Verso un sistema di trasporti sostenibile Valeria Spada (v.spada@unifg.it;) Università degli Studi di Foggia – Facoltà di Economia – Dipartimento di Scienze Economico-Aziendali, Giuridiche, Merceologiche e Geografiche, Via R. Caggese n.1, 71100 Foggia

INDICE Introduzione Bilancio energetico del settore dei trasporti Andamento evolutivo delle diverse modalità di trasporto in Europa Ottimizzare il sistema dei trasporti I veicoli elettrici I veicoli ibridi I biocarburanti Il bioidrogeno Conclusioni

Introduzione È noto che negli ultimi anni il livello delle emissioni nell’atmosfera, associato anche all’incremento del traffico veicolare nelle grandi aree urbane, sta assumendo dimensioni sempre più preoccupanti. Il settore dei trasporti è essenziale per lo sviluppo socio-economico, ma la sua crescita “non sostenibile” impone alla società costi significativi in termini di impatto sull’ambiente e sulla salute dei cittadini. La necessità di garantire un sicuro approvvigionamento energetico implica: la riduzione della dipendenza dal petrolio; l'adozione di iniziative miranti alla diversificazione dei carburanti impiegati e all’introduzione di mezzi di trasporto più rispettosi dell’ambiente.

Grazie ai progressi tecnologici conseguiti negli ultimi venti anni nel settore dei trasporti, la situazione ambientale ha registrato la riduzione delle emissioni di alcune sostanze nocive, mentre i consumi energetici, le emissioni di gas serra, l’inquinamento acustico e l’impatto sul territorio nel suo complesso destano ancora crescente preoccupazione. A tal fine molti Paesi stanno avviando programmi indirizzati al miglioramento dell’efficienza del parco veicolare, incentivando: la sostituzione dei mezzi di trasporto tradizionali con altri più efficienti o dotati di nuovi sistemi di trazione (veicoli elettrici, ibridi e a celle a combustibile); la promozione dell’uso di carburanti fossili, come il gas naturale compresso (GNC), il gas di petrolio liquefatto (GPL) o non fossili, come i biocarburanti e l’idrogeno.

Percorso tecnologico per la produzione di carburanti alternativi Nella figura sono schematizzate sia le materie prime impiegate, sia i combustibili e i vettori energetici da esse ricavabili, evidenziando le principali tipologie di veicoli che potranno essere alimentati dai suddetti combustibili, con emissioni inquinanti quasi nulle. In questo modo le tecnologie esistenti e le innovazioni del settore potranno migliorare gli attuali sistemi di trasporto, al fine di renderli più funzionali alle esigenze delle città, delle economie e dell’ambiente.

Bilancio energetico del settore dei trasporti Stime recenti riportano che oltre il 40% dei consumi energetici mondiali sono assorbiti dal settore dei trasporti (di cui il 70% è dovuto ai paesi industrializzati), la metà dei quali è destinata al trasporto su gomma. Esso rappresenta la modalità più energivora, dipendente in maniera quasi esclusiva (circa il 98%) dai derivati del petrolio. Nell’anno 2002 il contributo di altri combustibili (elettricità, gas naturale e carbone) e dei biocombustibili al settore dei trasporti è stato rispettivamente di circa il 2% e dello 0,3%, così come illustrato in figura.

Negli ultimi 25 anni, la flotta veicolare è più che raddoppiata nei paesi industrializzati: attualmente, nel mondo, sono presenti circa 600 milioni di autovetture private e quasi 209 milioni di autocarri. Si stima che, nell’anno 2030, il parco veicolare supererà 1,3 miliardi di veicoli, mentre sul piano dei consumi energetici si prevede che il settore dei trasporti raggiungerà 3,2 Gtep (rispetto agli attuali 1,75 Gtep), assorbendo quasi il 54% della domanda totale di petrolio. Come evidenziato dal Rapporto Nazionale sull’Ambiente del 2005 in Italia la domanda di mobilità negli ultimi 15 anni è aumentata del 30% per i passeggeri e del 10% per le merci. Il parco veicolare si è ampliato complessivamente del 33%: le auto hanno registrato un incremento del 24%, i motocicli del 82% e gli autocarri del 55%.

Andamento evolutivo delle diverse modalità di trasporto in Europa In Europa nel corso degli anni 1990 il trasporto stradale ed aereo ha registrato un rilevante incremento, mentre la quota di utilizzo di altri mezzi, quali treni e autobus, è rimasta costante o è diminuita. In particolare, sin dalla metà degli anni Novanta, la percentuale di traffico passeggeri con auto (circa il 73%) e per ferrovia (circa il 6%) è rimasta pressoché stabile; mentre il trasporto con autobus, a partire dagli inizi del 1990, ha subito un decremento di quasi il 25% passando nell’anno 2002 a quasi il 9,3%. Il trasporto aereo, invece, è stato il mezzo di trasporto che ha realizzato la più rapida espansione rispetto alle altre modalità, con un aumento pari almeno al 5% annuo; tuttavia, dopo l’anno 2000 esso ha mostrato un andamento decrescente.

