Le auto elettriche del futuro si ricaricheranno durante i viaggi

Il più grande problema delle auto elettriche è la loro limitata autonomia dovuta alla non particolarmente lunga durata delle batterie. Usare un’auto elettrica comporta un dispendio energetico, cioè viaggiare riduce la durata della batteria ma cosa succederebbe se la ricarica avvenisse proprio durante il viaggio?  Quest’idea al momento può sembrare alquanto peregrina ma non lo è affatto per alcuni ricercatori dell’Università di Stanford (USA).

Un recente studio pubblicato sull’Applied Physics Letters prova ad indicare i modi in cui potrebbe essere possibile raggiungere questo obiettivo: ricaricare i veicoli mentre percorrono le strade. La soluzione prevede il trasferimento di energia senza contatto attraverso la tecnologia denominata “magnetic resonance coupling”, ossia accoppiamento per risonanza magnetica. Questo sistema prevede che due spire di metallo, posizionate ad una certa distanza l’una dall’altra, siano sintonizzate sulla stessa naturale frequenza. Una di esse viene collegata alla corrente elettrica in modo da generare così un campo magnetico che induce l’altra spira a “risuonare”. Il risultato di questa risonanza magnetica sarà un invisibile trasferimento di energia elettrica attraverso l’aria, da una spira all’altra. Ad un automobile elettrica basterà passarci attraverso per ricaricarsi. Ovviamente sembra tutto molto semplice ma non lo è.

Per far sì che un sistema del genere funzioni, andrebbero ripensate completamente le strade. Un primo campo di applicazione potrebbero essere le autostrade, le strade extraurbane, quelle ad alta percorrenza, ma anche in questo caso andrebbe ricostruita l’intera rete. Secondo Shanhui Fan, professore associato di ingegneria elettrica alla Stanford University, «Lo sviluppo su larga scala [di questa tecnologia] potrebbe comportare il rimodernamento dell’intero sistema di autostrade e persino avere applicazioni che vanno oltre il trasporto». Una soluzione del genere dunque non è qualcosa di immediatamente applicabile, forse ci vorranno tre o quattro decenni prima che diventi una realtà.

Permettere alle auto di ricaricarsi durante il viaggio cambierebbe radicalmente lo scenario dello sviluppo dei veicoli elettrici. Questa soluzione pare essere talmente rivoluzionaria da poter dare una straordinaria accelerata al processo della diffusione di massa delle auto elettriche.

Il trasferimento “wireless” di energia elettrica non è una tecnologia particolarmente recente. In commercio esistono già, ad esempio, rasoi elettrici, spazzolini e altri piccoli apparecchi elettronici che - in un certo senso - funzionano allo stesso modo, che cioè riescono a ricaricare le proprie batterie per induzione, sfruttando proprio un campo magnetico. Nel 2007 alcuni ricercatori dell’MIT di Boston accesero una lampadina da 60 watt usando la stessa tecnologia ad accoppiamento per risonanza magnetica. Un esperimento che dimostrò come l’energia potesse essere trasferita tra due spirali distanti circa 1,8 metri nonostante tra di esse ci fossero vari ostacoli e persino esseri umani.  

Una precisazione comunque va fatta: solo gli oggetti sintonizzati su quella determinata frequenza risuonano. A tutti gli altri non accade nulla. Ma ne siamo del tutto sicuri?  L’esperimento dell’MIT non ebbe alcun impatto sulle persone che si trovavano tra le due spire – almeno non nell’immediato. A volte però gli effetti dell’esposizione a campi magnetici non sono visibili a breve termine. Quella della sicurezza dell’uomo è una questione davvero importante e perciò non va affatto tralasciata. Una rete autostradale intera coperta da un enorme campo magnetico, che tipo di effetti può avere sull’essere umano? Prima che queste innovative infrastrutture inizino ad essere realizzate è di estrema importanza che decine, centinaia, di test vengano realizzati. Non bisogna dimenticare che all’interno delle auto ci sono persone, la cui salute viene prima di tutto, persino prima di efficienti sistemi di trasporto.

Alcuni ricercatori dell’MIT hanno creato uno spin off universitario, una società che sta sviluppano una stazione di ricarica per auto elettriche in grado di trasferire energia elettrica (circa 4 kilowatt) in modalità wireless a veicoli in sosta in un garage. La sfida del professor Fan e dei suoi collaboratori, ora, è cercare di ampliare quest’applicazione della tecnologia, portando cioè il trasferimento a 10 kilowatt  su una distanza di circa 2 metri, cioè quanto basta per ricaricare un auto che viaggia sulle strade extraurbane. Il calcolo di distanza e quantità di energia trasferita è stato realizzato da Xiaofang Yu e Sunil Sandhu, due borsisti di Standford, basandosi su simulazioni matematiche.

L’applicazione del sistema sulle autostrade prevede l’inserimento di una serie spire sotto il manto autostradale ad una distanza di circa 2 metri l’una dall’altra e di un piano metallico sul fondale delle auto, in grado di risuonare sulla stessa frequenza delle spire man mano che i veicoli passano sopra di esse. In questo modo l’elettricità dovrebbe essere trasferita dalla rete elettrica all’auto in maniera continua e permettere quindi il caricamento delle batterie. L’asfalto delle strade, a quanto pare, non sarebbe un grosso problema per il campo magnetico, nonostante si trovi fisicamente tra il ripiano metallico e le spire, mentre l’ostacolo più importante potrebbe derivare dagli altri elementi metallici presenti sulle auto. Proprio per questo è stato necessario effettuare molti calcoli e sviluppare un modello matematico in grado di ideare il sistema di trasferimento ottimale, stimabile intorno al 97% di efficienza.

La tecnologia ideata dal prof. Fan, e già sottoposta ad una ufficiale richiesta di brevetto, ora si accinge ad essere perfezionata. Il prossimo step sarà verificare che non vada a configgere con le stesse operazioni di guida e con i controlli elettronici dell’auto. Anche il problema di garantire la salute degli esseri umani non è stato superato incoscientemente. Anzi. Sven Beiker, il direttore esecutivo del CARS (Center for Automotive Research at Stanford), ha dichiarato in proposito: «Abbiamo bisogno di capire al più presto se [la nostra tecnologia] può creare danni a persone, animali e parti elettroniche dell’auto o alle carte di credito che si trovano nei vostri portafogli ». Inoltre il team vuole anche assicurarsi che il restante 3% di inefficienza del sistema sia dovuto ad una dispersione di energia sotto forma di calore e non a una pericolosa radiazione.