Trasmissione di energia elettrica senza fili: il sogno di Tesla sfiora la realtà

green field under blue sky

L’innovazione

Emrod, azienda neozelandese con sede a Auckland, è stata protagonista di un esperimento di sviluppo di un modello di trasferimento di energia elettrica a distanza senza l’ausilio di infrastrutture di collegamento.

Si parla di testare un prototipo, con l’ausilio dei finanziamenti di Powerco, uno dei maggiori distributori di elettricità del paese, con l’intento di trasmettere energia da un parco fotovoltaico sull’Isola del Nord ad un cliente a diversi chilometri di distanza.

Questa tecnologia ha finora trovato applicazioni specifiche in ambito spaziale e militare, ma non ha ancora mai prodotto alternative commercialmente valide alle tradizionali infrastrutture energetiche pubbliche, o perlomeno opzioni sostenibili per lo sviluppo umano. Il tentativo è ritenuto importante e prezioso per le implicazioni  relative ad un possibile utilizzo futuro su larga scala: l’obiettivo è di espandere il sistema dove questo sia preferibile o dove non sia possibile sfruttare i sistemi convenzionali di trasmissione e distribuzione via cavo o tramite altri mezzi fisici.

Il progetto è qualcosa di simile a quanto avviene nei comuni sistemi radio, l’energia viene convertita in radiazione elettromagnetica e inviata in singolo fascio da un’antenna trasmittente ad una ricevente.

Il contesto

La suggestione della scena del film del 2006 di Christopher Nolan, The Prestige, una lampadina che si accende senza bisogno di cavi o simili, è il culmine del sogno di Nikola Tesla e delle basi gettate dal prototipo di Emrod.

Inventore, fisico e ingegnere, Tesla era sostenitore di una teoria: la possibilità di trasferire a distanza energia elettrica tramite i mezzi naturali, terra o aria, senza il bisogno di cavi. Una soluzione sostenibile e soprattutto a costo zero, eccetto quelli di produzione, una soluzione per il progresso e il benessere dell’umanità, sosteneva lo scienziato.

La bobina di Tesla era un dispositivo in grado di produrre elettricità a corrente alternata tra circuiti elettrici accoppiati in risonanza, in sistemi funzionanti a corte distanze: il principio di una tecnologia di energia trasmessa a lungo raggio.

Tesla vi lavorò intorno al 1900 per poi essere costretto ad abbandonare il progetto per il taglio dei fondi. L’idea trova finalmente espressione nel 2007 in un brevetto del MIT: nasce l’espressione Witricity.

La tecnologia in gioco

Nel progetto sperimentale di Emrod, l’energia è trasmessa come un fascio ristretto di microonde, in modo mirato.

In passato, esperimenti relativi al trasferimento di energia senza fili sono stati condotti con successo per applicazioni militari e per l’utilizzo nello Spazio. Un record tutt’ora in vigore fu stabilito dalla NASA nel 1975, quando 34 kW di potenza elettrica furono forniti a una distanza di 1,55 chilometri tramite microonde a una frequenza di 2,38 GHz.

Nei suoi primi tentativi Emrod ha intenzione di trasmettere un valore minimo di kilowatt lungo una distanza di 1,8 chilometri, per poi aumentare progressivamente sia distanza che potenza. L’efficienza finale prevista per questo sistema è del 60 per cento, secondo il fondatore dell’azienda Greg Kushnir, un margine sufficiente a rendere questo sistema già commercialmente utilizzabile in circostanze e luoghi in cui l’installazione di tradizionali linee elettriche sarebbe costosa.

Oltre alla sorgente di alimentazione del sistema e all’antenna trasmittente, il modello di Emrod prevede altri due componenti essenziali. Da una parte, l’antenna utilizzata a destinazione per convertire le microonde in corrente continua. Dall’altra i relè, disposti in modo da deviare il fascio di microonde per indirizzarlo fino alla struttura ricevente. Nel caso in questione i relè funzionano come lenti necessarie a focalizzare il fascio di microonde con minime perdite nella trasmissione. Se necessario possono anche reindirizzarlo e questo significa che trasmettitore e ricevitore non devono necessariamente trovarsi in linea di vista l’uno con l’altro.

Per cui, quattro elementi: un alimentatore, un’antenna in trasmissione, un’antenna in ricezione, una sequenza di relè nel percorso specifico.

L’alimentatore e la trasmittente convertono l’elettricità in un fascio singolo compatto di microonde. I relè focalizzano il flusso di microonde durante il percorso fino alla ricevente, per evitare perdite di energia e i rischi di diffusione.

Ray Simpkin, capo dello sviluppo tecnologico di Emrod, pensa già all’esperimento successivo: portare energia su un’isola a trenta chilometri dalla terra ferma. Il flusso di microonde costerebbe poco più della metà di un allaccio sottomarino con cavi di rame.

Il manifesto aziendale: witricity interviene quando costruire infrastrutture fisiche è costoso oppure rovina il paesaggio. Ideale per i parchi eolici, le riserve naturali protette, le zone impervie rurali e montuose e, in caso di qualche disastro come un’alluvione o un terremoto, la tecnica Emrod può rimpiazzare in fretta le strutture danneggiate. Tuttavia, a differenza del sogno di Tesla, qui non si tratta di sostituire tutto il filo di rame esistente, ma di eliminarlo dove è conveniente.

