FCEV o BEV? L’importanza dello scenario wheel-to-wheel…

In seguito alla pubblicazione dell’articolo “BEV vs FCEV? Elettrico batte idrogeno 0,55 a 1,27”, abbiamo ricevuto numerosi commenti, via email e social. Osservazioni che reputiamo siano importanti da condividere per un dibattito completo sulla tematica. Per cui, visto che crediamo fortemente nella completezza dell’informazione come valore da preservare e diffondere, ci fa solo piacere dare spazio a tutte le analisi, a tutti i punti di vista.
Di seguito, allora, l’analisi di CTS H2. Buona lettura!

Veicoli per trasporto pesante a batteria oppure ad idrogeno?

Per poter rispondere a questa domanda gli argomenti da considerare sono molteplici e dare numeri, seppur giusti, considerando solo alcuni aspetti del problema, può essere fuorviante. Ma andiamo con ordine.

Costi attuali di produzione di idrogeno e proiezioni al 2030

Il seguente grafico riporta (dati IEA 2022) un confronto dei costi (LCOH) di produzione di idrogeno al 2021 e le stime al 2030 e 2050. Si può notare come la tendenza sia di arrivare al costo di 1 €/kg al 2030. L’EPA in US ha recentemente rilasciato uno studio in cui afferma di poter riuscire a produrre idrogeno ad 1$/kg al 2032.

Il costo dell’idrogeno incentivato

Se un produttore riuscisse ad ottenere il massimo beneficio possibile in sussidi messi a disposizione dalla neocostituita European Hydrogen Bank potrebbe essere in grado di proporre idrogeno verde sul mercato ad un prezzo finale di 1 euro al Kg. Per ottenere i benefici i progetti dovranno riguardare la produzione di idrogeno verde e derivati, così come definiti nell’Atto Delegato sui renewable fuels of non-biological origin (RFNBO), avere una capacità di almeno 5 MW e raggiungere la piena produttività entro 3 anni e mezzo dall’ottenimento dei fondi.

Assumendo che un produttore di H2 utilizzi energia rinnovabile tramite un power purchase agreement (PPA) decennale con partenza dal 2026 in Olanda, il costo dell’idrogeno sarebbe pari a 4,58 euro al Kg con un periodo di rientro del capex per gli impianti di elettrolisi stimano in 10 anni: ottenendo il massimo sussidio possibile, pari come detto a 4 euro al Kg, il produttore per raggiungere il break-even del progetto potrebbe vendere l’idrogeno sul mercato a meno di 1 euro al Kg. Ipotizzando invece di produrre idrogeno verde in Germania utilizzando energia rinnovabile proveniente da impianti eolici offshore, il costo finale sarebbe pari a 5,96 euro al Kg secondo le stime di ICIS: ciò significa che, con il sussidio massimo di 4 euro al Kg, il break-even sarebbe raggiunto vendendo l’idrogeno sul mercato a meno di 2 euro al Kg.

Sulla base di questi studi si può trarre le conclusioni che il presso al kg dell’idrogeno sarà notevolmente più basso degli stimati 13.80 €/kg, dovuto principalmente al calo dei CAPEX ed OPEX degli elettrolizzatori ed alle minori spese per il trasporto e l’immagazzinamento dell’idrogeno, nonché dello sviluppo del mercato per le stazioni di rifornimento. Il costo dell’energia elettrica da rinnovabili, d’altra parte, è destinato anch’esso a calare, ma con un trend molto minore avendo già quasi raggiunto un valore asintotico. Queste considerazioni portano ad attendersi al 2030 una differenza di costo molto minore tra i due carrier energetici (H2 ed elettricità) che si rifletterà inevitabilmente nel TCO (Total Cost of Ownership) dei bus.

