E se l’energia fosse wireless?

13/12/2024 - “La trasmissione di energia elettrica senza fili sarà usata come mezzo per la promozione della pace nel mondo. La trasmissione economica dell’energia senza fili è di importanza fondamentale per l’uomo. Gli permetterà infatti di dominare incontrastato sull’aria, sul mare e sui deserti. L’uomo sarà libero dalla necessità di estrarre minerali o petrolio, trasportare e bruciare combustibili, abolendo così molteplici cause di inquinamento” (Nikola Tesla).
 
Nikola Tesla, inventore, fisico e ingegnere elettrico morto nel 1943 a 87 anni, famoso per aver dato il nome all’unità di misura dell’induzione magnetica (ovvero la densità del flusso magnetico), aveva un sogno: trasportare l’energia senza fili. E poco prima di morire, pare ci fosse pure riuscito.
 
Se pensiamo alla rivoluzione che questo comporterebbe anche nelle nostre abitudini ma, soprattutto, nelle nostre case e uffici, l’efficienza energetica e la produzione decentrata anche in luoghi non raggiunti dalle infrastrutture esistenti, sarebbero davvero la nostra quotidianità!
 
Qualche esempio che si avvicina a questo concetto lo possiamo trovare nella ricarica wireless (ma a contatto) dei nostri smartphone di ultima generazione, fino a quella delle auto elettriche su autostrade “speciali”, che si basa sull’induzione magnetica risonante per trasferire energia tra un pad, posizionato a terra e un altro posto sul fondo dell’auto elettrica o del device smart.
 

Come funzionerebbe il wireless per l’energia?

Il trasferimento di energia senza fili (wireless) è la trasmissione di energia elettrica da un alimentatore elettrico a un carico elettrico senza l’utilizzo di cavi che fanno da conduttore, ma sfruttando le onde elettromagnetiche. La trasmissione di energia wireless è utile nel caso in cui connessioni con i normali fili risultino complesse o impossibili da realizzare.
 
Tesla ci aveva già pensato, oltre a una fonte infinita di invenzioni e idee, sviluppò i motori a corrente alternata, ma anche un trasmettitore in grado di utilizzare l’energia presente nell’atmosfera per produrre energia elettrica illimitata, senza fili e gratuita, che fu realizzato a Long Island, ma poi - ovviamente - distrutto forse perché contrario agli interessi economici (non solo del momento, ma anche futuri). 
 
Ci riprova nel 2020 l’allora start-up EMROD, di origini neozelandesi, che ha sviluppato un sistema efficiente per trasmettere elettricità senza fili a lungo raggio: un’alternativa ai cavi elettrici (soprattutto in luoghi non raggiunti dalle infrastrutture o negli edifici di pregio artistico e architettonico), ma anche un opzione papabile per alimentare auto full electric, risolvendo il problema del peso e del costo di grandi pacchi batterie (anche se attualmente irrealizzabile per le tecnologie presenti sui veicoli), nonché si potrebbero alimentare stazioni di ricarica per auto elettriche senza dover effettuare costosi lavori di collegamento e di scavo già da oggi.
 
La start-up ha pensato a una rete energetica che emula le reti di comunicazione wireless, trasmettendo energia in modalità wireless dal punto di generazione al punto di consumo: la Worldwide Energy Matrix (WEM).
 
Il concetto WEM può essere paragonato a quello attualmente utilizzato per scopi di comunicazione; una costellazione di satelliti in orbita che trasferiscono informazioni da un luogo sulla Terra a un altro, tranne che con WEM, l’energia viene trasferita invece delle informazioni sotto forma di un raggio elettromagnetico.
 
L’iniziale prototipo funzionante realizzato ad Aukckland è riuscito a trasmettere solo pochi Watt su tratte di qualche decina di metri, ma secondo la società può essere potenziato fino a trasportare kW di elettricità senza fili a grandissima distanza.
 
