Ricaricare in anticipo con i veicoli commerciali elettrici

A cura del Dott. Walter Rentzsch, Giovanni Schelfi e del Dott. Wilfried Aulbur

La necessità di contrastare le emissioni di gas serra (GHG) è reale, così come lo è quella di limitare l'impatto negativo dell'aumento delle temperature sul nostro pianeta e sulle nostre economie. Il settore dei trasporti contribuisce per il 29% alle emissioni di gas serra degli Stati Uniti. I veicoli medi e pesanti rappresentano il 23% del settore dei trasporti e gli operatori del settore dei veicoli commerciali sono consapevoli di dover contribuire alla soluzione promuovendo la decarbonizzazione del loro settore.

(Foto: Chad Elmore)

I progressi nella tecnologia dei veicoli elettrici sono stati costanti, con prezzi delle batterie in calo, un maggior numero di piattaforme specifiche immesse sul mercato e prestazioni complessive dei veicoli in termini di autonomia migliorata. Questi progressi si sono verificati in un arco di tempo relativamente breve. Sebbene possiamo contare su circa 130 anni di sforzi nello sviluppo del motore diesel, l'attenzione del settore sulle batterie e sui veicoli elettrici a batteria su larga scala risale a meno di 10 anni fa.

Tuttavia, man mano che la strada da seguire per i veicoli nel settore dei veicoli commerciali diventa più chiara, emergono sfide di secondo e terzo ordine.

I prezzi di acquisto rimangono proibitivi rispetto ai veicoli diesel, con un impatto negativo sui casi d'uso con un costo totale di proprietà positivo. Le restrizioni operative limitano attualmente il numero di tratte su cui i veicoli possono essere impiegati o richiedono un numero maggiore di veicoli elettrici rispetto ai veicoli diesel per trasportare carichi dal punto A al punto B. Anche i tempi di ricarica sono ancora lunghi, riducendo la produttività delle risorse e mettendo a dura prova gli attuali modelli di remunerazione degli autisti.

Adattare le strategie operative

I modelli operativi delle flotte devono essere adattati e sono richieste nuove capacità. Vincoli infrastrutturali, come la disponibilità di parcheggi, limitano le opzioni di elettrificazione. Il fabbisogno finanziario, sia per i veicoli che per le infrastrutture, è significativo e grava pesantemente sul bilancio delle flotte, soprattutto quelle con un numero inferiore di veicoli. Collaborare con le utility è impegnativo e i tempi di installazione delle infrastrutture superano quelli tipici del settore per l'acquisto di più asset.

Queste sfide, unite all'attuale dibattito critico sui veicoli elettrici, portano a un aumento del rischio tecnologico percepito, man mano che le flotte valutano la possibilità di passare dalla propulsione diesel a quella elettrica. In un certo senso, molte flotte si sentono intrappolate tra l'incudine e il martello, con tecnologie e modelli di business ancora in fase di maturazione da un lato e pressioni normative e dell'opinione pubblica dall'altro.

In particolare, l'attenzione delle discussioni sulle flotte si è spostata (o almeno si è ridotta) dalla disponibilità dei veicoli e si è spostata verso la disponibilità delle infrastrutture e della rete elettrica.

Per comprendere meglio questa situazione e, si spera, trarne implicazioni e approfondimenti rilevanti, abbiamo deciso di modellare il caso di sviluppo al 100% per l'elettrificazione della flotta di veicoli commerciali di Classe 3-8 degli Stati Uniti.

L'obiettivo del nostro studio era determinare l'investimento totale necessario per sviluppare l'infrastruttura di ricarica dei veicoli, l'infrastruttura della rete di distribuzione elettrica e l'infrastruttura di generazione e trasmissione dell'elettricità necessaria a supportare la penetrazione del 100% dei veicoli elettrici a batteria (BEV) nella flotta di veicoli commerciali medi e pesanti. Per essere chiari, questa analisi non è una proiezione di scenario in termini di progressione della penetrazione dei BEV nel tempo, ma un tentativo di determinare lo sforzo di investimento necessario per la transizione dai combustibili agli elettroni sulla base di ipotesi ragionevolmente conservative.

Tre punti di ricarica

Il nostro modello distingue tre tipologie fondamentali di punti di ricarica: ricarica in loco, ricarica locale lungo il percorso e ricarica in autostrada lungo il percorso per veicoli a lungo raggio.

