Transizioni nei trasporti conformi alle SDG

Per mobilità, sul pianeta Terra, si intende lo spostamento di persone e/o il trasporto “moderno” di merci via mare, via terra o via aerea. Il settore dei Trasporti e della Movimentazione è estremamente vario ed è dominato da un insieme molto variegato di tecnologie, alle quali dovranno essere apportate modifiche (transizioni) estremamente rapide, necessarie per vivere (o sopravvivere).

Con la sigla SDG (Sustainable Development Goals) si indica un insieme di 17 distinti obiettivi in cui le Nazioni Unite hanno sintetizzato tutte le “misure” che dovranno essere messe in atto entro il 2030 per favorire lo Sviluppo sul pianeta, ma in modi tali da evitare che l’Uomo modifichi l’Ambiente (in particolar modo il clima) fino a rendere insostenibile la vita della Propria Specie e delle altre specie sulla Terra.

Una sintesi ulteriore è stata portata nel 2019 alle persone e ai governi indicando il “limite dei 10 anni” . Serve però ricordare che e’sempre più difficile “non superare”questo limite dal momento che le Transizioni saranno correlate, cioe’ saranno molteplici e “intrecciate”. Ne nasce l’esigenza di un coordinamento, che costituisce l’ostacolo maggiore da superare, quindi i tempi necessari per raggiungere TUTTI  gli obiettivi inevitabilmente risulteranno allungati. 

Ottenere la mobilità tramite energie non ecologiche

Quando parliamo di Trasporti e di Movimento merci/persone tramite energie non-ecologiche, abbiamo a che fare con fattorinumerosi e diversi, ma possiamo individuare alcuni elementi in comune:

1. il termine“Movimento” sottintende un cambiamento di velocità, in aumento (accelerazione o spinta) o in diminuzione (decelerazione o frenata). La forza da applicare dipende dalla massa (cioè dal peso totale, del mezzo e di merci/persone) e dalla accelerazione o decelerazione. Questa forza “consuma” energia: per consumarne poca serve un mezzo alquanto leggero: ecco perché si sono diffusi i mezzi con tecnologie a gasolio/benzina. In quei casi pesavano relativamente poco sia i motori che il “serbatoio di energia” che alloggiava derivati petroliferi, contenenti molta energia, pur pesando poco. Così si ottenevano una grande efficienza sul cambiamento di velocità e lunga percorrenza.
2. I trasporti più comuni avvengono per via di terra (ferrovie, strade, sentieri), per via d’acqua (oceani, mari, laghi e fiumi) o per via d’aria (aeroplani, a elica o a jet). I mezzi di trasporto, in ogni caso, con qualsiasi tipo di motore debbono essere leggeri, come già accennato sopra.
3. Tutti i trasporti non avvengono tramite mezzi di trasporto o vettori: essi richiedono “infrastrutture di trasporto”. Una nave deve appoggiarsi a dei porti, un’auto/autocarro deve appoggiarsi a stazioni di rifornimento o di interscambio, un treno elettrico necessita di rotaie e alimentazione (spesso fornita tramite impianti elettrici), un aereo atterra in aeroporti e così via. Quindi, non sarebbe corretto focalizzare l’attenzione sui soli mezzi di trasporto.
4. Tutte queste considerazioni andrebbero collegate al tipo di motore dei mezzi di trasporto: esistono quelli ecologici (legati al vento o alla spinta di animali) e quelli meno ecologici: motori a scoppio, a getto ed elettrici. Questi ultimi possono essere di diverso tipo.

E i mezzi di trasporto ecologici?

Con mezzi di trasporto ecologici intendiamo navi a vela, trasporto mediante cavalli, asini, muli o mediante barche a remi, biciclette, marcia a piedi: questi metodi non sono meno importanti degli altri.

Ad esempio l’impiego di biciclette in campagna e nelle città moderne (piste ciclabili) risolverebbe importanti problemi: con soli 150 Watt un ciclista può mantenere 20-25 km/h in piano, cioè un'efficienza molto più elevata di quella ottenuta con qualsiasi altro mezzo di locomozione. Tuttavia essi vengono arbitrariamente esclusi da questa “pillola”.

