Auto elettriche, il futuro della ricarica è wireless e nelle strade

La ricarica wireless delle batterie ha il potenziale di reimmaginare il modo in cui pensiamo all’alimentazione dei veicoli elettrici. Ecco quali vantaggi offre elettrificare le strade e quali sfide devono affrontare le imprese del settore

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La ricarica wireless potrebbe alimentare le auto elettriche, mentre viaggiano, attraverso strade elettrificate. L’idea potrebbe convincere anche gli scettici che, oggi temono di non incontrare colonnine elettriche lungo il loro itinerario e soffrono di “ansia da ricarica”, a comprare un’auto elettrica.

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Strade elettrificate per combattere l’ansia da ricarica

Quando si guida un veicolo elettrico, la situazione può essere ancora più snervante di quando l’automobilista non trova una stazione di servizio per la sua auto a motore endotermico.

I caricabatterie possono infatti essere difficili da trovare in alcuni luoghi, soprattutto nell’Italia del Sud, e, quando si trovano, non risultano sempre funzionanti oppure può servire molto tempo per ricaricare la batteria.

“L’arena del futuro è una sperimentazione estremamente interessante, e sicuramente affascinante, che in linea teorica potrebbe trasformare le nostre strade in piste polystil facendoci dimenticare la fase di ricarica“, commenta Daniele Invernizzi, presidente Fondazione eV-Now!, fondatore del Tesla Owners Italia, “Ma, appunto, teoricamente“.

Ecco lo stato di questa nuova tecnologia, quali vantaggi offre elettrificare le strade e quali criticità bisogna superare. Questa tecnologia mette inoltre in discussione il modello di business dominante e il modo in cui facciamo rifornimento di carburante.

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Autostrade elettrificate: le auto elettriche si ricaricano strada facendo

Tutto potrebbe cambiare in ambito automotive, se l’auto elettrica non dovesse più andare a caccia di una stazione di ricarica, ma potesse semplicemente cambiare corsia per ricaricarsi come in una pista polystil.

Quando la batteria è scarica, un giorno potrebbe essere sufficiente mettere la freccia e spostarsi sull’apposita corsia per ricaricarsi in modalità wireless.

La ricarica wireless di un veicolo elettrico sembra oggi fantascienza, soprattutto se si pensa a un’auto elettrica che si ricarica mentre è in movimento. Invece la tecnologia che potrebbe rendere una ricarica wireless possibile, strada facendo, esiste ed è in fase di sperimentazione sulle autostrade di tutto il mondo.

La bobina viene posizionata sotto il manto stradale, mentre sotto il veicolo c’è una ricarica secondaria, quindi tutto rimane totalmente invisibile sulle strade. Ma in realtà è tutto un po’ più complicato.

“Sotto il profilo tecnologico, mentre le piste polystil utilizzano la ricarica conduttiva a contatto con le spazzole, il trasferimento di energia del sistema in oggetto è wireless, ed oltre a richiedere tanta tecnologia richiede tanto ‘materiale’: cavi di potenza, cavi digitali, bobine, trasformatori e antenne, per citare i principali”, spiega Daniele Invernizzi: “Ecco dunque che la tecnologia wireless di ricarica delle batterie oltre ad avere un ostacolo fisico che si traduce in un ostacolo economico, vede oggi una sfida ancora più grande: l’enorme, continuo ed incessante sviluppo delle batterie”.

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La proposta dell’azienda israeliana Electreon

L’anno scorso Electreon ha installato la sua tecnologia nell’ambito di un test su un tratto di strada a Detroit. “La ricarica wireless di un’auto in movimento potrebbe eliminare lo stress da autonomia che i conducenti di veicoli elettrici possono provare nei confronti delle batterie delle loro auto elettriche”, illustra Stefan Tongur, vicepresidente dello sviluppo commerciale negli Stati Uniti di Electreon, azienda israeliana che sta studiando un modo per ricaricare in modalità wireless i veicoli elettrici durante la guida, inserendo bobine di rame sotto l’asfalto.

