalità causate dai veicoli suddivise per diverse tipologie di alimentazione,

(Danielis, 2015)

Fig.3.10: “finestra operativa” di una cella agli ioni di litio (Mpoweruk, 2005)

Fig. 3.11: Stati beneficiari del fondo per la ricerca sulle batterie (UE, 2019)

Fig.4.1: Trend mondiale delle vendite dell’elettrica, (Mckinsey,2018)

Fig.4.2: Posizione dei paesi nel mercato delle auto elettriche, (Mckinsey, 2018)

Fig.5.1: Investimenti complessivi nella rete di ricarica per mezzi elettrici nello scenario TECH nel periodo

fino al 2050. (Cambridge Econometrics, 2018)

Fig.5.2: Infrastruttura di ricarica >11kw per veicoli elettrici nelle diverse regioni italiane, (Legambiente,

2018)

Fig.5.3: Infrastruttura di ricarica <11kw per veicoli elettrici nelle diverse regioni italiane (Legambiente,

2018)

Fig.5.4: Tipi di ricarica disponibili attualmente (Enea, 2016)

Fig.5.5: Risultati del confronto TCO tra i modelli di auto con alimentazione "alternativa" e "convenzionale"

appartenenti al segmento di mercato italiano A-B, (Danielis,2015)

Fig.5.6: Confronto dei prezzi totali per diversi tipi di trazione fra anno base 2015 ed anno preso in

riferimento 2014, (Danielis, 2015)

Fig.5.7: Confronto dei prezzi di acquisto nel 2019 fra due auto comparabili (Germania), (Adac, 2019)

Fig.5.8: Confronto fra prezzo di elettricità e costo del carburante (benzina) dati del 2019 in Germania, (Adac,

2019)

Fig.5.9 Tassa sull’automobile in Germania nel 2019, (Adac,2019)

Fig.5.10: Premi di assicurazione date le caratteristiche in esame in Germania nel 2019, (Adac, 2019)

Fig.5.11: Costo dei servizi di assistenza e manutenzione in Germania nel 2019, (Adac, 2019)

Fig.5.12: Valore residuo a cinque anni fra auto a benzina ed elettrica considerate, (Adac, 2019)

Fig.5.13: Costo totale di proprietà quadriennale per un'autovettura nuova di piccole dimensioni (segmenti A

e B) nel 2030, (Cambridge Econometrics, 2018)

Fig.5.14Rappresenta le diverse versioni della Renault Zoe evidenziando le differenze fra le due soluzioni,

(Renault,2019)

Fig.5.15: Incentivazione ai veicoli a basse emissioni in Italia dal 2013 al 2015 (RSE, 2017)

Fig.5.16: Malus in Francia nel 2018, rispetto al 2019 suddivise per emissioni di co2. (L'argus.fr - Tous les

prix du nouveau malus écologique, 2018)

Fig.5.17: Limitazioni strutturali nella zona a traffico limitato torinese, (Comune di Torino, 2020) 6

Fig.5.18: Milano serie storica delle emissioni di PM10, (Istat,2020)

Fig.5.19: Contributi previsti dalla Lombardia in caso di acquisto di veicolo elettrico puro e rottamazione di

uno inquinante, (Regione Lombardia,2019)

Fig.5.20: Inquinamento da pm10 e ozono (o3) nei capoluoghi delle città

metropolitane nell’anno 2018 (numero di giorni di superamento del limite (Arpav,2018)

Fig.6.1: Costi di produzione di veicoli elettrici e non (Mckinsey, 2019)

Fig.6.2: Strategie di riduzione dei costi di produzione auto elettriche, (Mckinsey, 2019)

Fig.6.3: Nuovi modelli di business attuabili, (Mckinsey, 2019)

Fig.6.4: Metalli per produzione dell’auto elettrica (Hawkins ,2013, Mathieux 2017)

Fig.6.5: Differenza fra domanda e disponibilità di cobalto

(European Commission, Joint Research Centre, 2018)

Fig.6.6: Diverse formule utilizzate per definire lo stato di salute della batteria, (Enea, 2017) 7

SOMMARIO

La presente trattazione espone le potenzialità e i colli di bottiglia delle auto elettriche.

