Una delle sfide chiave che affrontiamo come specie nel 21° secolo è come coesistere con la natura in modo sostenibile mantenendo il nostro stile di vita ed estendendo questi benefici a tutto il mondo in via di sviluppo. Questa tensione di base colpisce ogni area del nostro modo di vivere moderno, ma niente di più dei trasporti. Viviamo in un'epoca di progresso tecnologico senza precedenti, con colossali investimenti in tecnologie di trasporto pulite, ma c'è un rischio significativo che in una corsa verso il cambiamento tecnologico trascuriamo il quadro generale. Per comprendere appieno la portata e l'importanza della sfida che ci attende dobbiamo considerare il profondo impatto che i trasporti hanno già avuto sul nostro modo di vivere.

Nel mondo sviluppato abbiamo avuto il vantaggio di un trasporto a prezzi accessibili per diverse centinaia di anni, e negli ultimi cento anni ciò è stato consentito dal motore a combustione interna. Questo è il motore principale che ha fornito l'energia a prezzi accessibili che ha plasmato il XX secolo. Gli esempi più evidenti di ciò possono essere visti nelle automobili, veicoli merci, macchine edili e macchine agricole. Poiché l'arrivo del potere a prezzi accessibili precede la maggior parte di noi, è difficile capire quanto profondi siano stati i cambiamenti sociali messi in moto da questa rivoluzione.

Oggi, ogni aspetto del nostro modo di vivere è reso possibile o modellato dalla facilità con cui possiamo viaggiare tra paesi e città, portando con noi le nostre famiglie e i nostri beni. Ciò ha consentito un cambiamento fondamentale nel modo in cui viviamo, costruire nuove case nelle periferie e nelle comunità rurali mentre si lavora, l'apprendimento e la ricreazione in paesi e città che sarebbero stati in gran parte inaccessibili solo un secolo prima. Il nostro cibo viene coltivato su scala industriale e trasportato insieme ai prodotti manifatturieri attraverso le distanze transcontinentali su strada fino ai nostri negozi. Le case in cui viviamo, gli uffici in cui operiamo e la rete di trasporto che li collega sono stati realizzati sfruttando la potenza del motore diesel.

Oggi possiamo vedere più chiaramente gli impatti negativi di questa corsa alla mobilità e i responsabili politici devono affrontare un'enorme sfida nell'attuazione di una regolamentazione efficace per mitigare gli effetti sul riscaldamento globale, qualità dell'aria locale, utilizzo di risorse scarse, congestione e molti altri. Comunque, resta il fatto che il cambiamento fondamentale negli standard di vita e nella qualità della vita offerti da trasporti a prezzi accessibili è profondo e questi vantaggi devono essere mantenuti anche se modernizziamo la nostra tecnologia. Per di più, questi benefici sono necessari alle società in via di sviluppo in tutto il mondo mentre lottano per accedere al tenore di vita che diamo per scontato. L'accesso a trasporti a prezzi accessibili trasforma le possibilità di vita delle persone che vivono in povertà in tutto il mondo, aumentare il loro potenziale di guadagno di un ordine di grandezza e consentire l'accesso all'assistenza sanitaria, educazione e anche attività ricreative.

Per risolvere completamente queste esigenze contrastanti dobbiamo considerare ogni parte del problema:generazione di energia, Conservazione, e distribuzione, nonché l'uso finale nel veicolo. Anche la fabbricazione e il riciclaggio dei veicoli che utilizziamo devono essere considerati parte integrante del problema. Anche il modo in cui utilizziamo i mezzi è un aspetto critico che non possiamo trascurare se vogliamo efficienti, reti di trasporto sicure ed efficaci. Inoltre non bisogna mai perdere di vista la necessità di fare tutto questo in modo commercialmente realizzabile; aziende che sviluppano e costruiscono automobili, camion e macchine devono essere in grado di venderli a un prezzo sostenibile. La proprietà e l'uso di questi prodotti devono essere accessibili anche nel contesto dei vantaggi che forniscono. L'infrastruttura di generazione e distribuzione dell'energia deve essere fornita entro un lasso di tempo realistico con livelli gestibili di investimenti pubblici. L'energia che produciamo deve essere accessibile all'utente finale. Per soddisfare il bisogno globale, questi test devono essere soddisfatti nelle economie emergenti e nel mondo sviluppato. In caso contrario, il mondo in via di sviluppo continuerà ad aumentare l'uso di tecnologie convenienti ma insostenibili di cui noi in Europa abbiamo beneficiato così fortemente.

