Audi intende assumere nell’industria automobilistica il ruolo di leader nella gestione sostenibile delle risorse naturali. Con il programma “Audi balanced mobility” la Casa dei quattro anelli orienta le sue attività al conseguimento di un grande obiettivo, quello della mobilità globale con bilancio di CO2 neutrale. Elemento centrale di questo piano è l’Audi e-gas project, con il quale il Marchio introduce una soluzione inedita di cui si gioveranno sia l’intero settore energetico, sia, più in generale, la società tutta. La Audi ha presentato per la prima volta alla stampa internazionale ad Amburgo, detentrice del titolo di capitale verde europea per il 2011, il suo “e-gas project”.
L’Audi balanced mobility è un programma globale che mira alla mobilità ecocompatibile, tiene conto di tutti gli aspetti della catena di creazione del valore in campo automobilistico, e fornisce nuovi impulsi alle industrie attive nel settore della distribuzione del gas e dell’energia elettrica. “Raggiungere l’armonia di ecologia ed economia è la più grande delle sfide che ci attendono”, spiega Rupert Stadler, Presidente della AUDI AG. “Per centrare quest’obiettivo”, spiega, “dobbiamo creare una forma di mobilità che sia equilibrata da ogni punto di vista, in armonia con l’uomo, con i suoi nuovi valori e con l’ambiente. Il nostro scopo a lungo termine è una mobilità a CO2 neutrale. Intanto, però, fin d’ora utilizziamo sistematicamente energia elettrica pulita. Produciamo inoltre carburanti ecocompatibili e contribuiamo a dare forma a un nuovo modo di concepire noi stessi e il nostro ruolo che pervade tutta la nostra azienda. Questi”, conclude Stadler, “sono gli obiettivi dell’Audi balanced mobility.”
L’e-gas project, di cui ora, dopo tre anni di intense ricerche, si cominciano a vedere le prime ricadute pratiche, è uno dei pilastri principali del piano. Prima tra le case automobilistiche a livello mondiale, la Audi organizza un’intera filiera di fonti energetiche sostenibili. Laddove la concorrenza si limita in alcuni casi ad acquistare corrente elettrica ecologica da terzi, il Marchio dei quattro anelli entra direttamente nel settore della produzione di energia.
La Audi partecipa alla costruzione di turbine eoliche offshore nel Mare del Nord. Queste generano energia elettrica ecologica, che va ad alimentare la rete elettrica pubblica. Con questa energia ecologica la Audi ha intenzione di produrre e far funzionare i suoi futuri modelli e-tron a propulsione elettrica.
Parte dell’energia elettrica eolica verrà utilizzata da un impianto che produce, mediante elettrolisi, idrogeno, con il quale in futuro si potranno far funzionare i veicoli a celle di combustibile, oppure, con un’ulteriore fase di lavorazione, produrre un metano ribattezzato dalla Audi “e-gas”, chimicamente identico al gas naturale e in grado di alimentare i motori a combustione. A partire dal 2013 la Audi produrrà in serie dei modelli che chiamerà TCNG: saranno dotati di motori derivati da quelli TFSI e alimentati a e-gas.
Ernst Ulrich von Weizsäcker, studioso di problematiche ambientali e copresidente dell’International Panel for Sustainable Resource Management, ha esplicitamente lodato il progetto avviato dalla Audi: “Auspico l’avvento di una mobilità sostenibile e ecocompatibile. Rientra alla perfezione in questo scenario l’e-gas project della Audi e la sua quasi immediata realizzabilità. Grazie a questo progetto sarà possibile far diventare realtà una componente significativa della mobilità a CO2 neutrale.”
A medio termine l’intero settore energetico tedesco potrà trarre vantaggi dall’Audi e-gas project. Si dà così risposta all’annosa questione, finora rimasta irrisolta, di come accumulare l’energia elettrica ecologica in maniera efficiente e in un luogo diverso da quello di produzione. In presenza di forte ventosità, per esempio, il surplus di energia elettrica prodotto dalle centrali eoliche offshore può essere trasformato in e-gas e accumulato in quello che è il più grande serbatoio energetico disponibile, la rete pubblica del gas. Dalla rete del gas è possibile riconvertire in qualsiasi momento l’energia in corrente elettrica, che può così essere reimmessa nella rete elettrica.