In primis ho ritenuto necessario delineare il contesto di riferimento. L’obiettivo internazionale dagli

anni 80 è infatti quello di ridurre l’inquinamento atmosferico. Il settore delle auto ne è la maggior

fonte. Fino agli anni 90 sono state introdotte a livello internazionale ed europeo norme rivolte alla

miglior qualità dei carburanti benzina e diesel. Solo successivamente per raggiungere obiettivi di

lungo periodo fu ritenuto necessario puntare sull’elettrico. (cap. 1)

Davvero l’auto elettrica produce minori emissioni? Ho intrapreso un approfondimento sugli studi

condotti in letteratura sulle emissioni causate dai diversi tipi di alimentazione. Con un richiamo in

particolare per l’analisi del ciclo di vita e la valutazione Slc. (cap. 3)

Nonostante la maggior sensibilità ambientale il mercato dell’elettrica ha difficoltà ad affermarsi.

Ho definito dunque la situazione attuale e le prospettive per il futuro (cap. 4)

Cosa manca al mercato per decollare? Uno sguardo al lato dei consumatori, con una

rappresentazione degli ostacoli all’acquisto dell’auto elettrica e le soluzioni tecnologiche e di

politica pubblica intervenute. (cap. 5) Infine ho analizzato il lato della produzione. Conviene alle

case automobilistiche investire nel mercato dei veicoli elettrici, quali sono i colli di bottiglia ancora

da superare? Ho svolto un’analisi incentrata sulla questione degli elevati costi di produzione e sulla

difficile reperibilità dei metalli. (cap. 6) Infine ho rappresentato i possibili scenari futuri. 8

CAPITOLO 1

CONTESTO DI RIFERIMENTO

Lo scopo di questo capitolo introduttivo è delineare il contesto di riferimento, ovvero il motivo per

cui la Comunità Internazionale punta a ridurre l’inquinamento atmosferico, le norme intervenute nel

corso degli anni in questa direzione, fino ad arrivare all’auto elettrica come soluzione prospettata.

Garantire una miglior qualità dell’aria, infatti, è uno degli obiettivi su cui si concentra negli ultimi

decenni la Comunità Internazionale (UNECE,2019). L’inquinamento atmosferico, difatti, è nocivo

per la salute dell’uomo e per l’ambiente come testimonia l’Oms (OMS,2005).

La preoccupazione per un’aria più pulita è sorta solo negli anni ’60, quando gli scienziati scoprirono

che gli inquinanti erano all’origine del processo di riscesa dall’atmosfera di particelle a

composizione acida (delle piogge acide) che stavano divorando l’ambiente (es. foreste).

Ad esempio, in Italia le concentrazioni di biossido di zolfo (anidride solforosa) misurato nelle

decadi ‘50 e ‘70 nelle città di Milano (Fig.1.1) e Torino (Fig.1.2), registrarono medie annue con

punti di 500 μg/m3 ( 1.0 × 10-9 kg / m3). [CNEIA, 2006].

Gli anni 80 vedono una prima diminuzione della dispersione dell’anidride solforosa, a Milano e

Torino con misurazioni inferiori ai 100 μg/m3[CNEIA, 2006].

Fig.1.1:Serie storica della concentrazione media annua d biossido di zolfo alla stazione Juvara di Milano dal 1957 al

2004 [CNEIA, 2006a]. 9

Fig.1.2 Serie storica della concentrazione media annua di biossido di zolfo nelle stazioni Consolata e Rebaudengo di

Torino [CNEIA, 2006a].