La vera sfida che affrontiamo come ingegneri e scienziati non è sviluppare tecnologie di trasporto che siano pulite. Questo è un passo fondamentale lungo il percorso, ma non è tutto il problema. Il nostro vero compito è quello di sviluppare veramente sostenibile, tecnologie di trasporto pulite e convenienti, scalabili e appropriate in tutto il mondo. Questo è un compito incommensurabilmente più impegnativo della semplice realizzazione di veicoli puliti, e richiederà una politica efficace per incoraggiare la ricerca e lo sviluppo e per influenzare il comportamento. Richiederà inoltre l'accettazione di tecnologie che offrano opportunità di miglioramento in futuro, così come quelli che ci aiutano a raggiungere gli obiettivi di oggi.

diesel

Come sottolinea Ben Marlow in un recente articolo su The Telegraph, l'approccio del governo britannico per preservare la qualità dell'aria è stato incoerente. Nel Bilancio d'Autunno 2017, Il cancelliere Philip Hammond ha annunciato un aumento del dovere di esercizio del veicolo per le auto diesel, in vigore da aprile 2018.Ciò sta portando alla bizzarra situazione in cui l'acquisto di nuovi, i veicoli diesel puliti sono soggetti a disincentivi mentre si prolunga l'uso di veicoli più vecchi e meno puliti. Questo è un problema per tutti noi, non solo i produttori. Il problema ha due aspetti principali, qualità dell'aria locale ed emissioni globali di CO2. in primo luogo, nuovo, ci si può aspettare che i veicoli diesel più puliti sostituiscano i veicoli diesel più vecchi dalle flotte e quindi contribuiscano a migliorare la qualità dell'aria nelle città. Sul secondo punto, gli acquirenti che si sono allontanati dal diesel hanno principalmente acquistato veicoli alimentati a benzina; questo ha portato al primo aumento delle emissioni di CO2 della flotta dopo due decenni di miglioramenti duramente conquistati.

I motori diesel rimangono un elemento essenziale nella lotta per ridurre le emissioni di CO2 dei trasporti. Abbiamo tutti bisogno del diesel per continuare a essere una tecnologia praticabile; l'industria ha lavorato molto duramente per sviluppare queste tecnologie, sarebbe stato molto più facile continuare a costruire i vecchi e assetati motori a benzina di trent'anni fa. Il regime di combustione fondamentalmente diverso utilizzato nei motori diesel li rende più efficienti nell'uso nel mondo reale, ma rende anche più difficile un efficace post-trattamento degli inquinanti rispetto ai motori a benzina, ma sono stati compiuti grandi progressi, al punto che il divario di qualità dell'aria tra benzina e diesel sta scomparendo rapidamente. I nuovi diesel conformi a RDE sono oltre 10 volte migliori per le emissioni di NOx e PM rispetto anche ai veicoli diesel di 8-10 anni in circolazione oggi, e sono migliori nel mondo reale così come nel ciclo di prova. I limiti di emissioni del mondo reale che si applicano a questi veicoli sono gli stessi applicati alle auto a benzina. Inoltre, e, soprattutto, sono circa il 20% migliori sulle emissioni di CO2 rispetto alle auto a benzina equivalenti.

Molti commentatori suggeriscono che gli acquirenti dovrebbero semplicemente passare dal diesel ad alternative come i veicoli elettrici, ibridi e ibridi plug-in. Infatti, è incoraggiante vedere le vendite di questi veicoli salire al loro livello più alto di sempre, ma le vendite non stanno aumentando abbastanza velocemente da compensare l'aumento della diffusione dei veicoli a benzina. Le vendite di questi veicoli a propulsione alternativa devono aumentare molto prima che possano offrire una mitigazione credibile alla riduzione delle vendite di diesel. Le vendite elettriche e ibride stanno migliorando man mano che la tecnologia progredisce, ma gli elevati costi di acquisto dei veicoli e le infrastrutture (ancora) inadeguate per la ricarica e la generazione di elettricità rinnovabile significano che non sono ancora pronti per essere la risposta completa. Si prevede che ci vorrà almeno un decennio prima che questi nuovi tipi di veicoli raggiungano un'adozione significativa sul mercato, e nel frattempo dobbiamo continuare a ridurre la CO2 di anno in anno – o, se qualcosa, accelerare significativamente i nostri progressi sulla CO2. L'abbandono del diesel ha dimostrato di avere avuto l'effetto opposto.

