E’ vero che un’auto elettrica inquina meno di una a benzina anche se l’elettricità è prodotta da fonti fossili?

16 Ott

E’ vero che un’auto elettrica inquina meno di una a benzina anche se l’elettricità è prodotta da fonti fossili?

Ebbene sì.

Il motivo è che 1 litro di petrolio, se immesso in una centrale elettrica, produce abbastanza elettricità da far viaggiare un’automobile per più chilometri di quelli che percorrerebbe un’auto a benzina con la stessa quantità di carburante.

In termini scientifici, si dice che l’efficienza energetica delle centrali elettriche è superiore a quella delle auto a benzina: per le centrali si va dal 35% al 45% a seconda delle tecnologie, mentre per le auto è impossibile superare il 30%, e il più delle volte ci si deve accontentare del 25%.

Dimostrazione

Considerando il caso peggiore per le centrali (35%) e migliore per le auto (30%), significa che del 100% di energia immessa:

  • nella centrale elettrica il 65% viene buttato e il 35% convertito in elettricità;
  • nelle auto a benzina il 70% viene buttato e il 30% utilizzato per muoversi.

Considerando invece il caso più favorevole (centrali 45% e auto 25%), si avrebbe:

  • nella centrale elettrica il 55% viene buttato e il 45% convertito in elettricità;
  • nelle auto a benzina il 75% viene buttato e il 25% utilizzato per muoversi.

E tutto questo se un’auto elettrica utilizzasse solo elettricità prodotta da centrali a combustibili fossili, cosa che non è vera: solo il 65% dell’elettricità viene da queste centrali, il resto viene da fonti rinnovabili. Cioè, su 100 kWh utilizzati, nelle auto elettriche 65 provengono da centrali a combustibili fossili e 35 da sole, vento e acqua, mentre in un’auto a benzina tutti i 100 kWh vengono dai combustibili fossili.

L’efficienza di un’auto elettrica è invece di circa il 95%.

Infine, a un’auto occorrono circa 0.150 kWh per percorrere 1 km, sia essa a benzina o elettrica. Quindi circa 15 kWh per 100 km.

Mettiamo insieme tutti questi dati:

100 km –> 15 kWh  benzina/elettrica

  • Benzina: 25% efficienza –> per avere 15 kWh utilizzabili servono 15/0.25 = 60 kWh
  • Elettrica: 95% efficienza –> per avere 15 kWh utilizzabili servono 15/0.95 = 16 kWh

Quanti di questi kWh vengono dai combustibili fossili e quanti dalle rinnovabili?

  • L’auto a benzina prende energia solo dai combustibili fossili: se gli servono 60 kWh, servono 60 kWh di combustibili fossili.
  • L’auto elettrica prende il 65% dell’energia dai combustibili fossili e il 35% dalle rinnovabili: quindi per avere i  16 kWh che gli servono, deve ottenere 10.4 kWh dai combustibili fossili (16*0.65) e 5.6 kWh di energia rinnovabile (16*0.35).

Questi 10.4 kWh ovviamente non sono benzina messa nel serbatoio, ma combustibili fossili messi in una centrale elettrixa, che ha efficienza del 45%, il che significa che per produrre 10.4 kWh ha bisogno di 23 kWh di combustibili fossili.

Questo significa che per percorrere 100 km, un’auto a benzina consuma 60 kWh di combustibili fossili, mentre per percorrere la stessa distanza un’auto elettrica consuma 23 kWh di combustibili fossili.

60 contro 23: un fattore di circa 3:1.

Se anche l’auto elettrica usasse SOLO elettricità prodotta con combustibili fossili, l’energia da consumare ammonterebbe a  35 kWh.

Formula per generalizzare i calcoli

E = ((kWh/100km / effLoc) / percFossili) /effCentr

Ebenz = ((15/0.25) / 1 ) / 1 = 60 kWh

Eelettr = ((15/0.95) * 0.65) / 0.45 = 23 kWh  (mix energetico 65%/35%)

Eelettr = ((15/0.95) * 1) / 0.45 = 35 kWh  (mix energetico 100%)

Eelettr = ((15/0.95) * 1) / 0.35 = 45 kWh  (mix energetico 100% e centrale con efficienza peggiore possibile)

 

Mix energetico 100%, centrale con efficienza peggiore possibile e auto a benzina con efficienza migliore possibile:

Ebenz = ((15/0.30 / 1 ) / 1 = 50 kWh

Eelettr = ((15/0.95) * 1) / 0.35 = 45 kWh

 

Fonti

 

 

Cos’è l’efficienza?

L’efficienza di una centrale elettrica si misura come il rapporto tra il contenuto di energia del combustibile che entra nella centrale (Ein),  espresso in BTU, e il contenuto di energia dell’elettricità che esce (Eout); tale rapporto viene chiamato “Heat Rate”:

HR = Ein/Eout

L’energia può essere espressa tramite varie unità di misura:

L’HR di un sistema di generazione di energia elettrica si misura in BTU/kWh, considerando che 1 kWh equivale a 3412 BTU (*)

Se per produrre 1 kWh di energia elettrica si usano 3412 BTU di carburante, significa che la centrale ha  HR=1 ed efficienza = 100%:

  • HR = 3412 BTU  /  1 kWh  = 3412 BTU / 3412 BTU = 1
  • Eff = 100 * 1 kWh / 3412 BTU = 3412 BTU/ 3412 BTU = 100%

Se invece servono 6824 BTU, l’HR vale 2 e l’efficienza è del 50%

  • HR = 6824 / 3412 = 2
  • Eff = 100 * 3412 / 6824 = 50%

 

Efficienza centrali elettriche negli anni

 

 

(*)3.600.000 Joule equivalgono a 1000 Wh. Non si tratta di numeri “casuali”: 3600 è il numero di secondi contenuti in un’ora, e per l’appunto il Joule è definito come l’applicazione di una potenza di 1 W  per 1 secondo; applicando 1 W per 3600 secondi (1 ora) si ha una quantità di energia che può essere espressa in due modi:

  • 1 Wh
  • 3600 J

Quindi chiaramente se da 1 Wh passiamo a 1 kWh si moltiplica per 1000:

  • 1 kWh
  • 3.600.000 J

La stessa quantità di energia espressa in BTU è pari a 3412, quindi:

1 kWh = 3.600.000 J = 3412 BTU

 

Acronimi

  • OCGT – open-cycle gas turbine
  • CCGT – combined-cycle gas turbine
  • CHP – combined heat and power generation (cogeneration)
  • IGCC – integrated gasification combined cycle
  • SCPC – supercritical pulverised coal
  • GHG – greenhouse gas
  • LHV – lower heating value
  • MJ = megaJoule (1 milione di Joule, 10^6)
  • GJ = gigaJoule (1 miliardo di Joule, 10^9)
  • TJ = teraJoule (1000 miliardi di Joule, 10^12)
  • PJ = petaJoule (1 milione di miliardi di Joule, 10^15)
  • EJ = exaJoule (1 miliardo di MJ, 10^18)
  • toe = tonne of oil equivalent = 1 tonnellata-equivalente di petrolio = circa 42000 MJ

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