Per derimere al problema dell’inquinamento, nel 1979, 32 paesi della Commissione economica per

l'Europa delle Nazioni Unite, hanno deciso di cooperare stipulando il principale quadro

internazionale per l’attuazione di misure volte a limitare e prevenire gradualmente l'inquinamento

atmosferico. La convenzione sull'inquinamento atmosferico a livello internazionale (CLRTAP) nel

corso degli anni è stata progressivamente estesa. (UNECE 2019).

Il primo radicale cambiamento dal punto di vista ambientale avvenne negli anni 80 con l’attuazione

dei primi provvedimenti da parte dei singoli stati appartenenti all’UNECE.

Nel 1979 infatti in Italia venne annunciato il progetto VESE (Valutazione degli Effetti ambientali e

socioeconomici dei Sistemi Energetici) per la valutazione degli effetti ambientali (Pinchera, 1979),

che manifesterà le sue potenzialità per tutti gli anni ‘80 fino ai primi anni ‘90.

In questo ambito, con riferimento all’inquinamento atmosferico, nel 1986 vennero realizzati i primi

censimenti sulle emissioni in Italia (Bocola e Cirillo, 1986), fu delineata una prima guida alle cause

d’emissione degli inquinanti atmosferici (Gaudioso et al., 1989) ed esaminata la loro dispersione

(Cirillo and Manzi, 1991). (Anil Markandya,1999) e (Gazzetta Ufficiale N4 del 2014 cita Mario

Carmelo)

I principali inquinanti atmosferici considerati furono:

-idrocarburi incombusti (HC), cioè parte di combustibile non bruciato;

-ossidi di azoto (NOx): si forma per la combustione dell’aria che è costituita dal 78% di azoto.

Questo elemento negli alti strati dell’atmosfera per effetto delle radiazioni ultraviolente si combina

con l’acqua formando acido nitrico (pioggia acida);

-monossido di carbonio (CO): ben il 90% del monossido di carbonio prodotto dalle attività umane è

da imputare ai veicoli.

-anidride solforosa: prodotto della lavorazione del gasolio che negli alti strati dell’atmosfera a causa

delle radiazioni ultraviolente si combina con l’acqua formando la pioggia acida. 10

-inquinamento atmosferico da polveri sottili (particelle di dimensioni molto ridotte che rimangono

in sospensione nell’atmosfera a lungo tempo) è considerato di particolare rilievo. È attribuito al

settore dei trasporti circa il 30% delle polveri. Il particolato o PM (materia particellare) è composto

per il 94% da particelle solide di carbonio, di cui il 2% contiene sostanze cancerogene.

Da tali provvedimenti emerse che non vi è un’unica fonte che provoca inquinamento atmosferico, è

infatti generato da fonti antropiche fra cui trasporti, processi industriali, generazione di elettricità da

combustibili fossili, inquinamento prodotto dai veicoli, rare sono invece le cause naturali che

possono provocare sfavorevoli alterazioni. In Europa, ad esempio, il settore dei trasporti rappresenta

il 30% delle emissioni totali di Co2, il 72% del quale deriva dal trasporto stradale (Parlamento

Europeo,2019) (Fig.1.3).

Fig.1.3:Emissioni di inquinanti in Europa suddivisi per settori,(Agenzia Europea dell’Ambiente, 2017)

https://www.eea.europa.eu/it/themes/air/intro

1.1 Condizione Europea dal 1990 al 2017

Dall’introduzione delle prime norme sulla qualità dell’aria le emissioni di inquinanti atmosferici si

sono ridotte notevolmente. Ad esempio, in Europa, i livelli di inquinanti in atmosfera sono

sensibilmente diminuiti dagli anni ’90, grazie alle politiche ambientali adottate negli ultimi 30 anni.