Ecologia, SDG e gas serra

Alcuni gas che circondano la Terra si interpongono nello scambio di radiazioni in atmosfera,  producendo sul clima un eccessivo riscaldamento: si tratta di miscele di “gas serra” (detti anche GHG = Greenhouse Gases), composte principalmente di CO2.

Per inquadrare il “peso” del fattore gas serra, può essere utile riportare una stima del 2018 di AnterItalia sull'emissione di gas-serra legata all'energia nel suo complesso: 77 % del totale.

All’intero comparto dell’agricoltura viene attribuito circa il 10% del totale (Nota: non va dimenticato, per capire meglio, che in questo 10%, sono compresi gli effetti delle emissioni animali e delcompostaggio : questi producono metano, il qualeè 16 volte più inquinante della CO2). All'intero settore dei trasporti, invece, può essere attribuito un terzo (circa il 26%) di queste emissioni di GHG, cioè una delle percentuali più alte fra tutte le emissioni legate alle attività umane, nei tempi recenti.

Dal momento che queste osservazioni riguardano quei sistemi di trasporto che rendono meno critico l’inquinamento e il peggioramento del clima, in armonia con il SDG n. 3 dell’ONU, possiamo sostenere che, da questo punto di vista, i motori a scoppio possono essere poco idonei: il carburante liquido tradizionale (gasolio/benzina), infatti, produce GHG come CO2 e diversi altri prodotti inquinanti.

Per seguire le indicazione degli SDG serve rendere minime queste “emissioni di gas serra”, pur vmantenendo buone prestazioni di trasporto. Le tecnologie “del futuro” vanno soppesate con attenzione (memo: le azioni per realizzare le transizioni sono intrecciate…); nella maggior parte dei casi esse si rivolgono a “sistemi elettrici”, in armonia con i suggerimenti dello SDG 7. Vediamo perché.

I sistemi elettrici come tecnologia del futuro

L’energia elettrica, in generale, viene ottenuta:

• da sistemi fissi a zero CO2:

fotovoltaici (sfruttano il sole), eolici (sfruttano il vento), idraulici (sfruttano fiumi e laghi) o ancora geotermici (sfruttano il calore dalle profondità della terra). Queste fonti, tranne quelle geotermiche, non sono costanti nel tempo: per superare questo tipo di problema servirebberosistemi di accumulo dell’energia assorbita nei periodi “migliori “(di giorno per impianti solari) per poterla erogare negli altri periodi (di notte per gli impianti solari) . Tali sistemi di accumulo scambiano poi energia elettrica direttamente con “rete elettrica”. Quest'ultima è una “ragnatela” fissa di conduttori, alimentati - con diverse tensioni - a corrente alternata (50 Hz oppure 60 Hz) che copre buona parte delle aree industrializzate del pianeta, citta’ e campagne.

• da sistemi fissi con “ridotta” emissione di CO2:

centrali termoelettriche (alimentate con gasolio o gas), fonti costanti che alimentano soltanto la “rete elettrica”, di cui sopra. A queste centrali possono essere collegate altre fonti costanti, come le centrali termoelettriche a carbone, decisamente più inquinanti, e le centrali termonucleari (zero CO2, ma con altri problemi: dalle scorie alla pericolosità, agli elevati tempi ed investimenti economici necessari per progettare ed avviare un impianto).

Spesso, dalla rete elettrica si trasferisce energia agli utenti, in questo caso ai veicoli: treni, tram, filobus, etc. Nell’insieme si tratta di sistemi di trasporto a moderata produzione di CO2, collegati a “percorsi” obbligati (rotaie e simili), che hanno costi elevati di impianto e di manutenzione.

Altre volte si preferisce (oppure si deve!) ricorrere a percorsi più “flessibili” (mare, strade asfaltate e non-asfaltate, cielo). In questi ultimi casi, i mezzi di trasporto dovranno portare a bordo “tutto”: la fonte di energia (il “combustibile” alloggiato in serbatoio, in batteria, in contenitore di idrogeno” o simili) e il “motore” (che trasformerà l'energia in movimento), più i necessari ausiliari (fra l’altro, i sistemi di condizionamento).