Non è l’unico esempio: da parecchi anni Mitsubishi Heavy Industries lavora alla trasmissione di elettricità senza fili, con lo scopo di gestire meglio alcuni suoi processi industriali.

Non solo: questo stesso meccanismo potrebbe essere usato per spedire energia sulla Terra da pannelli solari allestiti nello spazio, in modo da sfruttare gli enormi vantaggi dell’assenza di atmosfera e della possibilità di posizionare le strutture in zone dove non smette mai di esserci luce.

Come se non bastasse, il Pentagono ha da poco testato con successo un pannello solare lanciato in orbita agganciato a un drone. Sebbene ad oggi si rischia a caricare solo un computer portatile, la trasmissione globale è l’obiettivo, ovunque, se ci fosse bisogno, si potrà inviare energia elettrica.

Rischi e prospettive, lo scontro

Secondo quanto dichiarato da Emrod, una breve esposizione accidentale ai fasci di microonde, considerata la densità di energia relativamente bassa, non dovrebbe causare danni né alle persone né agli animali, tuttavia per evitare la possibilità di incidenti si è sviluppato una copertura dei raggi tramite sensori laser a bassa densità disposti lungo il circuito.

Il fine è rilevare l’eventuale interposizione di uccelli o elicotteri a bassa quota e interrompere provvisoriamente e all’istante la trasmissione delle microonde. L’energia sarebbe fornita anche durante l’interruzione grazie a delle batterie di accumulo poste all’estremità ricevente.

Ebbene, secondo la visione attuale, rispetto al piano originale di Tesla, sono due gli elementi diversi. Da un lato, la possibilità di ridurre le perdite potenziali dovuto alla diffusione omogenea nello spazio di un flusso di energia di un’onda. Dall’altro, se l’energia fosse diffusa omogeneamente, le persone potrebbero raccoglierla liberamente con un’antenna e sarebbe impensabili addebitare alle persone questi costi.

Ed è qui che avviene lo scontro. Tesla aveva pensato questa tecnologia come progresso dell’umanità, in modo che chiunque avesse bisogno, a costo zero, avrebbe avuto l’energia necessaria, riducendo tra l’altro i costi superflui per la manutenzione e in maniera perfettamente sostenibile per l’ambiente.

Emrod, o aziende simili, invece, riprendono l’idea dello scienziato e si chiedono come creare un prodotto che il mercato possa acquistare.

Sebbene possa sembrare un’evoluzione dello stesso concetto lungo lo stesso percorso, in realtà si tratta di due sviluppi completamente diversi. In questo senso, la soluzione pensata dalla NASA è quella più in linea con le aspirazioni originali e veramente al servizio del benessere umano.

In un certo senso, oggi a comandare sono i produttori di cavi e non ci aspetta una reazione positiva a questo tipo di sviluppo.

Prysmian, con sede a Milano, è per fatturato il più grande costruttore di cavi al mondo. Le sue quotazioni azionarie, insieme a quelle degli altri due giganti del settore – il francese Nexans e il danese Nkt – sono più che raddoppiate da marzo 2020.

Queste tre società si sono buttate a capofitto nel business dell’energia pulita, ora che la produzione elettrica si sposta molto sulle rinnovabili.

Fotovoltaico, eolico, idroelettrico hanno aggiunto solo l’anno scorso, nonostante la pandemia, 200 gigawatt di potenza: il 90% della crescita di capacità energetica avvenuta nel 2020 in tutto il pianeta. Infatti, Nexans, che si occupa del 20% del mercato mondiale di cavi sottomarini, ha intenzioni di vendere un terzo dei propri asset per concentrarsi solo sul business dell’elettricità.

Questo mercato valeva un miliardo e mezzo di euro nel 2019, arriverà quasi a sei miliardi nel 2035, secondo stime di Credit Suisse. Se grandi progressi sono stati fatti nel rendere sostenibile la produzione dell’energia elettrica, gli altri settori dell’economia saranno molto più resilienti.

Tesla, come personaggio, non era capace di pensare al profitto ed era completamente alieno alle logiche economiche e finanziarie. Il mondo attuale è l’opposto. Emrod rappresenta il tipico caso di progresso umano visto però secondo le logiche attuale: una sorta di ossimoro.

Occorre essere realisti e bisogna riconoscere il merito, nonostante tutto, all’azienda neozelandese, senza dimenticare il progetto della Nasa: realistico o meno, la sua realizzazione cambierebbe completamente il settore dell’energia e i problemi e i bisogni delle persone, ovunque si trovino.

Rosario Pullano

Rosario Pullano è studente dell’università “Alma Mater” di Bologna, dove si occupa di fisica applicata e finanza matematica. Nasce a Catanzaro l’8 febbraio 1997. All’età di 5 anni si trasferisce con la famiglia a Trieste. Si forma presso il Liceo Classico “Dante Alighieri” e, successivamente, studia all’università “La Sapienza” di Roma, dove consegue la laurea triennale in fisica. Il 21 novembre 2016 è tra i vincitori nella categoria “Giovani Promesse” nella Sezione Poesia singola del “Concorso letterario internazionale Michelangelo Buonarroti”. Pubblica la raccolta di poesie “Memorie del futuro: sentimenti” nel 2019 con la casa editrice EuropaEdizioni. Ad oggi, si occupa anche di progetti di start up relativi al mondo dell'innovazione dei servizi digitali. 

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