Un nuovo studio rivela le sfide nascoste dell'elettrificazione del trasporto pubblico

Noi umani non amiamo il freddo. Dopotutto, il nostro flusso sanguigno diminuisce, la perdita di calore aumenta e la nostra destrezza manuale diminuisce.

Ma che dire delle macchine, soprattutto i nostri veicoli elettrici (EV)? Beh, a quanto pare neanche a loro piace il freddo.

A nuovo studio¹ ha scoperto che l'energia totale consumata e rigenerata dagli autobus elettrici aumenta in media del 48% quando la temperatura è compresa tra -4 °C e 0 °C rispetto alla Zona di Temperatura Ottimale (OTZ). Mentre, nell'intervallo tra -12 °C e 10 °C, l'aumento medio è del 28.6%.

Perché l’elettrificazione sta rimodellando i trasporti e l’energia in tutto il mondo

Gli autobus elettrici fanno parte del trend dell'elettrificazione, che sta rapidamente plasmando il panorama energetico globale. Questo segna una transizione verso veicoli elettrici e soluzioni di accumulo di energia, in sostituzione dell'uso di combustibili fossili. Queste soluzioni sono più efficienti, riducono la domanda di energia e decarbonizzano i settori dell'energia e dei trasporti.

Questa transizione non solo riduce le emissioni di gas serra (GHG) ma migliora anche la sicurezza energetica, promuove una crescita economica sostenibile e sostiene lo sviluppo di sistemi energetici più puliti e resilienti in tutto il mondo.

Come parte di questa tendenza, i veicoli elettrici (EV) stanno guadagnando molta trazione, con più di 4 milioni di auto elettriche vendute nel primo trimestre del 2025, ovvero oltre un milione di veicoli elettrici in più venduti nei primi tre mesi di quest'anno rispetto allo stesso periodo dell'anno precedente.

I veicoli leggeri (LDV), come auto e furgoni, rappresentano la maggior parte di queste vendite di veicoli elettrici. Secondo il rapporto dell'Agenzia Internazionale per l'Energia (AIE), mentre autobus e LDV elettrici avevano all'incirca la stessa quota di mercato nel 2024, la quota di vendita dei primi sta crescendo più lentamente. 

Si prevede che la quota raggiungerà meno di 20% a livello globale entro la fine di questo decennio, nello Scenario delle Politiche Statutate (STEPS), che fornisce una valutazione settore per settore delle politiche attuate per raggiungere gli obiettivi energetici dichiarati. Di conseguenza, si prevede che gli autobus elettrici rappresenteranno poco più del 10% del parco autobus globale entro il 2030.

Tuttavia, si prevede che il mercato globale degli autobus elettrici crescerà da 17 miliardi di dollari nel 2024 a 37.5 miliardi di dollari entro il 2030, con un tasso di crescita annuo composto (CAGR) del 14.2%.

In linea con questa tendenza, Tompkins Consolidated Area Transit (TCAT), un operatore di trasporto pubblico di Ithaca, New York, ha ottenuto i finanziamenti per testare sette autobus completamente elettrici, ma l'esperienza non si è rivelata all'altezza delle aspettative. Gli autobus hanno infatti incontrato difficoltà sul terreno collinare della regione e si sono rivelati inaffidabili, con un'autonomia ridotta nelle basse temperature. TCAT ha quindi contattato i ricercatori della Cornell University per ottenere informazioni dal loro programma pilota.

I ricercatori della Cornell hanno intrapreso questo compito e hanno valutato attentamente le scarse prestazioni degli autobus in climi freddi, nonché le relative implicazioni per produttori, operatori, decisori politici, scuole, città e altri gruppi che stanno valutando l'elettrificazione delle loro flotte.

Perché gli autobus elettrici hanno difficoltà a gestire il freddo: sfide chiave

Sebbene gli autobus elettrici a batteria (BEB) abbiano dimostrato un grande potenziale nella riduzione delle emissioni di gas serra e si preveda che svolgeranno un ruolo fondamentale nel trasformare il trasporto pubblico verso alternative energetiche pulite, si trovano ad affrontare sfide che ne limitano la diffusione.

Tra queste sfide tecniche, un problema importante è la limitata autonomia operativa dei BEB, soprattutto in condizioni climatiche fredde.

Il fatto è che, come qualsiasi altro veicolo elettrico dotato di pacchi batteria ad alto voltaggio, anche gli autobus elettrici a batteria subiscono un calo significativo dell'efficienza energetica quando operano al di sotto della temperatura ottimale. Questo vale in particolare per le temperature sotto lo zero, con conseguente aumento dei costi operativi totali e ansia da autonomia.

Con una media di 42,940 miglia all'anno percorse dagli autobus urbani, ovvero quattro volte di più di una normale automobile, e con percorsi e orari fissi, la variabilità delle prestazioni degli autobus elettrici nelle stagioni fredde crea serie sfide nel soddisfare la domanda di trasporto.

Oltre alle complicazioni nella programmazione della ricarica e nella gestione dei veicoli, le sfide includevano la difficoltà nella scelta delle dimensioni delle batterie e nella pianificazione delle infrastrutture di ricarica. Tutti questi fattori possono influire negativamente sulla fattibilità economica dei BEB rispetto agli autobus diesel.

La ridotta autonomia operativa dei BEB in climi freddi è dovuta a una serie di elementi interconnessi.

Soprattutto, le proprietà chimiche delle celle della batteria, sensibili alla temperatura, portano a una capacità ridotta e a una velocità di scarica inferiore. Per mantenere le celle della batteria a una temperatura ottimale, sono stati sviluppati sistemi di gestione termica della batteria (BTMS), ma anche questi possono essere ad alto consumo energetico a seconda delle condizioni operative.

A ciò si aggiunge il maggiore carico energetico dovuto al sistema di ventilazione, riscaldamento e condizionamento dell'aria (HVAC), che contribuisce in modo significativo a ridurre l'autonomia operativa.

L'efficacia dei sistemi di frenata rigenerativa, che recuperano energia durante la frenata, è compromessa in condizioni di freddo a causa di diversi fattori tecnici e ambientali. Inoltre, il comportamento di conducenti e operatori, influenzato da condizioni meteorologiche avverse e dalle caratteristiche del percorso, influisce significativamente sull'efficienza energetica dei BEB. 

Pertanto, comprendere nel dettaglio tutti questi fattori umani e meccanici è essenziale per sviluppare strategie efficaci per mitigare gli effetti negativi del freddo sui BEB. Questo, a sua volta, riduce i costi operativi per gli operatori delle flotte e consente ai produttori di migliorare la progettazione dei veicoli per prestazioni migliori in climi freddi.

Diversi studi hanno cercato di quantificare l'impatto del freddo sulle prestazioni dei BEB simulando il loro consumo energetico e analizzando l'impatto della temperatura dell'aria ambiente sul mondo reale. 

Tuttavia, permangono lacune significative nella comprensione del modo in cui tale impatto viene influenzato in scenari diversi e più complessi, come ad esempio situazioni di inattività e guida su percorsi rurali e urbani, il che è fondamentale per strategie operative regionali mirate. 

Non solo il contributo del riscaldamento della batteria, della frenata rigenerativa e di altri componenti chiave per le prestazioni energetiche non è stato adeguatamente discusso nella pianificazione di percorsi complessi, ma mancano anche studi reali che coprano distanze significative a temperature gelide. Inoltre, le informazioni sulla fattibilità dei BEB in climi freddi sono limitate e le linee guida per le strategie operative in climi freddi sono insufficienti.

I ricercatori della Cornell University hanno quindi affrontato il compito di analizzare l'impatto del freddo sul consumo di energia e sulla rigenerazione, suddividendo i BEB utilizzando dati reali relativi a due anni di utilizzo dei sette autobus elettrici a batteria gestiti da TCAT. Oltre il 40% dei viaggi di questi BEB si è verificato a temperature inferiori a 12 gradi Celsius. 

Per quantificare l'impatto, il team ha sviluppato modelli di zona di temperatura ottimale (OTZ) per prevedere il consumo di energia durante il minimo, la guida e la rigenerazione per ogni viaggio, ipotizzando temperature ideali.