Se si caricano questi veicoli in modalità wireless con una rete elettrica sottostante, si supera la cosiddetta “range anxiety” e si è in grado di caricare più veicoli, orchestrando la ricarica in modo naturale con il veicolo, come se l’infrastruttura e il veicolo dialogassero senza soluzione di continuità. Tutto ciò è possibile grazie alla ricarica induttiva. E, sebbene i veicoli elettrici siano molto più grandi degli smartphone o degli auricolari, la tecnologia delle batterie è essenzialmente la stessa.

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I vantaggi

L’azienda israeliana Electreon, impegnata da anni nello sviluppo e nell’adozione della ricarica wireless, ha stretto accordi in Giappone per esplorare, insieme a Toyota e Denso, l’applicazione di questa tecnologia sulle auto ibride ed elettriche.

L’accordo punta a portare su strada un’auto dotata di ricevitore di corrente senza fili nei prossimi anni. Ma il kit di ricarica wireless potrebbe debuttare anche in un secondo momento, in fase post vendita, fra gli accessori targati Toyota, con un’integrazione invisibile rispetto all’uso quotidiano dell’auto.

Secondo il vendor, questa tecnologia aiuterà ad azzerare le operazioni di ricarica, ma permetterà anche di ridimensionarele batterie sulle nuove auto, riducendo così anche l’impatto ambientale. Questa tecnologia potrebbe inoltre consentire la ridistribuzione della domanda di energia in maniera più uniforme, minimizzando il carico sulla rete e semplificando l’adozione di energie rinnovabili.

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Auto elettriche su strade elettrificate: come smartphone in un futuro senza cavi

Oggi gli utenti consumer percepiscono confusione sugli standard per le spine di ricarica. Ma con la ricarica wireless, in pratica, si elimina la spina e l’energia fluisce attraverso un campo magnetico. La tecnologia potrebbe essere implementata nel giardino di casa o in un parcheggio. In sostanza, si parcheggia e quando l’auto ha bisogno di ricaricare, può iniziare una sessione di ricarica.

L’industria automobilistica sta già pensando a un futuro senza cavi per i veicoli elettrici, almeno quando sono parcheggiati.

Un’altra lamentela che affligge il settore della ricarica dei veicoli elettrici riguarda la pesantezza e scomodità da maneggiare dei cavi, soprattutto per utenti disabili o guidatori anziani. In caso di veicoli a guida autonoma, manca perfino il conducente per collegare i cavi e ricaricarli al deposito.

Il fattore convenienza inoltre è importante, ma, secondo Stefan Tongur di Electreon, la ricarica wireless non è solo economica, ma ha il potenziale per rimodellare il modo in cui pensiamo all’alimentazione dei veicoli elettrici.

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Batterie di veicoli elettrici: le criticità da superare

Usare la benzina o il diesel è relativamente semplice. Si riempie il serbatoio, il carburante si mescola con l’aria, il motore si accende e l’energia muove i pistoni, fino a far girare le ruote del veicolo.

Ma le batterie agli ioni di litio, presenti nei veicoli elettrici e negli smartphone, producono elettricità senza emissioni per alimentare il motore del veicolo elettrico.

Per immagazzinare e rilasciare quantità di energia paragonabili a quelle della benzina o del diesel, i veicoli elettrici hanno bisogno di batterie molto grandi e pesanti. Maggiore è l’accumulo di energia necessario, maggiore è l’autonomia. Tanto più grande è la batteria, quanto più lunga è la ricarica.

Anche se riuscissimo a ricaricare le batterie del veicolo elettrico molto velocemente, ogni volta che ci si ferma per la ricarica, viene improvvisamente richiesta una potenza elevata.

Tuttavia “se procediamo di questo passo, entro pochi anni la densità energetica ed il costo per Wh delle batterie avrà ampiamente superato il gap con i carburanti tradizionali”, avverte Daniele Invernizzi: “a mano a mano che si svilupperanno le capacità di accumulo, avremo però anche caricatori a cavo sempre più potenti e autonomie sempre maggiori, tali da rendere la ricarica wireless già opzionale più che protagonista“.

