trolley trucks ovvero: filocamion
Una idea che abbiamo perseguito per dieci anni, divulgandone la ragionevolezza e gli aspetti più innovativi ed interessanti, insieme a Massimo De Carlo e Corrado Petri. Un documento da noi redatto ormai cinque anni, da cui sono tratte le note che seguono, ha girato anche in Europa, riuscendo infine a ricevere attenzione.
1. Il concetto
Il concetto è relativamente semplice ed intuitivo:
- data per scontata la maggior efficienza economicità ed affidabilità dei veicoli elettrici rispetto a quelli tradizionali
- ed analogamente data per dimostrata la possibilità di tagliare in modo drastico l’emissione di inquinanti,
resta da comprendere il modo più opportuno per arrivare, in tempi rapidi, diciamo nell’arco dei prossimi 10-20 anni, alla sostituzione dell’attuale parco circolante con un parco di veicoli elettrici.
Dati la tecnologia ed i costi degli attuali sistemi di accumulo disponibili, appare attualmente antieconomico sostituire il traffico pesante con veicoli elettrici, se non su percorsi a breve raggio e con mezzi medio piccoli. Questa situazione è destinata a cambiare rapidamente, con l’avvento di tecnologie di accumulo più performanti, con il calo dei costi e con la creazione di reti di ricarica rapida. Benché tutto questo sia auspicabile, è importante creare le premesse perché la transizione sia rapida e avvenga a fronte di vantaggi, anche economici, per la UE, fin dalle prime fasi. Le E-highways e i filocamion (o “Trolley Trucks”, in breve TT) appaiono un modo economico rapido efficiente e conveniente di implementare detta transizione IMMEDIATAMENTE, senza attendere successivi sviluppi tecnologici.
Infatti il costo di una trasformazione di un veicolo ESISTENTE si può stimare intorno a 100-150.000 euro (o meno, su volumi di conversione decenti). Tale investimento può essere rapidissimamente recuperato sotto forma di
· risparmio nei costi carburante
· riduzione costi manutenzione causa maggiore affidabilità del mezzo.
· maggiore durata del mezzo con conseguente riduzione del costo annuo di ammortamento dello stesso
· sgravi fiscali
· risparmio costi assicurazione, bollo
etc etc.
2. Cenni storici: il filocarro della Valtellina
Il filocarro della Valtellina come modello del futuro
Come spesso succede, anche con le idee apparentemente innovative, è sempre possibile trovare dei precedenti.
In questo caso, le prime sperimentazioni di “Trolley trucks” sono state effettuate in Italia, con il “filocarro” della Valtellina. Data la lunghezza della linea (80 chilometri) il numero di veicoli coinvolti, le modalità e la durata dell’utilizzo, ultradecennale, si può, a pieno titolo, parlare di sperimentazione operativa. A tutt’oggi tale esempio in Europa RESTA INSUPERATO.
Il filocarro è stato realizzato e prodotto dalla AEM di Milano, dal 1938 al 1962 proprietaria della diga costruita per la centrale idroelettrica della Valtellina.
Un totale di 20 veicoli pesanti (camion e bus) con il trolley sono stati utilizzati per il trasporto di cemento, sabbia e attrezzature per la costruzione delle dighe San Giacomo e Cancano II in Alta Valtellina, destinate a soddisfare il fabbisogno di energia elettrica della città di Milano.
16 camion erano a tre assi ed uno a quattro assi, due trattori per trainare carichi pesanti e due veri e propri filobus per il trasporto del personale, tutti operavano a 650 volt in corrente continua tratte dalle linee elettriche aeree (bifilari, vedi 3.1).
La lunghezza totale delle linee di questa Filovia dello Stelvio era, come detto, di circa 80 chilometri.
Riferimento web: https://it.wikipedia.org/wiki/Filovia_dello_Stelvio
L’esempio storico della Valtellina dimostra che l’implementazione a scala industriale del filocamion era perfettamente fattibile quasi ottanta anni fa. La combinazione di (1) progressi tecnologici maturati da allora, soprattutto in elettromeccanica, elettronica e cibernetica, (2) costi fortemente incrementati dell’energia, (3) sensibilità ambientale, in particolar modo per quanto riguarda i costi sanitari ed ambientali insiti nell’attuale mix trasportistico, rende evidente che oggi sia possibile applicare questa tecnologia con vantaggi molto maggiori.
A supporto di questa affermazione, attualmente (vedere 4.) ci sono diversi esempi di applicazione in esercizio e/o sperimentazione.
