Studio del ciclo di vita prodotto/processo relativo a combustibili per autotrazione a fuell cell

nell’ambiente, viene denominata Life Cycle Analysis, ed è a questa che si farà 
riferimento nel caso applicativo analizzato nella tesi. Tale metodologia, che analizza 
esclusivamente i parametri ambientali, per poter essere effettivamente apprezzata e 
quindi utilizzata dalle industrie deve essere integrata con indicatori economico–
finanziari per la programmazione ed il controllo degli investimenti attraverso lo 
studio del Life Cycle Cost. 
Il settore dei trasporti, con il suo alto consumo di energia, è stato riconosciuto come 
il principale responsabile dell’inquinamento in ambito locale, regionale, e globale; 
infatti i risultati di uno studio effettuati dall’International Energy Agency, nel 1996 
circolavano 634 milioni di veicoli che hanno emesso 3,7 miliardi di tonnellate di 
anidride carbonica. Tale valore elevato di emissioni è dovuto alla combustione dei 
derivati del petrolio, che rappresentano il   95% delle fonti di  energia utilizzata nei 
trasporti. Per far fronte sia alla scarsità delle risorse che alla eccessiva emissione 
dovute ai combustibili le ricerche si sono mosse verso due campi di azione:  
• migliorare la efficienza della combustione; 
• indirizzarsi verso fonti di energie alternativa. 
Lo scopo delle ricerche in campo automobilistico è mirato a realizzare veicoli ad 
emissioni zero (ZEV, Zero Emission Vehicle), cioè senza alcun impatto 
sull’ambiente, eliminando del tutto quelli che sono i principali costituenti degli 
scarichi automobilistici: il monossido di carbonio, gli ossidi di azoto, gli 
idrocarburi, ed i particolati. Elevate concentrazioni di alcuni di questi inquinanti 
risultano tossiche, come ad esempio il monossido di carbonio e gli ossidi di azoto, 
dovuti soprattutto ai processi di combustione incompleta.  
Mentre a  breve termine, si assisterà alla creazione di nuovi motori a combustione 
interna che permetteranno una ampia riduzione degli inquinanti e di consumo, nel 
lungo periodo ci si sposterà  verso motori alimentati ad energia elettrica derivante 
non più da combustioni di idrocarburi ma da processi elettrochimici (Fuel Cells), o 
ci si orienterà verso motori ibridi. La Fuel Cell (Cella a Combustibile) genera 
energia elettrica tramite la combinazione elettrochimica di idrogeno ed ossigeno, 
ove l’idrogeno necessario per alimentare i motori a fuel cells può essere ricavato 
direttamente, attraverso l’elettrolisi dell’acqua, o indirettamente attraverso il 
reforming di sostanze quali: il metano, il metanolo, l’etanolo, e la benzina stessa.  
Anziché costruire automobili che debbano essere rifornite di idrogeno, le case 
automobilistiche stanno progettando veicoli che generano idrogeno a bordo 
ricavandolo dai combustibili menzionati precedentemente.  
 Per poter confrontare da un punto di vista ambientale i motori tradizionali con 
quelli alimentati con celle a combustibile e’ necessario applicare un Life Cycle 
Assessment che comprenda: 
1) LCA dei processi produttivi e distributivi del combustibile; 
2) LCA del processo di reforming; 
3) LCA della cella a combustibile (con  eventuale batteria);  
4) LCA del resto dell’autoveicolo; 
In questo lavoro di tesi si è voluto dare un contributo ad una analisi così complessa 
e diversificata, applicando la LCA, e il LCC, sia ai processi produttivi e distributivi 
di diversi combustibili, che al processo di reforming necessario per ricavare 
l’idrogeno dai combustibili; in particolare si sono analizzati i seguenti processi 
produttivi:  
• estrazione di metano e trasporto fino alla rete distributiva , e reforming del  
metano 
•  produzione del metanolo (via metano) e trasporto fino alla rete di distribuzione, e 
reforming del metanolo 
• produzione dell’idrogeno tramite il processo di elettrolisi dell’acqua e trasporto  
fino alla rete distributiva. 
•  produzione, trasporto, e reforming dell’etanolo. 
• produzione del gasolio e distribuzione fino alla rete di distribuzione, e reforming 
della benzina. 
Oltre ad una analisi ambientale, per poter usufruire di tali nuovi motori, sarà 
necessario affrontare i problemi di costi ed infrastrutture legati alla distribuzione dei 
combustibili, per cui la soluzione che dalla LCA potrebbe risultare come la più 
ecologica, allo stesso tempo potrebbe essere la meno fattibile; quindi, fornendo i 
risultati della LCA ai progettisti, si cerca, di indirizzate le ricerche in campo 
automobilistico, verso quelle soluzioni  fattibili, economiche ed allo stesso tempo 
ecologiche. 
 
