Quante volte avete sentito parlare di auto elettriche che pesano troppo? Bene, anche questa tiritera sta per finire. In Corea hanno appena inventato motori elettrici che funzionano senza un grammo di metallo. Zero rame, zero alluminio, solo nanotubi di carbonio che pesano quanto un foglio di carta ma conducono elettricità meglio del vostro vecchio stereo. Il trucco? Una tecnologia chiamata LAST. E se pensate che sia roba da laboratorio, sappiate che hanno già fatto girare una macchinina giocattolo. Il prossimo passo? Motori elettrici leggeri come una piuma.
La svolta dei nanotubi di carbonio nei motori elettrici
I ricercatori del Korea Institute of Science and Technology (KIST) hanno sviluppato qualcosa che sembrava impossibile: cavi elettrici fatti interamente di nanotubi di carbonio. Questi materiali rivoluzionari non sono una novità assoluta, ma il modo in cui li hanno trasformati in conduttori pratici è davvero interessante. Il Dr. Dae-Yoon Kim e il suo team hanno creato quello che chiamano CSCEC (Core-Sheath Composite Electric Cables): cavi spessi appena 0,3 millimetri che sostituiscono completamente il rame nelle bobine dei motori elettrici.
Il fulcro è un processo chiamato Lyotropic Liquid Crystal-Assisted Surface Texturing (LAST). Pensate ai cristalli liquidi come a dei direttori d’orchestra microscopici che allineano i nanotubi di carbonio in formazioni perfette. Questo processo non solo migliora la conduttività del 130%, ma elimina anche le impurità metalliche che di solito compromettono le prestazioni. Il risultato? Cavi che conducono elettricità mantenendo un peso ridicolmente basso.
Come funziona la tecnologia LAST per motori elettrici
La tecnologia LAST è il cuore pulsante di questa innovazione. I nanotubi di carbonio, normalmente aggrovigliati come spaghetti microscopici, vengono “disciplinati” utilizzando cristalli liquidi liotopici. Questi cristalli hanno una proprietà unica: fluiscono come liquidi ma mantengono un ordine direzionale come i cristalli solidi. Quando i nanotubi passano attraverso questo ambiente ordinato, si allineano perfettamente e si separano in strutture lineari ideali per la conduzione elettrica.
Il processo include anche un lavaggio chimico che rimuove i catalizzatori metallici utilizzati durante la produzione dei nanotubi. Questo passaggio è cruciale perché le impurità metalliche possono compromettere le prestazioni elettriche a lungo termine. Il risultato finale sono cavi CSCEC con un nucleo conduttore di 256 micrometri circondato da una “guaina isolante” spessa appena 10 micrometri.
Il team di KIST ha già dimostrato la fattibilità costruendo un piccolo motore elettrico che alimenta un’auto giocattolo. Questo motore è completamente privo di metallo e funziona perfettamente, anche se con prestazioni ridotte rispetto agli equivalenti in rame.
Il motore a nanotubi raggiunge 3.420 giri al minuto contro i 18.120 del rame, ma il rapporto peso-prestazioni è straordinariamente favorevole.
L’impatto sui veicoli elettrici del futuro
Le implicazioni per l’industria dell’auto sono potenzialmente enormi. Considerate quanto rame nelle bobine contiene, ad esempio, un motore Tesla Model S. Sostituendo il rame con i nanotubi CSCEC, il peso dei motori potrebbe scendere da 68 kg a circa 52 kg. Può sembrare poco, ma in un veicolo elettrico ogni chilogrammo conta per autonomia ed efficienza.
Perché? Beh, perché la riduzione del peso ha effetti a cascata: meno massa rotante significa accelerazioni più rapide, migliore risposta dell’acceleratore e minori perdite meccaniche. Il sistema di raffreddamento può essere dimensionato più piccolo perché i nanotubi generano meno calore. Come abbiamo evidenziato, l’industria sta cercando disperatamente alternative alle terre rare e ai metalli tradizionali.
Sfide economiche e prospettive future per i motori elettrici
Naturalmente, come sempre non tutto è rose e fiori. La conduttività elettrica dei nanotubi CSCEC rimane inferiore a quella del rame: 7,7 megasiemens per metro contro i 59 del rame. Questo significa che a parità di dimensioni, i motori a nanotubi erogano meno potenza. Tuttavia, il rapporto prestazioni-peso è competitivo, specialmente in applicazioni dove ogni grammo conta, come aerospaziale e droni.
Al momento, il costo rappresenta l’ostacolo principale: produrre nanotubi CSCEC costa tra 375 e 500 dollari per chilogrammo, contro i 10-11 dollari del rame. Ma i ricercatori sono ottimisti: ottimizzazioni nella produzione e miglioramenti nelle tecniche di allineamento potrebbero ridurre drasticamente i costi nei prossimi anni.
Il futuro elettrico senza metalli
Questa scoperta è un altro piccolo, cruciale punto di svolta nella progettazione dei motori elettrici. Come già visto in altre innovazioni, l’industria automobilistica sta esplorando strade alternative per superare i limiti attuali. I nanotubi di carbonio potrebbero essere la chiave per veicoli elettrici più leggeri, efficienti e indipendenti dalle forniture di terre rare.
La ricerca pubblicata su Springer Nature Link apre scenari affascinanti: droni con autonomie maggiori, auto elettriche più agili, e forse un giorno interi sistemi di trasporto liberi dalla dipendenza dai metalli tradizionali. Il futuro dei motori elettrici potrebbe davvero essere scritto nel carbonio, non nel rame.
