SFIDA #3 / automotive
Produzione di batterie più performanti per biciclette elettriche
Il problema
Come una PMI – localizzata in una regione transfrontaliera che importa batterie per e-bike – può produrre un tipo di batterie più leggero ed efficiente?
Come nel resto dell’UE, anche la regione transfrontaliera Italia-Slovenia sta assistendo a una crescente domanda di mezzi di trasporto più sostenibili, come le biciclette. I percorsi come Adriabikes ne facilitano l’utilizzo, sia per la vita di tutti i giorni (soprattutto nelle aree urbane), sia per esplorare l’area transfrontaliera a fini turistici; i progetti sostenuti da Interreg Italia Slovenia come INTER BIKE II sono in linea con questo obiettivo. In questo quadro, le e-bike rendono la bicicletta un mezzo di trasporto più conveniente per vari gruppi di potenziali utilizzatori e sono quindi considerate un mezzo di trasporto di crescente rilevanza.
Gli utenti accedono al prodotto sia tramite un modello di acquisto che tramite un modello di noleggio. In ogni caso,
• l’autonomia della batteria è fondamentale per assicurare agli utilizzatori di e-bike l’uso prolungato del veicolo, così da poter percorrere lunghi viaggi;
• il peso delle batterie riduce le prestazioni complessive delle e-bike, poiché ne rende più difficile lo spostamento.
Il tema della progettazione delle batterie riguarda anche i produttori, che cercano soluzioni più efficienti in termini di processo produttivo
Infatti, le batterie sono il componente più importante delle e-bike e sono il principale componente che differisce dalle biciclette tradizionali. Il loro peso è fondamentale in quanto può influire sulla velocità e sulla durata della bicicletta e quindi sull’efficienza complessiva. Pertanto, dal punto di vista del cliente, l’affidabilità della batteria influisce sulla sua efficienza e sulla distanza percorribile con una singola ricarica.
Lo scenario ideale
Considerando lo scenario attuale – in cui i produttori sono fortemente dipendenti da fornitori di batterie localizzati fuori dall’Unione Europea e in cui le caratteristiche dei prodotti non soddisfano al 100% la domanda del mercato – si può affermare che uno scenario ideale per gli utenti finali dell’area transfrontaliera sarebbe quello di avere accesso a biciclette elettriche equipaggiate con batterie che offrono migliori prestazioni: ad esempio, che possano ricaricarsi in sole due ore (invece che in 8 ore, che è la media attuale), che abbiano un’efficienza energetica fino al 90% e che pesino 9 kg; inoltre, cariche e scariche parziali dovrebbero allungare la vita della batteria invece di accorciarla.
Allo stesso modo, un’interessante opportunità per i produttori di biciclette elettriche sarebbe quella di poter acquistare queste batterie ad alte prestazioni da un fornitore locale, o almeno localizzato nell’Unione Europea, la cui capacità produttiva coprirebbe un’ampia gamma di veicoli (bici elettriche da città, bici elettriche per lunghi tragitti, gravel e-bike), così da evitare l’instabilità dei mercati globali.
Per rispondere adeguatamente al problema, i produttori di batterie devono potenziare radicalmente sia la progettazione del prodotto che la progettazione del processo.
Il contesto
Le analisi del ciclo di vita del prodotto dimostrano che le e-bike sono più efficienti dal punto di vista energetico (7,3 ± 3,0 kW h/100 km per le e-Bike rispetto a 56 ± 15 kW h/100 km per le motociclette e 35 ± 9 kW h/100 km per gli autobus ) e meno inquinanti (2,5 ± 2,0 kg CO2 eq./100 km per le e-Bike rispetto a 15 ± 6 kg CO2 eq./100 km per le moto e 11 ± 2 kg CO2 eq./100 km per gli autobus) rispetto agli autoveicoli a propulsione convenzionale e ai sistemi di trasporto pubblico (Stilo et al., 2021)
La maggior parte del valore di una bici elettrica risiede nella sua batteria, il componente più costoso, che pesa dal 30% al 40% circa del valore della bicicletta: questo significa che è il principale responsabile della differenza di prezzo tra bici (Electric-biking 2021).
Nel corso degli anni, i materiali utilizzati per produrre le batterie sono cambiati, rendendo le batterie più piccole e leggere.
Mentre per molto tempo il mercato europeo è stato dipendente dalla filiera delle e-bike nell’Estremo Oriente, e in particolare dalle batterie prodotte nelle economie emergenti, la crisi delle catene logistiche causata dal Covid-19 e il forte aumento della domanda hanno messo in luce diverse criticità nell’affidabilità della filiera delle e-bike dell’Estremo Oriente. Ciò rende la scelta di un fornitore europeo di batterie fondamentale per ridurre i rischi e aumentare l’affidabilità del processo produttivo.
Soggetti interessati dal problema
La mancanza di batterie per biciclette elettriche ad alte prestazioni e di fornitori affidabili nell’Unione Europea colpisce direttamente i produttori di biciclette elettriche, gli utenti finali e gli “intermediari”, come i fornitori di servizi pubblici di mobilità elettrica (ad esempio, i Comuni) e gli operatori del settore turistico che offrono le biciclette elettriche come servizio complementare.
- Gli utenti finali (ciclisti) sono direttamente interessati dal problema: attualmente i prodotti offrono una soluzione di compromesso tra il peso delle batterie e la distanza che una e-bike può percorrere. I ciclisti apprezzerebbero batterie più leggere in quanto aumenterebbero la facilità di utilizzo della bici, ma non vogliono sacrificare l’autonomia, in quanto trovare una stazione di ricarica e ricaricare il proprio veicolo può essere gravoso. L’esperienza in bicicletta trarrebbe vantaggio da un miglioramento di entrambe le dimensioni del prodotto.