 
 
      
 
Università degli studi di Napoli Federico II                                   Facoltà di Ingegneria 
Capitolo I – L’industria automobilistica nel quadro dello sviluppo sostenibile. 
CAPITOLO I 
L’INDUSTRIA AUTOMOBILISTICA NEL QUADRO DELLO 
SVILUPPO SOSTENIBILE 
 
 
I.1   Richiami sulle basi dell’ecologia industriale e dello sviluppo 
sostenibile  
 
L’attuale sistema industriale si è sviluppato per produrre beni e servizi efficienti 
ed economicamente fattibili, senza prestare particolare attenzione ai problemi di 
conservazione delle risorse naturali implicando una condizione dinamica di 
continua espansione, in termini di aumento del consumo delle risorse naturali per 
la produzione di energia pregiata (elettricità) e non (calore), nonché di beni, 
corrispondenti ad alti volumi di rifiuti prodotti (allo stato solido, liquido, 
gassoso)[1]. 
Il progresso scientifico e tecnologico ha fatto sì che, dalla rivoluzione industriale 
ad oggi, la crescita della popolazione, che ha avuto un aumento esponenziale 
costante, ha provocato l’aumento, con la stessa legge, della produzione di beni e 
del conseguente consumo di risorse. Se l’aumento del consumo delle risorse 
avvenisse con una velocità lineare inferiore a quella di autoriproduzione, la 
capacità di accumulo potrebbe essere considerata infinita, ma quando lo 
sfruttamento segue una legge esponenziale nel tempo, nessuna previsione a 
medio e a lungo termine sui tempi di esaurimento delle stesse può essere 
Università degli studi di Napoli Federico II                                   Facoltà di Ingegneria 
Capitolo I – L’industria automobilistica nel quadro dello sviluppo sostenibile. 
considerata corretta. Poiché ad un aumento del consumo di alcune risorse, come 
ad esempio del petrolio, corrisponde un aumento delle emissioni inquinanti in 
atmosfera associate alla loro produzione e al loro uso, si corre il rischio di 
lasciare alle generazioni future dei problemi molto difficili da affrontare, in 
termini di inquinamento non ricuperabile dell’aria, del suolo e delle acque, e 
inoltre, più si ritarda lo sviluppo di sistemi gestionali per lo smaltimento e lo 
stoccaggio dei rifiuti, più le soluzioni da adottare dovranno essere drastiche; ad 
esempio si potrebbe adottare come soluzione ai problemi di inquinamento, una 
legge che vieti  completamente l’utilizzo delle auto e quindi  essere mal accettate 
dalla opinione pubblica [2].     
Emerge dunque, in maniera evidente, l’urgenza di individuare un nuovo modello 
di funzionamento dell’economia definito di “Sviluppo sostenibile” (coniato dalla 
Commissione Brundtland nel 1987), che tenga adeguatamente conto del rispetto 
dell’ambiente e delle risorse naturali, frutto di un ampio lavoro di analisi e di 
indagine realizzato nei settori tecnici e in quelli economici, nel rispetto del diritto 
internazionale. Lo sviluppo sostenibile può essere considerato come una torta con 
diversi ingredienti, in cui categorie differenti come sostenibilità e sviluppo danno 
vita ad una unione complessa, per certi versi contraddittoria, ma certamente ricca 
di spunti e suggestioni. 
L’espressione sviluppo sostenibile è diventata molto popolare sul finire degli anni 
’80, e precisamente nel 1987 quando è stato pubblicato il Rapporto Brundtland, 
Università degli studi di Napoli Federico II                                   Facoltà di Ingegneria 
Capitolo I – L’industria automobilistica nel quadro dello sviluppo sostenibile. 
altrimenti noto come Our Common Future, elaborato nell’ambito del programma 
UNEP della Conferenza Mondiale su Ambiente e Sviluppo di Rio De Janeiro, in 
cui sono stati presentati i risultati di una commissione di studio presieduta da Gro 
Harlem Brundtland, primo ministro della Norvegia, nel cui volume viene data 
un’importante definizione di sviluppo sostenibile: “Lo sviluppo è sostenibile se 
soddisfa i bisogni delle generazioni presenti senza compromettere le possibilità 
per le generazioni future di soddisfare i propri bisogni” [3]. 
Per comprendere meglio questa definizione è necessario mostrare come potrebbe 
evolversi l’attuale sistema di produzione industriale se non si decide di perseguire 
la strada dello sviluppo sostenibile.  
L’attuale sistema di produzione di beni e servizi dipende da molteplici aspetti 
quali la disponibilità o meno di materie prime e nuove tecnologie, dal livello di 
sviluppo del paese e dai costi dei vari fattori; ogni nazione attualmente sceglie le 
proporzioni tra fattori fisici (le macchine, le tecnologie, ecc.) ed ambientali (le 
materie prime, le fonti di energia) cercando di determinare quella che è la 
soluzione ottima in funzione dei propri costi e delle proprie opportunità. Se però  
questo modello di sviluppo industriale continuerà ad indirizzare le proprie scelte 