Audi e-gas project
Sulla strada che porta alla mobilità a CO2 neutrale del futuro, la Audi punta con coerenza sulle energie rinnovabili e pone con l’Audi e-gas project un’importantissima pietra miliare. Il progetto si regge su due grandi pilastri, il primo dei quali è costituito da turbine eoliche che producono energia elettrica pulita. Una parte di questa energia verrà utilizzata dalla Audi per costruire i futuri veicoli e-tron. La corrente ecologica svolgerà un ruolo importante anche per quanto riguarda la trazione degli stessi veicoli. Già nel maggio 2010 Rupert Stadler, presidente del Consiglio di Amministrazione della AUDI AG, aveva affermato: “Per la trazione delle sue vetture elettriche, la Audi ricorrerà prevalentemente a energia elettrica prodotta in modo sostenibile”.
Un nuovo impianto - e questo è il secondo pilastro dell’e-gas project - produrrà invece idrogeno per elettrolisi servendosi dell’altra parte dell’energia elettrica generata dalle turbine eoliche. Questa fonte energetica pulita, che non ha ripercussioni sul clima, potrà essere utilizzata sul medio periodo per il funzionamento di vetture a celle di combustibile. La Audi intende inoltre sfruttare ulteriormente l’idrogeno, unitamente all’anidride carbonica, anche per produrre metano. Questo tipo di metano, denominato anche “gas naturale sintetico”, viene chiamato dalla Audi “e-gas”. Con esso è possibile alimentare motori a combustione concepiti a questo scopo. A partire dal 2013 la Audi produrrà in serie questo genere di modelli con la denominazione TCNG.
Il particolare vantaggio apportato dalla metanizzazione risiede nel fatto che la reazione si svolge sfruttando CO2, che quindi non si disperde nell’atmosfera. Si crea così un ciclo dell’anidride carbonica chiuso, che consente una mobilità di ampio raggio climaticamente sostenibile.
L’Audi e-gas project offre inoltre un immenso beneficio, del quale può avvalersi l’intero settore energetico tedesco: trasformando la corrente prodotta da fonti rinnovabili in metano, il progetto collega l’energia elettrica eolica alla rete del gas naturale, contribuendo così a risolvere il problema dell’immagazzinamento dell’energia prodotta in eccesso dalle centrali eoliche e solari. Dalla rete del gas è possibile riconvertire in qualsiasi momento l’energia in corrente elettrica, che può così essere reimmessa nella rete elettrica.
“Insieme ai suoi partner di progetto, la AUDI AG sta dando vita a un procedimento con il quale la mobilità a CO2 neutrale diventa un traguardo a portata di mano”, dichiara Michael Dick, responsabile del settore Sviluppo Tecnico. “La nostra tecnologia è in grado di ridisegnare il futuro delle energie rinnovabili. Prendiamo autonomamente l’iniziativa e integriamo la mobilità elettrica con un progetto integralmente improntato anch’esso all’ecocompatibilità e di ampissimo respiro”.
La Audi ha concluso la fase di ricerca dell’e-gas project e passa ora alla realizzazione, a partire dalla metà del 2011, di un impianto utilizzabile a scopi industriali, per il quale l’Azienda ha investito un importo milionario a due cifre. Insieme ai suoi partner di progetto, l’azienda di Stoccarda SolarFuel GmbH, il Centro per la ricerca sull’energia solare e sull’idrogeno (ZSW) di Stoccarda, l’Istituto Fraunhofer per l’energia eolica e i sistemi tecnici energetici (IWES) di Kassel e la EWE Energie AG, la Audi avvia in grande stile il suo progetto energetico.
Energia elettrica da turbine eoliche in mare aperto
Il primo grande pilastro dell’Audi e-gas project è costituito dalle turbine eoliche. Nella prima fase del progetto l’Azienda finanzia, insieme a un’azienda erogatrice di energia della regione, quattro grossi impianti in un parco eolico offshore nel mare del Nord. Con 3,6 MW di potenza ciascuna, le turbine eoliche produrranno all’anno circa 53 GWh di energia elettrica, ovvero quanto basta a coprire il fabbisogno energetico di una città di media grandezza.
Nel campo dell’energia eolica, gli impianti eolici offshore detengono in Germania ancora un ruolo secondario, sebbene siano in grado di produrre circa il 40% di energia in più rispetto agli impianti onshore per effetto di una velocità media del vento di circa 30 km/h. Il potenziale ancora sfruttabile è, quindi, notevole.
