Arriveremo nel futuro a bordo di un’auto elettrica?

L’innovazione fa passi da gigante

Ho recentemente provato una delle lussuose Model S della Tesla e visitato i suoi laboratori di Ricerca e Sviluppo, dove sta sviluppando la tecnologia delle sue batterie e delle stazioni di ricarica. L’esperienza mi ha portato a credere che la Tesla abbia un importante vantaggio sui suoi competitori nella corsa al mercato di massa delle automobili elettriche.

La Model S della Tesla è cara con un prezzo di listino che oscilla tra i 70,000 e gli oltre 100,000 dollari), ma ha un’autonomia di 265 miglia, più di tre volte quella della Nissan Leaf (che si ferma dopo 75 miglia). Entro un paio di anni, la Tesla spera di produrre modelli molto più abbordabili – incluso uno con un costo compreso tra i 30,000 e i 35,000 dollari – con un’autonomia simile a quella della Model S.

L’azienda vuole anche rendere le vetture elettriche più pratiche realizzando una rete nazionale di stazioni di ricarica con cui garantire 200 miglia di autonomia in appena mezz’ora – rispetto alle diverse ore necessarie per ricaricare le automobili elettriche presso una normale stazione.

Per la prova guida, avevo pianificato un viaggio dal quartier generale di Palo Alto, in California, fino a San Franciso, e poi verso la Half Moon Bay per un giro lungo la Strada Panoramica 1 fino a Santa Cruz. In seguito, sarei risalito a nord fino a Fremont per un tour di una fabbrica della Tesla prima di riportare l’auto al quartier generale – l’intero viaggio sarebbe durato all’incirca 230 miglia.

Quando sono arrivato a Palo Alto per ritirare l’auto, però, ho scoperto che qualcuno si era dimenticato di connetterla la sera precedente. L’indicatore della batteria indicava 208 miglia di autonomia – poco sotto l’autonomia da carica. Potevo intraprendere comunque il mio viaggio, ma una sosta presso una stazione di ricarica rapida sarebbe stata obbligatoria.

Le attuali vetture elettriche promettono diversi vantaggi su quelle a benzina. Per i pendolari, non occorreranno soste alle stazioni di rifornimento – sarà sufficiente potersi allacciare a una presa elettrica a casa o in ufficio – e un pieno costa appena un paio di dollari. I motori elettrici poi, richiedendo una sola marcia per tutte le velocità, sono anche notevolmente reattivi e potenti. Oltretutto, le auto elettriche non bruciano benzina e non emettono agenti inquinanti. Persino quando si prendono in considerazione le emissioni e l’inquinamento derivate dalle centrali elettriche che producono l’energia che alimenta le vetture, e dagli impianti di produzione e smantellamento, le auto elettriche producono intorno al 40 percento in meno di anidride carbonica e ozono rispetto alle automobili convenzionali.

Nonostante tutte queste qualità, le automobili elettriche sono ancora perseguitate da due fattori opprimenti: il costo elevato e la scarsa qualità delle batterie.

E’ qui’ che la Tesla spera di fare la differenza. Le batterie e la tecnologia di carica innovative della Tesla le hanno garantito una posizione notevolmente avvantaggiata in termini di economicità delle batterie e di rapidità di ricarica, per cui l’azienda sta riuscendo ad abbattere i costi più in fretta rispetto ai suoi competitori.

Intorno alle 10 del mattino, sono uscito dal parcheggio della Tesla, assaporando l’accelerazione della Model S – con un passaggio da 0 a 50km/h in 1.7 secondi. Nel corso della giornata, ho effettuato con grande agilità diversi sorpassi lungo strade tortuose e in salita, e bruciato in accelerazione altre automobili ai semafori.
 

Misuratore del carburante: Il cruscotto della Model S mostra posizione attuale, carica rimanente e consumo energetico nel tempo. La parte più a destra del grafico, colorata in verde, mostra i risultati della frenata rigenerativa.

