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Un'alternativa al tuo alternatore
I ricercatori del MIT stanno sviluppando una nuova tecnologia per convertire il calore in luce e poi in elettricità che potrebbe eventualmente risparmiare carburante nei veicoli sostituendo gli alternatori meno efficienti e consentendo ai sistemi elettrici di funzionare senza che il motore giri al minimo.
Un generatore termofotovoltaico (TPV) brucia combustibile per riscaldare un materiale che emette luce (radiatore etichettato). La luce viene quindi filtrata e convertita in elettricità in celle fotovoltaiche (PV). (Immagine per gentile concessione di John Kassakian, MIT.)
La tecnologia, chiamata termofotovoltaico, utilizza la benzina per riscaldare un materiale che emette luce, in questo caso il tungsteno. Una cella fotovoltaica converte quindi la luce in elettricità. L'idea esiste dagli anni '60, afferma John Kassakian, professore di ingegneria elettrica e informatica al MIT. Ma fino ad ora, gli emettitori di luce per il fotovoltaico producevano sistemi inefficienti e molto costosi. I miglioramenti nei materiali utilizzati in questi ultimi dispositivi, possibili in parte perché i ricercatori possono modificare la struttura del materiale su scala nanometrica, stanno ora creando sistemi molto più efficienti, afferma Kassakian.
Secondo Kassakian, il sistema potrebbe potenzialmente essere un modo più efficiente per alimentare i sistemi elettrici in un veicolo rispetto all'attuale basato su alternatore, che spreca energia in due fasi: il motore a combustione interna converte solo circa il 30 percento dell'energia nel carburante in movimento, e quindi l'alternatore è efficiente solo al 50% nel convertire l'energia meccanica in elettricità. Dice che un piccolo prototipo di dispositivo termofotovoltaico che potrebbe confermare la migliore efficienza del sistema potrebbe essere pronto in un anno.
I ricercatori hanno modificato la struttura superficiale dell'emettitore di luce, incidendo su di esso fosse di dimensioni nanometriche per sintonizzare le lunghezze d'onda della luce emessa esattamente su quelle che una cella fotovoltaica può convertire in modo più efficiente in elettricità. Hanno ulteriormente perfezionato il dispositivo con l'uso di filtri che consentono alle lunghezze d'onda desiderate della luce di passare attraverso le celle fotovoltaiche, ma riflettono altre lunghezze d'onda all'emettitore di luce. La luce riflessa trasporta energia che aiuta a mantenere caldo l'emettitore, riducendo la quantità di carburante necessaria.
Oltre a sostituire l'alternatore con un modulo termofotovoltaico, afferma Kassakian, la tecnologia potrebbe far parte di un sistema di condizionamento dell'aria per veicoli che non richiede un compressore. Poiché ciò ridurrebbe significativamente il carico su un motore, potrebbe consentire di spegnere il motore quando il veicolo si ferma nel traffico e riavviarlo facilmente. Gli ibridi di oggi usano questa tecnica per risparmiare gas, ma richiedono grandi batterie per fornire elettricità alla radio e alle luci e per riavviare il motore, e devono riaccenderlo quando la carica della batteria si esaurisce. Nel nuovo sistema MIT, queste batterie non sarebbero necessarie.
Infatti, se i nuovi materiali rendono il termofotovoltaico più efficiente, non mancheranno i potenziali usi. Kassakian afferma che un'applicazione particolarmente buona, se combinata con un nuovo sistema di condizionamento dell'aria, potrebbe essere l'uso in camion con cabine lunghe per raffreddare le cabine e fornire elettricità per televisori e altre apparecchiature. E, afferma Donald Chubb, ricercatore presso il Glenn Research Center della NASA, l'esercito ha avuto molto interesse per gli alimentatori portatili sul campo. Poiché non ci sono parti in movimento, non ci sarebbe alcun rumore, quindi non potresti rilevarlo.
Tuttavia, ci vorranno diversi anni prima che la tecnologia possa essere utilizzata nei veicoli. Le sfide includono l'aumento del processo di fabbricazione, lo sviluppo di sistemi di isolamento e raffreddamento efficaci per gestire il calore generato e la garanzia che il sistema rimanga efficiente su scala più ampia. La ricerca del MIT è finanziata in parte da Toyota, ma la casa automobilistica non si è impegnata a implementare la tecnologia.