Siamo stati così concentrati sui sistemi di stoccaggio chimico ultimamente, che alcuni di noi dimenticano altre vecchie, apparentemente più efficienti, batterie meccaniche.
Questa batteria è il volano. Diversi esperimenti di successo sono stati fatti negli ultimi 50 anni, e le applicazioni del volano andavano dal fungere da UPS per un ospedale al mettere un intero treno in movimento e poi a velocità di crociera, solo con la sua potenza.
Come funziona una batteria meccanica? Avete mai riparato la vostra bicicletta e, mentre era a testa in giù, avete fatto girare i pedali, in modo che la ruota raggiungesse un alto numero di giri? Se lo avete fatto, potreste aver osservato che cercando di fermare la ruota, esercitate una forza su di essa. Che cosa significa questo? C’è dell’energia immagazzinata nel movimento rotatorio della ruota, energia che si perde attraverso l’attrito (e, forse, il calore).
I ragazzi intelligenti hanno pensato di utilizzare questa energia rotazionale di un volano e farle fare qualcosa di utile. Questa è una tecnologia antica, però, che è stata scritta secoli fa.
Così, gli scienziati hanno creato tubi d’acciaio, li hanno messi su cuscinetti magnetici (il collegamento del tubo allo statore era attraverso un campo magnetico, per ridurre l’attrito), e hanno fatto girare la cosa fino a 50.000 giri al minuto. Quando necessario, usavano quella forza di rotazione per fare elettricità (nel modo classico), e diminuire la sua velocità, estraendo energia da essa. Questo non vi ha già fatto alzare il sopracciglio? Bene, potreste pensare che il volano si ferma rapidamente, ma le cifre mostrano che le capacità tipiche di energia vanno da 3 kWh a 133 kWh, con un’efficienza di immagazzinamento fino al 90%.
Ci sono stati autobus sperimentali costruiti negli anni ’50, chiamati “gyrobus”, e sono stati utilizzati a Yverdon, in Svizzera. Inoltre, sono stati costruiti prototipi di automobili su questo principio. Nuovi materiali, come le fibre di carbonio, li rendono più utilizzabili e potenti. Infatti, più forte è il materiale del volano, più alta è la velocità di rotazione e l’energia che può immagazzinare. Questo è l’unico serio limite e pericolo dei volani. Possono rompersi in pezzi se girano troppo velocemente.
Le batterie meccaniche sono anche resistenti al tempo. Un ricercatore ECE, il Dr. Mark Flynn, dell’Università del Texas a Austin, ha progettato un sistema a volano che potrebbe durare 20 anni di uso continuo.
“Il design di Flynn cattura l’energia di frenata e la usa per il prossimo sollevamento. Ancora più importante, l’aggiunta di un sistema di immagazzinamento dell’energia a volano abbassa i requisiti di potenza di picco, risparmiando energia durante i periodi di inattività. I test sul campo in Cina hanno dimostrato che quando gli operatori hanno utilizzato un gruppo elettrogeno adeguato ai requisiti di potenza ridotti e hanno aggiunto una batteria meccanica, il consumo di carburante è sceso del 38%, con significative riduzioni delle emissioni di NOx e PM.
Il controller del motore a volano di Flynn sta anche sostituendo le batterie industriali utilizzate da centri dati mission-critical e ospedali. “Le batterie industriali sono inizialmente meno costose di un volano, ma quando si considera la manutenzione e il dover pagare più carica di quella necessaria per evitare la frequente sostituzione della batteria, una soluzione basata sul volano può essere notevolmente meno costosa”, dice Flynn. “Un volano VYCON durerà 20 anni ed elimina il problema di cosa fare con 200 batterie al piombo tossiche su larga scala.”
Gli ospedali e i centri di back-up dati non possono permettersi interruzioni di corrente. Le vite e il recupero dei disastri per le imprese dipendono da un flusso ininterrotto di energia. Una tipica interruzione di corrente è molto breve e la maggior parte degli ospedali e dei centri dati hanno generatori diesel di riserva, il che significa che l’immagazzinamento di energia extra di una batteria industriale non viene mai utilizzato completamente. La maggior parte delle interruzioni sono ben all’interno della capacità di un volano, ma quando l’interruzione persiste, il volano assorbe le anomalie di potenza dannose e le trasferisce con grazia al generatore, soddisfacendo le normative sull’alimentazione di emergenza che stabiliscono che i gruppi elettrogeni devono essere in grado di assumere il carico entro 10 secondi. Le batterie meccaniche hanno anche una maggiore tolleranza per i cicli rapidi.”
Avere i volani in giro ci dà un’alternativa alle batterie chimiche, e l’impulso per continuare lo sviluppo di questa interessante tecnologia. Per esempio, potrei usarne uno tascabile per alimentare la batteria appena finita del mio portatile. La possibilità di rendere queste cose mobili, per l’uso in auto elettriche o altre applicazioni, è stata testata, e si è scoperto che avrebbe bisogno di misure speciali per non interferire con la stabilità dell’auto in curva. Ne scriverò in un prossimo articolo.