Il Superuovo

L’ennesimo colpo da maestro di Musk ci spinge a chiederci come funzionino le auto elettriche

L’ennesimo colpo da maestro di Musk ci spinge a chiederci come funzionino le auto elettriche

Le auto elettriche sono diventate quasi una moda. Non è semplice però interpretare le informazioni che ci arrivano a riguardo. Come funzionano davvero queste auto?

Elon Musk al fianco di uno dei suoi veicoli (fonte: Elon Musk – Wikipedia)

Le auto elettriche esistono già da fine 800, ma solo da qualche tempo sono passate al centro dell’attenzione dell’opinione pubblica. Come molti di voi già sapranno, Elon Musk e Tesla sono stati la rivelazione di questi ultimi anni. Tra percentuali mai viste in borsa e prodotti eccentrici quasi quanto il loro creatore, cerchiamo di capire meglio ciò che sta dietro alle macchine di casa Musk.

La Norvegia apre i “Supercharger” a tutti

In questi giorni diversi articoli hanno riportato l’annuncio delle autorità norvegesi di rendere disponibili per tutti i supercharger di casa Musk. Questo in modo da permettere agli utenti Tesla di viaggiare in sicurezza, senza preoccuparsi dell’autonomia della macchina. Trovate uno di questi articoli al seguente link : https://www.tomshw.it/automotive/tesla-supercharger-aperti-a-tutti-dal-2022/. Ma in buona sostanza, cosa sono questi supercharger? Introdotti nel settembre 2012, sono i punti di ricarica per auto elettriche ad appannaggio esclusivo degli utenti Tesla. Sono presenti ormai in quasi tutti gli stati occidentali, Italia compresa, e la Germania sta cercando un accordo per sdoganarli e renderli utilizzabili da chiunque abbia un auto elettrica, che non necessariamente porti la firma di Musk. I supercharger promettono di effettuare una ricarica in circa 90 secondi. Nel ricaricare le auto utilizzano corrente continua (DC) alla tensione di 480 Volt. Se non avete particolari conoscenze sulle caratteristiche e i valori delle batterie utilizzate non preoccupatevi, continuate la lettura e vi sarà tutto più chiaro. Tornando ai supercharger, qualcuno li ha definiti “benzinai del futuro”. Questa definizione, forse un pochino pittoresca, è corretta ma imprecisa. Corretta perché, come quando vi recate dal benzinaio, non fate altro che attaccare la vostra auto tramite un grosso tubo alla colonnina. Nel caso classico all’interno del tubo scorre il carburante che proviene direttamente dalla cisterna del benzinaio, mentre nei supercharger all’interno del tubo vi è un vero e proprio ordito di fili che prendono la corrente elettrica dalla rete. Le cose cambiano però quando il carburante e la corrente arrivano all’interno del veicolo, ma questo lo vedremo nel prossimo paragrafo. Che i supercharger siano o meno i benzinai del futuro è per ora difficile da dire, certo è che se nei prossimi anni la crescita delle auto elettriche sarà esponenziale come molti prevedono, l’intera rete elettrica europea dovrà subire grosse modifiche. Basti pensare che se nel 2030 in Italia avremo rispettato le previsioni riguardo al numero di veicoli elettrici presenti sulle nostre strade, il fabbisogno di potenza elettrica nazionale andrà raddoppiato. Se è vero quindi che le auto elettriche hanno un’emissione su strada praticamente nulla, ciò a cui bisogna fare attenzione è non fare il passo più lungo della gamba. Se vogliamo seguire con coerenza quella che molti chiamano “la svolta dell’elettrico” dobbiamo farlo in modo coerente, impegnandoci specialmente nel coprire il fabbisogno di energia necessario con fonti rinnovabili. Ad oggi siamo ancora molto dipendenti dalle fonti fossili, e se domani di punto in bianco tutti usassimo auto elettriche la realtà è che il sistema non sarebbe in grado di ricaricare nemmeno la metà dei veicoli. Certo il lavoro visionario di Musk sta aiutando questa transizione così come ha aperto la strada verso Marte, ma bisogna sempre cercare di leggere le notizie con cognizione di causa e agire di conseguenza.