3. Principali componenti tecnici specifici:
linea bifilare e trolley pole
3.1 Bifilare
Mentre un tram o un treno possono utilizzare anche i binari per chiudere il circuito e quindi necessitano di una sola linea aerea, questa possibilità è ovviamente preclusa ai mezzi su gomma. Pertanto la linea aerea per alimentarli è a due cavi e si chiama, in italiano, bifilare.
Riferimento web: https://it.wikipedia.org/wiki/Bifilare
3.2 “Trolley poles” o aste di captazione
A questa bifilare si agganciano i “trolley poles” o aste di captazione, in italiano.
Dettaglio della cima conduttrice di un “trolley pole”
Riferimenti web: https://en.wikipedia.org/wiki/Trolley_pole
https://it.wikipedia.org/wiki/Asta_di_captazione
3.3 Altri componenti
Questi due sono i principali componenti specifici di un sistema di filocamion. Sono perfettamente noti e sviluppati.
Ugualmente noti e sviluppati sono componenti non specifici quali il sistema di propulsione (elettrico o misto) dei mezzi, il sistema di alimentazione della filovia, e il sistema elettronico di controllo e gestione della medesima.
4. Esperienze o attività in corso
Presentiamo alcuni esempi odierni di linee bifilari di lunga estensione, in esercizio o in sperimentazione, che dimostrano la fattibilità tecnologica del concetto.
4.1 Filobus in Crimea
la linea di filobus più lunga del mondo, quasi 90 km, in Crimea è un ottimo esempio, che, con la sua semplicità, dimostra l’immediata fattibilità tecnica della cosa.
Riferimento web:
http://mondoelettrico.blogspot.it/2010/04/la-busvia-elettrificata-piu-lunga-del.html
4.2 Il Trolley truck svedese di Scania
Riferimento web:
http://newsroom.scania.com/en-group/2012/07/04/electric-truck-for-alternative-ore-transportation/
Un’ottima verifica sui costi di elettrificazione: 1.5 miliardi di corone (165 milioni di euro), per realizzare una linea di 100 km: quindi costo medio di 1.65 milioni di euro/Km. Appoggio dunque su questi dati (recenti e a scala significativa) la mia stima per una linea autostradale, comprensiva di sottostazioni di alimentazione ecc., che è di 1.5-2 milioni €/km. Le notizie su questo progetto che ho trovato sono ferme al 2012. Il sistema di propulsione (powertrain) è Siemens, come nell’esempio 4.4 (vedi sotto).
Riferimento web: http://mondoelettrico.blogspot.it/2012/03/il-filocarro-svedese.html
4.3 Trolley trucks in miniera, in Zambia
Questo esempio dimostra che non ci sono limiti di potenza.
Un filmato è disponibile qui:
Sarebbe consigliabile sintetizzare qualche dato tecnico
4.4 Progetto E-highway Siemens-Volvo
in sostanza: un Trolley truck che ha sistemi sofisticati di controllo e consente l’aggancio/sgancio ad ogni velocità. inoltre ha sistemi di accumulo di bordo che permettono i sorpassi e la marcia fuori dalle aree alimentate, per un certo numero di km. Una possibilità semplice, che pure viene studiata, per abbattere i costi del sistema a doppi alimentazione è quella di un veicolo bimodale, ovvero elettrico ma alimentato sia dal bifilare sia, in alternativa, da un generatore di bordo. È attualmente la soluzione ottimale dal punto di vista funzionale ed economico, per l’implementazione in kit su veicoli esistenti. È stata realizzata da alcuni anni una linea di prova di 4 km in Europa.
4.5 News disponibili recenti
4.5.1 Prevista l’installazione di una linea di prova di due km in California nell’ambito del progetto ENUBA
4.5.2 FILOCAMION SULL’AUTOSTRADA BREBEMI
L’iniziativa prevede la sperimentazione dei primi 6 chilometri dell’autostrada (3 chilometri su ognuna delle due direzioni di marcia) che entreranno in funzione nel 2021, nel tratto compreso tra Romano Lombardo e Calcio. Alimentati da pannelli fotovoltaici disposti lungo l’autostrada stessa.
6. I costi ambientali
Ma l’analisi dei costi finora presentata non ha preso ancora in considerazione un elemento di grande peso e crescente importanza politica e sociale: le esternalità del trasporto pesante su gomma, e soprattutto quelle derivate dall’inquinamento ambientale. È su questo versante che la proposta E-highways & Trolley trucks può apportare benefici decisivi, specialmente tenendo conto della sua effettiva applicabilità in volumi importanti e tempi brevi, grazie agli immediati benefici economici derivanti agli autotrasportatori da una sua implementazione.