Ho provato una certa ansia quando ho notato che l’autonomia della batteria era scesa a 67 miglia. L’auto aveva stimato che sarei arrivato alla più vicina stazione di ricarica, a Gilory, con un’autonomia rimanente di 20 miglia – circa la metà di quanto avevo calcolato io. Non mi sarei preoccupato se avessi saputo di potermi fidare delle previsioni ma, come con qualunque altra automobile elettrica, l’autonomia reale varia in base allo stile di guida, alla strada e al traffico.

La Model S mostra due diverse stime di autonomia: una che cala gradualmente, come un indicatore della benzina, e un’altra che mostra in che maniera il vostro stile di guida negli ultimi minuti va a influire sull’autonomia dell’auto. Così, ho abbassato il climatizzatore, ridotto la luminosità dell’immenso schermo touch-screen da 17 pollici, e sollevato leggermente il piede sull’acceleratore per conservare un po’ di carica, e sono arrivato alla stazione di ricarica con un’autonomia di 17 miglia.

Come si può intuire da questo breve video che ho girato in quell’occasione, la ricarica è stata più semplice di quanto avessi immaginato, avendo trascorso un intero pomeriggio una volta a caricare una Chevrolet Volt presso una normale stazione di ricarica per ricavarne appena 30 miglia di autonomia.

Questa volta, l’auto ha riconosciuto una targhetta RFID nella maniglia del caricatore ed ha aperto automaticamente lo sportellino della presa. Nel tempo che era trascorso attraversando il parcheggio per andare ad acquistare un cheeseburger e poi ritornare all’auto, l’autonomia era già salita a 92 miglia, abbastanza da finire il giro che avevo previsto per la giornata. Ho chattato con il proprietario di una Model S per un po’ e sono quindi ripartito. Ho riportato l’automobile quella sera con un’autonomia di 129 miglia – più di una carica piena delle automobili elettriche prodotte da Toyota, Nissan, Ford, GM, Honda, Fiat, Renault, Mitsubishi, Smart o Scion, o delle imminenti automobili elettriche di Mercedes e BMW.

A prescindere dai progressi avvincenti, restano le stesse sfide che affliggono le altre automobili elettriche: costo e autonomia. Siccome i super-caricatori non si trovano dietro ogni angolo (al momento ne esistono appena 16 in tutto il paese), se si dimentica di ricaricare l’auto durante la notte, si verifica un blackout o qualche altro problema, si rischia di rimanere a piedi. Se mi fossi trovato pressoché in un qualunque altro punto del paese, se avessi deciso di spostarmi a nord anziché a sud o mi fossi perso lungo la Highway 1, mi sarei ritrovato sul bordo della strada con l’auto scarica.

Il problema della ricarica è prevalentemente una questione di infrastruttura. Il più grande problema tecnologico resta però il costo delle batterie. E’ il costo a limitare la portata della Model S, e lascia questa vettura elettrica da 265 miglia di autonomia in mano a pochi facoltosi clienti.

Il giorno prima della mia guida, ho visitato il laboratorio per la Ricerca e Sviluppo della Tesla situato tra i colli dell’Università di Stanford. Il CTO dell’azienda, JB Straubel, mi ha mostrato versioni della Roadster – la prima vettura prodotta dalla Tesla – e della Model S, alle quali era stato rimosso tutto, eccetto il telaio, le ruote e il sistema elettrico di propulsione (che include batteria, motore ed elettronica di controllo). Ho potuto così vedere quanta strada l’azienda aveva fatto. Nella Roadster, le batterie ingombranti occupa tutto il retro dell’auto, mentre nella Model S, motore e batteria sembrano svanite. Pur contenendo una maggiore carica, la batteria è comunque più compatta; si tratta ora di una tavola piatta che posa irriconoscibile tra le ruote e fa parte del telaio della vettura.
Ancora più irriconoscibile è il costo della batteria per kilowatt-ora, che è dimezzato rispetto a quello della batteria montata sulla roadster.

Straubel mi ha elencato la varietà di celle – le parti che, di fatto, accumulano l’energia – che l’azienda sta testando per le sue batterie agli ioni di litio. Tra queste, sono incluse file di piccole celle cilindriche delle dimensioni di pile alcaline – il genere che la Tesla utilizza per la Model S.
 