L’impianto e-gas
Il secondo grande pilastro del progetto è rappresentato dall’impianto e-gas, che produrrà idrogeno e metano in quantità utilizzabili a scopo industriale. La posa della prima pietra è prevista per il luglio 2011 a Werlte, nel Land della Bassa Sassonia. L’impianto e-gas è collegato a un impianto per la produzione di biogas dai rifiuti, dal quale riceve la CO2 concentrata necessaria per la metanizzazione, che altrimenti si diffonderebbe nell’atmosfera, inquinandola. Annualmente l’impianto produrrà circa 1.000 tonnellate di e-gas, legando chimicamente 2.800 tonnellate di CO2.
L’impianto è costituito da due componenti principali, il cosiddetto “elettrolizzatore” e l’impianto di metanizzazione. Ad essi si aggiungono altri componenti, quali le tubazioni, i serbatoi, gli impianti elettronici di controllo e regolazione nonché i compressori necessari per immettere l’e-gas nella rete del gas naturale. Nel gennaio 2011 è stato installato un impianto sperimentale della potenza di 25 kW che funge da laboratorio, il quale già da subito è stato in grado di produrre gas della qualità richiesta.
L’elettrolizzatore funzionerà ad energia elettrica rinnovabile. Per mezzo di celle di combustibile a elettrolita polimerico, l’elettrolizzatore scinde l’acqua (H2O) nei suoi componenti, cioè idrogeno (H2) e ossigeno (O2). In futuro l’idrogeno potrà essere utilizzato per la propulsione di veicoli a celle di combustibile, quali per esempio la Audi Q5 HFC, oggi tuttavia ancora non pronta per la produzione in serie. Nella prima fase del progetto, l’idrogeno non verrà quindi utilizzato direttamente, ma immagazzinato, dopo la separazione del gas e la sua essiccazione, in un serbatoio per poter esser poi utilizzato dall’impianto di metanizzazione.
Nell’impianto di metanizzazione, in virtù di un processo basato sulla cosiddetta “reazione di Sabatier”, l’idrogeno viene legato al biossido di carbonio (CO2) per ottenere così metano (CH4) e acqua (H2O), quest’ultima come prodotto secondario. In questo modo si genera il metano, un sostituto sintetico del gas naturale, che viene immesso nella rete nazionale tedesca di gas naturale e quindi anche nella rete dei distributori di CNG.
Da tempo comprovata nel ramo dell’industria chimica, questa tecnologia funziona in linea di massima in qualsiasi luogo nel quale siano presenti acqua, corrente elettrica e una fonte di CO2. L’anidride carbonica può anche essere prelevata dall’aria ambientale, ma con costi maggiori.
Nella prima fase dell’e-gas project, l’energia elettrica prodotta dalle turbine eoliche e il metano prodotto dall’apposito impianto basteranno per 2.500 automobili. Con una parte della corrente elettrica di derivazione eolica si possono produrre 1.000 A1 e-tron e percorrere 10.000 km all’anno. Poiché un’ulteriore percentuale verrà in futuro immessa nella rete in caso di sovrapproduzione di corrente, l’impianto di e-gas torna anche a vantaggio della rete elettrica generale.
Con l’e-gas prodotto da fonti rinnovabili, 1.500 A3 TCNG riescono a percorrere ciascuna 15.000 km all’anno, con ben 150 tonnellate restanti di e-gas che vengono immesse nella rete pubblica del gas. Eventualmente questo gas può essere poi ritrasformato in energia. Tirando le somme, si ottengono complessivamente un grande vantaggio per la rete dell’energia elettrica e ben oltre 30 milioni di chilometri percorribili senza ripercussioni sul clima.
Quanto al bilancio ambientale, l’e-gas eccelle come combustibile per autoveicoli. Una vettura a e-gas del segmento delle compatte emette meno di 30 grammi circa equivalenti di CO2 per ogni chilometro, laddove questo dato non va interpretato come valore delle emissioni al terminale di scarico, bensì come bilancio well-to-wheel (ossia “dalla fonte alle ruote”), che comprende già le emissioni per la costruzione delle turbine eoliche e dell’impianto per la produzione dell’e-gas. I veicoli elettrici alimentati direttamente con corrente di produzione eolica fanno registrare per le emissioni dati ancora migliori, con meno di 4 grammi per ogni chilometro percorso, sebbene nel bilancio energetico complessivo, comprendente anche la produzione dei veicoli, presentino lo svantaggio di richiedere elevati consumi di energia per la produzione delle batterie.