Infatti, considerando le emissioni di un mezzo pesante, i costi marginali di inquinamento sono infatti molto maggiori del costo attuale del trasporto stradale: fino al 200%-300% di tali costi, come analizzati in 5.2.
Lo giustificheremo di seguito.
6.1 Costi marginali di inquinamento (NOX e PM2,5)
Il seguente grafico presenta dati recenti (2010)[1] sui costi marginali di inquinamento corrispondenti a due dei principali contaminanti emessi: gli ossidi di nitrogeno NOX e il particolato PM 2,5.
Nel caso italiano, il costo marginale legato all’inquinamento è :
- di circa 0.048 €/grammo per il PM2,5 (valore medio su scala europea),
- di circa 0.018 €/grammo per gli NOX (valore medio-alto su scala europea).
6.2 Emissioni in condizioni di reale utilizzo
Un camion moderno da 40 tonnellate consuma mediamente 1 litro per percorrere 2 km. O meno, in città e in condizioni difficili. Le emissioni sono le seguenti, sempre da dati da ricerche UE[2] che confrontano le emissioni di mezzi pesanti diesel e CNG (compressed natural gas, gas naturale compresso):
6.3 Stima delle esternalità di inquinamento
Combinando i dati presentati in 6.1 e 6.2 sopra possiamo vedere che:
| Grammi/ km | Costo per grammo | Esternalità: costo per km | ||
| (da 6.2) | (da 6.1) | |||
| NO x | min | 30,25 | € 0,047 | € 1,44 |
| max | 42,45 | € 0,047 | € 2,02 | |
| media | 36,35 | € 0,047 | € 1,73 | |
| Grammi/ km | Costo per grammo | Esternalità: costo per km | ||
| PM 2,5 | min | 46,25 | € 0,018 | € 0,83 |
| max | 54,43 | € 0,018 | €0,97 | |
| media | 50,34 | € 0,018 | € 0,90 | |
| Esternalità: costo per km | ||||
| NO x + PM 2,5 | min | € 2,26 | ||
| max | € 2,99 | |||
| media | € 2,63 |
Vediamo che l’impatto economico soltanto da questi due inquinanti (cioè senza considerare il costo indotto da HC, CO, CO2; quindi in una stima nettamente per difetto) può stimarsi in 2,26-2,99 €/km, con una media di 2,63 €/km.
Si tratta quindi di un costo elevatissimo e superiore al costo chilometrico complessivo del camion.
– 3-4 volte superiori al costo di carburante
– 2 volte superiori al costo del conducente
– 10-12 volte superiori ai costi autostradali.
Questo calcolo di esternalità dimostrano inoltre che il presente modello produttivo e fiscale sta sovvenzionando pesantemente il trasporto merci su gomma con combustibili fossili, a spese di tutta la comunità. Lo sviluppo dell’elettrificazione presenta quindi una possibilità notevole per riequilibrare questa situazione distorta, a beneficio di tutti.
[1] http://www.ferpress.it/wp-content/uploads/2013/06/trasportomercieuropa1.pdf
[2] http://www.ehpt.it/pdf/Giorgio_Martini.pdf
CNG: gas metano è uno studio sui vantaggi della metanizzazione, peraltro da perseguire.
7. Possibilità di risparmio
Le presentiamo in funzione dell’analisi precedentemente svolta dei costi internalizzati ed esternalizzati;
- risparmio di carburante
- risparmi fiscali vincolati alla riduzioni delle esternalità,
- altri vantaggi.
7.1 Risparmio in carburante
La conversione a modalità bimodali o elettrica con generatore di bordo, permette di ridurre questi costi di almeno il 50% (stima ragionevole tenendo conto delle percorrenze autostradali rispetto a quelle stradali e del costo per km a trazione elettrica, circa 25-30 centesimi, con un costo a kWh ipotizzato di 12-15 centesimi).
7.2 Un possibile modello di stimolo fiscale
Un ulteriore importante risparmio (vedere 6) potrebbe derivare dall'”internalizzazione” dei costi derivanti dall’emissione di CO2. NOX e particolato, trasferiti come imposte di circolazione o con altri metodi ed ovviamente alleggerite, anzi: annullate, per mezzi con caratteristiche bimodali o elettrici con generatore di bordo.
I costi autostradali documentati in 5.2 sopra potrebbero essere ridotti di due terzi, per questi veicoli, ad esempio sulla base di politiche europee concordate.