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Lo scenario Usa

I produttori di veicoli elettrici e il governo degli Stati Uniti stanno lavorando alla costruzione di una rete di stazioni di ricarica rapida nel Paese.

Le cosiddette stazioni di ricarica rapida di livello 3 o DC, come i Supercharger di Tesla nelle aree di servizio autostradali, sono piloni bianchi con un grande buco rosso al centro: utilizzano una tensione molto elevata per ricaricare le batterie in 30-45 minuti. Poi ci sono i caricabatterie di livello 2, più comuni. Molti proprietari di veicoli elettrici li hanno installati nei loro garage e funzionano molto più lentamente. Possono impiegare anche ore per ricaricare la batteria di un’auto. Sono molto meno onerosi per la rete elettrica, ma Regan Zane, direttore del Center for Advancing Sustainability attraverso il Powered Infrastructure for Roadway Electrification (Aspire), sostiene che non sono utili per tutti i veicoli che potrebbero diventare elettrici nei prossimi anni.

Altra problematica da non sottovalutare riguarda i camion. Un grattacielo in una grande città richiede alcuni megawatt di energia per il suo funzionamento. Analogamente, un camion richiede diversi megawatt per una ricarica rapida, in circa 20 o 30 minuti. Un’area di sosta con 15 o 20 camion in ricarica, alla volta, potrebbe generare criticità importanti.

Inoltre, più si caricano velocemente le batterie agli ioni di litio, più velocemente si consumano. Zane sostiene che ricaricare le batterie dei veicoli elettrici un po’ alla volta con la ricarica wireless potrebbe aiutarli a mantenere una carica maggiore più a lungo. Come afferma Stefan Tongur di Electreon, bisogna ripensare il modo in cui affrontiamo il rifornimento dei nostri veicoli.

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Come funziona la tecnologia

Trasformare le strade in risorse di ricarica potrebbe diventare la strada giusta per affrontare queste sfide legate alle criticità delle batterie elettriche.

Secondo Tongur, sarebbe relativamente facile ricaricare un’auto elettrica in movimento con alcune implementazioni sotto la carreggiata.

Si tratta di una bobina di rame racchiusa in un materiale di gomma. Quando si fresa e si rifà il manto stradale, basta posizionare le bobine in modo da non danneggiarle quando si passa.

Tongur afferma che Electreon vuole essere in grado di dotare i veicoli elettrici di un ricevitore di ricarica wireless a un prezzo superiore al migliaio di dollari. L’obiettivo per l’installazione del sistema di ricarica stradale consiste nell’abbassare il costo a circa 1,2 milioni di dollari per chilometro.

Per fare un confronto, l’Amministrazione federale delle autostrade stima che il rifacimento di una corsia di un’autostrada interstatale urbana costi circa 787.000 dollari per miglio.

L’installazione dei caricabatterie richiederebbe lo smantellamento della strada e l’installazione delle bobine prima della stesura dell’asfalto. Ma, secondo Tongur, potrebbe avvenire nell’ambito della manutenzione stradale ordinaria.

In fase di progetto di costruzione stradale esistente, si tratta di un costo incrementale perché si portano già le attrezzature per la fresatura e il rifacimento del manto stradale. Basta andare un po’ più in profondità e inserire le bobine nelle unità di gestione.

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Le sperimentazioni

Electreon ha già installato questi sistemi di alimentazione sotto strade attive in diversi Paesi come progetti pilota, compreso il suo primo progetto su strade pubbliche negli Stati Uniti, nel quartiere Corktown di Detroit, dove sta testando la tecnologia in collaborazione con il Dipartimento dei Trasporti del Michigan.

Secondo Tongur, una volta che il sistema sarà operativo, ogni bobina si spegnerà e si accenderà automaticamente quando i veicoli dotati di un ricevitore compatibile passeranno sopra di essa. Funziona come il caricabatterie MagSafe per iPhone, uno di quei cavi che funzionano attraverso un disco magnetico attaccato al retro del telefono, ma senza cavo, e può attivarsi rapidamente.