Le emissioni di Gas climalteranti

Riguardo alle emissioni di gas clima alteranti (CO2 eq), recentemente la ICCT ha presentato un report in cui confronta dati del recente passato (2021) con una previsione al 2030 in cui, per quanto concerne la situazione attuale (al 2021) gli autobus elettrici (battery EV renewables) e quello ad idrogeno (FCEV green H2) hanno una valore di emissioni praticamente uguali (200 gCO2 e /km) ma con contributi ben diversi: nel caso dei veicoli a batteria è preponderante il contributo della costruzione delle batterie, mentre per quelli ad idrogeno il contributo rilevante è quello per la produzione dell’idrogeno. Questo significa che per una analisi affidabile della riduzione delle emissioni utilizzando veicoli elettrici (a batteria o a idrogeno) è necessario fare uno studio dell’intero ciclo di vita (LCA) basato sugli standard internazionali (ISO 14044).

Lo scenario al 2050 vede entrambe le tecnologie abbassare le emissioni, con una riduzione leggermente più pronunciata per l’uso delle batterie, ma in entrambi i casi le emissioni risultano essere di gran lunga minori di quelle di altre tecnologie (biofuels, biogas, gas naturale).

Studi completi di LCA secondo standard ISO 14.044:2006

Come anticipato nel capitolo precedente per poter trarre delle conclusioni affidabili è necessario operare un confronto basando l’analisi sulla normativa ISO 14.044, quindi operando uno studio LCA che consideri lo senario di almeno well to whell e non solo tank to wheel. Infatti, come si è messo ben in evidenza dal report dell’ICCT, il contributo in fase di costruzione dei veicoli non può essere trascurato. A questo proposito, l’articolo originale di Sparber et al. pubblicato nel 2023 su J. of Energy Storage, menziona chiaramente questa necessità nelle sue conclusioni. Aggiungerei inoltre che sarebbe anche utile inserire nei calcoli di LCA anche la fase di smaltimento, ed eventuale recupero e ricircolo dei materiali dei veicoli.

Autonomia energetica e tempi di ricarica

Un confronto, relativo ai camion per il trasporto pesante, mostra come il TCO (Total Cost of Ownership) per i primi 5 anni di utilizzo sia sfavorevole per i veicoli ad idrogeno rispetto a quelli a batteria, ma vogliamo evidenziare come il vantaggio dei veicoli ad idrogeno si manifesta chiaramente nei tempi di ricarica e nel range di percorrenza senza ricarica. Questo dovrebbe quindi spostare le decisioni strategiche ad analizzare certamente i costi, ma anche la capacità di gestione dei mezzi e la progettazione dei parchi per le ricariche / rifornimenti e quindi infrastrutture, ma soprattutto servizi che riferite invece agli autobus dovrebbero privilegiare prestazioni e flessibilità che invece ne verrebbero compromessi da una parte per i tempi di ricarica e dall’altra per un disallineamento della produzione rinnovabile ad esempio fotovoltaica di giorno, rispetto alla carica che verrebbe di notte, costringendo ad un prelievo dalla rete e non un autoconsumo.

Altro vantaggio che i mezzi dotati di fuel cell hanno rispetto a quelli elettrici e che nessuno considera è che mentre sono in funzione purificano l’aria. Un’auto, ad esempio, la Hyundai Nexo è in grado di purificare l’aria trattenendo il 99% del particolato ultrafine (PM 2.5), gas nocivi come l’anidride solforosa e il biossido di azoto ed emetterebbe 400 metri cubi di aria pura equivalenti ad un volume giornaliero di aria che respirerebbero 23 persone.

Conclusioni

Quindi i dati vanno letti bene prima di tirare conclusioni affrettate. Infatti, l’affermazione “l’efficienza tank-to-wheel degli autobus elettrici è superiore a quella degli autobus a idrogeno” è corretta, ma si riferisce solo ad una parte del problema. Infatti, come riportato in queste note per poter trarre conclusioni realistiche si deve analizzare lo senario well to whell, assegnando dati più realistici ai costi dell’idrogeno e inputando un valore al tempo di ricarica, all’autonomia dei veicoli e allo sfasamento
tra autoproduzione e prelievo dalla rete e alla purificazione dell’aria.

Dati, spunti e analisi sull’utilizzo dell’idrogeno ed il suo utilizzo efficiente nella mobilità suggeriti dal GM di CTS H2 Verardo Daniele.

Testo, commenti e comparazione dati scientifici grazie al prof. Fermeglia Maurizio dipartimento di ingegneria Università di Trieste