Poi, sul sito Airbus di Monaco, è stato installato il sistema dimostrativo indoor che ha trasmesso potenza in modalità wireless oltre 36 metri a una frequenza di 5,8 GHz, utilizzando un’antenna trasmittente “square phased-array” di 1,92 metri di diametro e un’antenna ricevente di dimensioni simili.
 

Tecnologia e sicurezza

In pratica, la tecnologia wireless utilizza un’antenna trasmittente, una serie di ripetitori e una rectenna ricevente (un’antenna rettificatrice in grado di convertire l’energia a microonde in elettricità), ogni componente è come un pannello quadrato montato su un palo: più grande è la superficie del pannello, maggiore è la potenza di trasmissione e la distanza che può coprire. I fasci di onde elettromagnetiche utilizzano la banda di frequenza industriale, scientifica e medica non ionizzante comprese le frequenze comunemente utilizzate in Wi-Fi e Bluetooth.
 
La potenza viene irradiata direttamente tra punti specifici, senza radiazioni diffuse e dispersioni di energia elettrica, un laser a bassa potenza interrompe il flusso nel caso in cui un oggetto si frapponga tra le stazioni del “ponte”.  La condizione necessaria alla trasmissione delle onde elettromagnetiche è che i ripetitori si “vedano”, quindi si avrebbe bisogno di coprire i territori con un reticolo di antenne come avviene per la rete telefonica.

Il sistema attualmente utilizza un sistema a corrente continua a bassa tensione all’interno dei sistemi di antenna. Questi sistemi a bassa tensione sono interfacciati ai sistemi di consumo o di distribuzione utilizzando apparecchiature di conversione di potenza standard, quindi sarebbe possibile interfacciarli con i sistemi di rete esistenti.
 
Dal punto di vista della sicurezza, il sistema ha una serie di caratteristiche che garantiscono che nessun essere umano o animale possa venire esposto al raggio di energia: le antenne di trasmissione e ricezione sono elevate rispetto al suolo per eliminare l’intervento umano nel raggio di potenza. Poi non ci sono problemi con le zone laterali con un raggio di questa natura poiché la potenza è confinata in un “tubo” cilindrico tra trasmettitore e ricevitore.
 
La sicurezza del laser attorno alla periferia delle antenne è in grado di rilevare eventuali incursioni da parte di volatili prima che questi entrino nel raggio, attivando un’interruzione temporanea dell’alimentazione evitando così l’esposizione alla potenza del raggio elettromagnetico. La densità del raggio di potenza e la frequenza utilizzata sono tali che un oggetto dovrebbe rimanere a lungo esposto per subire un effetto termico significativo e, quindi, dannoso. Comunque, il sistema di spegnimento di sicurezza impedisce a qualsiasi oggetto di interagire con il raggio.
 

Una sfida da seguire

Rimangono tanti nodi da sciogliere: sarà nocivo per la salute vista la trasmissione di fasci di onde elettromagnetiche a grande scala? Sarà davvero interessante per i distributori di energia - detentori di monopoli - che basano i costi fissi sulle reti di distribuzione esistenti o si passerà solo dalla proprietà dei cavi in rame a quella dei ripetitori? Sarà davvero una trasmissione “stabile” visto che i nostri cieli sono attraversati da moltissimi oggetti animati e non?
 
Sarà una sfida tecnologica da tenere d’occhio, soprattutto perché si affaccia una vera liberalizzazione del mercato delle forniture, che potrà basarsi sui servizi anziché sui limiti e i costi delle infrastrutture esistenti. Nikola approverebbe senz’altro.
 
“Solo attraverso l’eliminazione delle distanze in tutti i loro aspetti, cioè nella trasmissione di informazioni, nel trasporto di passeggeri, nell’alimentazione e nella libera trasmissione di energia, le condizioni per una migliore convivenza saranno apportate entro breve tempo, assicurando così stabili rapporti d’amicizia. Quello che vogliamo più di ogni altra cosa sono relazioni più strette e una migliore comprensione tra le persone e le comunità in ogni luogo della Terra”. (Nikola Tesla)