Andamento evolutivo delle diverse modalità di trasporto in Europa Il trasporto su strada domina con il 78% il mercato del trasporto merci interno nei Paesi membri EEA. Inoltre, la modalità di trasporo su strada è cresciuta nettamente nel corso dell’ultimo decennio a discapito del trasporto ferroviario e per via d’acqua interna.

Aspetti ambientali I consumi energetici nel settore (circa 284 Mtep nel caso del traffico su strada, nettamente superiori rispetto a quelli delle altre modalità di trasporto) contribuiscono non solo alle emissioni di gas serra, ma, in funzione delle caratteristiche tecniche dei carburanti e dei motori, determinano anche l’emissione di inquinanti in atmosfera. È stato stimato che in Europa i trasporti sono all’origine della più elevata percentuale di emissioni di CO (74%), di NOx (55%), di VOC (47%), di CO2 (21%) e di SOx (9%). In Italia il settore dei trasporti è responsabile del 74% delle emissioni complessive di polveri PM10. Trattasi di polveri aerodisperse di dimensioni submicrobiche capaci di penetrare nelle profondità dei polmoni con deposito di sostanze tossiche potenzialmente cancerogene. Le prospettive non sono certamente rassicuranti, prevedendosi che nel 2030, a causa della rapida crescita del traffico stradale, l’entità dell’impatto ambientale subirà un notevole incremento.

Emissioni di gas serra dai trasporti nei Paesi EEA Le emissioni di gas serra sono aumentate più del 27 % tra il 1990 e il 2005 nei Paesi membri EEA. EU‑15 è responsabile per l’83 % del totale (non includendo il transporto internazionale marittimo e aereo). Questo aumento nelle emissioni si è verificato anche se la flotta dei veicoli è diventata più efficiente.

Emissioni di sostanze inquinanti dal settore dei trasporti nei Paesi EEA Le emissioni di sostanze acidificanti, dei precursori dell’ozono e dei particolati si sono ridotte del 36%, del 45% e del 33% rispettivamente tra il 1990 e il 2005 nei 32 paesi membri EEA. Questo è da attribuire alla riduzione delle emissioni verificatasi nel trasporto su strada, a seguito del rinnovo della flotta con veicoli dotati di convertitori catalitici, di sistemi di cattura dei particolati e a seguito del ridotto contenuto di zolfo nel carburanti.

Ottimizzare il sistema dei trasporti I veicoli elettrici Al fine di ridurre le emissioni inquinanti nell’atmosfera (in particolar modo nei centri urbani) e tutelare la qualità dell’aria, un’alternativa (al momento di nicchia) potrebbe essere quella della trazione elettrica, applicata non solo ai mezzi pubblici, ma anche a quelli privati. In particolare, nei veicoli elettrici “puri” (che utilizzano solo energia elettrica per la trazione) l’energia è immagazzinata attraverso batterie, e successivamente trasformata in energia meccanica (per il moto del veicolo) mediante un motore elettrico, consentendo di garantire livelli di prestazioni comparabili a quelli dei veicoli tradizionali. Essi si caratterizzano da un’autonomia compresa tra i 60 e i 120 km /h nell’uso cittadino. Il privilegio fondamentale della trazione elettrica, rispetto a quella a combustione interna, è la quasi totale assenza di emissioni in loco, sia di tipo atmosferico che acustico.

Gli aspetti negativi legati all’uso delle batterie sono: l’elevato costo; la ridotta autonomia; i lunghi tempi di ricarica e la breve durata di vita. Tuttavia bisogna evidenziare che l’impiego nell’auto elettrica di batterie al piombo richiederebbe una quantità di piombo inferiore a quella attualmente necessaria per la realizzazione delle batterie di avviamento di tutti i veicoli del parco automobilistico nazionale: quindi nessun aggravio né in termini di produzione né di smaltimento. Inoltre, una consistente immissione sul mercato di veicoli elettrici nel medio-lungo periodo potrebbe avvalersi di batterie al sodio-cloruro attualmente già disponibili e completamente riciclabili, in grado di fornire come sottoprodotto un materiale direttamente utilizzabile dall’industria degli acciai.

I veicoli ibridi Al fine di ovviare a questi inconvenienti è nata l’idea del veicolo ibrido, che si ritiene possa consentire di “gestire” la fase di transizione, in attesa di introdurre nel settore dei trasporti tecnologie innovative e carburanti alternativi. L’obiettivo è di orientare l’economia dei paesi verso altre soluzioni, che in questo ambito non sono ancora applicabili, come la diversificazione delle fonti di energia impiegate. In questo modo si cerca di ottimizzare il funzionamento complessivo della vettura, ottenendo un significativo aumento dell’efficienza e riducendo l’impatto ambientale, rispetto ai mezzi di trasporto tradizionali.

