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L’ELETTRICITA’ PER MUOVERCI
Un pò di tecnologia applicata alla mobilità. Davvero basta sapere che “un’auto elettrica va a corrente”?
La rivoluzione Green applicata al campo della mobilità ha, quasi definitivamente, intrapreso la strada dell’elettrico. Probabilmente priva del fascino di un motore a scoppio, dato dalla complessità dei componenti e dal sapore decisamente artigianale dei meccanismi , la motorizzazione elettrica appare più essenziale ma allo stesso tempo più… “impenetrabile”. Proviamo a smentire questa sensazione, partendo dalle basi dell’elettromagnetismo.
IL MOTORE ELETTRICO
Se una corrente elettrica induce un campo magnetico, siamo in grado di poter influenzare il movimento…di una bussola. L’ago magnetico della bussola indica il N (posto che ci troviamo nell’emisfero Boreale..), poichè viene attratto in quella direzione dal magnetismo della Terra. In determinate condizioni, possiamo influenzare il movimento dell’ago magnetico facendolo attrarre dal magnetismo generato da un campo elettrico. Intuiamo che l fenomeno dell’induzione elettromagnetica è utilizzabile per generare una forza motrice: nasce così l’idea di MOTORE ELETTRICO!
Esistono tipi diversi di motore elettrico, formati da tanti componenti, 3 dei quali imprescindibili:
Il principio di FUNZIONAMENTO è semplice: all’avvolgimento rotorico alloggiato nello statore magnetico viene applicata una corrente continua, ciò fa si che si inneschi una forza per effetto dell’azione congiunta di campo elettrico e magnetico. Si è in presenza di una coppia di forze che crea una rotazione intorno all’asse del rotore. La coppia motrice è continua grazie alla presenza del collettore che ne commuta il verso. Ecco cosa succede:
Questi principi guidano il funzionamento dei motori elettrici . Ovviamente la tecnologia non si ferma qui ma esistono diversi sviluppi, ad esempio quelli connessi al funzionamento a corrente alternata che prevede l’utilizzo di motori sincroni a magneti permanenti, asincroni monofase e trifase, ecc. Il principio rimane immutato, vediamo come si applica ad un veicolo facendo l’esempio di un automobile elettrica.
AUTOMOBILI ELETTRICHE
Iniziamo col dire che il motore di un automobile elettrica è alimentato da una BATTERIA , la quale fornisce per sua natura una corrente continua (DC). I veicoli necessitano di motori a corrente alternata (AC), per cui un ‘altra delle componenti fondamentali è l’INVERTER che è in grado di attuare la conversione DC-AC. Il motore vero è proprio può essere sincrono o asincrono (dipende dalla filosofia del costruttore), ma i componenti principali ed il loro funzionamento sono sempre quelli: STATORE/ROTORE.
Vediamo un’automobile elettrica da vicino. Grazie ad Ed China di Wheeler Dealers, vediamo l’equipaggiamento di una Maserati Biturbo fully electric! Sì, perchè qualunque vettura può essere riconvertita all’elettrico, con buona pace dei puristi…! Meno emissioni,e meno consumi…
La tecnologia si evolve, migliorando sempre di più. Quello dei veicoli elettrici è un settore in gran fermento, in quanto è il principale candidato a garantire la mobilità a livello globale. Esistono ancora aspetti da migliorare e sviluppare, in primis riguardanti le batterie (necessità riguardanti lo smaltimento, si punta al completo riciclo dei materiali componenti; la durata, connessa all’autonomia di percorrenza; la velocità di ricarica…), ma la strada è intrapresa. Basti guardare, attorno ai principi appena analizzati, quali prototipi si arrivi a sviluppare. Mi riferisco, ad esempio, al prototipo che ha battuto il record cronometrato alla Pikes Peak, celeberrima gara in salita che si disputa una volta all’anno sulle Rocky Mountains, Colorado-US.
IL PRESENTE É HYBRID
Ce n’è abbastanza per incuriosirci. Ma la scelta di acquistare un veicolo a motorizzazione elettrica non è un’operazione immediata, l’offerta sul mercato è molto variegata ed orientata ad un approccio “soft” con l’elettricità a motore: l’ibrido. I veicoli ibridi integrano i vantaggi delle due motorizzazioni, elettrica e endotermica, e ne esistono differenti gradazioni. Con il Mild Hybrid (MHEV), il sistema prevede che un piccolo motore elettrico collegato al propulsore endotermico sostenga quest’ultimo all’accensione, alle basse velocità, e in accelerazione. Il sistema lavora sfruttando un impianto elettrico supplementare e recupera energia in fase di frenata caricando una piccola batteria. Questa soluzione è caratterizzata da dimensioni e pesi ridotti, riduce consumi ed emissioni pur non essendo incisiva da questo punto di vista; più che altro (il mercato è furbo e comprensivo) garantisce i vantaggi come l’accesso a zone a traffico limitato, l’esenzione dal bollo o il parcheggio gratuito nelle strisce blu.