Per quanto concerne il trasporto aereo, oggi si hanno velivoli sempre più leggeri, dotati di serbatoi di kerosene e di motori a jet, oppure dotati di serbatoi di gasolio, di motori a combustione interna e di eliche. Poiché le emissioni di GHG da questi sistemi sono elevate, i costruttori di aerei hanno “nel mirino” l’idrogeno, per arrivare a diverse tecnologie che consentano di lanciare sul mercato vettori a “zero-emissioni” per il 2035. Anche se si trattasse di obiettivi raggiungibili nel lungo termine, questi orizzonti sono fuori della portata del “limite dei 10 anni”.

Passando al trasporto via mare, va notato che più dell'80% delle navi di varia stazza oggi in funzione, è dotato di serbatoi di carburante (olio combustibile) e di motori a combustione interna, le cui emissioni di GHG contengono CO2 e anche altri gas nocivi (SO2 in particolare). A bordo, fra le alternative all’olio combustibile, possono essere impiegati sistemi a bio-carburanti, a metanolo, a gas liquido naturale (LNG) e, raramente, sistemi nucleari. Solo ultimamente vengono sperimentate navi “a idrogeno”, le quali recano a bordo il combustibile (composti “neutri” che rilasciano “facilmente” idrogeno, come gli idruri) e le celle a combustibile, dette anche “fuelcells”, le quali forniscono energia elettrica ai motori e agli ausiliari. La IMO (International Maritime Organisation) ha lanciato un programma per ridurre del 50% le emissioni di “gas serra” entro il 2050, in armonia con lo SDG 3 delle Nazioni Unite. Dunque non sono previsti forti cambiamenti nelle emissioni di GHG dovute al trasporto marittimo nei prossimi 10 anni, anche se si ritiene che la tecnologia basata sull’idrogeno a bordo delle navi farà passi da gigante.

In più il fattore peso a bordo nave non è critico: per questo motivo si potranno sperimentare varie soluzioni di “fuelcell” e di stoccaggio del “combustibile”, cercando, entro il limite dei 10 anni, di pervenire a soluzioni “industriali”, nella consapevolezza che, tuttavia, le flotte non potranno essere completamente- e tutte sostituite in tempi così brevi.

Per quanto riguarda i sistemi di trasporto via terra e la relativa riduzione del CO2 prodotto, ricordiamo:

• i trasporti basati su animali o le biciclette (i “trasformatori di energia”, in questi casi, saranno i muscoli!) i quali, fra 10 anni, manterranno le posizioni;
• i trasporti tramite vettori su rotaia, per i quali hanno importanza economica gli investimenti iniziali sulle infrastrutture (reti di rotaie) che, in molti casi, sono già stati realizzati. È importante sottolineare che le densità di traffico sviluppate dai mezzi su rotaia “costano” poco rispetto ai costi di ammortamento, molto bassi;
• i trasporti tramite vettori “su gomma“, che sono basati su strade ed autostrade, congestionate e pertanto inquinanti, che, proprio per questo, non dovrebbero essere impiegati per tratte superiori ai 100 km. Questi sistemi, in realtà, oggi sono dominanti anche per lunghe distanze, quindi attualmente sono responsabili di buona parte dell' effetto serra globale e dominati dalle diverse tecnologie dei motori a scoppio.

La Commissione Europea ha impostato di recente una forte spinta verso la sola tecnologia elettrica, anche se sarebbe più ragionevole non “puntare” su singole tecnologie, ma assumere come punto di riferimento<i livelli di inquinamento>. In pratica, servirebbe mantenere le attuali tecnologie dei motori a scoppio, fino a quando queste sosterranno un trend di diminuzione di potere inquinante paragonabile a quello dei sistemi di trasporto elettrici, costituiti da reali sistemi di “produzione e distribuzione di energia elettrica” + “vettori elettrici”.

In sintesi, nel sistema elettrico, l'energia per le auto-elettriche viene prelevata da reti che per il 50% funzionano con olio combustibile/gas metano, per la restante parte (almeno in Italia) con fonti alternative a zero CO2. Mentre la funzionalità del sistema oggi dominato da mezzi con motori Euro 6 è tale da raggiungere quasi la parità con i sistemi elettrici.