Considerando una percorrenza media di 150.000 km/anno, con un carico fiscale tipico di circa 20 centesimi /km ( 21 centesimi nel caso dell’italia) uno sgravio del 50% o 65 % ( intensità analoga agli interventi di ristrutturazione energetica delle abitazioni) si traduce in circa 15.000-20.000 euro/anno di benefici fiscali. chiarire meglio questo punto, il ragionamento non è trasparente
Questi sgravi potrebbero essere concessi SENZA EXTRACOSTI PER GLI STATI MEMBRI, come mostrato in 6.3, a causa dei benefici in termini ambientali e sanitari.
Questa stima, in sostanza, si basa sul girare agli autotrasportatori “virtuosi” una parte del risparmio derivante dall’abbattimento degli inquinanti, si veda il paragrafo relativo.
In realtà, se si torna a considerare il paragrafo 6.3 dei costi delle esternalità, si potrebbe dare un contributo, anche in forma diretta, addirittura tre volte superiore e sempre con un risparmio netto per la Comunità (senza parlare dei benefici per l’ambiente ed i cittadini)!
Un contributo tre volte superiore porterebbe a benefici totali per circa 45-60 k euro/anno, in grado di recuperare in pochissimi anni i costi di conversione del mezzo.
7.3 Altri vantaggi
La vendita dell’energia elettrica sarebbe, d’altro canto, l’occasione per un nuovo cespite di guadagno per le società autostradali ed una concreta opportunità per una loro trasformazione in multiutilities, senza contare la possibilità di produrre energia coprendo la corsia lenta e/o le lunghissime barriere antirumore con strutture che sostengono pannelli fotovoltaici.
infine, modulando la fornitura di energia e monitorando adeguatamente i carichi sulla rete, sarebbe possibile far viaggiare i veicoli in regime semiautomatico o del tutto automatico, a distanza ravvicinata ma con molti meno rischi che nel caso di un controllo umano. Questo permetterebbe dei periodi di relax ai guidatori, attualmente sottoposti a “tours de force” massacranti ( l’orario di lavoro legale i Europa è di 56 ore alla settimana, ricordo!!)
8. Ritorno dell’investimento e applicabilità
8.1 Ritorno dell’investimento
Riconoscendo, ad esempio, sgravi fiscali esenzioni pedaggi e vantaggi vari pari al 15% di questo costo marginale, 50 centesimi AL KM, tenendo conto della percorrenza media annuale, (cercare riferimenti, io stimo almeno 100-150.000 km/anno, dato che la percorrenza teorica a 80 km/h con 56 ore alla settimana, 52 settimane all’anno è di oltre 230.000 km/anno), tenendo conto degli altri risparmi valutabili in circa altri 50-70 k euro, si permetterebbe l’acquisto di un kit di omologazione (al costo segnalato in 1. intorno a 100-150-000 €) con un recupero del’investimento in tempi brevissimi, certamente inferiore a tre anni e questo anche considerando il pagamento dell’energia elettrica consumata, che anche venduta a prezzo di mercato consumer, 15 centesimi/kWh, consentirebbe costi di percorrenza dimezzati rispetto al gasolio. E’ bene considerare anche i costi complessivi di manutenzione del mezzo, che risultano di gran lunga diminuiti, grazie alla minore usura di parti meccaniche ( frenata almeno parzialmente sostituita dalla frenata elettrica con recupero di energia) e/o al minor costo dei materiali di consumo, ( filtri, liquidi etc etc) dovuti al dimensionamento frazionale dei nuovi gruppi ICE/ generatori di bordo, al posto del precedente ICE di trazione.
8.2 Applicabilità di un kit di retrofit elettrico alla flotta esistente
La flotta europea per oltre tre quarti è composta da veicoli relativamente nuovi, ( età inferiore ad 8 anni)con una elevata percorrenza residua. Oltre la metà della flotta ha meno di 6 anni.
Quadro di anzianità della flotta:
Figura 12: distribuzione per età dei veicoli commerciali pesanti utilizzati dagli autotrasportatori dell’UE-27 nel 2012 (% rispetto al totale di veicoli-km). Fonte: Eurostat, DG MOVE.
Altri dati sul tema:
http://glossary.eea.europa.eu//terminology/sitesearch?term=heavy+duty+vehicles
Questo rende interessante il retrofit elettrico dei veicoli, data la percorrenza residua attesa, che oltretutto verrà decisamente aumentata dopo la conversione, date le caratteristiche della trazione elettrica, così ulteriormente aumentando il beneficio sia economico sia, soprattutto ambientale, atteso con questo genere di attività..
