Trasmissione wireless dell’energia, è possibile? Progetti e discussioni

Quando parliamo di trasmissione wireless dell’energia ci riferiamo più propriamente alla possibilità di trasferire energia da un oggetto ad un altro per alimentare quest’ultimo, ma senza che fra i due corpi vi sia la presenza di fili o altri materiali che possano instaurare un contatto fisico.

Da una prima lettura e meditazione di questa definizione potrebbe risultare difficile immaginarsi una concreta applicazione di uso comune, ma indagando più attentamente vari ambiti tecnologici per nulla distanti dal nostro quotidiano, scopriamo presto che questa forma di trasmissione dell’energia è assai più diffusa di quanto si potrebbe pensare.

I fenomeni fisici attualmente più sfruttati per trasferire energia da un punto ad un altro senza utilizzare i tradizionali conduttori metallici sono rappresentati essenzialmente dal campo elettromagnetico (https://it.wikipedia.org/wiki/Legge_di_Faraday) e dalla luce in forma di fascio laser (https://it.wikipedia.org/wiki/Laser).
Espresso molto sinteticamente, il primo è dato dal movimento di cariche elettriche, come ad esempio gli elettroni, che scorrono all’interno di un conduttore, mentre il laser è il risultato di un processo di concentrazione di vari raggi luminosi in uno soltanto, definito tecnicamente collimati. Poiché in quest’ultimo caso la luce non si disperde in tutte le direzione, la sua energia rimane delimitata in uno spazio molto ridotto che si sviluppa esclusivamente nella direzione stessa del laser.

Applicazioni pratiche

In ambito pratico, la capacità delle cariche elettriche in moto di produrre campi elettromagnetici viene sfruttata per indurre il movimento di elettroni, ossia corrente elettrica, presenti in un dispositivo distante dalla fonte del campo stesso. Un esempio è rappresentato dai dispositivi di ricarica ad induzione delle batterie per cellulari o altri appartati mobili, meglio noti come carica-batterie wireless. Questi prodotti, sebbene non ancora particolarmente diffusi, sono comunque apprezzati per i diversi vantaggi che offrono rispetto al tradizionale cavetto di alimentazione. Innanzi tutto non si corre il rischio di rovinare nel tempo le interfacce di collegamento tra dispositivo e fonte energetica, poiché la ricarica avviene, appunto, senza contatto fisico. Secondariamente, la tecnologia impiegata per realizzare questo sistema, per nulla innovativo, è sostanzialmente molto semplice e per questo economica.

Limiti della ricarica per induzione

Il limite principale di questo fenomeno fisico è costituito dall’impossibilità di trasmettere energia a distanze superiori a pochi centimetri. Per innalzare tale ordine di grandezza, benché restando comunque in un ambito di prossimità, occorrerebbero appartati e volumi energetici molto grandi, difficilmente adattabili in impieghi economici.

Il laser invece…

Il problema poc’anzi descritto non affligge invece il laser che, per sua natura, è in grado di coprire una distanza teoricamente illimitata. Tuttavia, oggi il laser non riveste particolare importanza per il trasferimento di energia a distanza, poiché in presenza di atmosfera e, più precisamente, di vapore acqueo, il raggio luminoso concentrato perde progressivamente energia in quanto assorbita dalle particelle che incontra lungo il tragitto. In linea di principio, se la terra non possedesse la copertura nuvolosa che la caratterizza, sarebbe possibile trasferire energia da un punto nello spazio fino alla superficie terrestre senza particolari difficoltà. Questa possibilità è stata infatti studiata in vari centri sperimentali di fisica, al fine di comprendere l’effettiva fattibilità tecnica di progetti che prevedevano la realizzazione di grandi impianti fotovoltaici geostazionari in grado di inviare l’energia prodotta ad un apparato ricevente terrestre.

Tornando però con i piedi per terra, le applicazioni oggi esistenti che sfruttano le proprietà del laser riguardano principalmente la trasmissione di informazioni tra due punti distanti fra loro come, ad esempio, avviene in gran parte dei dispositivi ottici informatici.

L’idea di poter trasferire sulla terra energia proveniente da una sorgente presente nello spazio, sfruttando la radiazione luminosa del sole, enormemente più intensa poiché non ancora filtrata dall’atmosfera terrestre, non è stata comunque abbandonata, tanto che resta materia di studio e sperimentazione in diversi istituti di tutto il mondo.

Esperimenti di trasmissione dell’energia in modalità wireless

Recentemente in Giappone lo scorso marzo 2015 sono stati compiuti diversi esperimenti di trasmissione dell’energia in modalità wireless, ma anziché utilizzare il laser che presentava appunto il problema di perdere energia di fronte alle masse di vapore d’acqua, sono state impiegate le microonde (https://it.wikipedia.org/wiki/Microonde). Esattamente come accade in milioni di forni a microonde, l’energia prodotta dal dispositivo principale, il magnetron, è inviata al cibo da scaldare sotto forma di campo elettrico alternato di frequenza pari 2,45 GHz. Il componente che indirizza l’energia dal magnetron al bersaglio alimentare, chiamato guida d’onda, rappresenta il dispositivo su cui stanno lavorando in scala più grande i giapponesi del centro ricerche Mitsubishi, per ottenere un fascio energetico il più possibile concentrato e direzionabile con precisione.

Gli esperimenti condotti fino ad oggi hanno permesso di trasmettere mediante microonde una potenza energetica pari a 10 kW ad una distanza di circa 500 metri. Queste prove hanno il principale scopo di trovare possibili soluzioni alternative ai limiti del laser in ambito terrestre, poiché le microonde risentono in misura estremamente ridotta del problema costituito dall’assorbimento energetico del vapore acqueo.

Fotovoltaico spaziale?

Ritornando quindi al nostro impianto fotovoltaico spaziale, come detto, esso dovrebbe trattarsi di una struttura geostazionaria per trasmettere in maniera fissa sulla terra, ossia posizionarsi ad una quota di circa 36.000 Km dalla superficie terrestre. Questa distanza, se coperta da un fascio a microonde, richiederebbe un apparato ricevente sulla terra di circa 3 Km di grandezza; ma il problema principale, ammesso sempre che si possa un giorno raggiungere una simile lunghezza con altrettanta precisione di indirizzamento delle microonde, è rappresentato anche dalla bassa efficienza di conversione delle onde in energia elettrica oltre, naturalmente, al rendimento non ancora eccelso dei pannelli fotovoltaici ipoteticamente montati sulla stazione spaziale trasmittente per la conversione dell’energia solare in energia elettrica.

Un’altra interessante applicazione nella quale potrebbero essere sfruttate le microonde per trasmettere energia a distanza è costituita dal sistema di trasporto di energia dai parchi eolici off-shore alla terra ferma. Oggi i limiti di questa tecnologia di produzione di energia rinnovabile dal vento non può allontanarsi eccessivamente dalla costa anche per gli ingenti costi relativi ai lavori di cablaggio dei cavi in mare e della dispersione energetica che essi comportano.

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