su basi prettamente economiche e prestazionali, si potrebbero esaurire alcune di 
quelle risorse che attualmente permettono di ottenere la soluzione ottimale e 
quindi si impedirà alle generazioni future di poter adottare la stessa soluzione. Ad 
esempio, se l’utilizzo dei combustibili derivati dal petrolio continuerà a crescere 
con le stesse tendenze attuali, le generazioni future potrebbero non avere più la 
Università degli studi di Napoli Federico II                                   Facoltà di Ingegneria 
Capitolo I – L’industria automobilistica nel quadro dello sviluppo sostenibile. 
stessa possibilità di scelta tra le diverse fonti di energia delle generazioni attuali a 
causa del previsto esaurimento dei giacimenti petroliferi [4]. 
Per poter attuare un modello di sviluppo industriale di tipo “sostenibile”, che 
permetta di garantire alle generazioni future la stessa possibilità di scelta delle 
generazioni attuali non si deve mai scendere al di sotto del capitale naturale 
critico delle risorse, cioè al di sotto del minimo livello necessario alla 
riproducibilità biologica dell’ecosistema, e allo stesso modo non si deve mai 
superare la capacità di carico, cioè la quantità di rifiuti e di inquinamento che un 
data area geografica è in grado di smaltire[3].  
Il concetto di sostenibilità, pur riferendosi al pianeta terra nel suo insieme, va 
anzitutto localizzato territorialmente, perché le capacità di carico variano tra le 
diverse aree geografiche, e le potenzialità di ogni paese variano in funzione del 
loro grado di sviluppo tecnologico, per cui si può concludere che la sostenibilità 
si crea solo adattando le proprie scelte di sviluppo al proprio ambiente. Secondo 
questa visione quindi, non esistono paesi ricchi e paesi poveri di risorse, ma paesi 
con una economia e una cultura adatti alle proprie risorse e paesi con un modello 
di sviluppo estraneo alla propria realtà territoriale e ambientale [5]. 
 È possibile, comunque, fare una distinzione tra i diversi tipi di atteggiamenti nei 
confronti dello sviluppo sostenibile in base al grado di industrializzazione: per i 
paesi in via di sviluppo la sostenibilità deve costituire un “un sentiero di crescita 
non distruttivo”, cioè le problematiche ambientali devono essere affrontate in 
modo da non cambiare in peggio l’attuale situazione ambientale solo per poter 
Università degli studi di Napoli Federico II                                   Facoltà di Ingegneria 
Capitolo I – L’industria automobilistica nel quadro dello sviluppo sostenibile. 
raggiungere un elevato grado di sviluppo industriale, come ad esempio non è 
corretto che i paesi in via di sviluppo utilizzino quelle tecnologie inquinanti 
fornitegli dai paesi industrializzati, perché divenute per loro obsolete; per i paesi 
industrializzati, invece, si deve parlare di “riconversione ecologica dello sviluppo 
industriale”, cioè in fase di progettazione di ciascun prodotto e processo si 
devono sempre considerare le problematiche di tipo ambientale (inquinamento, 
tossicità, ecc.) associate all’utilizzo o meno di una materia prima, di una fonte di 
energia e di tutti quelle risorse che rientrano in ciascuno step del ciclo di vita di 
un prodotto o processo[6]. 
Richiamando la definizione di sviluppo sostenibile, oltre al concetto di equità 
intergenerazionale, è implicito anche quello di equità infragenerazionale, tanto a 
livello locale che internazionale, che implica parità di accesso a tutte le risorse da 
parte degli attuali abitanti del pianeta senza distinzione rispetto al luogo in cui 
vivono . È chiara quindi, l’enorme implicazione sociale di una politica ecologica 
che deve essere affrontata contemporaneamente da tutte le nazioni del pianeta. 
In conclusione si può affermare che, come mostrato in Figura I.1, lo sviluppo 
sostenibile è un progetto multidisciplinare, per cui non è solo attraverso una 
corretta gestione delle risorse, della produzione di beni e servizi, e della mobilità 
che si affrontano con successo i problemi dell’ambiente, bensì creando tra esse un 
efficace tessuto connettivo grazie all’utilizzo di sistemi di ricerca e di valutazione 
dei carichi ambientali, e di adeguati sistemi di informazione che permettano di 
Università degli studi di Napoli Federico II                                   Facoltà di Ingegneria 
Capitolo I – L’industria automobilistica nel quadro dello sviluppo sostenibile. 
accrescere in tutte le persone la consapevolezza dei problemi ambientali legati ad 
un cattivo utilizzo delle risorse e della energia[5]. 
Università degli studi di Napoli Federico II                                   Facoltà di Ingegneria 
Capitolo I – L’industria automobilistica nel quadro dello sviluppo sostenibile. 
 
