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I miti da sfatare – Il nucleare

Maggio 3, 2019 Commenti (0) Ingegneria, Ingegneria Energetica, Reportage Tempo di Lettura: 10'

La Formula E: una finestra sulla mobilità del futuro

 

Auto elettriche: semplice alternativa alle auto tradizionali o rivoluzione in arrivo? Cercheremo di rispondere alla domanda in due articoli. In questo racconteremo di come la Formula E stia contribuendo attivamente allo sviluppo delle prossime generazioni di vetture elettriche stradali.

L’e-prix, uno spettacolo che entusiasma

Roma, 13 aprile 2019. Spalti del circuito cittadino dell’Eur.

Non si sente un grosso rombo quando passano. Il fischio del motore elettrico, di moderata intensità, viene parzialmente coperto dall’attrito con l’asfalto delle gomme, simili a quelle delle vetture stradali. Hanno 300 cavalli o poco più, non certo confrontabili con i 1100 di una vettura di Formula 1. Il telaio è identico per tutti, e l’aerodinamica è semplificata per contenere i costi. Insomma, non è un campionato da record. Eppure, la Formula E sta piacendo moltissimo: 35000 persone oggi hanno preso un biglietto, e altre 15000 hanno prenotato un posto in piedi per vedere questa gara. Se si pensa che 5 anni fa questa categoria non esisteva neanche, è naturale chiedersi a cosa sia dovuto questo successo immediato.

 

La famosa "nuvola", uno degli edifici simbolo della Roma moderna, ha ospitato molti eventi ed esposizioni il giorno della gara

La famosa “nuvola”, uno degli edifici simbolo della Roma moderna, ha ospitato molti eventi ed esposizioni il giorno della gara

I motivi dell’ascesa

La prima ragione del successo di questo sport è molto semplice: la Formula E è il campionato motoristico più combattuto al mondo. Nell’ultimo anno, dopo ben 7 gare disputate, nessun pilota è riuscito a vincere più di una volta; tutti i piloti partiti primi non sono mai riusciti a tagliare il traguardo nella stessa posizione. Insomma, lo spettacolo è garantito, e i colpi di scena non mancano mai.

La seconda ragione per cui l’audience sta aumentando costantemente è forse la più interessante. L’auto elettrica è poco diffusa, ma è ormai sulla bocca di tutti: c’è la curiosità di scoprire un mondo tutto nuovo, di vedere da vicino quella che potrebbe essere una rivoluzione imminente. Per rendersi conto che questo evento sta coinvolgendo tutti, basta guardarsi in giro: le strade attorno al circuito sono piene di bambini curiosi, ingegneri più curiosi dei bambini, papà che sorridono pensando a quanto il mondo è cambiato, fotografi, ragazzi e ragazze di tutte le età. Gente molto diversa, ma accomunata dalla voglia di informarsi, esplorare e toccare con mano.

Com’è fatta una monoposto elettrica?

La Formula E sta sicuramente contribuendo a creare un immaginario collettivo che, fino a pochi anni fa, non esisteva. Ma questo campionato ha solo lo scopo di vendere al meglio l’immagine della mobilità del futuro? Assolutamente no: le monoposto elettriche state concepite per favorire una sana competizione nella ricerca e nello sviluppo. Tutte le innovazioni sviluppate in questi anni, grazie a regolamenti che limitano fortemente i costi, potranno essere replicate con facilità anche sulle vetture elettriche da strada. Per capire meglio in cosa consiste lo sviluppo, vediamo nello specifico quali sono le componenti di maggiore interesse.

 

La monoposto del team BMW, esposta presso gli stand dell'e-prix di Roma

La monoposto del team BMW

Il pacco batterie

Partiamo dal cuore pulsante, le batterie a ioni di litio. In cinque anni di sviluppo la loro capacità è quasi raddoppiata, passando dagli iniziali 28 kWh agli attuali 54 kWh; per dare un’idea, è l’energia che una famiglia media consuma in 5 giorni. Nei primi anni le limitazioni tecnologiche rendevano necessario un cambio di vettura a metà gara, mentre adesso si riesce a percorrere l’intera distanza con un’unica vettura. I regolamenti impediscono ai singoli team uno sviluppo libero di questa componente; tutti montano lo stesso pacco batterie, studiato dalla McLaren Applied Technologies. A prima vista contraddittoria, la regola che impedisce lo sviluppo è in realtà molto intelligente. Le vetture stradali elettriche useranno queste tecnologie in futuro; dato che l’elettricità ha un costo, si cerca giustamente di promuovere l’efficienza, non l’immagazzinamento di grosse quantità di energia. Gli sforzi degli ingegneri si concentrano sulla qualità della gestione e del recupero dell’energia.