I supercharger di Tesla in Norvegia (fonte: articolo sopracitato)

Batteria o batteria?

Domanda senza senso forse, ma cerchiamo di contestualizzarla. Come molti già sapranno, in ogni macchina deve essere presente una batteria. Che sia una semplice batteria piombo acido o a ioni di litio come quelle Tesla, ogni veicolo ne ha una. La funzione che però esse hanno cambia di molto in base al tipo di motore. Prendiamo per primo il motore a combustione interna. Che sia alimentato a benzina, gasolio, GPL o cherosene nel caso degli aerei, il principio è lo stesso. All’interno della camera di combustione una scintilla incendia una piccola parte del combustibile e di ossigeno, presente nell’aria. Questo meccanismo aziona dei pistoni, meccanici non me ne vogliate ma non ho il tempo di entrare nei dettagli, che mettono in funzione il motore e in seguito le ruote. C’è quindi un passaggio da energia chimica, quella contenuta nel combustibile, a energia meccanica, che arriva dall’esplosione del carburante. E la batteria a che serve? La batteria serve per tutto quello che il motore non fa. Alimentare i fanali, le ventole per l’aria condizionata, la radio e diverse altre cose. La particolarità che forse non tutti sanno è che mentre la macchina è in moto, parte dell’energia ricavata dal combustibile viene usata per ricaricare la batteria. In breve motore e batteria si danno un aiuto reciproco. Allora ecco che si spiega il perché i vostri genitori vi dicevano sempre di non accendere la radio con la macchina spenta, così come di stare attenti a non lasciare il quadro o i fanali accesi. Se lo fate senza che il motore sia acceso e “ricarichi” la batteria nel mentre, questa finisce per “scaricarsi”. Uso le virgolette in quanto per fortuna non di solito non basta così poco per scaricare del tutto la batteria di un’auto, ma spesso e volentieri è sufficiente che il vicino di casa colleghi la propria batteria alla vostra con dei morsetti per dare quel poco di “spinta” necessaria a rimettere in moto il tutto. Ovviamente ogni volta in cui il motore “ricarica” la batteria, questa non torna mai al punto di partenza. Come la batteria del vostro pc o cellulare, dopo qualche anno ha bisogno di essere sostituita. Per chi sa di cosa sto parlando questa è una conseguenza del secondo principio della termodinamica, per chi non lo sa chiedo scusa e prometto di affrontarlo in modo più approfondito in futuro. Tornando alle batterie delle auto, vediamo ora il caso delle macchine elettriche. Che siano o meno a trazione integrale, nelle macchine elettriche non c’è passaggio da energia chimica a energia meccanica, ma direttamente da energia elettrica a energia meccanica. All’interno delle auto elettriche è presente un pacco batterie nettamente più potente di quello presente nella macchina a combustione interna. Uno dei componenti che più hanno fatto notizia nelle batterie di casa Musk è stato i cobalto. Metallo rarissimo e molto costoso, è usato in coppia con il litio nelle batterie di smartphone e auto per le sue elevate prestazioni. Tesla però ha annunciato di volersi distaccare dall’utilizzo di batterie al cobalto, proprio per diminuire l’impatto ambientale ma soprattutto etico dovuto alla sua estrazione. Come accennato prima quindi, il pacco batteria fornisce energia elettrica ai motori, che possono essere 2 o 4, che a loro volta trasformano l’energia elettrica in energia meccanica e fanno muovere le ruote dell’auto. Questo porta vantaggi dal punto di vista del controllo del veicolo e specialmente del comfort di guida. Il rendimento dei motori elettrici, ossia quanto riescono a convertire dell’energia che viene loro fornita, è di solito molto più alto di quello dei motori a combustione interna. Nonostante questo l’impatto per la costruzione delle batterie e per la loro ricarica viene diluito solo dopo anni di utilizzo, quindi di nuovo è importante stare molto attenti a considerare il quadro completo quando si tratta di auto e non soltanto le loro emissioni.