Immagazzinamento dell’energia elettrica ecologica nella rete del gas
L’Audi e-gas project può dare risposta contemporaneamente a diverse questioni ricorrenti nel settore dell’industria energetica sostenibile. Nella filiera produttiva si creano energia elettrica pulita, idrogeno e metano, tre importanti fonti energetiche per la mobilità del futuro. A medio termine questa tecnologia presenta il potenziale sufficiente a costituire una struttura di approvvigionamento energetico basata al 100% su fonti rinnovabili eppure estremamente flessibile per la corrente elettrica, l’energia termica e la circolazione, che permette di calibrare le quote delle tre fonti energetiche in funzione del fabbisogno.
Il futuro dell’approvvigionamento energetico della Germania appartiene alle energie rinnovabili. L’anno scorso la loro quota nei consumi complessivi di corrente, energia termica e carburante ha superato per la prima volta nella storia il 10%. Per quanto riguarda la sola produzione di energia elettrica, sebbene con grandi differenze tra i diversi Länder tedeschi, la quota proveniente dalle fonti rinnovabili è attestata già sul 17%, soprattutto grazie al contributo dell’energia eolica. Entro il 2050 si prevede che la quota del consumo lordo di corrente elettrica proveniente da fonti rinnovabili raggiungerà il 77%.
L’energia eolica possiede un grande potenziale. L’Istituto Fraunhofer per l’energia eolica e i sistemi tecnici energetici (IWES) ha presentato su questo argomento uno studio svolto per conto dell’associazione federale WindEnergie. Secondo tale studio, in Germania possono essere prodotte con l’energia eolica, secondo un calcolo realistico, circa 390 terawattore (TWh) di energia all’anno, corrispondenti al 64,7% del consumo elettrico lordo tedesco del 2010 (603 TWh). Nel modello di calcolo, la potenza complessiva installata è pari a 198 Gigawatt (GW).
La produzione di energia elettrica dal vento e dal sole è tuttavia soggetta a oscillazioni naturali, mentre la capacità di immagazzinamento è oggi ancora molto bassa. Le stazioni di pompaggio possono essere utilizzate solo per accumulare energia a breve termine; in caso di emergenza sarebbero in grado di sostenere l’approvvigionamento energetico della Germania per appena un’ora. Anche tutte le altre soluzioni, quali per esempio gli accumulatori di aria compressa, presentano forti limitazioni per quanto riguarda la capacità e la durata di immagazzinamento.
La metanizzazione che sfrutta l’idrogeno e l’energia elettrica rinnovabile contribuisce a risolvere il problema: la rete dell’energia elettrica viene collegata alla rete sotterranea del gas, nella quale è possibile accumulare e conservare eventuali surplus produttivi di energia per mesi. Il potenziale della rete del gas è pari a 217 TWh, mentre la capacità di immagazzinamento della rete elettrica è di sole 0,04 TWh. Inoltre la rete elettrica ha una capacità di trasporto molto più ridotta (di 10 volte circa) rispetto a quella della rete del gas.
Dalla rete del gas è possibile in qualsiasi momento riconvertire il metano in corrente elettrica, sia nelle centrali a gas che in maniera decentralizzata in impianti di cogenerazione, allo scopo di reimmetterla nella rete dell’energia elettrica. Eventuali nuovi impianti di cogenerazione decentralizzati con accoppiamento forza-calore possono aumentare ulteriormente il rendimento. Il metano si presta inoltre anche all’approvvigionamento di gas tanto ad uso domestico quanto per i processi termici ad alta temperatura.
Il rendimento dell’impianto pilota e-gas, dalla turbina eolica al gas metano, raggiunge quasi il 54%. Utilizzando anche il calore che si sviluppa nel ciclo, questo valore sale ulteriormente. Nelle successive fasi di sviluppo si cercherà di conseguire un rendimento di oltre il 60%. La possibilità di immagazzinare grandi quantità di energia provenienti dall’accoppiamento corrente elettrica-gas, dal vento o anche dal sole, può fornire forti impulsi al potenziamento delle energie rinnovabili. La facile trasferibilità dell’Audi e-gas project a tutti i Paesi in cui siano presenti reti di gas naturale conferma l’importanza di questo progetto sia in termini tecnici che ecologici.