I produttori continuano a migliorare i veicoli a propulsione alternativa insieme ai veicoli convenzionali a benzina e diesel. Anche entro il 2040 la nostra ricerca, e le roadmap tecnologiche dell'industria automobilistica, anticipare che il motore a combustione interna (compresi i motori diesel) sarà ancora essenziale in molti tipi di veicoli. Questi saranno progetti avanzati, di solito come parte di un gruppo propulsore ibridato, ma comunque motori a combustione interna. Possiamo ipotizzare quale miscela di carburante potrebbero bruciare questi motori, ma i vantaggi dei combustibili ad alta densità di energia sono fondamentali per molti veicoli. Tutti questi tipi di veicoli sono essenziali per il prossimo futuro, ma questa tecnologia avanzata ha un beneficio ridotto se manteniamo i veicoli più vecchi sulla strada troppo a lungo. A questo punto abbiamo tutti bisogno di chiarezza da parte del governo sul fatto che apprezzano il contributo che i nuovi veicoli puliti (incluso il diesel) possono dare sia alla qualità dell'aria della città che alla riduzione di CO2.

Combustibili liquidi sostenibili

Ma, se le auto ibride ed elettriche non sono una soluzione completa, come sarà il futuro? Le persone spesso (erroneamente) pensano che i motori debbano funzionare con combustibili fossili, quindi, seguendo questa logica, dobbiamo fermare tutto quello che abbiamo fatto fino ad oggi, che a sua volta significa passare dai motori a combustione interna ai veicoli elettrici o alle celle a combustibile a idrogeno. Ma questi sono attualmente insostenibili, anche con sussidi, che i governi non possono e non vogliono continuare a distribuire per sempre. Visto in questi termini, abbiamo un grosso problema se il trasporto personale deve continuare ad essere conveniente come lo è stato fino ad oggi, rispettando anche gli obiettivi di sostenibilità e qualità dell'aria. Come si può risolvere questo enigma?

Una risposta promettente è la produzione di combustibili liquidi sostenibili che ci consentirebbe di continuare a utilizzare i motori a combustione interna in modo sostenibile ma senza perdita di efficienza. La tecnologia per riciclare la CO2 catturata in metanolo con l'apporto di idrogeno esiste già:viene utilizzata sui sottomarini per riciclare la CO2 di scarto senza produrre bolle di gas che potrebbero rivelare la posizione dell'imbarcazione. Si potrebbe considerarlo una versione artificiale della fotosintesi, ma poiché tutti i processi sono chimici e non biologici, la velocità può essere molto più rapida. La sfida per gli scienziati è solo renderla accessibile, e molti ci stanno lavorando.

Parte di questa sfida consisterebbe nel reperire l'energia necessaria per perpetuare questo ciclo del carburante, ma poiché il carburante potrebbe essere prodotto ovunque ed esportato facilmente, e privilegiare terreni altrimenti inutilizzabili come i deserti, ci sono opportunità anche qui. Metti un impianto di elettrocarburanti dove c'è un'abbondanza di energia rinnovabile che è difficile da estrarre all'interno dei confini di una nazione (che sia il Sahara o le Orcadi) e all'improvviso è possibile una dinamica diversa:perché, per qualsiasi paese che trasferisce annualmente una grande quantità del suo PIL fuori dalla sua economia per pagare il carburante per i trasporti, anche il mantenimento di una piccola percentuale annua internamente aggrava il beneficio di anno in anno.