Dopo aver individuato i fattori operativi responsabili dell'aumento dei consumi, i ricercatori forniscono anche suggerimenti per migliorare il funzionamento degli autobus.

Quantificazione dell'impatto del freddo sull'efficienza degli autobus elettrici

Come descritto in precedenza, lo studio della Cornell University ha rilevato che le batterie degli autobus elettrici consumano fino al 48% di energia in più nelle giornate fredde, con temperature comprese tra -25 e 32 °C. Queste batterie consumano anche quasi il 27% di energia in più in un intervallo di temperatura più ampio, da -10 a 50 °C.

Questo drastico aumento del consumo energetico, ha affermato l'autore senior Max Zhang, professore di Ingegneria Irving Porter Church alla Cornell University, è stato inaspettato, ma ha aggiunto che "qualsiasi lezione è una buona lezione. Questo ci aiuta a imparare come società e a fare meglio".

La quantificazione dell'aumento del consumo energetico della flotta pilota si basa su due anni di dati raccolti dal TCAT, rendendolo il primo a valutare e analizzare le prestazioni degli autobus elettrici nel nord-est degli Stati Uniti.

In questo modo, i ricercatori del TCAT e della Cornell University condividono le loro conoscenze e imparano gli uni dagli altri attraverso i dati e la collaborazione. Il team di Zhang ha incontrato ripetutamente i funzionari del TCAT durante lo svolgimento della ricerca.

In particolare, il set di dati del TCAT ha coperto una distanza significativa, con un chilometraggio totale di 225,837 chilometri nella contea di Tompkins, New York, operando in condizioni diverse, fornendo così un set di dati più completo rispetto ai precedenti studi BEB.

Il 4.7% di questa distanza totale è stata registrata a temperature ambiente medie, cioè sotto lo zero, mentre circa 50,000 miglia o oltre 80,000 chilometri sono stati registrati a temperature fredde, cioè nell'intervallo da 0 °C a 12 °C.

Secondo Zhang, che è un membro del rettorato per l'impegno pubblico:

"Stiamo traendo vantaggio dal fatto che TCAT sia leader in questa regione, ed è un vero privilegio avere accesso a questi dati, così da poterne valutare le prestazioni in tempo reale. Una delle lezioni che abbiamo imparato è che questi autobus dovrebbero essere progettati per l'intero Paese, compresi gli stati con climi più freddi. Abbiamo anche scoperto che sono diversi dagli autobus diesel convenzionali, con comportamenti diversi, che richiedono strategie diverse per trarne vantaggio."

Per prima cosa, i ricercatori hanno modellato il comportamento dei veicoli a temperature ideali, per tenere conto di fattori non correlati esclusivamente alla temperatura, come le variazioni delle condizioni del traffico.

Per questo motivo, hanno sviluppato un innovativo modello di base OTZ che simula le prestazioni del BEB a temperature ottimali, mantenendo al contempo le condizioni di non sensibilità alla temperatura come quelle del reale funzionamento in condizioni di freddo.

Hanno poi confrontato i risultati ottenuti con le loro effettive prestazioni su oltre 40 percorsi e orari complessi. 

I ricercatori hanno scoperto che l'autoriscaldamento delle batterie è responsabile di metà dell'aumento del consumo energetico in climi freddi. Le batterie dei veicoli elettrici funzionano al meglio intorno ai 75 °C, quindi più sono fredde all'avvio, maggiore è l'energia necessaria per riscaldarle.

L'altro motivo principale è il riscaldamento della cabina dell'autobus. Le fermate frequenti, che si verificano soprattutto sulle tratte urbane, comportano l'apertura e la chiusura delle porte ogni pochi minuti, e questo significa che le batterie devono lavorare di più per riscaldare le cabine.

"In un veicolo completamente elettrico, la batteria è l'unica fonte di energia a bordo. Tutto deve provenire da lì."

– Zhang, che è anche un ricercatore senior presso il Cornell Atkinson Center for Sustainability

I ricercatori hanno anche scoperto che la frenata rigenerativa è meno efficiente a basse temperature. meccanismo di recupero energetico rallenta un veicolo in movimento convertendo la sua energia cinetica in energia elettrica che può essere utilizzata immediatamente o immagazzinata per un uso futuro.

