Sviluppato un sistema di filtraggio per le batterie a combustibile [Archivio]

FlatEric

26-04-2007, 20:48

@Rantolo

Le celle a combustibile, per quanto teoreticamente possono avere delle efficienze attorno al 90% nelle migliori condizioni (per poi abbassarsi all'aumentare della densità di corrente fornita), hanno alcuni problemi energetici connessi. Se di per sè la cella ha un alto rendimento, il sistema "motore a celle a combustibile" ha un efficenza spaventosamente minore, si parla di massimo 45%, che non è molto maggiore del 40% che hanno alcuni motori Diesel di ultima generazione (si parla sempre di rendimenti di picco, ma qua apriremmo un discorso immensamente più ampio), questo a causa delle varie pompe, sistemi di alimentazione, ecc ecc.
Se inoltre si usasse il metano/metanolo per produrre l'idrogeno necessario alle celle, il rendimento scenderebbe ancora, dato che per produrlo serve drenare altra energia al sistema (qua si parla di grossi quantitativi di idrogeno, necessari per alimentare stack da almeno 50kW).

Quindi facciamo un calcoletto semplice di efficienze:

- efficienza stack pile a combustibile: 45% (ottimista)
- efficienza motore elettrico: 90% (ottimista, e comunque anche questo di picco)

efficienza totale = eff. pile * eff. macchina elettrica = 40,5 %

Non spaventosamente lontano da un buon veicolo ibrido diesel (o meglio ancora benzina, dato che - a parte la CO2- è ormai praticamente a emissioni zero), e sicuramente non economicamente conveniente, dato che la tecnologia per fare e controllare un veicolo a celle a combustibile è molto costosa (e quindi sarebbe proibitiva da comprare)

E anche se vogliam passare ad un bilancio ecologico, una cella a combustibile a CH4 la CO2 la produce sempre (ora non sò in che quantità), mentre un autoveicolo a solo H2 non produrrebbe nulla...ma pensa a come viene prodotto l'idrogeno, potrebbe essere perfino più inquinante di una macchina a benzina normale :)
Fatti qualche ricerca, e capirai quanto in verità le pile a combustibile sono una soluzione poco convincente, non sono una vera alternativa ad un veicolo ibrido ad esempio. Le alternative devono essere altre

@ xeal

Il rendimento di un ciclo di carnot è il rendimento massimo di una macchina termica a combustione, che dipende dalla differenza di temperatura tra le due sorgenti termiche con cui il ciclo scambia calore: più è alta, maggiore esso sarà. Se prendiamo come fonte "fredda" la temperatura ambiente (per semplicità) vedremo che per avere rendimenti molto alti (diciamo più del 80%), bisogna avere una fonte calda ad alta temperatura, attorno ai 800-900 °C, temperature che necessiterebbero di materiali molto resistenti, sopratutto se questa fonte "calda" fosse per molto tempo a tale temperatura (e non solo per istanti, come avviene nei motori a combustione interna). Se poi ci aggiungi che questo è un ciclo limite, a cui al massimo si può tendere,con difficoltà non da poco (e relativi costi), la cosa si fà abbastanza difficile, non banalizzabile ad un semplice ciclo teorico.

L'alternativa per "scavalcare" il limite del ciclo di carnot è utilizzare principi per cui il ciclo di carnot non vale, cioè non utilizzare motori a combustione...insomma, basta pensare ai motori elettrici, che in molte occasioni stanno attorno all'80% di rendimento (il rendimento di picco può essere anche oltre il 90% per macchine asincrone ben controllate, ma questo rendimento si ha solo ad alti regimi di rotazione, ai regimi più bassi il rendimento scende, sopratutto se si considerano anche gli azionamenti elettrici necessari).
Il problema diventa a quel punto COME viene prodotta l'energia elettrica...se per produrre 1MJ di energia elettrica usi del carbone, inquini spaventosamente di più che usare benzina in un motore a combustione interna moderno...oltre che avere addirittura un rendimento aggregato (il rendimento di trasformazione carbone->energia mi pare si attesti al 20%) minore...

My 2 cents (o meglio, i 2 cents del mio prof di veicoli ibridi ;) )

xeal

27-04-2007, 03:27

FlatEric

27-04-2007, 11:56

Per quanto riguarda la resistenza dei materiali, con temperature fino a 650°C e senza parti in movimento (che poi sarebbe il come produrre l'elettricità --- per quello che intendo io, comunque, siamo decisamente agli albori, oltre allo sviluppo delle nanotecnologie bisognerebbe migliorare notevolmente lo scambio termico, e i rendimenti sono ancora bassi) come siamo messi?

Non sò darti buone risposte a proposito...certo ti posso dire che 650°C costanti in un vano motore per autoveicoli civili, ad un buon prezzo di produzione, la vedo dura...bisogna anche tenere a mente tutti i problemi di raffreddamento, e quanto questo raffreddare "costi" in termini energetici (più è alto, più il rendimento si abbassa).
Per quanto riguarda le nanotecnologie...non ne sò molto, ma mi puzza di idee utopistiche...a me la connessione grandi potenze-piccoli spazi non mi suona fisicamente facile...ma non ne ho la più pallida idea

xeal

27-04-2007, 17:15

E' proprio il raffreddamento la parte che produce energia, ma chiaramente per ora non si prevedono nè risultati eccellenti, nè costi molto bassi, ma come dicevo siamo agli albori, anche se ho letto tempo fa di qualche progetto che comincia ad essere più o meno applicabile per recuperare il calore "sprecato" dai gas di scarico dei motori a scoppio (volendo, perchè no, anche dal fluido di raffreddamento del motore, modificando il circuito) e ottenere della corrente per scopi ausiliari (per alimentare ad esempio un motore elettrico ausiliario, che a questo punto, essendo svincolato da una batteria e alimentato "direttamente" dal calore prodotto ma non sfruttato dal motore a scoppio, potrebbe anche essere sempre in funzione). Stiamo (sto :p) parlando di Termoionic Electric Conversion, anche se più precisamente l'effetto sfruttato è il Seebeck. Da qualche hanno si studiano le possibili applicazioni delle nanotecnologie per migliorare i rendimenti (c'è anche un brevetto per l'uso di celle di Peltier molto efficienti per il raffreddamento di cpu): i materiali attualmente studiati sono semiconduttori prodotti con Polibdeno, Stronzio e Tellurio, oppure Silicio-Germanio (se non ricordo male, dovrebbe essere la lega che si adatta meglio a lavorare alle alte temperature), con giunzioni in nickel-oro (parliamo di piccolissime quantità, percui i costi, a regime, non dovrebbero essere eccessivi), immersi in un isolante termico ed elettrico (in particolare, dovrebbe essere possibile produrlo con le nanotecnologie, attualmente, in configurazioni tali da limitare le vibrazioni delle molecole in due dimensioni, ma si studiano altre configurazioni - quantum dot - che dovrebbero teoricamente annullare del tutto la libertà di movimento delle molecole - o comunque renderle trascurabili ai fini dello scambio termico). Per quanto riguarda la resistenza elettrica complessiva, parliamo di thin film spessi poche centinaia di micron e con una sezione complessiva, per questi scopi, abbastanza grande, quindi dovrebbe essere tale da poter trascurare (più o meno) le perdite per effetto Joule: in linea teorica (per ora) saremmo in grado di annullare pressochè i due fattori (trasmissione spontanea del calore e perdite a causa della resistenza elettrica) che fanno degradare il rendimento di un generatore ad effetto Seebeck, il quale ha un rendimento teorico proprio uguale a quello di una macchina termica di Carnot. Naturalmente parliamo di sviluppi futuri (e molto probabilmente non in un futuro immediato), per i quali, ottimizzando le caratteristiche del materiale e lo scambio termico, mi pare che al MIT prevedano la possibilità di produrre energia elettrica con una densità fino a 100 W/cm2 (mi sembra una prospettiva interessante).