Il trend decrescente si evince dall’analisi della serie storica multivariata (1990-2017) dei principali

inquinanti (SOX, PM, NOX, NH , NMVOC) condotta dall’Eurostat in collaborazione con Agenzia

3

Europea per l’Ambiente. (Fig.1.4) (Eurostat,2019) 11

Fig.1.4: Trend delle emissioni da 1990-2017 in Europa,:(Eurostat ,2019) https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-

explained/index.php/Air_pollution_statistics_-_emission_inventories

In particolare le emissioni di ossidi di azoto (Nox), che si formano per la combustione dell’aria che

è costituita dal 78% da questo inquinante, sono passate da 18 milioni di tonnellate nel 1990 a 7,5 nel

2017. Il settore dei trasporti (rappresentato in verde acqua) rimane quello che provoca maggiori

esternalità di Nox, la riduzione però fra 1990 e 2017 è notevole. (da 7,7 milioni di tonnellate a 3,1

milioni).(SEE,2019) Come possiamo evincere dal grafico (Fig 1.5) che mette direttamente a

confronto le emissioni del 1990 e 2017 suddivise per i diversi settori di provenienza.

Fig.1.5:Emissioni di ossidi di azoto, in milioni di tonnellate,suddiviso per settore di provenienza, UE-28, 1990 e 2017, (

SEE,2019) disponibile anche presso Eurostat (env_air_emis) 12

Anche l’inquinamento atmosferico da polveri sottili è considerato di particolare rilievo, poiché il

PM è composto per il 94% da particelle solide di carbonio, di cui il 2% contiene sostanze

cancerogene. È attribuito al settore dei trasporti circa il 30% delle emissioni di tale inquinante.

Negli anni considerati (1990 come anno base a confronto con l’anno di riferimento 2017), la

presenza di particolato fine (PM2.5) in atmosfera si è ridotto del 50% (SEE,2019 e EUROSTAT

2019).(Fig.1.6)

Fig.1.6:Emissioni di particolato fine in atmosfera per settore di provenienza, milioni di tonnellate, UE-28, 1990 e 2017,

( SEE, 2019)disponibile anche presso Eurostat (env_air_emis)

L’UE tramite l’introduzione di normative sta andando nella direzione di raggiungere riduzioni

significative entro il 2030 e entro il 2050 rispetto ai dati del 1990. (Parlamento Ue,2018)

Vi sono due modalità per poter ridurre le emissioni causate dalle auto: aumentare la qualità dei

veicoli immessi nel mercato e cambiare tipo di alimentazione utilizzata dai veicoli.

1.2Aumentare la qualità del carburante nei nuovi veicoli immessi nel mercato

Gran parte dei progressi in questi anni sono stati introdotti da norme volte a garantire migliore

qualità della benzina e del diesel. Dal 1991, infatti, la Comunità Europea (attuale UE) ha

promulgato una serie di direttive, denominate euro, finalizzate alla riduzione dell’inquinamento

ambientale prodotto dai veicoli.

Le quali identificano la classe ambientale a cui fa riferimento l’auto.

Le norme euro entrate in vigore sono le seguenti:

Euro 0: rientrano in questa classe i veicoli a benzina senza catalizzatore e "non ecodiesel". Sono

mezzi immatricolati prima dell’entrata in vigore delle norme euro (31/12/1992). 13

Euro 1:vi appartengono i primi veicoli conformi alla direttiva 91/411 CEE con l’obbligo alle varie

case produttrici di inserire il catalizzatore. Le minori emissioni registrate nel settore dei trasporti su

strada dagli anni ‘90 sono l’esito proprio del montaggio dei catalizzatori (direttiva eu 91/441/CEE).

Euro 2: auto immatricolate tenendo conto delle modifiche ai limiti di emissione posti dal ’97.

(direttiva UE 94/12/CE).

Euro 3: dal 2001 l’UE ha fissato l’obbligo d’adozione del sistema EOBD ( European On Board

Diagnostics) ,col compito di tenere sotto controllo il programma antinquinamento.( dire