Questo meccanismo è presente nella maggior parte dei veicoli ibridi e completamente elettrici. A differenza di un sistema frenante convenzionale, in cui il veicolo rallenta a causa dell'attrito tra pastiglie e rotori, con conseguente perdita di quasi tutta l'energia cinetica che spinge il veicolo in avanti, la frenata rigenerativa recupera oltre il 70% dell'energia.

Ora, questo sistema diventa meno efficiente con il freddo, probabilmente a causa della difficoltà della batteria a mantenere una temperatura uniforme in tutte le sue celle. Dopotutto, la batteria degli autobus elettrici è circa otto volte più grande di quella di un veicolo elettrico standard, per adattarsi a percorsi più lunghi e a un maggiore numero di passeggeri.

Ora, la domanda è: cosa si può fare per migliorare le prestazioni degli autobus elettrici a batteria quando fa freddo? Per questo, i ricercatori raccomandano di conservare gli autobus al chiuso quando non sono in uso, per migliorare le prestazioni delle batterie.Oltre a mantenere la temperatura ambiente più alta durante i periodi prolungati di inattività, altre strategie a breve termine consigliate agli operatori includono la ricarica della batteria quando è ancora calda, l'installazione di rivestimenti laterali per ridurre la convezione dell'aria nella cabina e la limitazione della durata delle aperture delle porte durante le fermate.

Per i produttori, i ricercatori hanno raccomandato progetti ottimizzati per i sistemi di riscaldamento e condizionamento (HVAC) delle batterie. Lo studio può anche aiutare i decisori politici a creare linee guida per gli incentivi, valutarne la fattibilità e stabilire le priorità di percorso per il trasporto pubblico elettrificato.

Su una scala più ampia, lo studente di dottorato Jintao Gu, primo autore dello studio, ha affermato che questa ricerca evidenzia la necessità di una valutazione e di maggiori adattamenti dell'infrastruttura per supportare gli autobus elettrici.

Bisogna cercare di ottimizzare la programmazione di tutti gli autobus e considerare la capacità dell'infrastruttura: quante stazioni di ricarica sono presenti e se si dispone di un garage privato. Bisogna formare autisti, operatori e personale di servizio. Credo che, dal punto di vista operativo e infrastrutturale, ci siano molti spunti per la futura pianificazione del sistema di trasporto pubblico.

– Gu

I percorsi rurali e urbani di Itaca, insieme al suo territorio collinare, hanno permesso ai ricercatori di ottenere informazioni molto più approfondite sulle prestazioni degli autobus.

Questo li ha aiutati a scoprire che gli autobus elettrici mostravano un minore aumento del consumo energetico sulle tratte rurali rispetto a quelli urbani, in condizioni climatiche fredde. Secondo lui, tali informazioni potrebbero aiutare i pianificatori di flotte a prendere decisioni strategiche informate nell'assegnazione dei percorsi agli autobus elettrici.

Investire nel trend dell’elettrificazione

È probabile che il gruppo REV trarrà i maggiori benefici dalla crescente tendenza a convertire i veicoli tradizionali a carburante in veicoli elettrici. è un'azienda di progettazione e produzione di veicoli speciali e ricreativi e serve principalmente il mercato nordamericano con i seguenti prodotti:

• Equipaggiamento antincendio secondo le certificazioni KME, E-ONE, Ferrara e Spartan ER
• Ambulanze dei marchi Leader, Horton, Road Rescue, AEV e Wheeled Coach
• Autocarri portuali con i marchi Laymor e Capacity
• Veicoli ricreativi di American Coach, Lance Camper, Holiday Rambler, Renegade RV, Fleetwood RV e Midwest Automotive Designs

Gruppo REV (REVG ) 

Nel 2021, REV Fire Group ha introdotto un camion dei pompieri completamente elettrico chiamato Vector, dotato di batterie di livello automobilistico da 316 kWh. Inoltre, REV Ambulance Group ha annunciato la prima ambulanza completamente elettrica negli Stati Uniti, con una capacità della batteria fino a 105 kWh. Capacity Trucks, la consociata di REB Group, ha nel frattempo prodotto il veicolo a celle a combustibile a idrogeno e un camion terminale elettrico a batteria con batterie agli ioni di litio (NMC).

