Carichi verso un futuro elettrico

Carichi verso un futuro elettrico

Gli investimenti nel settore EV sono aumentati del 41% solo tra il 2020 e il 2021. Raggiungeranno 250 miliardi di sterline tra il
2021 e il 2025. GM e Volkswagen spenderanno rispettivamente 25 e 31,5 miliardi di sterline in veicoli elettrici e autonomi tra il 2020 e il 2025. Jaguar prevede di vendere solo auto elettriche
entro il 2025, Volvo entro il 2030.

Negli Stati Uniti, Ford ha affermato che la sua intera linea di lusso Lincoln sarà elettrica
o ibrida gas-elettrica entro il 2030. La casa automobilistica ha recentemente raddoppiato i suoi investimenti in EV a 16,5 miliardi di sterline entro la fine del 2025.

GM spera di vendere solo veicoli per passeggeri elettrici entro il 2035. Oltre alle grandi case automobilistiche, molte startup
tecnologiche all'avanguardia sono anche player chiave in tutti i segmenti di questo mercato: EV, AV, tecnologia delle batterie,
infrastrutture di ricarica e molto altro.

Tesla, naturalmente, è il pioniere di queste moderne case automobilistiche. Ma ci sono anche Rivian, Polestar e Nuro. E, al di là dei costruttori di automobili, le startup che si occupano di tecnologia automobilistica abbondano: GhostWave, che produce sensori radar utilizzati negli AV; Neteera, che sta anche sviluppando sensori per AV; EV Safe Charge; Mighty AI, che produce software per AV, e centinaia di altre.

Con la rivoluzione elettrica in mente, daremo un'occhiata a questi aspetti: 

• Il passaggio ai veicoli elettrici 
• La lotta che questo segmento deve affrontare 
• L'innovazione che emerge dalle aziende tecnologiche e automobilistiche
• La tendenza verso l'EV per i veicoli industriali e commerciali
• I vari livelli di veicoli autonomi 

Un futuro per l'EV:
investimenti, sviluppo a tutta velocità

Il grande investimento di GM in un futuro completamente elettrico non riguarda solo i soldi, ma anche le tempistiche. Il piede di GM è saldamente piantato sull'acceleratore, per andare verso un futuro EV.

"Stiamo facendo questi investimenti in modo da poterci muovere più velocemente e crescere in modi che portano valore ai nostri azionisti e alle nostre parti interessate", ha affermato recentemente Mary Barra, Presidente e CEO di GM.

"La nostra strategia di perseguire un futuro inclusivo e completamente elettrico è la cosa giusta da fare, la cosa necessaria da fare, ed è fondamentale per la crescita e la redditività a lungo termine del nostro business mentre il mondo si trasforma".

Infatti, le vendite globali di veicoli elettrici hanno fatto un balzo nel 2020, aumentando del 43% per un totale di 3,2 milioni, nonostante le vendite complessive di auto siano crollate di un quinto durante la pandemia.

Entro il 2025, il 20% di tutte le nuove auto vendute a livello globale saranno elettriche, secondo una previsione della banca UBS. UBS stima anche che, entro il 2040, praticamente ogni nuova auto venduta a livello globale sarà elettrica. Incredibile, considerando che la quota di mercato EV nel 2020 era solo del 2%.

Un ostacolo per il mercato EV?
Sviluppo senza profitto, ma solo per ora 

I veicoli elettrici stanno entrando nel futuro, grazie in parte a quella curva di apprendimento, ma occorrono ricerca e sviluppo. Tanta ricerca e tanto sviluppo.

Le case automobilistiche stanno investendo in veicoli elettrici, ma, almeno per ora, i veicoli elettrici non genereranno i profitti che generano i veicoli convenzionali, secondo un rapporto di Alix Partners Consulting. 

Questa spesa per lo sviluppo sta avvenendo anche in un momento come quello attuale, in cui le case automobilistiche fanno i conti con l'aumento dei costi delle materie prime e con una carenza globale di semiconduttori.

