La nuova tecnologia porterà maggiore affidabilità ed efficienza
Quale è il limite dell’innovazione tecnologica nel mondo automotive? A questa domanda è difficile dare una risposta, ma qualche considerazione possiamo farla anche osservando il passato. L’invenzione della lampada a incandescenza risale al 1880. Quando fu brevettata in pochi pensavano che questa invenzione sarebbe sopravvissuta per più di cento anni, fino al 21° secolo. Solo il brevetto del 2014, il filamento a led, ha definitivamente messo in soffitta la lampadina, dopo ben 134 anni.
Quale è stata la causa di questa longevità? Semplice: nessuno aveva visto il potenziale mercato per il led, ma quando agli inizi del 2000 entrarono in commercio le lampadine a gas fluorescente compatte (FCL), ci si rese conto che esisteva un mercato per lampadine con un costo maggiore per rispondere all’esigenza di illuminazione a basso consumo energetico. Fu il mercato che risvegliò la ricerca, che oltretutto fruttò il premio Nobel ai tre ricercatori giapponesi Isamu Akasaki, Hiroshi Amano e Shuji Nakamura per l’invenzione dei led blu.
Stesso discorso per le batterie al litio. Le proprietà di questo metallo erano note dall’inizio del ‘900, ma nessuno si era sognato di scalzare le batterie al piombo usando il litio, un metallo reattivo e litigioso con l’acqua. Ma quando si concretizzò il mercato della telefonia mobile, ecco che furono realizzate le batterie al litio. Così fu per le celle fotovoltaiche e l’elettronica di potenza, che hanno vissuto negli ultimi venti anni uno sviluppo tecnologico impressionante, per inseguire il mercato dell’energia rinnovabile, consentendo allo stesso tempo aumento di efficienza e riduzione del costo.
È chiaro, dunque: è il mercato che risveglia la ricerca e lo sviluppo delle tecnologie. Nel corso del 2019 abbiamo letto decine di commenti, confronti vari e tante fake news nel tentativo di paragone tra l’auto elettrica e l’auto a gasolio. Si tratta di un confronto privo di visione prospettica: l’auto a gasolio ha espresso già il suo potenziale di sviluppo tecnologico per ridurre le emissioni e i costi: sono circa dieci anni che il miglioramento di questi propulsori è con il contagocce, e dall’invenzione del common-rail non c’è stato un significativo salto tecnologico, salvo scoprire qualche “trucchetto” in fase di test.
La mobilità elettrica invece ha di fronte a sé almeno venti anni di sviluppo galoppante. Nel paragone di due tecnologie è bene dare sempre maggiore credito a quella più recente, perché c’è da mettere in conto il margine di miglioramento correlato alla crescita del mercato.
Al centro dello sviluppo tecnologico delle auto elettriche c’è certamente la batteria. Le batterie – come le celle fotovoltaiche – producono corrente continua ma, per poter muovere un motore o alimentare la rete di distribuzione, la corrente deve essere trasformata in corrente alternata: questo mestiere lo fa l’elettronica di potenza, l’inverter. La frequenza della corrente alternata prodotta è di 50 Hertz se vogliamo alimentare la rete, ma nell’auto elettrica la frequenza dipende dal regime di rotazione richiesto al motore. Essendo solitamente il motore a presa diretta con le ruote, serve un inverter a frequenza variabile e con un ampio campo di escursione. L’inverter in un’auto non solo ha un funzionamento più complesso, ma è sollecitato da fattori termici, dalle vibrazioni e dall’accelerazione e decelerazione. Infine, dall’erogazione di corrente a dall’assorbimento in fase di frenata elettrica.
Il problema tecnico dell’affidabilità ha mosso la ricerca. Alcune aziende di primo livello hanno investito oltre un miliardo di euro nella tecnologia dei semiconduttori a carburo di silicio, utilizzati proprio nell’elettronica di potenza.
Il carburo di silicio (SiC), rispetto al tradizionale semiconduttore al silicio (Si), presenta dei vantaggi funzionali rilevanti. È meccanicamente più resistente, duro quanto il diamante, ma soprattutto refrattario all’alta temperatura, ha basse perdite per conduzione e commutazione, conduce bene il calore e ha bassa dilatazione termica. Oltre a tutto ciò, ha un potenziale nella ingegnerizzazione del processo produttivo su larga scala che consentirà di avvicinarsi al costo dei semiconduttori al silicio tradizionali.
Secondo numerosi scienziati, a breve, il carburo di silicio sarà il componente utilizzato più sui sistemi automotive, in quanto offre un miglioramento in affidabilità è un guadagno netto di circa il 6% di efficienza. È una svolta tecnologica? Forse no o forse sì: di sicuro è un altro esempio di come il mercato richiama menti ed investimenti nella ricerca e, anche stavolta, il risultato potrebbe essere oltre le attese.
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