L'azienda era anche impegnata nella produzione di autobus, ma lo scorso anno ha deciso di uscire dal mercato vendendo il suo marchio di autobus scolastici Collins a Forest River nel primo trimestre del 1 per 24 milioni di dollari e la sua divisione di autobus di linea El Dorado National (ENC) a Rivaz nel quarto trimestre del 303 per 4 milioni di dollari, nell'ambito della sua iniziativa volta a semplificare le operazioni e aumentare la redditività.

Per quanto riguarda l'andamento del mercato di REV Group, la società con una capitalizzazione di mercato di 1.9 miliardi di dollari ha registrato un forte trend rialzista. Al momento della stesura di questo articolo, le azioni di REVG sono scambiate a 37.49 dollari, in rialzo del 17.63% da inizio anno. Il prezzo delle azioni si aggira intorno al suo massimo storico (ATH) di 38.50 dollari, raggiunto solo un paio di settimane fa.

Ha un EPS (TTM) di 1.76, un P/E (TTM) di 21.26 e un ROE (TTM) del 20.13%, offrendo al contempo un rendimento da dividendi dello 0.64%.

Per quanto riguarda i dati finanziari aziendali, REV Group ha registrato un fatturato netto di 525.1 milioni di dollari, un utile netto di 18.2 milioni di dollari, pari a 0.35 dollari per azione diluita, e un EBITDA rettificato record di 36.8 milioni di dollari per il primo trimestre del 2025. Anche le spese in conto capitale sono diminuite sostanzialmente, passando da 10.5 milioni di dollari nel primo trimestre del 1 a 24 milioni di dollari nel primo trimestre del 4.9.

Questo record, che inizia nel 2025, ha affermato l'amministratore delegato Mark Skonieczny, dimostra "la forza della nostra esecuzione operativa e il nostro approccio disciplinato. Questa performance rafforza la nostra fiducia nello slancio che stiamo costruendo e ci posiziona bene per l'anno a venire".

Grazie alla sua solida posizione finanziaria, la società ha ripreso a riacquistare azioni, cosa che, come ha affermato Skonieczny, "consideriamo un impiego interessante del capitale alla valutazione attuale".

Nel primo trimestre del 1, REV Group ha riacquistato circa 2025 milioni di azioni ordinarie per 0.6 milioni di dollari, a un prezzo medio di acquisto di 19.2 dollari per azione. Al 33.09 gennaio 31, REV Group ha registrato un capitale circolante commerciale di 2025 milioni di dollari, un indebitamento netto di 290.2 milioni di dollari e una liquidità disponibile di 108.4 milioni di dollari.

Ultime notizie e sviluppi sulle azioni di REV Group (REVG)

Conclusione: superare le barriere del clima freddo nel trasporto pubblico elettrico

Con la transizione globale ai veicoli elettrici, gli autobus elettrici a batteria offrono una strada promettente verso un trasporto pubblico sostenibile. Tuttavia, le loro prestazioni nei climi più freddi presentano sfide critiche che ne ostacolano una diffusione più ampia.

Affrontare queste sfide è essenziale per decarbonizzare il settore dei trasporti, il che richiede una comprensione approfondita della complessità dell'uso dell'energia, delle condizioni operative e dell'impatto climatico. L'ultima ricerca completa della Cornell University fornisce la necessaria comprensione di questi fattori, aiutando operatori, produttori e responsabili politici a orientarsi tra le promesse e le insidie ​​dell'elettrificazione con una comprensione migliore e più consapevole, aprendo così la strada a una transizione più fluida e resiliente verso un sistema di trasporto pubblico più pulito.

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Studi citati:

^{1. Gu, J., Liao, Q. e Zhang, KM (2025). Valutazione dell'impatto del freddo sugli autobus elettrici a batteria. Transportation Research Parte D: Trasporti e Ambiente, 127, 104809. https://doi.org/10.1016/j.trd.2025.104809}