Nel Full-hybrid (HEV), il motore elettrico è collegato alle ruote e può lavorare da solo muovendo l’auto per pochi chilometri, oppure più spesso in coppia con il motore termico. Il sistema consente una maggiore riduzione di consumi ed emissioni ed è la soluzione ideale per chi viaggia molto in città, dove sono frequenti stop&go e velocità ridotte, ma pesa di più (anche a causa della batteria più voluminosa).
Infine il Plug-in Hybrid (PHEV), ultimo step prima della propulsione Full-electric (EV), è un ibrido con motore e batteria più potenti, dotato di presa per la ricarica, che può viaggiare in modalità solo elettrica per tratti abbastanza lunghi. Necessario installare una wallbox per la ricarica in garage e di fruire delle (purtroppo, ancora poche) colonnine sul territorio.
FOCUS: L’IMPORTANZA DELLE BATTERIE/ACCUMULATORI
É il punto fondamentale da cui dipende il discorso, avviato nell’incipit, sulla associazione fra sostenibilità e mobilità elettrica. L’idea è che, sostituendo il carburante fossile che alimenta il motore endotermico, si produca meno inquinamento atmosferico: questa rimane assolutamente vero! Tuttavaia, far sì la mobilità elettrica arrivi a basarsi su risorse comparabili al fossile (poichè rare e/o inquinanti in quanto difficili da smaltire) sarebbe un ulteriore e più grave errore.. Questa partita si gioca sulle tecnologie di accumulo e stoccaggio dell’energia elettrica. In altre parole, il successo della transizione ad una mobilità realmente sostenibile dipende dalle batterie!
Il meccanismo di funzionamento di qualunque batteria elettrica ricalca quello della Pila di Volta, in seguito ottimizzato nella conformazione della pila Daniell.
La pila può, dunque, essere intesa come una “differenza di potenziale portatile“, in grado di alimentare un circuito elettrico. Ma non solo: gli accumulatori (o batterie ricaricabili), sono batterie in cui la carica può essere completamente ristabilita mediante l’applicazione di adeguata energia elettrica. Esse fanno parte dei 10 diversi modi di stoccare l’energia elettrica finora sperimentati:
I sistemi utilizzati per stoccare l’energia di ricarica dei veicoli elettrici riguarda batterie/accumulatori agli ioni di Litio (Li-ion) e ai polimeri di Litio, cioè due tipologie di batterie chimiche in grado di offrire una densità energetica molto alta (rispetto, dunque, al loro peso) e prive di “effetto memoria” nell’operazione di ricarica.
L’importanza di questi componenti è cruciale, poichè da essi (nello specifico dall’efficacia della progettazione del loro Life Cycle Assessment) non dipenderà unicamente una mobilità sostenibile, ma anche la produzione di energia rinnovabile e pulita. Come sappiamo infatti, la disponibilità di fonti come il solare, l’eolico e l’idroelettrico sono illimitate, ma è fondamentale provvedere all’esigenza di stoccaggio dell’energia prodotta tenendo conto della temporalità della stessa. Emblematico è il caso dell’eolico, la cui produzione energia elettrica è, giocoforza, intermittente perchè legata all’azione del vento e và, pertanto, incamerata quando si presenta, sia a scala domestica che industriale.
Dunque è fondamentale programmare bene su quale tecnologia investire e basare la produzione globale, affinchè si minimizzino gli impatti ecologici ed economici, senza ricadere negli errori del passato! Purtroppo, la batteria perfetta ancora non esiste!
Le batterie Li-ion non durano decenni e non riescono a conservare energia per molto tempo. Per poter accumulare più energia, contengono composti molto reattivi, che però tendono a degradarne l’efficienza. Inoltre si surriscaldano durante la fase di carica, con evidenti problemi di sicurezza: tanto che le batterie al litio devono essere abbinate a
chip elettronici che monitorano temperatura e parametri elettrici, per evitare surriscaldamento e corto circuiti.
Il Litio ha anche problemi di costo e di materiali. Infatti è una risorsa concentrata in pochi Paesi: l’Australia è il maggior produttore mondiale, seguito da Cile e Cina. Le maggiori riserve sono in Argentina e in Bolivia. Dunque, il mercato è concentrato in poche mani che determinano prezzo e disponibilità. Molti, facendo leva su queste problematiche, contrappongono alla mobilità elettrica quella ad idrogeno: ma anche in quel caso i processi di elettrolisi (se ottenessimo H scindendo le molecole dall’acqua utilizzando l’energia elettrica) comporterebbero costi in termini di risorse: i rarissimi Iridio e Platino che catalizzano il processo.
La tecnologia al Litio resta la più efficiente, ed ulteriori e definitive speranze per un mondo più sostenibile sono connesse alla prospettiva di riciclo delle batterie esauste. Sarebbe fondamentale per non lasciare che il mondo futuro risulti invaso da RAEE!