Inoltre, personalmente confido anche nei nanotubi di carbonio: è noto che possono comportarsi sia come semiconduttori, sia come conduttori (in questo caso, in configurazione quantum wires, pare possano avere una resistenza elettrica virtualmente nulla, manifestando praticamente fenomeni di superconduzione a temperatura ambiente - già evidenziati in laboratorio - e si pensa a possibili utilizzi futuri anche per la distirbuzione e l'uso domestico dell'elettricità, con tutti i vantaggi del caso), quindi, se mai saremo in grado di produrli in grandi quantità e a costi accettabili in modo tale da poterne determinare con precisione le caratteristiche, potremmo anche sostituirli ai vari semiconduttori e conduttori usati/studiati oggi, e in questo modo dovremmo avvicinarci ancora di più al limite teorico (oggi il problema principale consiste nell'impossibilità di selezionare nanotubi con caratteristiche precise senza distruggerne una percentuale elevatissima, percui i costi di produzione in massa sarebbero proibitivi, ma ritengo che presto o tardi sarà possibile risolvere il problema: gli investimenti sono notevoli e i risultati non tarderanno troppo, almeno si spera). A questo punto, mi pare abbastanza naturale parlare di una possibile futura evoluzione della tecnologia, applicata all'autotrazione, in cui inizialmente si sfrutta il calore "sprecato" nei motori a scoppio per alimentare motori elettrici ausiliari (eventualmente del tipo a rotore esterno, per contenerne le dimensioni e aumentarne la coppia anche a bassi regimi, come quelli sperimentati dalla mithsubishi - mi pare - all'interno delle ruote: si potrebbe inserirne due nelle ruote posteriori e ottenere, con il motore a scoppio che lavora sulle ruote anteriori, una trazione integrale), contenendo anche i costi dell'apparato (non producendo "troppa" energia, sarebbe necessaria una minore "quantità" di thin film), per poi passare, una volta ottimizzato il tutto (rendimenti, costi, scambio termico), a sostituire il motore a scoppio con un bruciatore avvolto dal thin film, a sua volta a contatto con il circuito di raffreddamento, per produrre in maniera conveniente energia elettrica (andando a sfruttare anche i gas di scarico, ma io mi spingerei oltre, e proverei a verificare l'opportunità di recuperare energia anche in frenata, convertendo il calore dissipato :p). Inoltre, sempre se la tecnologia manterrà le promesse, sarebbe utile per la produzione di elettricità nelle centrali termoelettriche, per inquinare meno con i combustibili fossili (avendo un rendimento maggiore) e rendere più indolore il passaggio ad altre fonti quando si esauriranno (rendendo, ad esempio, più economica la produzione di energia da biomasse - sempre grazie all'elevato rendimento). Se poi vogliamo fare della "fantascienza", ci sono progetti per l'uso di queste tecnologie in abbinamento a reattori nucleari a bordo di navicelle spaziali per esplorazioni a lungo termine e su lunghe distanze :p

FlatEric

27-04-2007, 22:59

Xeal, ti vedo molto appassionato di elettronica, ma non abbastanza di meccanica...ti parlo io che vivo in mezzo a questi due mondi, e che conosco qualcosa di uno e qualcosa dell'altro. Ora ti dò qualche mio punto di vista per quanto riguarda quello che hai letto.

Allora, prima di tutto, vorrei farti fare una piccola riflessione: motori a combustione interna. Questa tecnologia, affinata negli anni, è destinata a scomparire, almeno per come la conosciamo nel mondo dell'autotrazione. Entro pochi anni il costo dei combustibili fossili sarà proibitivo, perché ormai, già oggi, abbiam raggiunto il picco di sfruttamento massimo dei giacimenti di petrolio, ed ora in avanti la produzione può solo che scendere, a fronte invece di una domanda di energia sempre più crescente. L'alternativa per i MCI come combustibile potrebbe essere ad oggi l'idrogeno (approccio di BMW ai motori a idrogeno, a differenza delle altre case che usano l'idrogeno come combustibile per le celle a combustibile), ma rimane sempre il problema della produzione di quest'ultimo. Inoltre gli MCI hanno come limite il ciclo di carnot, e questo limite è invalicabile. E' solo avvicinabile, recuperando il calore dissipato dal motore tramite le tecniche che tu accenni, ma con un MCI che lavora a 650*C (ad esempio, siamo attorno a queste cifre mi pare, i diesel han qualcosa di più - 700°C- per questo sono più efficienti) il limite di Carnot del 60% circa non lo puoi superare, per quanta energia dissipata riesci a recuperare. Quindi vedi che per quanto la tecnologia riesca a migliorare l'efficienza dei motori a combustione interna, il vero problema è l'efficienza teorica di questi ultimi, cioè l'efficienza limite di Carnot, invalicabile.
Il vero miglioramento si ha superando i limiti imposti dalle leggi di Carnot, cioè utilizzare propulsori che non obbediscono alle sue leggi, come quelli elettrici (che, per inciso, sono infinitamente più semplici e meno costose di avanzatissime ricerche e tecnologie per il recupero di calore). Rimane il problema comunque di come al giorno d'oggi viene prodotta l'elettricità ;)

Ad ogni modo, pensando al giorno d'oggi, dove il motore a combustione interna è inevitabile (almeno nel breve termine), bisogna cercare di aumentare l'efficienza di questi accrocchi. Ciò che tu hai visto è bellissimo, e davvero eccitante come tecnologia, dell'effetto Seebeck e Peltier qualcosa ho visto, e può essere promettente...ma come puoi ben capire, al giorno d'oggi non sono applicabili a vetture, quindi da anni le aziende automobilistiche più accorte (e soprendentemente, sono quelle americane e giapponesi le più attive, di europee non c'è molto) han investito molto nella ricerca e sviluppo di veicoli che potessero arginare le pecche dei motori a combustione interna, ed è per questo che al giorno d'oggi esistono in commercio dei veicoli detti ibridi.
I veicoli ibridi son così denominati perché utilizzano più di una sorgente di alimentazione per produrre potenza, di cui almeno una rigenerabile: generalmente sono i combustibili fossili e l'energia elettrica (ma esistono anche ibridi che utilizzano l'energia oleodinamica o pneumatica :)).
La ricerca di una migliore efficienza del MCI risiede principalmente in due fattori: la generazione di potenza da parte del sottosistema elettrico in frenata, e l'aiuto da parte del sottosistema elettrico al moto del veicolo in punti dove l'efficienza del motore a combustione sarebbe scandalosamente basso.
Il recupero dell'energia in frenata è abbastanza noto anche ai più: basta far "frenare", cioè far generare elettricità ad una macchina elettrica connessa alle ruote, per poter recuperare energia durante le fasi di decelerazione. Ti assicuro che le potenze sviluppate dal recuper elettromeccanico di energia in frenata sono decisamente migliori rispetto a quelle termiche: prova a pensare l'inerzia in frenata di un veicolo di 1,2 tonnellate quanta energia potrebbe produrre - con efficienze prossime all'80% - e due pastiglie del freno di pochi cm2 a 600*C, con anche il miglior rendimento possibile, evidentemente nel primo caso le potenze in gioco sono decisamente maggiori, e tra l'altro più semplici da implementare.
Per la gestione dei motori all'"ottimo" di rendimento, la cosa si fà sempre più complicata all'aumentare della percentuale di rendimento che vogliamo raggiungere, per farla semplice già solo utilizzare un motore elettrico in partenza di un automobile aiuta molto, dato che ai bassi regimi l MCI è decisamente scarso come rendimento, se poi aggiungiamo altre strategie di ottimizzazione, si riesce ad arrivare ad ottimi risultati, ma non mi dilungo in questo.

Ora, perdonami per il mio dilungarmi, ma volevo anche presentarti cosa ad oggi è la realtà nel migliorare l'efficienza dei motori a combustione interna, senza tecnologie fin troppo complesse e penso anche poco appetibili alle aziende automobilistiche (che purtroppo tendono a preferire tecnologie sviluppate al loro interno). Inoltre, bisognerebbe vedere che impatto avrebbe proporre al mercato un prodotto che utilizza nanotecnologie, con tutti i dubbi e le questioni che quel tipo di tecnologia ha sollevato nell'opinione pubblica.

Come vedi, fino a che si vedono le cose sotto una sola luce sembrano molto belle ed interessanti, ma per vedere se lo sono veramente bisogna analizzarle sotto molte luci, e spulciarle fino all'ultimo, per vedere se sono davvero utili e applicabili alla realtà industriale, perché finchè si sta nei laboratori è tutto bello...ma quando si è sulla strada è tutta un altra cosa ;)

xeal

28-04-2007, 05:27

AAAAAAHHHHHHHHHHHHH

Lo sapevo che avevo dimenticato di scrivere qualcosa tra quelle che mi piacerebbe venissero fatte!!!!!!!!!!! :D :D :D

Mi riferisco proprio alla generazione di corrente in frenata :D in effetti è dalla prima volta che mi è capitato di "scoprire" le "correnti parassite" e i freni elettromagnetici che mi chiedo: perchè non ci attacchiamo dei collettori per caricare una batteria? :p
Poi magari si preferisce collegare le ruote a un generatore "a parte", ma così si introducono degli organi meccanici e quindi degli attriti, che possono ridurre in qualche modo l'efficienza (o magari mi sbaglio, ed è il "mio metodo" quello che è meno efficiente :p).

Però mi sorge un dubbio: l'energia recuperabile in frenata è notevole, ma va accumulata per poter essere utilizzata quando serve, giusto? Perchè, anche a volerla impiegare subito dopo, nella ripartenza del veicolo (o nell'accelerazione immediatamente successiva, se il veicolo non si ferma), ci sarà comunque un certo intervallo, per quanto piccolo, tra la produzione e il consumo. Quindi, servono delle batterie con caratteristiche particolari: devono avere una buona densità di energia per unità di peso, e soprattutto devono potersi ricaricare molto in fretta, senza dissipare troppa energia sotto forma di calore (quindi dev'essere bassa anche la resistenza, perchè l'intensità di corrente sarà elevata). Adesso la sparo un po' così, ma un generatore termoelettrico di quel tipo potrebbe, forse, qualora fosse economico (altrimenti manco a parlaren :D), aiutare a immagazzinare meglio l'energia "persa" durante l'accumulo delle batterie tampone: potrebbe essere usato per riconvertire parte dell'energia termica dissipata in energia elettrica da reimmettere nel circuito (l'effetto complessivo sarebbe praticamente quello di "ritardare" il tempo di carica della batteria).

Naturalmente non conosco il "problema" in dettaglio (materiali usati, caratteristiche delle batterie impiegate), quindi magari esagero un po'; comunque, a proposito di batterie per autotrazione c'è anche un progetto della Honda (chissà come mai siamo finiti tutti e due per parlare di case giapponesi :D) per delle batterie basate proprio sulle nanotecnologie, in particolare sui nanotubi di carbonio per realizzare dei supercondensatori mooolto efficienti, che potrebbero venire in aiuto per ottimizzare il recupero dell'energia in frenata. Ma se arriviamo al punto di adoperare le nanotecnologie in maniera conveniente, allora, secondo me, il passo successivo è quello di usare i generatori TEC per recuperare calore dai gas di scarico e avere dell'energia elettrica (in quantità sempre maggiori, man mano che migliora la tecnologia) in aggiunta a quella prodotta in frenata (e, rispetto a questa, prodotta con costanza - ma siccome sono pazzo, faccio qualcosa in più, e aggiungo un sistema di gestione dell'alternatore collegato al motore simile a quello delle formula uno, in modo che entri in funzione automaticamente ogni volta che si frena/si abbassa la frizione, così recupero un altro po' di energia dal motore a scoppio), così da avere un sottosistema elettrico magari un po' più potente, e soprattutto che funzioni via via sempre un po' più a lungo, col motore a scoppio che diventa così un po' più efficiente (perchè finisce col lavorare praticamente sempre a regimi ottimali) e meno assetato di carburante, e a questo punto, se la tecnologia si evolve nella direzione giusta (= alta efficienza e bassi costi), mi pare logico pensare ad un passo successivo in cui il motore a scoppio scompare per lasciar posto ad un generatore termoelettrico che converte tutta l'energia di combustione in un energia elettrica (fino al limite del ciclo di Carnot, e supponendo di non avere perdite, considerando il valore di picco di un buon motore elettrico dal rendimento del 90%, con la sorgente calda a 650° e quella fredda a temperatura ambiente siamo ad un rendimento complessivo proprio del 60%, mi pare, più l'energia recuperata in frenata - quest'ultima con un generatore elettrico più eventualmente altro tec per sfruttare le eventuali perdite per dissipazione durante tutto il processo di produzione e carica delle batterie tampone).

Chiaramente, tu parli delle tecnologie più "papabili" nell'immediato, e su questo non metto bocca, sia perchè tu ne sai sicuramente più di me, sia perchè fondamentalmente sono d'accordo :D. Io però mi riferivo al possibile passo successio, a tecnologie da aggiungere, diciamo, un pezzo alla volta per poi soppiantare le precedenti alla fine del percorso, e solo se manterranno le promesse a costi sufficientemente bassi: a quel punto, se diventasse economicamente conveniente produrre un piccolo generatore termoelettrico, con rendimento pari a quello di un ciclo di Carnot, capace di generare una quantità di energia tale che, se sfruttata da un motore elettrico efficiente, si tradurrebbe in un lavoro maggiore di quello prodotto da un motore a scoppio, non vedo perchè non si possa pensare di soppiantare del tutto il "sottosistema MCI", mantenendo un unico sistema elettrico, alimentato in pare dal generatore termoelettrico e in parte dall'energia recuperata in frenata. E la durata di questo processo potrebbe dipendere, in gran parte, dal tempo necessario ad affinare le nanotecnologie necessarie (e dal "coraggio" di qualche casa automobilistica nel tentare l'impresa :p). Probabilmente ho saputo rendere l'idea del "salto temporale" che comunque considero necessario per vedere all'opera queste tecnologie, anche perchè, si insomma, sai com'è, quando cominci a "fantasticare" su una nuova tecnologia "eccitante" vorresti vederla realizzata nel più breve tempo possibile :p

Del resto, le nanotecnologie (in particolare le nanoparticelle, ma allo stato attuale, i generatori di cui parlavo usano tecnologie diciamo più tradizionali, e non ancora le nanoparticelle, che sono in effetti un po' sotto accusa) ci stanno già "invadendo" a poco a poco, se non sbaglio vengono usati dei nanotubi per rendere più resistenti delle strutture in fibra di carbonio (se non sbaglio anche in alcune biciclette in commercio), e saranno presenti anche nei monitor sed, che dovevano essere commercializzati già a partire da quest'anno (e sono slittati per alcune querelle tra i produttori, e soprattutto perchè bisogna sfruttare fino all'osso gli lcd). D'altra parte, è vero che ci sono dei sospetti sulla pericolosità di alcune nanoparticelle (mentre altre sono sicuramente "benefiche": non ricordo il composto particolare, ma so che ce n'è uno che può accelerare il fissaggio di calcio nelle ossa, quindi dovrebbe essere utile sia per velocizzare il risanamento di fratture, specialmente quelle scomposte, sia per combattere l'osteoporosi), però potrebbero essere l'inizio di una nuova era tecnologica, con risvolti positivi in molti, troppi campi, dalla possibile realizzazione di generatori termoelettrici molto efficienti (da abbinare a qualsiasi fonte di calore, in particolare le rinnovabili - solare termico, biomasse, ecc. - per renderle più convenienti), ai conduttori con resistenza trascurabile (che vuol dire nessuna perdita durante il trasporto a grande distanza, voltaggi più bassi - anche nelle abitazioni - e quindi minori pericoli, meno lagne per i campi elettromagnetici generati dalle alte tensioni - altro spauracchio collettivo, più o meno infondato - e una maggiore disponibilità di energia elettrica - che già di per sè si può equiparare ad una maggiore efficienza nella produzione - risparmiando magari anche quel due percento che comunque si perde con i migliori trasformatori - che poi praticamente raddoppia se si considera la perdita alla fonte e a destinazione), ai benefici in campo medico (se guardiamo molto avanti, possiamo pensare a delle nanomacchine che riparano il corpo dall'interno; limitandoci a quello che esiste oggi, possiamo pensare alle nanoparticelle usate non solo per diagnosticare, ma anche per aggredire alcune forme tumorali - le stesse sono cadute oggetto di uno studio sulla loro pericolosità, anche se potremmo considerarlo un "effetto collaterale" secondario rispetto allo scenario clinico complessivo, soprattutto perchè sembra riguardare nanoparticelle di diametro inferiore a 10 nm, quindi "basterebbe" affinarne la produzione per scartare quelle di dimensioni inferiori ad una soglia di sicurezza - ma potremmo pensare anche ad un progetto particolare, che trascende il campo medico anche se nasce da esso, di sensori dell'ordine di un millimetro cubo - ma con gli sviluppi della nanotecnologia potrebbero diventare più piccoli - che possono essere spruzzati sulla pelle, programmati per compiti specifici e si organizzano autonomamente in una rete elaborativa ad hoc, a seconda della loro distribuzione effettiva, per ragiungere lo scopo prefisso - ovviamente semplice - che può essere la misurazione del battito cardiaco o il monitoraggio dei movimenti muscolari - che può essere utile, ad esempio, per individuare e segnalare immediatamente il sopraggiungere di una crisi epilettica - arrivando al progetto di un nanosensore per la diagnostica molecolare, che promette di riconoscere "l'odore" delle malattie - cioè, studiando la composizione chimica del plasma dovrebbe arrivare a poter individuare molto rapidamente degli scompensi relativi a particolari malattie), all'elettronica (mi basta citare le nanoram, basate sui nanotubi di carbonio, che promettono densità di memorizzazione fino a un terabit per cm2, per la realizzazione di memorie non volatili e velocissime, e a basso consumo, oppure gli studi sulla grafene per la stampa di circuiti elettronici, quando si saranno raggiunti i limiti fisici del silicio, ottenendo una densità di transistor elevatissima e ancora con consumi energetici molto, molto bassi: a questo punto immaginiamo la possibilità di avere a disposizione, a (relativamente) basso costo e con basse richieste energetiche, dei supercomputer molto più potenti di quelli realizzabili oggi a parità di spesa, praticamente privi di colli di bottiglia, tali da dare una spinta notevolissima alla ricerca tecnologica, sia per la potenza di calcolo, sia anche per i costi - che incidono sulla "commercializzazione" dei risultati e sulla possibilità stessa di fare ricerca a certi livelli - al punto da rendere sempre più facile simulare il comportamento del corpo umano, per comprenderne i meccanismi, studiare meglio certe malattie, trovare nuove cure, accelerare la sperimentazione di nuovi farmaci, al punto che i possibili effetti negativi delle nanoparticelle potrebbero diventare gravi quanto un banale raffreddore quando si presentassero davvero - considerando che il termine di paragone è l'esposizione all'amianto, le cui conseguenze si manifestano dopo decenni). Pertanto, da un lato auspico una certa vigilanza e una maggiore ricerca per scoprire tutti i possibili aspetti negativi dell'impiego massiccio di nanoparticelle, ma per trovare soluzioni che consentano di usarle in sicurezza, dall'altro spero che le nanotecnologie non subiscano dei gravi rallentamenti, o addirittura vengano boicottate, per timori potenzialmente esagerati e lo spauracchio di un "amianto 2 il ritorno", considerando anche che si era trovato il modo di rendere "inerte" l'amianto con una particolare resina, per cui, alla fine, risultava pericoloso "solo" durante la produzione, e potrebbe essere così anche per le altre nanoparticelle, anzi, con i giusti investimenti si potrebbe anche trovare il modo di produrle in tutta sicureza, sempre che siano realmente pericolose, perchè se dell'amianto possiamo tranquillamente fare a meno, le nanotecnologie presenti e future credo che siano un treno che non possiamo permetterci di perdere. E spero anche che gli allarmismi non vengano manipolati "sapientemente" da chi potrebbe vedere nell'avanzare delle nuove tecnologie un ostacolo per il proprio businness attuale (un po' come si può sospettare, a ragion veduta, che accada con le "paranoie" sulla pericolosità dei campi elettromagnetici in radiofrequenza, che stranamente sono state spesso enfatizzate quando da qualche parte nel mondo un nuovo competitor avrebbe montato nuove antenne...)

P.S. mi confermi quello che già sapevo per i diesel :) il ciclo Otto, a parità di altre condizioni, ha un rendimento teorico superiore, quindi ha un miglior coefficiente di riempimento del ciclo di Carnot equivalente, ma il ciclo Diesel, nella pratica, raggiunge temperature di esercizio (corrisponenti alla sorgente calda) superiori, ovvero ha dei migliori rapporti di compressione e di espansione, quindi alla fine il rendimento reale maggiore è quello del diesel.

P.P.S. L'idrogeno, comunque, ha anche altri problemi oltre alla produzione: la distribuzione e lo stoccaggio, anche all'interno del veicolo (in forma liquida a bassa pressione bisogna raffreddarlo e consumare parecchia energia, in forma gassosa e ad alta pressione servono contenitori molto resistenti). Per quanto riguarda l'uso di fonti energetiche non fossili (o, comunque, per l'uso di più fonti) avevo letto di un progetto (e anche un brevetto) di un ingegnere italiano per un motore rotativo, tipo Wankel, che dovrebbe consentire di cambiare "a caldo" il rapporto di compressione (oltre che quelli stechiometrici con l'aria, ma per quelli basta una sonda e un minimo di elettronica), passando con facilità da un carburante all'altro e cercando di ottimizzare il rendimento di ognuno (nell'ottica di avere più serbatoi e utilizzare carburanti diversi in una fase di transizione. Ne sai niente?

Alla fine mi sono dilungato anch'io :D, ma per me è un vizio :Prrr:

FlatEric

28-04-2007, 10:40

Azz quanta roba...andiam per gradi ;)

- Frenata rigenerativa: bravo, hai capito il problema, cioè l'immagazzinamento dell'energia elettrica prodotta. Ad oggi nei veicoli ibridi il collo di bottiglia sono proprio le batterie. Per quanto riguarda il loro riscaldamento, non è eccessivo, non recupereresti moltissima energia, dato che la loro perdita di efficienza e di disparità tra quantità di carica caricata e quantità rilasciata è buona parte imputabile a fenomeni elettrochimici. Quindi andresti a usare una tencologia sicuramente non economica per recuperare poca energia: il gioco non vale la candela.
Come alternativa alle batterie esistono al giorno d'oggi proprio questi supercapacitori (che non sò come son fatti, ma so cosa fanno :D) ed il prototipo honda appunto li utilizzava: hanno un difetto però, possono essere usati solo per degli ibridi start/stop (insomma, solo per aiutare la ripartenza) e quindi non possono essere utilizzati in ibridi più evoluti, dove serve una batteria che tenga la carica per più tempo.
Per ora nel campo delle batterie si ha solo da migliorare. Ci sono varie proposte, dalle nanotecnologie alle biotecnologie, ma per ora sono ancora agli albori, e ci vorrà del tempo prima che sian disponibili queste tecnologie con sufficiente potenza (poter fornire già solo 50-60 kW di potenza non è una bazzecola ;)), ma sicuramente avanzano, anche perché è proprio di quel che si ha bisogno più al momento per far progredire l'efficienza dei veicoli ibridi ed elettrici (i primi come traghetto tra gli autoveicoli con motori a combustione interna ed elettrici).
Per quanto riguarda il non calettare direttamente i generatori alle ruote, ci sono alcuni aspetti da considerare: il primo è che costerebbero, e sarebbero soggetti a molte più vibrazione rispetto all collocazione che hanno ora (dentro alla trasmissione in genere), e sarebbero auspicabili solo quando saranno introdotte macchine che si muovono principalmente con elettricità, utilizzando tali motori per la trazione; il secondo è che le trasmissioni hanno al giorno d'oggi, sopratutto quelle robotizzate, delle buone efficienze; il terzo è che, con un opportuno layout, in frenata puoi recuperare l'energia dalle ruote, ed in altre situazioni generare elettricità per altri sistemi della macchina, utilizzando sempre un solo generatore.

- Motori a combustione: perdonami se insisto, ma il continuare a generare potenza "bruciando" qualcosa è un idea da accantonare secondo me. Hai un limite invalicabile, per quanto avvicinabile: il ciclo di Carnot. Se al giorno d'oggi hai già alternative più efficienti (motore elettrico), perché continuare a voler insistere su qualcosa che tra l'altro usa come fonte di di energia qualcosa che sta per finire (petrolio e derivati). Bisogna investire su macchine elettriche, ricerca nel campo delle batterie ed infrastrutture per permettere la ricarica delle macchine elettriche...se pensi che al giorno d'oggi, se in una città come Milano se ci fossero le infrastrutture adatte alla ricarica di automobili elettriche, l'inquinamento scenderebbe in modo considerevole, ti fa capire che è tutta una questione di investimenti nella giusta direzione ;)
Ad ogni modo, se la tecnologia che tu menzioni basata sull'effetto Seebeck progredisse in modo tale da essere anche economica, pure nei motori elettrici ci sono delle perdite per effetto Joule, quindi ci si potrebbe avvicinare al 100% di efficienza ;) Il tutto senza avere degli altiforni sotto il cofano :p

Per le nanotecnologie...i discorsi che fai son molto belli e futuristici, ma come ben capisci bisogna vedere tutti i risvolti della medaglia. Sembran la panacea per tutti i mali, ma a me qualcosa che ha tutti sti vantaggi puzza...e infatti puzza a molta gente, perché non ci si può buttare a capofitto in una tecnologia così particolare a potenzialmente dannosa senza sondarne l'effettiva pericolosità. L'amianto insegna, hai ben detto, e tra l'altro per quanto si potesse mettere quella resina a ricoprire, se un pannello di Ethernit si spezza, le fibre di amianto cmq le respiri ;) Quindi, anche io sono abbastanza confidente in queste tecnologie...ma terrei sempre un occhio aperto, fin troppe volte il genere umano si è buttato a capofitto in una tecnologia credendoci come se fosse la soluzione a tutto, e fin troppe volte siam finiti male corendo troppo tardi ai ripari (vedasi l'utilizzo smodato dei combustibili fossili, global warming e inquinamento).

Per finire, ai tuoi due PS: al primo, si il ciclo Diesel è più efficiente, ma non solo di picco, ma anche in gran parte delle condizioni operative. E comunque a me tornava che anche idealmente il ciclo Diesel fosse migliore...potrei ricordarmi male.
Per l'idrogeno, beh, ti ho detto i problemi più energeticamente rilevanti: fare bombole più resistenti è soltanto questione di trovare i materiali adatti, e nn è necessario tenerlo in forma liquida ;)

xeal

28-04-2007, 22:07

Bene bene, magari siamo finiti un bel po' off topic, però il discorso è molto appetitoso :D

Per i supercapacitori ho fatto un po' di confusione :fiufiu: le nanotecnologie sono impiegate in un progetto del MIT con una densità di potenza limite di 100 kW/kg, ma non ne conosco la densità di energia, che servirebbe a capire per quanto tempo può erogare la carica. Il "modello" della Honda sembrerebbe usare tecnologie più tradizionali ottimizzate. Sei sicuro però che si scarichi così in fretta? Sul loro sito (http://world.honda.com/FuelCell/FCX/ultracapacitor/) lasciano intendere che si possa usare allo startup, in accelerazione e in generale quando serve un boost di potenza. I dati dichiarati parlano di una densità di potenza (in output) di 1,75 kW/kg e di una densità di energia minima di circa 2 Wh/g quindi 2 kWh/kg: non si dovrebbe scaricare troppo in fretta, oppure sto trascurando qualcosa?

Per il discorso del recupero in frenata: avevo pensato in effetti all'uso di un solo generatore come possibile vantaggio rispetto alla "trasformazione" dell'impianto frenante in quattro generatori (però mi era anche venuto il dubbio che il generatore unico potrebbe risultare più ingombrante, ma non ne ho idea in effetti), e non avevo pensato invece alle vibrazioni, comunque penso che, nell'ottica di avere solo motori elettrici, potrebbero avere un perchè: accanto all'uso di un unico "grosso" motore, con una meccanica di trasmissione simile a quella attuale, potrebbe prendere piede il "modello" dei quattro piccoli motori collegati direttamente alle ruote, magari proprio quelli a rotore esterno sperimentati dalla mitsubishi, che sono piccoli, erogano una potenza di 50 kW ciascuno e hanno una coppia elevate anche a bassi regimi di rotazione, quindi non hanno bisogno di usare dei rapporti in accelerazione; in uno scenario simile, si ridurrebbero molto gli ingombri e la necessità di meccanica addizionale, magari con motori in alternata (e un po' di elettronica per convertire l'output delle batterie - naturalmente solo se conveniente, non ricordo esattamente i vantaggi/svantaggi nell'uso di motori in continua e in alternata, ricordo che ce ne sono in entrambi i casi :p) per gicare sulla frequenza e altri parametri per regolarne la velocità e ottenere una sorta di differenziale elettronico, e con il generatore anch'esso integrato in qualche modo nelle ruote (che poi, nella mia mente malata e contorta, dovrebbe essere costituito da un avvolgimento per creare un elettromagnete attorno a un disco - o roba del genere :D - solidale con la ruota, collegato - solo al momento della frenata - a dei collettori per raccogliere l'energia elettrica) si potrebbero fare, penso, cose interessanti, con effetti simili al ripartitore di frenata delle formula uno (con il conseguente effetto simil quattro ruote sterzanti, che dovrebbe contribuire a migliorare la stabilità in curva), o meglio, integrando la gestione elettronica dei motori e dei freni-generatori, si potrebbe ottenere un sistema ESC senza alcun ricorso a parti meccaniche-idrauliche (ma siccome sono pazzo, e l'ho già detto :D proverei anche ad ipotizzare l'eliminazione del piantone dello sterzo e tutto il resto, sostituendo con dei sensori per rilevare l'angolo di sterzata del volante e dei motorini elettrici per far girare le ruote - eventualmente, a seconda della convenienza per limitare la potenza di questi motori, potrebbero azionare un sistema idraulico, comunque il layout complessivo credo che sarebbe meno ingombrante, ma sono tutte mie speculazioni non basate su dati tecnici :p). Naturalmente, non parliamo di costi, perchè non li conosco e quindi me ne frego: preferisco concentrarmi sugli aspetti più "balordi" e intriganti (e anche se la metà delle cose che penso/scrivo sono assurde, o hanno un senso solo a lungo termine me ne frego: è un discorso che mi diverte e non mi interessa altro :D).

Veniamo al discorso "bruciare qualcosa". Sono d'accordissimo che con batterie efficienti potremmo sbarazzarci di qualsiasi forno sotto il cofano, però oltre alle batterie (efficienti e con un elevato numero di cicli di ricarica; gli ultracapacitor del mit sembrano promettere alcune centinaia di migliaia di cicli; in ogni caso, proverei ad organizzarle in moduli con elementi dotati di una carica "piccola" e strutturati a formare una sorta di "buffer circolare": i primi moduli ad essere scaricati sono i primi ad essere ricaricati e gli ultimi ad essere riutilizzati - cioè vengono riutilizzati quando tutti gli altri sono scarichi) servirebbe una rete di distribuzione adeguata (possibilmente senza troppe perdite per effetto joule dalla fonte). Insomma, l'altoforno con dentro Seebeck (poveretto, che brutta fine :asd: ) potrebbe diventare, in base alle necessità, un ulteriore passo durante la transizione (quando poi diventasse più economico e facile usare solo sistemi elettrici "puri" buttiamo tutto a mare :D). Comunque, da qualche parte l'energia elettrica si dovrà produrre, e credo che una buona parte continuerà ad essere prodotta con macchine termiche, sia che si tratti di centrali tradizionali "ottimizzate" con questi particolari generatori (che brucino combustibili fossili - finchè ci sono, e in quantità minore grazie all'efficienza maggiore - oppure - in quantità via via crescente - combustibili da fonti rinnovabili - biomasse, gas "artificiale" ecc.), sia che si tratti di nucleare di IV generazione (e magari si trova il modo di sfruttare il decadimento delle scorie "pulite" - nel senso che decadono in "soli" 300 anni invece che in alcuni milioni - per produrre ulteriore energia - oltre al fatto che possono bruciare le scorie prodotte fino ad oggi, riducendone la radioattività a 300 anni), oppure di geotermico (anche solo quello che già si sfrutta, ma con rendimenti migliori, sempre nell'ottica di avere una tecnologia TEC poco costosa), o solare termico, con progetti come quello di Rubbia (il fotovoltaico per ora non lo considero troppo: rende poco, non lo puoi sfruttare appieno neanche quando il clima è ideale - perchè le celle esposte al sole riscaldano e sopra i 25°C l'efficienza diminuisce - e costa troppo; l'eolico attualmente è osteggiato perchè a qualcuno non piace l'impatto ambientale, ma anche in questo caso potrebbero giungere in soccorso le nanotecnologie - o affini - studiate ai fini dell'invisibilità: l'apparato, rivestito di materiali particolari - sempre se economici - potrebbe diventare parzialmente trasparente, quindi l'impatto visivo sarebbe minore - lo si vorrebbe fare anche con alcuni grandi edifici, quindi immagino che si prevedano costi "finali" non troppo elevati). Poi, mi azzarderei ad ipotizzare delle piccole centrali delocalizzate (che brucino qualsiasi carburante, in particolare biomasse et similia, e che sfruttino, se possibile, salti termici maggiori) nei luoghi di rifornimento per le automobili, in modo da limitare ulteriormente le perdite durante il trasporto dalla centrale all'utilizzatore (insomma, ho proprio deciso che se me lo fai scendere dalla macchina, questo benedetto Seebeck te lo devo infilare da qualche altra parte :rotfl: ).

Per le nanotecnologie, ma è naturale che bisogni essere vigili e non si debba eccedere con l'entusiasmo, mica voglio suicidarmi solo per vedere il mio computer portentoso che mi insulta se perdo tempo a muovere il mouse! :p Però non vorrei che si eccedesse nella direzione opposta, perchè se le premesse fossero realistiche, se nel giro di pochi decenni i possibili problemi causati diventassero facilmente curabili (è questa secondo me la grande incognita) alla fine della fiera ciò che conterebbe davvero non sarebbe la pericolisità in sè (presunta o reale), ma il rapporto con i benefici. Le nanoparticelle maggiormente sotto accusa sono i nanotubi di carbonio, che sembrano i più promettenti ma anche i più tossici, specialmente per le cellule polmonari (e si sospetta anche per i globuli rossi), però sono gli stessi che possono accelerare la calcificazione delle ossa (ricordavo male: non è un composto particolare, sono proprio i nanotubi ad avere questo effetto) e pare siano utili per far comunicare tra di loro i neuroni (sia mai che vengano usati per curare le paralisi). Ma resta il problema della pericolosità se inalati, però confido che si trovi il modo di imbrigliarli al punto da poter considerare la quantità inalabile da una persona al di sotto di una soglia di tolleranza (ricordiamo sempre che siamo "macchine biologiche" che si autoriparano con estrema facilità se il danno è lieve, rientra nella routine quotidiana del nostro organismo); inoltre, una ricerca recente ha evidenziato la tossicità dei nanotubi principalmente nelle particelle di lunghezza inferiore ai 200 nanometri, che dovrebbero essere troppo corte per la maggior parte delle applicazioni (in particolare quelle elettroniche), per cui potrebbe essere sufficiente studiare sistemi di produzione migliori per non scendere al di sotto della soglia limite (e fare in modo che gli scarti inferiori non siano immessi nell'atmosfera - magari si trova il modo di riciclarli nella produzione di ulteriori particelle); in ogni caso bisognerà vigilare e condurre ulteriori ricerche. Allo stesso modo bisognerà condurre ricerche sugli effetti benefici delle nanoparticelle: oltre ai possibili usi "medici" dei nanotubi di carbonio, bisogna investigare sugli ossidi di Ittirio e Cerio, che pare funzionino da antiossidanti per le cellule e possano renderle più longeve (se per ogni nanoparticella tossica se ne trovasse una benefica che annullasse gli effetti negativi delle altre, magari saremmo a un buon compromesso, anche se sarebbe meglio non avere a che fare con qualcosa di tossico). Solo non vorrei ritrovarmi circondato da persone che per partito preso e per sentito dire (magari da giornalisti interessati più al sensazionalismo che all'accuratezza delle notizie, come quando parlano dello scioglimento dei ghiaccia tralasciando di dire che tendono ad espandersi da qualche altra parte, mantenendo una superficie globale all'incirca costante - ma scienziati del calibro di Zichichi non vanno ascoltati, meglio dare adito solo ai più allarmisti) osteggiano le nanotecnologie come oggi si osteggiano, a volte, le radiofrequenze e il fantomatico "elettrosmog", la cui pericolosità è tutta da dimostrare (e di fesserie con presunzione di scientificità sull'argomento ne ho lette :rolleyes: - anche peggiori delle mjnkj@te che sparo io :D).

Chiaramente, questa è la mia visione (o allucinazione :D), e come dico in questi casi, preferirei di gran lunga averne una sui numeri del lotto :sofico: ma sfortunatamente per me (e per chi è costretto a leggere i miei sproloqui :Perfido: ) non li sogno mai :asd:

bjt2

29-04-2007, 16:51

Avevo postato tempo fa un link ad un prototipo di mini one trasformata:

4 motori elettrici integrati nelle ruote da 160 CV (per un totale di 640 CV), ultracapacitore da 350V 700A max, Batterie al litio per 300V 70Ah (21 KWh), motore a benzina da 250cc 4 tempi, per una potenza di 15Kwh/20 KWh di picco. 28 Km al litro in tutte le condizioni. Frenata rigenerativa che ricarica l'ultra capacitore e lentamente le batterie. Il motore è in grado di caricare le batterie fino a 60/70 mph (circa 120 Km/h)... 640 CV, da 0 a 100 in meno di 4s, controllo della trazione sia in accelerazione che in frenata, opzionali i sensori giroscopici e sotto lo sterzo. I 4 motori sono collegati assieme e 1000 volte al secondo aggiustano la potenza per garantire nessuno slittamento sia in accelerazione che frenata.

Kit adattabile teoricamente a tutte le auto...

Links:

Il primo, molto più dettagliato e tecnico, è questo:

http://www.gizmag.com/go/6104/

Il secondo, meno dettagliato, è questo:

http://www.treehugger.com/files/2006/08/the_hybrid_mini.php

xeal

29-04-2007, 17:40

Molto interessante :)

bjt2

01-05-2007, 14:08

Una cosa riportata in piccolo e alla fine del primo articolo, ma molto interessante per la diffusione di massa di questo kit, sono le funzionalita che sfruttando il GPRS sono in grado di fare:

- Journey / energy reserve matching
- Prediction of journey radius available
- Automatic speed limit control (optional!)
- Driving license optimised speed constraints
- Remote diagnosis of any system fault conditions
- Auto reporting of breakdowns
- Auto location for attending engineer

FlatEric

02-05-2007, 00:09

Per gli ultracapacitori non ti sò dire come sian fatti, e precisamente le differenze della quantità di carica immagazzinata, ma penso che per ora essa sia minore delle batterie e poi sinceramente non sò quali siano i trade-off tra ultracapacitori e batterie, ma dato che per ora le batterie sono le preferite dai costruttori, gli ultracapacitori devono aver ancora qualche problema, oso immaginare proprio sulla quantità di kWh disponibili. Per quanto riguarda i dati della Honda...sembrerebbe che sian la manna dal cielo gli ultracapacitori, capaci di altissime densità di potenza e di energia immagazzinata, per di più con minori perdite...ma allora perché gli altri produttori non li usano? ;) c'è qualcosa sotto, se ho tempo doma chiedo qualcosa al mio prof :p
Ad ogni modo ridimensiono un attimo la situazione batterie e ultracapacitori: per quanto possano promettere grandi potenze in uscita, questa potenza utile cala al calare del livello di carica. Una batteria/ultracapacitore da 70kW, darà 70 kW solo alla massima carica, per poi gradatamente fornire sempre meno potenza. Quindi, per avere dalla batteria una potenza "media" di 70 kW, generalmente bisogna ricorrere a batterie più "potenti". Non per niente la gestione e lo sviluppo delle batterie, o di qualsiasi altro immagazzinatore di energia elettrica è molto fervida ultimamente, visto che sempre più si necessita di migliori prestazioni sia in termini di potenza media in uscita, sia in durata.

La scelta per ora di motori elettrici integrati nella trasmissione negli ibridi è semplice: si sfruttano i motori per scegliere il rapporto di marcia in modo continuo, cioè senza soluzione di continuità dal rapporto di marcia minimo a quello massimo. Diventa un cambio a variazione continua molto efficiente, che permette in ogni istante di riuscire a ottimizzare il punto di funzionamento del motore termico, e quindi migliorare la sua efficienza. Quindi non si utilizzano solo per rigenerazione, ma anche per la gestione del motore e per fornire coppia di spunto.
Una soluzione a motori calettati sui mozzi la vedo più fruibile su veicolo totalmente elettrici, o ad ogni modo ibridi pesantemente sbilanciati sull'elettrico, dato che a quel punto non servirebbero più per gestire anche il motore termico.

Hehe, tutte quelle sciccherie che hai in mente con i motori calettati alle ruote sono già in studio da molto tempo, incluso il togliere lo sterzo, per passare ad un'autoveicolo "full drive-by-wire". Il problema principale è la sicurezza, e l'omologazione: per ora gli enti omologatori richiedono che ci sia un "back-up" meccanico, o comunque un qualcosa che permetta di entrare in uno "stato di sicurezza" nel caso di guasto al componente elettromeccanico. Questo non è facile...prova a pensare a quale potrebbe essere un "safe-state" se si rompessero i freni, o lo sterzo? Difficile da determinare. Ovviamente mi dirai "ma anche le componenti meccaniche si guastano", ma purtroppo in genere gli enti omologatori sono un pò conservatori, quindi sebbene aziende come Brembo abbian già belli pronti freni elettromeccanici, bisogna pian piano aspettare la loro omologazione, ma ad ogni modo l'automobile tutta "-by-wire" arriverà di sicuro, anche per poter implementare molto più efficaciemente i sistemi vari di sicurezza che hai menzionato ;)

Ora ti faccio un piccolo inciso su macchine elettriche (che ahimè conosco fin troppo): il difetto delle macchine a corrente continua è che hanno le spazzole (o collettori,come li vuoi chiamare) che si consumano, e che creano archi voltaici. Per questo sono state ormai scartate dai vari produttori, son semplici ed abbastanza economiche, ma necessitano di troppa manutenzione. Quindi si usano solo macchine a corrente alternata, e principalmente macchine sincrone a magneti permanenti e macchine asincrone con rotore a gabbia. E' vero, nella conversione DC-AC si perde un pò in effetto Joule, ma ad ogni modo i vantaggi dei motori a corrente alternata son tali da farle preferire ;)

Per le macchine termiche...beh, l'avrai capito, sono un patito dell'elettrico, perché è una tecnologia a nostra disposizione, e già ad un livello di affinamento molto alto, cosa che invece altre tecnologie non hanno: serviranno anni per rendere sempre più performanti le nuove tecnologie, mentre quelle già esistenti da molto son già affinate. A questo punto, beh, come dici il problema è come produrre energia: ormai pian piano si stan sviluppando sempre più tecnologie alternative e "pulite", o almeno rinnovabili...non mi addentro nell questione, andremmo avanti per millenni e non possiedo sufficienti nozioni per sentirmi sicuro del discorso che proporrei. Cmq poveri Seebeck e Carnot, proprio arrosto li vuoi :p

Per le nanotecnologie...ci vuole solo buon senso. Io stesso vorrei che tutto ciò che è utile si diffondesse, idem per le nanotecnologie. Il problema non siamo nè noi, nè le grandi aziende, che per mantenere alta la propria immagine mai azzarderebbero di produrre qualcosa potenzialmente dannoso. Il problema sono i furbi: esistono già in commercio, sopratutto in america, moltissimi prodotti basati su nanoparticelle. Qua non si parla di nanotubi usati come conduttori in microelettronica o in qualsiasi applicazione dove magari potrebbero essere controllati, ma parliamo di prodotti per la casa o cose del genere, sostanze a contatto con le persone e facilmente inalabili, e chissà che non sian sufficientemente piccoli da provocare danni fra 10 anni a chi li usa. Per questo ci vuole studio e regolamentazione, sennò i furbi fanno i soldi sulla nostra pelle...in tutti i sensi! Quindi, che vadano avanti sia la tecnologia che gli studi sugli effetti di essa, tanto male non fà se qualcuno scopre che son tutte baggianate, e solo bene potrebbe fare se scoprissero che alcuni utilizzi sarebbero dannosi, giusto per evitarli ;)

Ah, sulla mini...notavo una cosa, le batterie han sì 700A di picco (210kW di potenza di picco), ma solo 70Ah di media...questo si traduce in soli 21kWh, che non sono moltissimi kW di potenza a disposizione se pensate che danno sui 400km di autonomia...insomma in Full Electric è un docile agnellino :) e poi ha a disposizione tutti quei kilowatt solo a piena carica, quindi quei numeri sono sensazionali, ma ridimensionabili. Bisogna sempre vedere le prestazioni di batterie/capacitori per valutare le prestazioni di un automobile elettrica, puoi avere motori elettrici da 1 MW, ma se hai la stilo da 2000mAh non vai molto lontano :p

bjt2

02-05-2007, 10:32

Ma infatti accoppiata alla batteria c'è un ultracapacitore da 350V 11 Farad... :) Dalle mie rimembranze, gli ultra capacitori hanno una densità bassa (2 KWh/Kg allo stato attuale), ma sono in grado di scaricarsi e caricarsi 10 volte più velocemente di una batteria... :) Ed infatti l'ultra capacitore è dimensionato per avere una corrente di spunto di 700A, che credo sia sufficiente sia per lo spunto che per la frenata... :) Così assorbono i picchi in tutte e due le situazioni... Altrimenti non si avrebbe quella resa (0-100 in 3.7 secondi... :eek: in accelerazione ed anche in frenata) ;)

Si può anche fare il calcolo dell'energia immagazzinata :

0.5 * C * V^2, circa 673000 Joules.

L'energia cinetica di una massa di 1000 Kg a 120 Km/h (33 m/s) è 555555 Joules... Credo che ci siamo... ;)

FlatEric

02-05-2007, 12:20

Sì sì, quello lo pensavo, ma proprio perché è un ultracapacitore serve solo per start, quindi le mie considerazioni erano sul dopo start,sulle lunghe percorrenze ;)

xeal

03-05-2007, 00:57

Be', speriamo che si trovi in breve tempo il modo di impiegare gli ultracapacitori senza perdite nella potenza erogabile, oppure batterie "migliori" (o entrambe le cose: con una batteria leggera ad alte prestazioni alimento il motore, con gli ultracapacitori - eventualmente in due blocchi - recupero rapidamente energia in frenata e la cedo - più lentamente, per questo i due blocchi da alternare - alle batterie).

Non avevo pensato a possibili storture "burocratiche" (anche giustificate) da parte degli enti omologatori. Comunque, credo (e spero) che non dovrebbe essere troppo difficile dimostrare "matematicamente" che il tempo medio di rottura del sistema elettrico ben fatto sia uguale o superiore a quello di un sistema meccanico (considerando problemi di attriti e lubrificazioni varie), poi, la chiave per lo stato di minima sicurezza potrebbe essere la ridondanza di alcuni componenti. Per quanto riguarda i freni elettromeccanici, se non sbaglio vengono usati già in ambito ferroviario, quindi la loro affidabilità non dovrebbe essere "da dimostrare", poi, la rottora di uno non dovrebbe minimamente influenzare gli altri 3, quindi il livello di sicurezza di partenza lo paragonerei a quello di un impianto idraulico a circuiti separati, a questo punto bisognerebbe stabilire il rapporto tra il rischio di rottura del circuito idraulico (relativo a ciascuna ruota) e quello sul malfunzionamento del singolo freno elettromeccanico, commisurato anche alla minore manutenzione necessaria, per via dell'usura dei freni tradizionali (se non ho frainteso, nel progetto della mini è lo stesso motore inserito nella ruota, privo di spazzole, ad agire da generatore in frenata - e quindi da freno); poi, magari una parte puramente meccanica, nei freni, rimarrebbe nel freno di stazionamento, che se non sbaglio figura anche come freno di emergenza (nel caso in cui non funzioni il circuito idraulico è meglio di niente :D); rimarrebbe da "mettere in sicurezza" il sistema di comando dei freni elettromeccanici, ma per questo dovrebbe bastare la ridondanze dell'elettronica di comando (un chip ausiliario che interviene in condizioni di failure del primario --- rifacendomi al progetto della mini, visto che tutto è gestito da una centralina elettronica - abs, controllo della trazione, ecc. - dovrebbe bastare una centralina secondaria e un protocollo di monitoraggio, più dei sensori ridondanti). Per lo sterzo, chiaramente il sistema meccanico divenerebbe più complicato; non so, penserei ad un circuito idraulico per girare le ruote azionato da un motorino abbastanza piccolo da rendere poco ingombrante la presenza di un secondo motorino associato a un circuito secondario, più i soliti sensori ridondanti (con l'elettronica di controllo che va a calcolare le differenze nelle rilevazioni - praticamente andrebbe a ricercare l'errore minimo tra tutti i sensori, con qualche variante nell'algoritmo per tener conto di più sensori "sballati" che non rilevano movimento o rilevano lo stesso errore sbagliato, escludendo quelli che appaiono malfunzionanti, magari con un sistema di calibrazione alla partenza che simula una sterzata con angolo predeterminato e individua eventuali errori di rilievo). Ma sicuramente saranno allo studio dei sistemi anche migliori.

Per quanto riguarda i motori asincroni, sono a gabbia singola o doppia (non ricordo quale dei due sia autoavviante)? Per caso sono trifase?

Per quanto riguarda la modalità full electric della mini, mi pare di aver capito che sia consigliata nei centri urbani, dove il traffico e le frequenti frenate chiamerebbero in gioco frequentemente l'ultracapacitore (e dove fa maggiormente comodo tenere la marmitta a riposo :D). Controllando sul sito (http://www.pmlflightlink.com/news.html) del produttore, mi è sorto un dubbio sulla capacità complessiva delle batterie usate, perchè usano in un modo che trovo un po' ambiguo la locuzione "battery pack": si parla di 80 celle organizzate in gruppi di otto per un totale di 10 gruppi ( "packs" ), di un sistema di gestione delle batterie posto al di sopra dei gruppi ("battery packs") e dell'energia di 21 KWh del "battery pack", che sembrerebbe indicare il complesso di tutte le batterie, ma è in contrasto con l'uso precedente del termine che si riferiva al singolo gruppo (in tal caso i 21kwh sarebbero un decimo del totale, ma questo stonerebbe un po', anche in considerazione del fatto che il motore a combustione collegato al generatore eroga una potenza di 15 kw e che ricarica le batterie in modo tale da quadruplicare l'autonomia complessiva).

FlatEric

03-05-2007, 18:18

Guarda, purtroppo i meccanici son durissimi di orecchie...non basta la matematica per dimostrargli che qualcosa di elettronico, o comunque controllato, è migliore di una cosa meccanica e passiva: devi sbatterglielo in faccia! Ti dico solo che la tesi che sto facendo è tutta imperniata nel dimostrare che delle sospensioni controllate sono migliori di quelle non controllate! E purtroppo nel mondo automobilistico/motociclistico sono ancora i meccanici ad avere più voce in capitolo

Beh, i rotori li puoi fare come vuoi :) sono solo tecniche costruttive, oso immaginare (non avendo conferma) che siano a barre profonde (doppia gabbia insomma) per avere maggiore coppia di spunto, dato che stiam parlando di applicazioni automotive. Poi ovviamente sono trifase, è l'unico modo che hai per non complicarti la vita con una sola fase, già è difficile regolare un motore asincrono ;)

Da quanto mi par leggere, saranno 21 kW tutto il pacco batterie, sennò il motorino servirebbe a ben poco se fossero 210 kW di batterie :) Cmq la mia osservazione era per far notare che per quanto la mini abbia sui 470 kW di potenza, essi sian disponibili poche volte ;)

xeal

03-05-2007, 21:38

Già, anche perchè con 210kwh di batterie più il capacitore per lo startup non ti serve a molto il motorino, se non per ricaricare l'auto durante la notte (se non sta al chiuso, perchè altrimenti sarebbero dolori) :D. Chiaramente è un proof of concept, hanno messo i motori più potenti della loro produzione in abbinamento alle batterie migliori che hanno trovato in commercio, per far vedere che un'auto qualsiasi può modificarla e metterla su strada (anche se dovrebbero aggiungere il freno a mano, perchè se devi parcheggiare in salita non puoi scendere e sistemare i mattoni sotto le ruote :D)

FlatEric

03-05-2007, 22:40

Ma sì, è palese, anche perché è una ditta produttrice di motori :stordita:

Uhauhauhaha una macchina da 0-100 in uno sputo che per stare ferma ha bisogno dei mattoni :rotfl:

xeal

04-05-2007, 03:09

Ho come il sospetto che il problema non sia banalissimo, visto che il "blocco motore" è completamente chiuso e occupa praticamente l'alloggiamento dei dischi per un diametro pari a quello interno della ruota, quindi presumo che l'apparato del disco di stazionamento debba essere spostato all'indietro, complicando il layout del vano bagagli e credo anche quello dell'asse. Da questo punto di vista quasi quasi preferisco i motori a rotore esterno che sta testando Mitsubishi, che sono più compatti (anche se meno potenti: 200 KW in tutto) e lasciano spazio per qualcos'altro al centro, però sono più esposti agli agenti esterni, anche se credo che si possa ovviare.

Certo che vedere quei quattro mattoni gialli con un lato a scivolo che bloccano le ruote fa il suo effetto :D comunque vedere un prototipo in più di ibrido sbilanciato verso l'elettrico e quasi pronto per adattarsi alla struttura di un veicolo senza dover compiere peripezie futuristiche può solo fare piacere, vuol dire che il futuro si avvicina di un altro passo ;) Ma mi è venuta un'idea!!!! Infiliamo i mattoni nel pianale, come se fossero la "testa di un martello" che poi sarebbe una specie di leva imperniata nel pianale e azionata da un circuito idraulico, così quando si tira il freno a mano scendono e si incastrano con le ruote, dalla parte interna, formando a veicolo fermo una cosa del genere:

_____
_____/__|__\_____
{-----------------}
"--(0)_\---/_(0)--"

:sofico: :rotfl: :asd:

[NOTA: li ho sistemati nella parte interna così non hai problemi a parcheggiare in salita e in discesa :asd: ]

xeal

04-05-2007, 03:45

Azz, il disegnino si capisce solo dal forum :D

Le parentesi tonde con lo zero al centro sarebbero le ruote :rotfl:

Ooccheeii, adesso mi metto la camiciona bianca con le maniche luuunghe lunghe e mi chiudo nella stanza gommosa :asd:

bjt2

06-05-2007, 18:05

Il motore è a magneti permanenti, brushless e a 24 fasi... Credo che i magneti permanenti siano sul rotore e tramite sensori ottici o hall vengano comandate le 24 fasi dello statore...

xeal

15-05-2007, 19:38

Non so se seguite ancora questo thread, ma voglio aggiungere qualcosa sui supercondensatori: potrebbero essere davvero il futuro dell'immagazzinamento di energia elettrica.

Il problema principale è il voltaggio interno dei condensatori, che attualmente è piuttosto basso, credo per le caratteristiche intrinseche del dielettrico (tensione di rottura, correnti di leakage), che viene realizzato, come gli elettrodi, in strati molto sottili per poter costruire un condensatore multistrato, ma forse anche dalle caratteristiche degli elettrodi (generalmente in carbonio) e dell'elettrolita (generalmente, il carbonio attivo - o altro materiale - è a contatto con un elettrolita che a sua volta è a contatto con il dielettrico). Il basso voltaggio è compensato dalla elevatissima capacità che si riesce a raggiungere con materiali particolari: oltre ai nanotubi studiati al MIT, c'è l'aerogel di carbonio, che consente attualmente una densità di carica fino a 104 F/g, 77 F/cm3. Ci sono già in commercio degli ultracapacitori (di piccola "taglia" ) basati su questo materiale, che operano con una tensione di 2,5V e immagazzinano circa 90 Wh/kg, avvicinandosi alle batterie a polimeri di litio: "basterebbe" (è questa la vera sfida) portare il voltaggio operativo di ciascuno strato a 25 V, data la dipendenza quadratica, per arrivare a circa 9000 Wh/kg, un valore sicuramente ottimo per autotrazione; naturalmente ci sarebbe anche il problema dei costi, dato che produrre l'aerogel è attualmente molto oneroso, però sono allo studio dei metodi di produzione alternativi molto più economici.

Ma ho trovato una notizia che dovrebbe fugare i dubbi sulla possibilità di utilizzare un ultracapacitore come "batteria" per autotrazione: una società americana, la EEStor (piuttosto recente, non hanno neanche un sito web, e parlano poco con la stampa, dicono di voler lasciar parlare i fatti), sta per commercializzare, già entro la fine di quest'anno, dei supercondensatori (li chiamano EESU, electrical energy storage unit) che verranno utilizzati come unica fonte energetica in auto totalmente elettriche prodotte da una ditta canadese (Zenn Motor, che ha comprato una quota della EEStor); anche se le potenze per ora sono limitate (la vettura è una piccola utilitaria da città, limitata a 40 km/h circa, e il modulo è da 15kWh), è sicuramente un inizio. L'approccio di questo condnsatore è diverso rispetto a quello di altri supercapacitori: è un tradizionale condensatore ceramico, con piastre conduttrici in nickel, quindi con una capacità specifica bassa, ma fa uso di un dielettrico particolare, a base di titanato di bario con uno speciale rivestimento (a base di calcio, magnesio, alluminio, vetro e qualcos'altro), che, secondo i dati di progetto, consente di raggiungere, pur essendo realizzato in strati sottilissimi (pochi micron), un voltaggio di ben 3500V, con una densità di energia che si aggira attorno ai 300 - 340 Wh/kg, praticamente doppia rispetto alle batterie al litio, con tutti i vantaggi di un supercondensatore, in particolare per quanto riguarda la carica/scarica: il modulo descritto nel brevetto, da 52,22 kWh e150 kg circa, cavi permettendo, si carica completamente in non più di 6 minuti, può naturalmente erogare picchi di potenza elevati e ha delle correnti di leakage nel dielettrico minime, nonostante l'elevato voltaggio, che producono un'autoscarica dello 0,1% in 30 giorni. Attualmente sono riusciti a produrre con processi da mass production il dielettrico con una purezza del 99,9994%, sufficiente per avviarsi verso la commercializzazione. Certo, le caratteristiche tecniche, in assoluto, non sono straordinarie, però, considerando anche i costi non particolarmente elevati, nel prototipo della mini modificata si potrebbe sostituire il blocco delle batterie al litio + condensatore, che ha un peso di circa 190Kg, con un modulo basato su questo tipo di capacitore ottenendo oltre 60kWh, sostituendo anche il gruppo motore-alternatore (altri 50kg) si raggiungerebbero gli 80 kWh: si comincia a ragionare sul serio; se poi vogliamo "esagerare" sostituiamo i motori da 120kW con quelli da 40, risparmiando una 30 di kg da "convertire" in altri 10 kWh circa.

Naturalmente non mancano le critiche a questo progetto (alcune da parte della concorrenza): in particolare, si muovono obiezioni sulle caratteristiche effettive del dielettrico (capacità di sopportare un voltaggio così alto e autoscarica così bassa), sull'opportunità di avere un voltaggio così elevato all'interno di un veicolo (anche se ha dei sistemi di protezione e la tensione in entrata e in uscita è regolata da un inverter; inoltre gli inventori puntano molto sull'assenza di sostanze corrosive/esplosive come nelle batterie tradizionali), e sull'intervallo di temperatura in cui non si ha un degrado prestazionale di rilievo, dichiarato tra -20° e +65° C (i dati iniziali parlavano di -40°C come temperatura minima teorica, poi stimata a -20°C nella realizzazione pratica, e gli obiettori sostengono che per un uso ottimale per autotrazione dovrebbe operare bene fino a -40° - forse vogliono andarci in Siberia, oppure, a parte gli scherzi, preferirebbero un margine di sucurezza maggiore in caso di inverni molto rigidi e ondate di freddo polare). Ma se manterrà le promesse potrebbe essere un buon ponte verso il futuro del full electric, in attesa di materiali migliori (confido nell'aerogel da 104 Farad per grammo, a basso costo e con tensione operativa a 25V o superiore, sarebbe una manna). Naturalmente basterà aspettare un po' per saperne di più, visto che la commercializzazione avverrà a breve ;)