Anche, dove i biocarburanti sono soggetti a limiti su quanto si può fare, il ciclo sostenibile del metanolo non subisce tale svantaggio:le materie prime – aria, acqua, ed energie rinnovabili - non sono effettivamente soggetti a limitazioni da parte dell'uomo, e da queste materie prime gratuite (dato che si è investito nell'attrezzatura per ottenerle) si ricava carburante di alto valore, per i quali esiste una richiesta validata e immediata.

Se questo non è abbastanza convincente, considera questo:mentre i politici possono immaginare nient'altro che veicoli elettrici e a idrogeno sulla strada, non c'è altro modo per decarbonizzare l'aviazione che creare un cherosene a emissioni zero. Deve essere fatto lì, e ora l'UE sta finanziando il progetto Sun-to-Liquid per accelerare la sintesi solare del carburante per aerei dall'energia solare, CO2 e acqua. Quando questo è dimostrato, la tecnologia può essere restituita ai combustibili per il trasporto su strada e la spedizione.

C'è un'altra possibilità interessante con il ciclo. Il metanolo può essere una materia prima per l'industria petrolchimica, che utilizza anche olio fossile. Se la plastica, vernici, solventi ecc. sono stati ottenuti da metanolo utilizzando CO2 a cattura diretta dell'aria. quindi il processo diventa effettivamente carbonio-negativo perché il carbonio viene sequestrato in forma solida. Non puoi farlo usando l'elettricità o l'idrogeno come vettore energetico per i trasporti.

Così, ecco un punto di vista fuori moda da un pragmatico:tieni i motori, che sono eminentemente convenienti per lo stakeholder più importante (il cliente finale), ma elimina il colpevole:il carbonio fossile. Utilizzare la tassazione per penalizzare i combustibili fossili e promuovere gli elettrocombustibili a emissioni zero. Non appena tale carburante viene messo in piscina, tutti i veicoli iniziano a essere decarbonizzati:non è necessario attendere nuove tecnologie non provate che possono essere o non essere accessibili. L'infrastruttura di distribuzione del carburante esistente può essere utilizzata, pure. E ricorda che, mentre personalmente penso che si possano mettere in atto strategie per rendere gli elettrocombustibili economici quanto le alternative fossili, in realtà non sono in competizione con i combustibili fossili ma con l'elettricità e l'idrogeno:devono solo essere più economici di quelli per essere l'alternativa più attraente. Gli elettrocarburanti sarebbero davvero dirompenti per i veicoli elettrici e i veicoli a celle a combustibile a causa della nota accessibilità economica di ciò in cui entrano. Vale anche la pena notare che il carburante è un acquisto di rancore; è fatto perché l'acquirente ne ha bisogno per viaggiare. Acquistando un veicolo più efficiente, d'altra parte, può quasi sempre essere ritardato – e per questo motivo la decarbonizzazione della fonte di energia darà sempre risultati più rapidi rispetto alla costruzione di un veicolo più efficiente.

Potremmo persino co-evolvere motori a combustione interna avanzati ed elettrocombustibili per una maggiore efficienza del sistema e fornire aria più pulita. C'è anche il potenziale per diventare carbonio-negativo, senza stravolgere il modello economico dei trasporti e mantenendo costante la tassazione. L'accessibilità economica del motore a combustione interna può tirarci fuori dalla situazione in cui ci troviamo ora. È, Dopotutto, tecnologia più recente rispetto alla batteria o alla cella a combustibile.

Trovare un futuro

I decisori politici devono andare oltre l'attuale paradigma della politica per la sostenibilità nei trasporti, e iniziare a guardare l'immagine più grande. Vero, gli impatti a lungo termine sulle priorità chiave della qualità dell'aria e delle emissioni di carbonio saranno raggiunti solo da un approccio che supporti in modo chiaro e coerente le nuove tecnologie che offrono un vantaggio rigoroso rispetto ai modelli attuali. Qualsiasi tentativo di selezionare presunti vincitori, particularly by closing off promising avenues of research, should be avoided; the stakes are too high, and the risk to society too great.

For the UK government, the context of Brexit adds an additional layer of urgency to this demand; on leaving the EU, Britain will almost certainly retain its commitments to the Union's vehicle standards, and a clear, coerente, communicative approach on the government side will be crucial to the future success of the industry.

Effective regulation can (and should) be a powerful driver of research and development in the automotive industry – but only when it's technologically agnostic and goal-driven.