Imballaggio delle batterie: Il blocco batterie della Model S è piatto e fa parte del telaio che sostiene l’auto – la cassa metallica fornisce il supporto strutturale.

La scelta della Tesla a favore di queste piccole batterie agli ioni di litio è, probabilmente, una delle sue più importanti scommesse strategiche. Le case automobilistiche affermate hanno preferito celle più grandi – semplificano la progettazione di un blocco batteria, perché ne serve un numero inferiore. Le celle più grandi però, contenendo più energia, sono anche più pericolose. Le case automobilistiche usano quindi materiali con una densità energetica inferiore che tendono pero a essere meno infiammabili. Cercando di compensare la densità energetica inferiore, le aziende hanno scelto celle piatte perché possono essere compattate meglio, senza considerare però la crescita nel costo di produzione.

Scegliendo celle cilindriche più piccole, la Tesla ha risparmiato sui costi di produzione – il costo di ciascuna cella è stato ridotto grazie alle economie di scala dell’industria dei computer portatili, per i quali queste celle erano state originariamente sviluppate. La Tesla ha potuto inoltre utilizzare i materiali con la maggiore densità energetica disponibile, in parte perché le celle più piccole sono intrinsecamente meno pericolose.

Una migliore densità energetica riduce il costo dei materiali. Questo approccio ha portato la Tesla a sviluppare un sistema per collegare tra loro migliaia di celle separate, anziché centinaia come nelle celle più grandi. Straubel ha anche inventato il sistema di raffreddamento liquido che si districa attraverso le celle e rimuove il calore tanto rapidamente da isolare eventuali problemi a una singola cella e impedire che si propaghino a quelle adiacenti.

La scelta di celle più piccole e cilindriche ha anche conferito alla Tesla una maggiore flessibilità nel packaging delle celle. In una collisione, celle grandi e piatte si deformeranno e prenderanno facilmente fuoco, per cui le altre case costruttrici hanno dovuto trovare posti, all’interno delle loro vetture, in cui le batterie sarebbero state lontane dai tamponamenti. Questo ha significato dover sacrificare dello spazio destinato a passeggeri o bagagli. Tesla, dal canto suo, ha superato i crash test senza che le sue celle subissero deformazioni o che il liquido di raffreddamento fuoriuscisse.

Stando alle stime principali, la batteria della Model S dovrebbe costare intorno ai 42,500 e i 55,250 dollari, pari a metà del costo della vettura. Straubel mi ha però detto che il cosso è già molto inferiore. “Costano ben al di sotto della metà, a dire il vero”, ha detto. “Meno di un quarto, nella maggior parte dei casi”. Straubel mi ha detto che si puo ancora fare molto per ridurre ulteriormente il costo delle batterie. Sta lavorando con fornitori di celle e materiali per incrementare ulteriormente la densità energetica delle batterie, e sta cambiando la forma delle celle in maniera da semplificarne la produzione.

Altre case automobilistiche stanno prendendo nota. Dan Akerson, CEO della GM, avrebbe creato una task force per studiare la Tesla. Brett Smith, co-direttore alla produzione, progettazione e tecnologia del Center for Automotive Research di Ann-Arbor, dice che la Tesla “è passata dall’essere il pargoletto dei media a qualcosa che sta facendo riflettere seriamente le persone all’interno dell’industria automobilistica”.

Dopo aver fatto il “pieno” alla stazione di ricarica rapida di Gilroy, ho corso lungo l’autostrada che mi avrebbe riportato a San Francisco, sollevato all’idea di essere stato abbastanza vicino a quella stazione. Muovendomi senza sforzo nel traffico, non ho potuto fare a meno di pensare che le automobili elettriche sono il futuro, e che i progressi della Tesla nel campo delle batterie e della ricarica rapida potrebbero far arrivare questo futuro prima del previsto.
 

*tratto da: Mit Technology Review, pubblicato il 31 agosto 2013

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