 
- Controllo della qualità dell’aria 
- Gestione delle risorse idriche 
- Conservazione della qualità del terreno 
- Conservazione della natura e del paesaggio 
- Sicurezza ed efficienza energetica 
- Gestione demografica (comprese ambiente urbano sanità 
pubblica e sicurezza) 
- Gestione dei rifiuti 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura I.1 – Schema semplificato del tessuto connessivo tra le diverse discipline che hanno un 
ruolo nello “sviluppo sostenibile” - Fonte CEE 1992) 
 
Sviluppo sostenibile 
 
Gestione delle risorse Valutazione 
e tariffazione 
Informazione 
Instruzione 
Formazione 
 
Ricerca 
Gestione della 
Produzione  
 
Gestione della 
mobilità 
1. Pianificazione del 
territorio 
2. Pianificazione 
delle infrastrutture 
3. Gestione del 
traffico 
4. Controllo 
dell’inquinamento 
degli autoveicoli 
1.Ubicazione                           
2.Licenze di esercizio              
3. Controlli dell’inquinamento  
4. Audit ambientali   
5. Sviluppo tecnologico        
6. Politica dei prodotti 
7. Gestione dei rifiuti industriali 
Università degli studi di Napoli Federico II                                   Facoltà di Ingegneria 
Capitolo I – L’industria automobilistica nel quadro dello sviluppo sostenibile. 
I.2  Definizione dei protagonisti per lo sviluppo sostenibile 
 
Per poter sviluppare una politica industriale che miri alla sostenibilità è 
necessario che tutte le categorie influenzate o che influenzano tale sviluppo siano 
consapevoli della strada da percorrere. I governi, le industrie e le persone 
possono tutti condizionare il modello di sviluppo economico-industriale di un 
paese, ma le modalità con cui queste possono influenzare la sostenibilità sono 
diverse per ognuna delle suddette categorie:  
- Le persone in qualità di consumatori sono i fruitori di tale sviluppo e il loro 
comportamento nei confronti del mercato e dell’ambiente costituisce la 
variabile critica di tutte le analisi che prendono in considerazione l’effetto di 
azioni o progetti di carattere ambientale. Basta pensare, ad esempio, alle 
campagne di informazione ed educazione per il riciclo di materiali come 
vetro, plastica ed alluminio; le analisi che ipotizzano un riciclo nella 
produzione di determinate quantità di materiale devono necessariamente 
essere basate su dati statistici di risposta alle campagne di riciclo da parte dei 
consumatori. La trasparenza delle attività di produzione è un ulteriore 
elemento da non sottovalutare; infatti  solamente una chiara conoscenza da 
parte del pubblico porta ad un confronto costruttivo con benefici per tutte le 
parti in gioco;