Con l’e-gas project, la Audi appronta tre fonti energetiche, corrente elettrica, idrogeno e gas metano, che si prestano all’utilizzo per diversi sistemi di trazione, vale a dire per le vetture elettriche, i veicoli a celle di combustibile e i veicoli a CNG.
La Audi A1 e-tron
La A1 e-tron è lo studio di un veicolo puramente elettrico. Quando necessario, il “range extender” ricarica la batteria affinché la A1 e-tron possa viaggiare sfruttando unicamente l’energia proveniente dal suo motore elettrico. Questa quattro posti è così in grado di viaggiare nel traffico urbano a emissioni zero.
Il motore elettrico di questa vettura compatta di piccole dimensioni eroga una potenza costante di 61 CV (45 kW) e una potenza massima di 102 CV (75 kW), trasmessa alle ruote anteriori attraverso un cambio monomarcia. La coppia massima di 240 Nm è disponibile sin dalla partenza. La A1 e-tron accelera in 10,2 secondi da 0 a 100 km/h e raggiunge una velocità massima di 130 km/h.
L’energia proviene da un pacco a forma di “T” di batterie a ioni di litio situato sotto il tunnel centrale e il divano posteriore. La batteria, raffreddata a liquido, è in grado di immagazzinare 12 kWh di energia, sufficienti a percorrere 50 km. Con la corrente ad alta tensione, ricaricare la batteria richiede meno di un’ora. Sulle distanze più lunghe si attiva il “range extender”, un piccolo motore di tipo Wankel situato sotto il vano bagagli, che ricarica la batteria mediante un generatore.
La Audi A3 TCNG
La tecnologicissima Audi A3 TCNG è in grado di sfruttare l’e-gas prodotto dall’impianto di metanizzazione della Audi. Il suo motore TFSI a quattro cilindri e il suo catalizzatore, inserito nel flusso dei gas di scarico, sono stati appositamente studiati per l’alimentazione a gas naturale. Sul solo territorio tedesco, il gas naturale è già disponibile presso circa 900 distributori di CNG, e la tendenza è in aumento.
Mediante un procedimento cosiddetto “a circuito di bilanciamento”, simile a quello che si ha per l’energia elettrica ecologica, a partire indicativamente dal 2013 il Cliente potrà rifornire la sua A3 TCNG con energia eolica. Nella rete verrà immessa l’energia rinnovabile necessaria a produrre la quantità di e-gas utilizzata dal Cliente per il rifornimento.
La densità volumetrica dell’e-gas corrisponde a quella del gas naturale fossile ed è quindi inferiore a quella della benzina super. Dalla combustione dell’e-gas, così come da quella del metano, si produce una quantità di CO2 decisamente inferiore rispetto a quella derivante dalla combustione della benzina super. Per quanto riguarda l’e-gas project, questo significa che le emissioni di CO2 sono estremamente ridotte non solo nel bilancio complessivo (well-to-wheel), ma anche al terminale di scarico (tank-to-wheel). Dai tubi di scappamento non si disperde nell’ambiente neanche un grammo di CO2 non legato chimicamente al momento della produzione dell’e-gas. Tra la produzione e la combustione del carburante si ha quindi un ciclo di CO2 chiuso.
L’elevato numero di ottani (circa 130 NOR) del metano, del biometano e anche dell’e-gas consente una compressione elevata ed efficace nel motore turbo, il che è garanzia di un’alta efficienza. Come tutte le vetture Audi, anche la A3 TCNG è un’auto che non scende a compromessi per quanto riguarda la versatilità e il piacere di guida. I suoi serbatoi del gas, nei quali l’e-gas viene accumulato a una pressione di 200 bar, danno al veicolo un’autonomia sufficiente a percorrere anche tratti piuttosto lunghi. La Audi A3 TCNG è configurata per l’alimentazione bivalente: quando i serbatoi del gas sono vuoti e nei paraggi non è presente un distributore di CNG, il veicolo viaggia alimentato a benzina senza alcuna perdita in termini di potenza e prestazioni.
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