Nell’ottica della massima efficienza, assumono una grandissima importanza tre componenti che ogni team può progettare e sviluppare in autonomia: il motore elettrico, il sistema di recupero dell’energia in frenata e l’elettronica.

Spaccato delle batterie attualmente in uso in una vettura di Formula E. Il peso notevole (circa 385 Kg) e il posizionamento sul fondo della vettura permettono di abbassare il baricentro delle auto elettriche, migliorando la stabilità in curva.

La batteria utilizzata nel 2019. Il peso notevole (circa 385 Kg) e il posizionamento sul fondo della vettura permettono di abbassare il baricentro delle auto elettriche, migliorando la stabilità in curva.

Motore elettrico

Il motore elettrico ha il compito di trasformare l’energia elettrica erogata dalle batterie nel movimento da trasmettere alle ruote posteriori. La potenza massima erogabile attuale è limitata a 250 kW (equivalenti a 338 cavalli); questo perché, ai fini dello sviluppo delle auto di massa, potenze esagerate risulterebbero inutili ed eccessivamente costose. Il grandissimo vantaggio di un’auto elettrica è quello di avere un motore dotato di un rendimento superiore a quello di un qualsiasi motore termico. Il rendimento di una comune auto stradale a motore termico supera difficilmente il 25%; questo significa che solo un quarto dell’energia estratta dal combustibile viene effettivamente convertita in movimento (per approfondire guarda l’articolo sul ciclo otto). Una monoposto di Formula 1 può arrivare ad un rendimento del 50%, ma solo grazie a costi nell’ordine delle centinaia di milioni di euro; al contrario, il rendimento di una comunissima auto elettrica si aggira intorno al 95%.

KERS

Il Kinetic Energy Recovery System (o KERS) è un sistema che mette nuovamente a disposizione del motore elettrico l’energia cinetica persa durante una frenata. Un’auto convenzionale disperde questa energia producendo attrito tra le pinze e i freni e liberando quindi calore; in un’auto elettrica o ibrida, invece, l’energia viene riaccumulata attraverso un inverter nella batteria, per poi essere rilasciata in un secondo momento quando richiesta. Per regolamento, all’inizio della gara le batterie non possono avere più energia di quella che servirebbe per coprire l’80% della distanza da percorrere; questo significa che durante la gara percorre un quinto di distanza in più solamente grazie a questa tecnologia.

Primo piano di un disco e di una pinza dei freni Brembo usati nelle vetture di Formula E

I freni Brembo, utilizzati dalle vetture di ultima generazione

Elettronica

L’elettronica è essenziale nella gestione dell’energia; ogni vettura è dotata di una centralina che controlla e dimensiona istante per istante i flussi di energia tra motore, batteria, KERS e inverter. Il software è in grado anche di gestire le fasi di surriscaldamento (guarda il video qua sotto). Un software migliorato non ha costi di produzione più alti rispetto alle sue precedenti versioni; questo tipo di sviluppo tecnologico è quindi molto promettente per il futuro, e potrà essere facilmente replicato nelle vetture di serie.

 

I dubbi sull’elettrico: è davvero il futuro?

Il contributo che sta fornendo questo campionato è molto consistente; in pochi anni le vetture elettriche (stradali e non) sono migliorate moltissimo, sia dal punto di vista economico, sia da quello prestazionale; tuttavia, presentano ancora alcune problematiche. I tempi di ricarica sono lunghi, spesso le colonnine scarseggiano e, soprattutto, i costi sono ancora troppo alti. L’elettrificazione sembra un obiettivo ancora lontano in diversi paesi; sarà veramente attuabile su scala globale?

Si discute da molto tempo anche l’aspetto ecologico di un cambiamento simile. L’elettricità proviene spesso da fonti non rinnovabili; ha senso parlare di vetture a emissioni zero? Con i veicoli elettrici inquineremmo veramente di meno di quanto facciamo ora?

Approfondiremo la questione nel prossimo articolo, analizzando i vari aspetti della mobilità elettrica.

 

Fonti

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