Il sistema funzionerebbe bene anche per le strade in cui i veicoli si muovono più lentamente o addirittura al minimo, come gli incroci trafficati delle strade urbane o quando i taxi aspettano il loro turno in un aeroporto o ancora nelle strade molto trafficate.

Poiché le bobine si spengono e si accendono quando le auto vi passano sopra, si garantisce la sicurezza perché non generano continuamente campi elettrici che potrebbero danneggiare persone o animali.

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Il modello di business

Il business model prevede che si addebiterà solo quanta ricarica si sfrutta su ogni strada. Ma funzionerà solo se si è identificati come utenti autorizzati, altrimenti il sistema non si potrà nemmeno attivare.

Il progetto pilota di Detroit potrebbe contribuire a spianare la strada in Michigan e oltre, aiutando tutti gli attori, compresi gli enti governativi e le aziende elettriche, a costruire un quadro per le future strade elettriche che servano meglio tutti, dagli automobilisti alla rete stessa.

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I problemi da risolvere

Un veicolo meno pesante, per spostarsi, richiederebbe meno energia per chilometro. Veicoli elettrici con batterie più piccole potrebbero invece costare prezzi più abbordabili, a quota 10 mila o 15 mila dollari.

Magnus Vold, direttore commerciale di ENRX, un’azienda norvegese che sviluppa sistemi di ricarica wireless per veicoli elettrici, spiega che in un magazzino, per esempio, c’è un carrello elevatore che funziona 24 ore su 24 e 7 giorni su 7, ed è automatizzato. Se invece il pavimento fosse elettrico, il carrello elevatore potrebbe ricaricarsi in fase di marcia e non dovrebbe mai fermarsi per ricaricarsi. Questo tipo di applicazioni nell’industria probabilmente guadagnerà terreno a livello commerciale molto prima dei veicoli elettrici.

La ricarica wireless deve diffondersi di più per incorporare bobine di alimentazione sotto le strade. ENRX sta progettando di installare caricabatterie induttivi in Florida lungo un miglio di autostrada a ovest di Orlando. Anche l’Aspire Center dell’Università dello Utah fa parte di questo progetto. Ma Vold sostiene che le strutture chiuse più piccole, come i magazzini o addirittura i porti, presentano ambienti più controllati per gli operatori delle flotte e per le autorità di regolamentazione governative. In questo modo possono verificare come funziona e assicurarsi che non ci siano problemi di sicurezza legati alle apparecchiature di ricarica (per esempio per utenti con pacemaker eccetera).

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Conclusioni

La tecnologia deve ancora diffondersi presso il grande pubblico. Le strade elettriche e la ricarica wireless potrebbero un giorno diventare mainstream, ma solo se l’industria troverà standard comuni e assicurerà maggiore interoperabilità tra le diverse aziende operanti nel settore.

Una volta che la tecnologia inizierà a diffondersi, Vold pensa che lo scenario potrebbe evolvere rapidamente.

Innanzitutto sono necessari grandi investimenti infrastrutturali, su larga scala fin dall’inizio, perché un sistema di strade elettriche sia efficace e venga adottato da automobilisti e case automobilistiche.

Occorre inoltre che il modello si diffonda prima di iniziare a convertire i singoli utenti finali. E bisogna prendere decisioni informate sullo sviluppo futuro delle infrastrutture, durante la fase d’investimento, per evitare spese inutili.

“Electreon e le altre aziende che stanno testando questa tecnologia affrontano una serie di sfide tecniche e non solo sul percorso”, conclude Daniele Invernizzi, “da una parte uno sviluppo tecnologico che richiede un time to market serrato e prossimo; dall’altra la necessità di convincere tutte le case automobilistiche ad adottare uno standard di ricarica wireless che sarà comunque meno potente della ricarica a cavo“.

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15/4/24

NETWORKDIGITAL360 / Agenda Digitale