Nei veicoli ibridi il sistema di trazione principale è un motore a combustione interna (a benzina o a gasolio), mentre quello secondario è un motore elettrico alimentato da batterie. I veicoli in esame sono in grado di ridurre: di circa il 50% i consumi di carburante e le emissioni di CO2; di quasi il 90% le emissioni di sostanze inquinanti nocive.

Alcune considerazioni Lo sviluppo di sistemi di propulsione elettrici, commercialmente già disponibili sul mercato, pur richiedendo ulteriori investimenti per il loro perfezionamento, può fare affidamento su una infrastruttura ben consolidata, relativamente alla rete elettrica di distribuzione, ma non ancora per i terminali di ricarica pubblici e privati. È importante evidenziare che una diffusione su ampia scala dei veicoli in questione comporterebbe un potenziamento delle centrali elettriche indispensabili al loro rifornimento le cui emissioni, potrebbero vanificare i benefici ambientali ottenuti.

Occorre tenere presente che l’abbattimento dei fumi di una centrale, alimentata con combustibili fossili, è più efficace di quello delle singole vetture con motore a combustione interna (si tratta di sistemi applicati ad una sola fonte di emissione). A tal proposito diventa prioritario applicare, nell’ambito delle suddette centrali, le tecnologie di cattura e sequestro a lungo termine della CO2, al momento alquanto dispendiose, in particolar modo in impianti di dimensioni ridotte. Tuttavia, si stima che un milione di veicoli elettrici incrementerebbe i consumi energetici di circa 5.000 MWh/giorno, meno dello 0,8% di quelli totali in Italia. E’ prevedibile che tali consumi verrebbero assorbiti durante la notte, quando c’è una forte riserva di capacità elettrica produttiva, addirittura in grado di ricaricare circa 4 milioni di veicoli elettrici.

I biocarburanti Nel tentativo di ottimizzare i trasporti pubblici e privati, l’industria automobilistica sta studiando altre iniziative finalizzate a incentivare il processo di decarbonizzazione dei carburanti. In tale contesto i biocarburanti, derivati dalle biomasse, potrebbero rappresentare, in un ottica di breve-medio periodo, una valida alternativa alle fonti fossili ed essere impiegati direttamente nel settore dei trasporti. Essi sono in grado di integrarsi rapidamente negli attuali sistemi di distribuzione del carburante (senza creare sconvolgimenti nella filiera produttiva), con notevoli vantaggi sul piano delle emissioni.

Nonostante i costi siano al momento più elevati di quelli delle fonti fossili, il loro utilizzo è in aumento in tutto il mondo: grazie al sostegno di misure politiche e strategiche, la produzione mondiale di biocarburanti è oggi stimata a oltre 35 miliardi di litri annui. Secondo gli obiettivi posti dall’UE, questi dovrebbero coprire nel 2010 il 6% della domanda per autotrazione e nel 2020 il 10%. Il biodiesel può sostituire integralmente il gasolio, mentre l’etanolo e il metanolo, se miscelati con le benzine in percentuali inferiori al 20%, possono essere utilizzati in veicoli a combustione interna.

Produzione mondiale di biocarburanti Gli Stati Uniti d’America e il Brasile, i principali produttori di etanolo al mondo, prevedono entro il 2010 di raddoppiare la produzione di biocarburanti. Nell’anno 2005 a livello mondiale si è verificato un significativo incremento nei livelli di produzione rispetto al 2004: infatti si è determinato un aumento della produzione del 15% per l’etanolo e del 30% per il biodiesel.

La loro introduzione potrà, inoltre, creare: nuove opportunità di crescita occupazionale e di sviluppo rurale sostenibile; l’applicazione in agricoltura di pratiche innovative di utilizzo dei suoli, riportando in produzione terreni improduttivi o messi a riposo. Non bisogna però trascurare le problematiche connesse alle colture energetiche dedicate che accanto alla richiesta di occupazione dei suoli, che sarebbero inevitabilmente sottratti alle colture destinate all’alimentazione umana, necessitano di disponibilità idrica. Non meno significativo è l’impatto negativo sulla biodiversità colturale.