Inoltre, la fase di ricerca e sviluppo potrebbe richiedere più tempo perché i produttori di automobili stanno, in un certo senso, partendo da zero. Con le auto standard, la maggior parte degli OEM opera da una linea esistente, quindi hanno già molti componenti. Quando sviluppano un nuovo modello, per esempio, fondamentalmente stanno solo evolvendo il loro design con alcune nuove caratteristiche. Al contrario, i veicoli elettrici iniziano con una tabula rasa.

Le operazioni di ricerca e sviluppo, l'innovazione e la curva di apprendimento accelerata attraverso iterazioni rapide che sono necessarie in questa fase possono essere ottimizzate attraverso produttori digitali come Protolabs con la prototipazione rapida e la produzione a basso volume. Questi vantaggi sono ben adattati al processo di sviluppo iterativo di ricerca e sviluppo. I fornitori digitali possono aiutare con un ampio portafoglio di componenti, come connettori, terminali e ingressi di ricarica a sensori, soluzioni wireless e unità di distribuzione dell'energia, per citare alcune applicazioni.

Aziende automobilistiche e tecnologiche si collegano. 

Mentre le case automobilistiche si spostano verso i veicoli elettrici (EV) e autonomi (AV), le aziende tecnologiche ricoprono un ruolo più importante in questo segmento. Gli investitori da tempo vedono Tesla, pioniere delle auto elettriche, come un'azienda tecnologica, il prezzo delle azioni è stato sostenuto dalla sua continua superiorità nei costi delle batterie, nel software e nella redditività delle sue auto elettriche.

Gli esempi della presenza di big tech nelle automobili abbondano: navigazione ad attivazione vocale, streaming live di contenuti multimediali, display interattivi, telecamere posteriori, assistenza al parcheggio e per il cambio corsia e altre tecnologie che rendono la nostra esperienza di guida migliore e più sicura.

Le case automobilistiche stanno anche collaborando con aziende tecnologiche, in alcuni casi assumendo il ruolo di produttore a contratto. Nel 2019, Fiat Chrysler ha collaborato con la spinoff di Google, Waymo, per produrre fino a 62.000 minivan ibridi elettrici a guida autonoma. Waymo ha anche collaborato con Renault e Nissan a una flotta di robo-taxi in Francia e Giappone.

Il gigante del software Autodesk ha collaborato con GM alle innovazioni di progettazione e lavora a stretto contatto con altri OEM su simulazione di progettazione, strumenti di realtà virtuale e aumentata, sistemi software avanzati per i veicoli e molto altro.

Questa tendenza appare dappertutto, anche nelle pubblicità delle automobili. In un recente spot, Nissan diceva che la tecnologia più entusiasmante che possediamo è nel garage di casa nostra. Anche la grande fiera annuale CES di Las Vegas, che tipicamente ospita le ultime novità dell'elettronica di consumo e della tecnologia, negli ultimi anni è stata dominata dall'industria automobilistica.

Un primo esempio di quello che le aziende tecnologiche stanno portando al settore automobilistico è il concetto di auto connessa. Questa si rivelerà probabilmente un'innovazione determinante. Recentemente, Tesla aveva dei problemi con i freni su uno dei suoi modelli. Di conseguenza, ha inviato un aggiornamento del software, una correzione, a tutte le auto interessate, e il problema è stato risolto letteralmente dalla sera alla mattina. Pensate invece a quanto tempo e denaro occorrerebbero per richiamare una serie di auto standard con motore a combustione interna.

Questo tipo di tecnologia rivoluzionaria, sia per gli EV e gli AV quanto per i prodotti correlati come le batterie e le stazioni di ricarica, viene spinto nel mercato con l'aiuto della produzione digitale. Che si tratti di grandi OEM automobilistici, di startup tecnologiche o di fidati fornitori automobilistici Tier 1, tutti trovano il supporto di produttori agili e reattivi, che forniscono una rapida iterazione, una produzione a basso volume a rapida rotazione, sistemi di garanzia della qualità e altro.

Necessità di infrastruttura

Nel discorso sui veicoli elettrici e sul futuro della mobilità occorre parlare dell'infrastruttura necessaria per rendere l'adozione diffusa dei veicoli elettrici una realtà. Sono necessari caricabatterie per veicoli residenziali. È necessaria una vasta rete di stazioni di ricarica commerciali, analoghe alle stazioni di servizio, in tutto il paese.

I produttori digitali sono pronti a fornire componenti necessari per elementi come le batterie, le stazioni di immagazzinamento/ricarica dell'energia e le telecamere di rilevamento della luce (LIDAR) per gli AV, così come le parti automobilistiche più tradizionali come le guarnizioni e la tecnologia di smorzamento del suono.

"Il costo è ancora un fattore importante e l'ansia che circonda la gamma sarà in parte affrontata dall'istruzione", ha affermato di recente Stephanie Brinley, esperta del settore presso IHS Markit. "Non c'è motivo per cui un consumatore non possa adattarsi a un veicolo elettrico". Vero, ma aiuterebbe anche se ci fossero delle stazioni di ricarica facilmente disponibili.

Di conseguenza, questo bisogno di infrastrutture sta generando la nascita di centinaia di aziende startup che vedono opportunità in questo segmento.

Inoltre, gli stessi grandi OEM stanno entrando in azione. Volkswagen sta aggiungendo sei "gigafactory", per la produzione di batterie in Europa, che apriranno entro il 2030 e negli Stati Uniti GM ha recentemente annunciato due nuovi impianti di produzione di batterie Ultium Cells LLC.

Un futuro senza emissioni e il nuovo panorama automobilistico

I veicoli senza emissioni permettono di avere un pianeta più pulito e una fonte di energia più sostenibile.

Cosa succederà al settore del petrolio e del gas? Resta da vedere. Per ora, le auto tradizionali a gas dominano ancora. Ricordate che gli EV corrispondono solo al 2% del mercato. Elon Musk, fondatore di Tesla, riconosce questa situazione: in realtà compete contro il settore del petrolio e del gas, non contro i colleghi produttori di EV. Questa è parte della ragione per cui ha reso i suoi brevetti e altre informazioni proprietarie disponibili alle startup EV. Per aumentare la quota di mercato dei veicoli elettrici, crede che l'industria abbia bisogno di allontanarsi dal combustibile fossile.

Non mancano gli scettici. Come delineato in questo rapporto, il passaggio a un futuro completamente elettrico è un cambiamento enorme, che richiede la costruzione di un'intera nuova infrastruttura. Alcuni esperti hanno affermato che una migliore economia di carburante e più progressi nella tecnologia ibrida elettrica sono risposte più realistiche per il futuro dell'industria.

Storia della batteria

Per capire come siamo arrivati a questo punto, dobbiamo analizzare un po' la storia della batteria e poi prendere lo svincolo dell'autostrada "EV". Un facile punto di partenza è la bottiglia di Leida, un recipiente di vetro riempito d'acqua e rivestito di pellicola, sia all'interno che all'esterno, e un'asta di metallo che spunta dalla parte superiore.

Basta avvicinarsi all'asta e il gioco è fatto. Benjamin Franklin, nel suo noto
esperimento dell'aquilone condotto quasi 300 anni fa, chiamò "batteria" la sua versione, anche se oggi la consideriamo un condensatore, la versione moderna è onnipresente nei dispositivi elettronici.

Nell'Ottocento, Alessandro Volta inventò la pila voltaica. Questa fu la prima vera batteria perché la combinazione di zinco e argento poteva mantenere la carica anche quando
non era in uso. Gaston Plante sviluppò la prima batteria ricaricabile piomboacido
nel 1859, e nel 1880 Camille Alphonse Faure migliorò il lavoro di Plante usando solfati di piombo per espandere la capacità di immagazzinamento elettrico.

Seguirono altre due importanti tecnologie di batterie. La prima fu la batteria al nichel-cadmio, nel 1899. Il NiCad, come lo chiamiamo oggi, fu la prima batteria ricaricabile veramente funzionale. Fu anche la prima batteria alcalina, in cui gli acidi
di piombo erano sostituiti con un elettrolita alcalino (basico, o a pH elevato).

Le moderne batterie agli ioni di litio che usiamo oggi sono arrivate nel 1912. La tecnologia agli ioni di litio ha il vantaggio di contenere più elettricità in un peso ridotto rispetto ad altre batterie. Nel 1991, SONY ha messo sul mercato la prima batteria ricaricabile agli ioni di litio. Versioni più avanzate di batterie agli ioni di litio sono l'attuale standard internazionale per i veicoli EV e AV in quanto tollerano meglio i cicli di scaricaricarica.

La storia dei veicoli elettrici e ibridi

La storia della tecnologia impone che le persone debbano fare qualcosa con un nuovo dispositivo, quindi era ovvio che qualcuno
avrebbe messo una o più batterie nelle carrozze. L'inventore scozzese Robert Anderson era proprio questo tipo di persona.
Negli anni Trenta del IXX secolo, sviluppò il primo veicolo elettrico. Le batterie erano ovviamente poco sofisticate all'epoca,
perciò l'autonomia era fortemente limitata. Alla fine, si trattava più di un prototipo che di un mezzo di trasporto funzionale. Però fu il primo passo.
Nel 1887 William Morrison realizzò il suo primo prototipo di "carrozza elettrica" In una versione successiva furono collegate 24 batterie pesanti all'asse posteriore di una carrozza a cavalli riconfigurata e, probabilmente, ai cavalli veniva da ridere
vedendo la scarsa velocità e resistenza della carrozza.

Bisognerà aspettare il 1894, quando il primo EV commercialmente usufruibile, l'Electrobat, fu lanciato sul mercato. Nonostante il nome, che significa "pipistrello elettrico", era eccessivamente appesantito dalle batterie e dagli pneumatici in acciaio. Dopo diverse iterazioni, ormai è relegato alla storia.

Il primo veicolo ibrido realizzato da Lohner-Porsche e chiamato il Semper Vivus ("sempre vivo") uscì alla fine del XX secolo.
Seguiva i passi della sua sorella maggiore, la Egger-Lohner C.2 Phaeton, completamente elettrica.

Proprio così! La prima auto con il nome Porsche era in parte elettrica!

Gli EV di metà secolo, come Henney Kilowatt ed Electrovair II di GM, non hanno mai preso piede tra il pubblico o sono rimasti come concept car. Nel 1969, GM decise di provare qualcosa di nuovo con l'ibrido sperimentale XP-883 plug-in. Mentre i plug-in sono in aumento al giorno d'oggi, questo modello è rimasto sul tavolo da disegno.

La successiva grande novità nel settore EV
avvenne nel 1971, quando Boeing costruì il Lunar Roving Vehicle (LRV), essenzialmente un golf cart che gli astronauti potevano
usare per fare un giro sulla luna. Gli astronauti dell'Apollo 15 furono i primi, ma l'equipaggio dell'Apollo 17 guidò un LRV per
circa 8 chilometri.

Questa discussione sui veicoli EV e ibridi non sarebbe completa se non menzionassimo l'EV1 di GM. Disponibile principalmente
come veicolo elettrico solo in leasing, includeva molta tecnologia nella trasmissione. Nel 1997, Toyota ha messo sul mercato il RAV4 EV completamente elettrico, che dopo 17 anni non ha mai venduto molto. Ma è comunque una cosa degna di nota,
anche perché Toyota lo aveva sviluppato insieme a una società startup poco conosciuta chiamata Tesla.

Mentre il concetto originale di veicolo ibrido è nato nel 1899, la Honda Insight è stata messa in vendita nel 1999. È stato il
primo modello ibrido moderno ed è ancora disponibile oggi. Un anno dopo è arrivata l'auto che la maggior parte delle persone associa alla tecnologia ibrida, la Toyota Prius. La Prius esiste oggi nella versione ibrida e in quella ibrida plug-in.