Tesla non è l’unica casa che produce auto elettriche e non fu nemmeno la prima. Il successo di Musk sta nell’aver unito l’elettrico all’eleganza e alla potenza di auto esclusive, unito ad un design elegante e sportivo (fonte: pexels)

Dove l’ingegneria chimica incontra l’energetica

Come avrete ormai intuito, la progettazione di una batteria e del suo sistema di ricarica non è cosa semplice. Basti pensare che poi tutto questo viene fatto ad hoc per un automobile per capire che la base di ingegneria dietro dev’essere non indifferente. Che Elon Musk sia un individuo geniale è ormai di dominio pubblico, ma lui stesso è il primo ad ammettere di passare le sue giornate immerso in equipe di ingegneri provenienti da ogni ambito. Lasciando da parte l’implementazione sulle auto, concentriamoci sulle batterie. L’ingegneria chimica, così come l’ingegneria energetica, prendono all’interno moltissimi ambiti diversi. Più propriamente bisogna dire che nella progettazione di batterie e accumulatori è coinvolta l’ingegneria elettrica, ma è spesso difficile riuscire a separare gli ambiti quando si lavora spalla a spalla. Tornando a noi: l’ingegneria chimica è fondamentale quando si parla di materiali. Che siano conduttori, magneti o superconduttori, molti materiali sono sperimentati e migliorati anche con l’aiuto degli ingegneri chimici. Uno dei problemi fondamentali nel progettare le batterie è trovare un modo efficace di accumulare l’energia. Questo perché per sua natura l’energia tende a disperdersi, e nel corso degli anni gli ingegneri elettrici hanno dovuto inventarsi di tutto e di più per portare la corrente elettrica a grandi distanze con le minime perdite. Se già è difficile creare linee in cui la corrente corre alla velocità della luce, provate a immaginare quanto sia difficile progettare dei sistemi che la tengano ferma in una scatola, per così dire. Esistono diversi tipi di accumulatori. Quelli più famosi, che noi vediamo tutti i giorni, sono le batterie ricaricabili. Queste immagazzinano energia elettrochimica, sostanzialmente contenuta negli ioni all’interno della batteria. Un esempio sono le batterie agli ioni di litio. Un secondo tipo di accumulatori sono quelli elettrostatici. In particolare negli ultimi anni si sta studiando il funzionamento dei supercondensatori. Questi componenti sono in grado di accumulare una grande quantità di carica elettrica per poi rilasciarla quando richiesto. In seguito vi è l’accumulo elettromagnetico, ma anche l’accumulo criogenico e diversi altri similari. In buona sostanza, se già l’ingegneria è complessa e ricca, quando due branche si incontrano per lavorare assieme il risultato lo è ancora di più. Le scoperte scientifiche degli ultimi 100 anni hanno fatto progredire la razza umana in maniera esponenziale. Per questo motivo è necessario che l’ingegneria galoppi di pari passo e che ci conduca verso un futuro migliore. La ricerca di nuovi materiali e procedimenti elettrochimici è sotto gli occhi di molte università di tutto il mondo. Nonostante questo i combustibili non saranno mai completamente sostituiti ed è quindi altrettanto importante cercare di neutralizzare le emissioni e ottimizzare il rendimento dei processi. Un mondo che progredisce non è un mondo in cui si fa a meno di tutto quello che inquina, è un mondo in cui si hanno le conoscenze per far sì che quello che inquina non abbia alcun impatto sul nostro meraviglioso pianeta.

Tutte le fonti di energia, in modo diretto o indiretto, dipendono dal sole. Il solare ne è l’esempio più classico ed è forse quello in cui più c’è bisogno di accumulatori efficienti e a lunga durata (fonte: pexels)

 

E tu che ne pensi? Faccelo sapere!

Questo sito usa Akismet per ridurre lo spam. Scopri come i tuoi dati vengono elaborati.

%d blogger hanno fatto clic su Mi Piace per questo: