BMW, Ford e Chevrolet collauderanno entro la fine dell’estate dei nuovi materiali termoelettrici, in grado di convertire il calore in elettricità, facendo risparmiare carburante.
di Prachi Patel
Almeno due terzi dell’energia prodotta bruciando gasolio vengono sprecati sotto forma di calore. Una serie di materiali semiconduttori, detti termoelettrici, capaci di convertire il calore in energia, potrebbe catturare questo calore, riducendo così il bisogno di combustibile e migliorando l’economia di consumo almeno del 5 per cento. La bassa efficienza e il costo elevato dei materiali termoelettrici esistenti hanno, però, limitato fino a oggi l’uso in pratica di questi materiali sulle autovetture.
I ricercatori stanno ora realizzando dei prototipi di generatori termoelettrici per una serie di test su autovetture commerciali e SUV. Gli sviluppi sono portati avanti presso la BSST di Irwindale, in California, e presso la General Motors Global R&D di Warren, nel Michigan. Entrambe le imprese hanno intenzione di collaudare i loro prototipi entro la fine dell’estate, la BSST su vetture BMW e Ford, la GM su SUV Chevrolet.
Poiché i generatori termoelettrici possono raggiungere temperature fino a 500 gradi centigradi e i materiali termoelettrici comuni, tra quali il tellururo di bismuto, non riescono a operare oltre i 250 gradi, la BSST ha deciso di ricorrere a una diversa famiglia di termoelettrici – miscele di afnio e zirconio – che opera bene alle alte temperature, incrementando così del 40 per cento l’efficienza del proprio generatore.
I ricercatori presso la GM stanno invece ultimando un prototipo definitivo di una nuova e promettente classe di termoelettrici, denominata skutterudite, più economica dei tellururi e con migliori prestazioni alle alte temperature. Le simulazioni al computer mostrano che questo dispositivo, montato su un Chevrolet Suburban, potrebbe generare 350 watt, incrementando cosi l’economia di consumo del 3 per cento.
«La produzione di skutteruditi, che sono composti di arseniuro di cobalto ed elementi di terre rare quali l’itterbio, è un processo complesso e lungo, e la loro incorporazione all’interno di dispositivi è difficile», spiega Gregory Meisner, uno degli scienziati GM. La sfida cruciale sta nell’ottenere un buon contatto elettrico e termico. Le elevate escursioni termiche cui viene sottoposto il dispositivo mettono a dura prova i contatti e l’interfaccia termoelettrica.
La connessione di materiali differenti, inoltre, crea delle resistenze che riscaldano il contatto e degradano più rapidamente il dispositivo. «Scegliendo adeguatamente i materiali, è possibile regolare la resistenza, ma la sfida sta nell’ottenere la giusta combinazione di materiali tra semiconduttori termoelettrici e contatti», continua Meisner.
L’inserimento del dispositivo nei veicoli costituisce un’altra sfida. I ricercatori hanno già sperimentato con un generatore in tellururo di bismuto a bordo di un SUV. «In questo momento, il dispositivo, simile a un silenziatore, è semplicemente incluso all’impianto di scarico. Dovremo però fare in modo che il dispositivo si integri meglio ai sistemi dell’autovettura», conclude Meisner.
BSST e GM dovranno escogitare un sistema per produrre maggiori quantità dei nuovi materiali a un costo inferiore. Meisner avverte però che potrebbero volerci almeno altri quattro anni prima che i generatori termoelettrici vengano applicati alle vetture commerciali.