- I produttori di biciclette elettriche trarrebbero vantaggio da batterie più leggere in quanto consentono risparmi sui costi dovuti all’acquisto e alla gestione di materiali e componenti. Nel complesso, i produttori potrebbero trasferire questi risparmi sui costi (almeno in parte) agli utenti finali (ciclisti). Inoltre, una migliore progettazione, l’automazione e la digitalizzazione del processo produttivo offrirebbero vantaggi ai produttori in termini di efficienza e flessibilità.
- I fornitori di servizi pubblici di mobilità elettrica, ad es. i Comuni: una maggiore autonomia delle flotte di biciclette elettriche per i servizi di bike-sharing, ad esempio, potrebbe rendere il servizio più attraente, con un impatto positivo a lungo termine sui flussi di mobilità urbana e introdurre una nuova soluzione per le strategie della mobilità cittadina.
- Gli operatori turistici potrebbero trarre grandi vantaggi da biciclette elettriche più performanti, ad es. per ampliare l’offerta turistica “slow”, introducendo percorsi più lunghi che possono essere percorsi con le e-bike.
- Non ultimo, un aumento dell’autonomia delle e-bike andrebbe a beneficio diretto dei cittadini anziani o di chi ha problemi nell’uso della bicicletta normale per malattia o infortunio (Johnson, M., & Rose, G. 2015).
Implicazioni economiche, sociale ambientali del problema.
Il problema della progettazione e produzione di batterie per e-bike ha implicazioni su più fronti:
- il prezzo delle batterie è ancora alto e ciò potrebbe disincentivare i potenziali acquirenti di e-bike dall’acquisto del bene;
- il prezzo delle batterie è elevato soprattutto a causa del loro costo di produzione;
- i potenziali utilizzatori di e-bike sono scoraggiati dall’acquisto e dall’utilizzo del bene a causa della limitata autonomia delle batterie e del loro peso;
- un aumento dell’utilizzo delle e-bike avrebbe effetti benefici per l’ambiente in quanto sostituirebbe l’utilizzo dell’automobile privata;
- un’espansione del mercato delle batterie aiuterebbe l’industria a crescere e ciò potrebbe portare a un quadro normativo più preciso, ad es. in termini di sicurezza.
Dati e bigliografia (1)
I dati di Eurostat (2021) mostrano che negli ultimi anni l’UE ha importato da paesi extra UE più biciclette elettriche di quante ne abbia esportate. Più precisamente, nel 2020 sono state esportate dall’UE 273.900 biciclette elettriche per un valore di 427 milioni di euro (i dati includono biciclette a pedalata assistita e con un motore elettrico ausiliario con una potenza nominale continua inferiore a 250 W). Nello stesso periodo, l’UE ha importato 839.100 biciclette elettriche, per un valore di 721 milioni di euro, da paesi al di fuori dell’UE. Le importazioni di biciclette elettriche nell’UE provenivano principalmente da Taiwan (53% delle importazioni totali di biciclette elettriche extra UE), seguita da Vietnam (19%), Cina (10%), Turchia (7%) e Svizzera (6%).
In generale, e in linea con l’aumento della popolarità della mobilità elettrica, le batterie stanno emergendo come un ingrediente fondamentale nella transizione verso un futuro più sostenibile a causa del loro ruolo nel rendere i trasporti basati sull’elettricità e nel bilanciare le reti elettriche. L’uso delle batterie è un’opportunità per eliminare le emissioni di CO2 e NO2 dei veicoli in un mondo alle prese con il cambiamento climatico; l’aumento della capacità di produzione delle celle delle batterie offre anche significative opportunità di creazione di valore per i produttori, di creazione di nuovi posti di lavoro ben remunerati e di sostenere la crescita economica dei vari Paesi (McKinsey 2022a).
Allo stesso tempo, come evidenziato in un recente rapporto di McKinsey and Company (2022), solo una manciata di aziende specializzate in apparecchiature per la produzione di celle di batterie operano in Europa; la maggior parte si trova in Cina, Giappone e Corea del Sud. Tuttavia, la maggior parte di questi fornitori storici di celle per batterie opera a una capacità superiore al 95%, lasciando poco spazio per aumentare la produzione. Inoltre, tendono a dare la priorità agli ordini provenienti da clienti consolidati (per lo più importanti produttori storici di celle) rispetto a quelli di nuovi operatori europei e americani. Di conseguenza, le aziende europee produttrici di celle per batterie e gli OEM di veicoli elettrici che intendono entrare nel settore rischiano di dover affrontare un collo di bottiglia nella fornitura di apparecchiature che può mettere a rischio i loro piani di produzione. In questo quadro, la sicurezza della fornitura di apparecchiature è un fattore chiave di successo.
References:
- Electric-biking 2021. How Much Does an Electric Bike Battery Cost? [Online] Available at: https://electric-biking.com/battery-cost/ [Accessed 06 September 2022].
- Eurostat, 2021. EU trade in bicycles and electric bicycles
- Johnson, M., & Rose, G. (2015). Extending life on the bike: Electric bike use by older Australians. Journal of Transport & Health, 2(2), 276-283.
- McKinsey & Company, 2022a. Capturing the battery value-chain opportunity
- McKinsey & Company, 2022b. Unlocking the growth opportunity in battery manufacturing equipment
- Stilo, L., Segura-Velandia, D., Lugo, H., Conway, P. P., & West, A. A. (2021). Electric bicycles, next generation low carbon transport systems: A survey. Transportation Research Interdisciplinary Perspectives, 10, 100347.