I veicoli con motore elettrico di oggi affermano di essere una soluzione sostenibile per preservare l’ambiente, ma non è proprio così. Le batterie agli ioni di litio ampiamente utilizzate oggi sono costruite con materie prime difficili da reperire, costose o che pongono maggiori problemi ambientali. Allo stesso tempo, i motori elettrici utilizzano materiali di terre rare per i magneti permanenti, che sono ugualmente costosi e difficili da trovare.
Sbarazzarsi di quei materiali per rendere i veicoli elettrici più sostenibili non è un compito facile. I ricercatori lavorano duramente per sviluppare batterie che non utilizzino nichel, cobalto o litio. Probabilmente il miglior risultato di questa lotta sono le batterie LFP che anche Tesla ha iniziato a utilizzare. Certo, non hanno un’elevata densità di energia come le loro controparti ternarie, ma possono adattarsi salvando la Terra nel processo.
Quando si tratta del motore elettrico, siamo ancora molto indietro. Ci sono soluzioni per evitare i materiali delle terre rare come il neodimio, il samario e il disprosio usati oggi per i magneti permanenti. I motori sincroni a riluttanza funzionano senza magneti permanenti. Tuttavia, non sono molto buoni per nient’altro che pompe e ventole, mancano di potenza e coppia. Un ragazzo di 17 anni potrebbe avere una soluzione per migliorare questo tipo di motore al punto da poterlo utilizzare nei veicoli elettrici.
Motore elettrico: la soluzione dell’inventore di 17 anni
L’adolescente Robert Sansone è un inventore con sede a Fort Pierce, in Florida, con oltre 60 progetti di ingegneria completati all’età di 17 anni. Il suo lavoro include di tutto, dalle mani animatroniche agli stivali da corsa ad alta velocità e ai go-kart. Ora sta lavorando con passione per migliorare il motore elettrico. In particolare, il motore sincrono a riluttanza, che può funzionare senza magneti in terre rare.
I motori sincroni a riluttanza utilizzano un rotore in acciaio con traferri tagliati al suo interno. Ruota con il campo magnetico generato dallo statore. Maggiore è il rapporto di salienza, o la differenza di magnetismo tra i materiali (in questo caso, l’acciaio e i traferri non magnetici), maggiore è la coppia che genera. È qui che interviene il genio di Sansone, sostituendo i traferri con un campo magnetico secondario. Il suo design comprende più componenti, ma i dettagli sono segreti fino a quando l’adolescente non brevetta la tecnologia.
Dopo più di un anno di lavoro, Sansone ha creato un prototipo funzionante di un motore sincrono a riluttanza migliorato con coppia ed efficienza significativamente maggiori rispetto a quelli esistenti. In mancanza di risorse, Robert ha utilizzato plastica stampata in 3D per costruire il suo prototipo di motore. Ha dovuto buttare via molti scarti prima di arrivare a quello che ha dimostrato la sua teoria.
“Una volta che ho avuto questa idea iniziale, ho dovuto fare un po’ di prototipazione per provare a vedere se quel progetto avrebbe funzionato davvero“, ha detto Sansone allo Smithsonian Magazine. “Non ho tonnellate di risorse per realizzare motori molto avanzati, quindi ho dovuto realizzare una versione più piccola, un modello in scala, utilizzando una stampante 3D. Ogni volta che un motore si guastava, dovevo fare un sacco di ricerche e cercare di risolvere ciò che andava storto. Ma alla fine, con il 15° motore, sono riuscito a ottenere un prototipo funzionante”.
Sansone ha scoperto che il suo design consente una coppia maggiore del 39% e un’efficienza maggiore del 31% a 300 giri al minuto. A 750 giri/min, ha ottenuto il 37% di efficienza in più. Non ha potuto testare il suo motore oltre questa velocità perché i pezzi di plastica si sarebbero surriscaldati. Per darti un’idea, i motori dei moderni veicoli elettrici ruotano a più di 15.000 giri al minuto.
Per la sua invenzione, Sansone ha vinto il primo premio e 75.000 dollari alla Regeneron International Science and Engineering Fair (ISEF), la più grande competizione internazionale STEM delle scuole superiori. Robert lavora ora al suo sedicesimo prototipo, costruito con materiali più robusti in modo da poterlo testare a regimi più elevati. Se la sua invenzione avrà successo a velocità più elevate, intende procedere con la brevettazione.