8.3 Altri benefici non direttamente monetizzabili
Inoltre si avrebbero benefici certi, non monetizzabili direttamente, in termini di recupero industriale, occupazione, ricerca e sviluppo derivanti dall’implementazione, che certamente permetterebbero di ottenere ulteriori benefici.
Citiamo infine, anche se non sono i meno importanti, i benefici ambientali e la riduzione della nostra dipendenza (economica, industriale, strategica) dei combustibili fossili.
Appendice:
QUADRO LEGISLATIVO EUROPEO VEICOLI PESANTI:
http://ec.europa.eu/environment/air/transport/road.htm
ROAD MAP TO 2050
Lo scenario per i trasporti pesanti:
Cfr:
http://ec.europa.eu/clima/policies/transport/vehicles/heavy/index_en.htm
http://ec.europa.eu/clima/policies/transport/vehicles/heavy/documentation_en.htm
Lo standard previsto per l’unione europea:
http://transportpolicy.net/index.php?title=EU:_Heavy-duty:_Emissions
Il quadro legale
http://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:32005L0055
un quadro generale dell’influenza dei trasporti
http://ec.europa.eu/transport/strategies/facts-and-figures/all-themes/index_it.htm
Un documento riassuntivo degli avanzamenti nel settore dei trasporti su gomma pesanti
http://www.iru.org/index/cms-filesystem-action?file=mix-publications/DYK-Truck.E.pdf
un documento quadro sui trasporti su gomma in Italia, in Europa e nel mondo
file:///C:/Users/utente/Downloads/convegno%20anfia%20autopromotec%2031102014%20(1).pdf
Leggendo i documenti citati si può riassumere:
L’impatto dei veicoli pesanti i termini di CO2 è nell’ordine di un quarto del totale legato ai trasporti terrestri,ovvero circa il 6% delle emissioni totali di CO2 in Europa.
Molto più rilevante, tuttavia, è l’incidenza su altri inquinanti: il particolato PM10 ( ed inferiore) e gli ossidi di azoto NOX.
Ancora importante ma in calo, grazie alla stretta sulla composizione dei carburanti, l’incidenza sull’SO2. Tutti questi valori si prevedono in forte calo( fino ad oltre il 90%!!) con la diffusione di mezzi Euro V ed Euro VI.
Resta un notevole influsso sull’inquinamento nelle aree attraversate da vie ad alta intensità di traffico pesante.
Ad esempio, tra i mille e mille cito questo documento:
relativo ad un intorno di 30 km della città di Brescia.
come si vede il trasporto su strada genera quasi un terzo e non un quarto del totale delle emissioni dei vari inquinanti.
Riguardo ai consumi energetici invece, il traffico pesante influisce su circa il 25% del totale ovvero intorno all’8-9% del totale dei consumi energetici europei.
Il settore del trasporto pesante, secondo le diverse stime ricavabili dai documenti citati, da lavoro a circa 6-10 milioni di persone e vale intorno al 4% del PIL europeo. 600 miliardi di euro.
In infrastrutture ( autostrade ponti etc etc) L’Europa investe circa 150 miliardi di euro/anno. Con l’1% di questa cifra, 1.5 miliardi di euro, potrebbero essere elettrificati 1500 km di autostrade All’ANNO. Dato che i km di autostrade in Europa (http://www.lestradedellinformazione.it/site/home/rubriche/articolo6220.html )
Sono circa 72.000, in 25 anni potrebbero essere elettrificati circa il 50% delle tratte autostradali.
Con una intensità pari al 10%, tra l’altro facilmente ripagabile dalla vendita dell’energia elettrica prodotta, potrebbe essere elettrificata l’intera rete autostradale Europea in soli 5 anni.
[1] https://it.m.wikipedia.org/wiki/Schema_Ponzi
[2] https://www.crisiswhatcrisis.it/2020/01/20/yo-yo-36-miliardi-ed-una-bottiglia-di-rhum/
[3] https://www.crisiswhatcrisis.it/2016/07/28/il-picco-del-tempo-e-del-denaro/
( continua)
Argomenti ancora da sviluppare:
un’unica plastica per tutti gli usi domestici comuni
Garanzia obbligatoria di durata crescente. un anno ogni due anni fino ad arrivare ad almeno dieci anni per tutti i prodotti più comuni ( elettrodomestici grigi e neri, veicoli, sistemi elettronici, etc..)
carbon taxing ( diverso da carbon tax)
Referenze e spunti vari, quadro finanza globale eterodosso…