Tuttavia i Paesi Membri dell’Ue sono ancora lontani dal raggiungimento dell’obiettivo di introduzione dei biocarburanti nell’attuale sistema dei trasporti. Esistono seri dubbi sulla reale possibilità che i biocarburanti di prima generazione (agrofuel), possano contribuire alla riduzione delle emissioni di CO2 senza esercitare nel contempo inevitabili conseguenze negative sulla biodiversità, sulla disponibilità di acqua e suoli e sui cambiamenti dell’utilizzazione dei terreni a livello globale. L’impiego delle biomasse disponibili o residuali, di seconda generazione, potrebbe, invece, contribuire alla riduzione delle suddette emissioni a costi inferiori. Tuttavia sono necessarie maggiori analisi per stabilire se questi siano disponibili in quantità tali da rispettare l’obiettivo del 10% nel 2020.

Il bioidrogeno Le tecnologie avanzate nel settore dei biocarburanti potrebbero rappresentare una svolta anche per la produzione rinnovabile di idrogeno. Infatti, attraverso le tecniche di conversione energetica delle biomasse, si possono ottenere combustibili solidi, liquidi o gassosi idonei, tra l’altro, ad essere impiegati per la generazione su richiesta di idrogeno (bioidrogeno): ciò è possibile attraverso processi termochimici (gassificazione, pirolisi) e biotecnologici (fermentazione). Tuttavia questi processi, ancora in fase di sperimentazione, non incideranno per i prossimi anni sulla produzione mondiale di idrogeno a causa del suo basso tenore nelle biomasse di partenza (6-6,5%), oltre che delle problematiche tecniche che rendono tali procedure non competitive.

Pertanto, a causa dei limitati quantitativi ottenibili, si prevede che l’impiego di miscele di idrogeno con altri carburanti (gas naturale, benzina, biocombustibili) potrà costituire un buon inizio per favorire il suo utilizzo. Queste miscele, infatti, presentano rilevanti vantaggi: miglioramento della combustione; riduzione delle emissioni di ossidi di azoto; variazioni minime nel sistema di trasporto del combustibile e nei combustori.

Alcune considerazioni tecniche Si ritiene che in futuro l’idrogeno sarà impiegato con priorità per la propulsione di veicoli a celle a combustibile nelle aree urbane fortemente inquinate, al fine di ridurre la concentrazione degli inquinanti locali. Tuttavia, le fasi di produzione, accumulo, trasporto e impiego finale dell’idrogeno nelle vetture a celle a combustibile comportano una catena di trasformazioni che dissipano molta dell’energia primaria utilizzata (perdita del 75-80%), rispetto al vettore elettricità, meno energivoro e più efficiente (perdita non superiore al 20%).

A ciò si aggiungono gli elevati costi di produzione e di capitale connessi alla costruzione di adeguate infrastrutture di trasporto e distribuzione: si ritiene, quindi, che, in mancanza di politiche fortemente incentivanti, si potranno acquisire con difficoltà, in tempi brevi, gli ingenti investimenti necessari a tale scopo. È prevedibile, però, che il potenziamento delle attività di ricerca, a cui si assisterà nel corso dei prossimi anni, nell’ambito della tecnologia di ibridazione, potrà avvantaggiare i veicoli con celle a combustibile di tutti i progressi che questo settore conseguirà.

Conclusioni Una delle principali sfide da affrontare, nel nostro secolo, è quella di garantire che l’attuale sistema dei trasporti sia in grado di salvaguardare sia la salute pubblica sia l’equilibrio degli ecosistemi e di soddisfare, nel contempo, le esigenze di mobilità. Nell’ambito delle aree urbane, un contributo significativo alla riduzione dell’inquinamento ambientale e dei consumi energetici (con inevitabili investimenti a lungo termine) potrà conseguire dalla: costruzione di impianti per la produzione di carburanti alternativi; introduzione di motori di nuovo tipo, con il conseguente adeguamento delle infrastrutture di trasporto e distribuzione del carburante.

In tale contesto, l’industria automobilistica potrà inserirsi in maniera attiva nella fase di ricerca e sviluppo di tecnologie innovative, che potranno avere in futuro progressi significativi. L’introduzione di questi modelli di veicoli su scala industriale potrà produrre un incremento della produzione della componentistica elettrica ed un corrispondente decremento del loro costo, costituendo così le condizioni per l’avvio dei veicoli elettrici e ibridi. Tuttavia, per far ciò è necessario modificare l’approccio con cui sperimentare un nuovo tipo di veicolo o di vettore energetico sul mercato; i vari tentativi compiuti in passato sono stati caratterizzati da scarso successo. L’impegno a produrre veicoli non inquinanti ed energeticamente efficienti si tradurrà nella scelta bilanciata fra i due vettori energetici, elettricità e idrogeno, in dipendenza delle esigenze degli specifici settori d’impiego e in ragione della maturità tecnologica dei sistemi e dell’accettazione del mercato. È, quindi, importante mettere a punto non solo innovazioni tecnologiche nel settore, ma modificare l’intero sistema di trasporti e i modelli comportamentali e organizzativi dei cittadini.