Il boom degli EV di lusso è iniziato nel 2012 con l'uscita della Tesla Model S. Concentrandosi sulle prestazioni e l'autonomia, anche se non sull'accessibilità economica, ha trovato rapidamente un pubblico di appassionati e ha aperto la porta
che altri produttori di EV/AV hanno varcato, con marchi tradizionali come GM, Volkswagen, Ford, Toyota e altri.

Il contributo della produzione digitale

Mentre gli OEM più noti e le startup tecnologiche si muovono
aggressivamente verso il futuro rivoluzionario degli EV e degli AV, la produzione digitale sostiene questo cambiamento. Per molti versi, è un'accoppiata vincente.

Le case automobilistiche stanno testando e sperimentando EV, AV, tecnologia delle
batterie correlata man mano che vanno avanti, richiedendo iterazioni multiple e rapide. Questo tipo di attività di ricerca
e sviluppo è adatto a produttori digitali agili che possono fornire iterazioni multiple, produzione a basso volume, sistemi di
garanzia della qualità, approvvigionamento singolo e molto altro.
E tutto deve essere fatto rapidamente, accelerando il processo di ricerca e sviluppo e consentendo alle aziende di arrivare più
velocemente sul mercato con qualsiasi prodotto stiano creando: veicoli elettrici, AV, batterie, stazioni di ricarica o la prossima
tecnologia di trasporto rivoluzionaria.

Come si può vedere, il futuro dell'industria automobilistica si sta avvicinando, con la crescente varietà di EV innovativi. A differenza del precedente, tradizionale playbook dell'industria automobilistica per le auto con motore a combustione interna (ICE), che si concentrava più sugli aggiornamenti incrementali dei modelli che sull'innovazione dirompente, per i veicoli elettrici le case automobilistiche stanno testando e imparando man mano. Di conseguenza, queste aziende cercano il supporto di produttori digitali agili che forniscano iterazione rapida, produzione a basso volume, approvvigionamento singolo e sistemi di garanzia della qualità.

Sfide di approvvigionamento superate con la flessibilità dell'approvvigionamento

Parlando per Protolabs, superare il problema della carenza di resina non è stato facile. Lo stesso vale per i metalli, le macchine utensili e i computer portatili. I tempi di consegna stanno aumentando e l'inflazione è diventata evidente. Come segnalato di recente dal New York Times, nell'industria automobilistica, la "cura per i prezzi alti sta nei prezzi alti"

Come produttore globale, tuttavia, abbiamo molta flessibilità per quanto riguarda il modo in cui ci procuriamo i materiali e, almeno in passato, siamo riusciti a fare in modo di averne abbastanza per soddisfare le richieste dei nostri clienti. Detto questo, non siamo immuni alle carenze e recentemente abbiamo incontrato problemi come tutti gli altri. Di conseguenza, stiamo cercando di concentrarci sulle alternative e sulla consultazione per risolvere i problemi, il che è un po' più facile in un ambiente digitale che in uno tradizionale.

Naturalmente, le interruzioni della catena di approvvigionamento non sono una novità. Negli ultimi due decenni si sono verificate carenze di ogni genere, dagli elementi di fissaggio alla vernice fino all'uva e alle PlayStation Sony, eppure la maggior parte dei produttori sarebbero d'accordo nel dire che questi sono tempi senza precedenti.

La domanda più pertinente è: come gestire queste sfide di approvvigionamento? Come Director of Global Procurement, dico al mio team di scegliere il più possibile un approvvigionamento regionale. Di fare acquisti a campione secondo necessità. Dico al team di non aver paura di tenere più scorte di quelle che potremmo desiderare e di non forzare mai i fornitori. Il mercato è troppo difficile in questo momento.

Quest'ultimo punto è fondamentale. Fa capire l'importanza delle relazioni e della collaborazione. L'unica cosa che permetterà a tutti di superare la situazione attuale è la collaborazione tra clienti e fornitori, non importa che tipo o livello di fornitore siano. Perché più possiamo lavorare insieme in modo collaborativo, più possiamo migliorare i tempi di risposta e soddisfare le esigenze degli altri.