La ricarica in loco comprende sia i caricabatterie privati presso le sedi di proprietà della flotta, sia gli hub di ricarica condivisi con disponibilità dedicata per i clienti della flotta. La ricarica locale in viaggio è rilevante per le applicazioni locali ad alto chilometraggio e offre accesso pubblico a caricabatterie a corrente continua (DCFC), a differenza di un mix di caricabatterie di Livello 2, Livello 3 e, in casi limitati, DCFC per la ricarica in loco. La ricarica in autostrada in viaggio è coperta dai caricabatterie DCFC e dai caricabatterie di Livello 2/Livello 3 per la ricarica notturna dei camion parcheggiati.

Per la simulazione della rete di ricarica locale, abbiamo sfruttato i dati telematici della flotta della National Renewable Energy Library (NREL) per identificare le modalità di utilizzo dei veicoli di Classe 3-8 durante il giorno (esclusi i lunghi tragitti). La distribuzione del chilometraggio e il ciclo di servizio hanno determinato l'allocazione delle esigenze di ricarica tra depositi notturni e ricarica "top-up" lungo il percorso. Sulla base di queste informazioni, abbiamo determinato l'infrastruttura di ricarica da installare sia in deposito che lungo il percorso. Sono state ricavate curve di carico medie aggregate per classe di veicolo che, combinate con la distribuzione regionale dei veicoli per classe di peso, ci consentono di simulare l'installazione dei caricabatterie e le curve di carico a livello di contea.

Per i veicoli a lungo raggio, abbiamo analizzato l'attuale distribuzione delle stazioni di rifornimento lungo le autostrade, determinato il numero di veicoli a lungo raggio che necessitano di ricarica in ogni punto in base ai volumi di traffico di camion specifici del percorso e differenziato tra esigenze di ricarica di emergenza e ricarica notturna. Questo a sua volta orienta gli investimenti nelle infrastrutture di ricarica presso ciascuna stazione. Anche in questo caso, abbiamo generato una curva di carico medio aggregata che ci ha permesso di simulare le installazioni di ricarica e le curve di carico a livello di contea.

Lo studio di Roland Berger suggerisce che l'elettrificazione potrebbe non essere l'unica opzione per la decarbonizzazione delle flotte di veicoli autostradali medi e pesanti. (Foto: Chad Elmore)

E il prezzo è…

Ipotizzando un'autonomia utilizzabile per camion di Classe 6-8 di 400 km e stazioni di ricarica DCFC da 500 kW per la ricarica locale in linea e da 1 kW per la ricarica autostradale, il nostro modello ha mostrato un fabbisogno di investimenti di 620 miliardi di dollari in stazioni di ricarica, infrastrutture di sito e servizi di pubblica utilità. La ricarica in loco tramite stazioni di ricarica di Livello 2 e 3 rappresenta la quota maggiore degli investimenti, pari a 500 miliardi di dollari. Gli investimenti per la ricarica in linea sono quasi equamente ripartiti tra stazioni di ricarica locali da 500 kW e stazioni di ricarica autostradali da 1 MW (rispettivamente 69 e 57 miliardi di dollari).

Il costo della ricarica locale è incisivo per i veicoli pesanti che richiedono la ricarica di Livello 3 o addirittura DCFC presso il deposito. Per ogni veicolo, i veicoli pesanti richiedono un investimento in infrastrutture di ricarica di 145.000 dollari USA, contro i 54.000 dollari USA dei veicoli di media portata.

Oltre a questi investimenti, le aziende di servizi pubblici dovranno investire circa 370 miliardi di dollari in ammodernamenti della rete di distribuzione e nuove costruzioni solo per soddisfare la domanda di ricarica locale dei veicoli medi e pesanti. Le sfide in questo sviluppo infrastrutturale derivano dalla necessità di costruire infrastrutture in anticipo rispetto alla domanda di autocarri per evitare colli di bottiglia e ritardi, il che richiede una pianificazione della rete più sofisticata e un supporto normativo, entrambi attualmente limitati. Il ritmo complessivo degli investimenti delle aziende di servizi pubblici sarà inoltre limitato dalla necessità di controllare gli aumenti tariffari e di mantenere l'accessibilità economica.