Va notato che, nei sistemi elettrici di trasporto, stanno prendendo piede (a staffetta) tre diverse tecnologie.

1. La prima – hybrid - vede il motore a scoppio affiancato da motori elettrici e da “modeste” batterie, peraltro rese più funzionali nei modelli “plug in” (ricarica nel proprio box o colonnina);
2. la seconda – electric - vede sostituito il motore a scoppio da motori elettrici ed il serbatoio di carburante con batterie elettriche (attualmente sono in auge le batterie agli ioni di Litio):
3. la terza - fuelcell - seguirà il <percorso> tracciato dalle navi “ad idrogeno”, ma con anni di ritardo. Si tenga presente che, in questi casi, il peso del sistema motore e del “serbatoio” da trasportare hanno decisamente elevata importanza, insieme alla affidabilità.

La prima tecnologia è attuale: perfino le utilitarie vengono offerte nella versione “hybrid”. Della seconda tecnologia vi è ampia traccia nelle pubblicità: si sta cercando di promuovere un nuovo mercato, tanto che in ogni città d’Europa sono presenti molte (anche se ancora in numerosità insufficente) “colonnine” per la ricarica delle batterie. Infatti, le attuali batterie offrono una capacità relativamente modesta, quindi una percorrenza non ottima, e necessitano di frequenti ricariche (anche se non va dimenticato che, sotto certe condizioni, le ricariche sono gratuite).

È chiaro che l’adozione di queste tre tecnologie elettriche (eventualmente affiancate da quelle di moderni motori a scoppio) risulteràarmonica con le raccomandazioni del SDG n.7, in quanto tutte influiranno sulla diminuzione di GHG (soprattutto CO2).

I tempi in gioco per vedere i risultati, su larga scala, dell’applicazione dell’altra tecnologia elettrica, quella dell’idrogeno e delle fuelcells, saranno probabilmente maggiori di 10 anni, anche se l’orizzonte di questa tecnologia appare decisamente roseo.

Futuro oltre il 2030: note di carattere geo-sociale

Molte delle ricerche e delle stime qui riportate sono state effettuate tramite studi su nazioni del cosiddetto “mondo occidentale”. Due fattori renderebbero “troppo particolari” queste analisi quando, anziché al mondo occidentale, venissero riferite al cosiddetto terzo mondo: da un lato la popolazione, circa 1-2 miliardi di persone dotate di elevate entrate pro-capite (p.es. 20-30 dollari/giorno) in confronto a popolazioni, circa 5-6 miliardi con bassi redditi pro-capite (p.es. 1 – 3 dollari/giorno); dall’altro le caratteristiche delle terre in cui le varie popolazioni (6-8 miliardi) si trovano a vivere, come temperature e clima, acqua, cibo, ambiente, energia.

È decisamente difficile prevedere la demografia e la dinamicadi tali popolazioni nel futuro, considerato oltre il 2030.

Tuttavia sarebbe opportuno effettuare, in altra sede, altre ipotesi in modo da poter discutere di diverse roadmaps (previsioni sfaccettate), anche per quanto riguarda lo sviluppo della mobilità. Per esempio, questa pandemia sta facendo immaginare come, nel mondo occidentale, potrebbe diminuire la necessità per le persone di incontrarsi “in presenza”, rinunciando alla mobilità fisica: in questo modo il trasporto di merci non si evolverebbe molto. Invece, laddove la pandemia ha colpito meno e/o le tecnologie erano meno diffuse, l'evoluzione della “civiltà” potrebbe condurre a piùmarcate necessità di sviluppo dei trasporti, anche nei prossimi 10 anni.

In conclusione, una rapida analisi delle transizioni nel settore della mobilità consente di “vedere” un futuro piuttosto “elettrico” nelle svariate tecnologie necessarie per mettere in pratica gli auspici formulati dalle Nazioni Unite tramite le sue SDG. Emerge tuttavia la necessitai di prevedere tempi realizzativi più lunghi dei famosi 10 anni. Alcuni esperti indicani, infatti, come probabili almeno 15-20 anni.