Sono necessari ulteriori investimenti nella generazione e nella trasmissione, che secondo il nostro modello ammontano a 44 miliardi di dollari. Tuttavia, questi investimenti fanno già parte dei piani a lungo termine dei gestori del sistema elettrico.

L'investimento complessivo di quasi 1.000 miliardi di dollari è indicativo della natura trasformativa e della sfida significativa che il passaggio del settore logistico dai veicoli con motore a combustione interna (ICE) ai veicoli elettrici a batteria (BEV) comporta. A questo investimento si aggiungono i prezzi significativamente più elevati dei BEV e i vincoli operativi che incidono ulteriormente sul costo totale di proprietà dei BEV.

Un furgone Mercedes elettrico a batteria in esposizione durante la Work Truck Week 2024. (Foto: Chad Elmore)

Una serie di implicazioni

Cosa significa questo per il ritmo dell'elettrificazione nel settore dei veicoli commerciali?

Le implicazioni selezionate dello studio sono le seguenti:

■ Gli investimenti devono essere costantemente ottimizzati. Ad esempio, lo studio attuale presuppone che i veicoli elettrici a batteria (BEV) funzionino allo stesso modo dei camion diesel. Questo approccio deve essere modificato per tenere conto delle limitazioni dei veicoli elettrici a batteria (BEV), ad esempio tramite una pianificazione ottimizzata dei percorsi e una gestione della ricarica. OEM, flotte, aziende di servizi pubblici e autorità di regolamentazione devono collaborare per identificare i casi d'uso appropriati e consentire una rapida realizzazione dell'infrastruttura necessaria. Un miglioramento più rapido delle prestazioni tecniche rispetto a quanto attualmente ipotizzato avrebbe anche un effetto positivo sulle esigenze di investimento.

■ Gli investimenti devono essere graduali. La base per un'implementazione graduale dell'elettrificazione nei veicoli medi e pesanti deve essere la sostenibilità finanziaria, ovvero concentriamoci sui casi d'uso più vicini alla parità di costo totale di proprietà (TCO). A nostro avviso, si tratta di diversi casi d'uso per i veicoli medi e pesanti, lungo corridoi autostradali chiaramente identificabili.

■ L'elettrificazione potrebbe non essere l'unica opzione per la decarbonizzazione. Applicazioni o percorsi specifici potrebbero essere serviti in modo più conveniente da soluzioni alternative come il diesel rinnovabile. Dobbiamo concentrarci su soluzioni economicamente vantaggiose, indipendentemente dalla tecnologia.

■ Dato che il settore della logistica negli Stati Uniti ha un fatturato annuo di circa 800 miliardi di dollari con profitti a una sola cifra, è irrealistico supporre che questa trasformazione possa essere finanziata con i flussi di cassa degli operatori dei trasporti. Sebbene sia preferibile l'impiego di capitali privati nello sviluppo dell'infrastruttura di ricarica, è probabile che sia necessario un sostegno governativo sotto forma di incentivi e normative mirate finché i miglioramenti tecnologici e del modello di business non genereranno vantaggi di costo totale di proprietà (TCO) generalizzati dei veicoli elettrici a batteria rispetto ai veicoli con motore a combustione interna.

Il settore della logistica sarà all'altezza delle aspettative in termini di trasporto sicuro, conveniente ed ecologico di merci e persone.

Riteniamo che l'elettrificazione sia la tecnologia più promettente per un'adozione diffusa al momento della stesura di questo documento. Considerate alcune delle sfide che una trasformazione del settore come la transizione dai veicoli a combustione interna ai veicoli elettrici a batteria (BEV) comporta, non è una questione di se, ma di quando. Nel formulare aspettative e politiche, è fondamentale tenere conto delle preoccupazioni delle flotte e degli altri stakeholder per formulare obiettivi e tempistiche ambiziosi ma realistici.

Informazioni sugli autori: il Dott. Walter Rentzsch è direttore, il Dott. Wilfried G. Aulbur è socio senior e Giovanni Schelfi è socio di Roland Berger, una società di consulenza strategica globale che pubblica regolarmente studi su edilizia, agricoltura e settori correlati per i propri clienti. I suoi clienti sono produttori di attrezzature mobili, nonché fornitori di motori e generatori di energia.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato nel numero di maggio 2024 di Power Progress.