Energia di locomozione pulita ed eco sostenibile

11/04/23

Il primo prototipo di auto fu inventato nel 1771. Originariamente l’auto andava a vapore e pesava dalle 4 alle 5 tonnellate, fu una grande scoperta per l’umanita’ perché permetteva spostamenti senza l’utilizzo di animali o di persone. Con il passare del tempo l’auto fu modificata per migliorarne l’autonomia, la velocità ed i consumi.

Oggi l’auto è parte integrante della nostra vita quotidiana, vi sono circa 2 macchine per famiglia in qualche caso anche 3. Nonostante negli anni siano state ridotte considerevolmente le emissionidi CO2 (anidride carbonica), l’auto potra’ evolversi ulteriormente mediante l’utilizzo di energie rinnovabili e pulite. Considerando anche che il combustibile principale per le auto si sta ormai esaurendo, una ulteriore evoluzione dell’auto potrà essere l’utilizzo dell’ energia eolica e solare. Questo porterà un notevole miglioramento all’ambiente globale.

Primo prototipo dell’auto (1771)

La Benz Velo (per esteso Veloziped) è stata un'autovettura prodotta in varie versioni tra il 1894 ed il 1902 dalla Casa automobilistica tedesca Benz & Cie. La Velo era equipaggiata da un monocilindrico perfettamente quadro (alesaggio e corsa pari a 110x110 mm) della cilindrata di 1050 cm³ ed alimentato a carburatore. Tale motore montava una distribuzione con valvola di aspirazione in testa e valvola di scarico laterale. La potenza massima raggiungeva inizialmente 1.5 CV a 450 giri/min, così da permettere alla Velo di raggiungere una velocità massima di 20 km/h.

Il nome Mercedes Simplex identifica una famiglia di autovetture di lusso prodotta dalla fine del 1901 al 1909 dalla Casa automobilistica tedesca Daimler per essere inserita nella gamma Mercedes. La gamma Simplex si è articolata in ben sei modelli, tutti di elevata cilindrata e di fascia di lusso. In comune a tutti i modelli vi era il tipo di telaio utilizzato, in lamiera d'acciaio stampata con sezione ad U, soluzione peraltro condivisa anche con la 35PS. Altre caratteristiche comuni ed ereditate dalla 35PS erano il sistema frenante di tipo meccanico, che agiva sull'albero di trasmissione ed il tipo di motore, diverso per cilindrata da un modello all'altro, ma simile nell'architettura. Tali motori erano infatti tutti dei 4 cilindri in linea, consistenti in due semiblocchi bicilindrici fusi separatamente ed allineati fra loro. Tali motori derivavano anch'essi dall'unità da 5.9 litri montata sulla 35PS. La distribuzione era a doppio asse a camme laterale, uno per ogni lato del motore, con valvole di aspirazione in testa e valvole di scarico laterali. Il cambio era a 4 marce.

La Fiat 500, meglio conosciuta come "Topolino", è un'automobile utilitaria della casa torinese, prodotta dal 1936 al 1955. Il radiatore è posto sopra il motore per risparmiare la pompa dell'acqua, secondo il principio che l'acqua calda va in alto e quella fredda in basso (circolazione d'acqua a termosifone); il telaio è assai semplice con due travi a V dall'anteriore al posteriore; il motore 4 cilindri è con valvole laterali. Ulteriori elementi i risparmio nella progettazione e realizzazione del motore sono l'alimentazione della benzina a gravità (eliminazione della pompa d'alimentazione) e la lubrificazione a sbattimento, con eliminazione della pompa dell'olio: il lubrificante veniva distribuito ("sbattuto") ai vari organi meccanici del propulsore dal movimento degli organi stessi.

La Lancia Appia è una autovettura prodotta dalla Lancia dal 1953 al 1963. Il motore ha la stessa cilindrata dell'Ardea (903 cc) ma una struttura diversa, con due alberi a camme nel basamento e testa in alluminio con sedi valvole riportate. I due alberi a camme (mossi da una catena silenziosa con tenditore idraulico automatico funzionante con la pressione del motore) comandano ognuno le valvole esterne della propria fila e quelle interne della fila opposta. Il sistema, in effetti un po' complesso, comporta qualche difficoltà di messa a punto per via della disposizione delle aste di distribuzione. Considerato il limitato interasse tra i cilindri, si opta per un albero motore poggiante su due soli supporti. Attraverso fasi intermedie (955 e 987 cc) si giunge poi -all'inizio del '53- alla cilindrata definitiva, che sfiora i 1100 cm³.

La prima generazione della Panda è stata la prima vettura con lunghezza inferiore ai 4 metri ad avere una motorizzazione diesel (1986) e a disporre di trazione integrale (1983); è anche una delle prime vetture ad essere commercializzata con alimentazione elettrica (Panda Elettra 1990). La vettura è stata la prima citycar ad aggiudicarsi il premio Auto dell'anno (nel 2004) e la prima citycar a raggiungere il campo base avanzato dell'Everest a 5.20

L'Alfa Romeo Giulietta è un modello di automobile appartenente al segmento C prodotto dalla casa automobilistica italiana Alfa Romeo nello stabilimento Fiat di Cassino (FR), in commercio da fine maggio 2010.0 metri (nel 2004 con modello 4x4). La trazione è anteriore, e le sospensioni all'avantreno configurate secondo lo schema a ruote indipendenti con montante telescopico in alluminio tipo Mac Pherson, mentre al retrotreno è presente uno schema a ruote indipendenti del tipo Multilink a tre bracci in alluminio con barra stabilizzatrice. Un'altra novità consiste nel servosterzo elettrico dual pinion: il motore elettrico che realizza la servoassistenza non agisce sull'asse di sterzo, ma è ingranato direttamente sulla cremagliera, permettendo di coniugare il basso assorbimento di energia (tipico dello sterzo elettrico) con la precisione di quello idraulico, perché elimina la sensazione artificiale e l'impressione di "scarsa fedeltà" delle precedenti versioni di questo tipo di servocomando. L’emissioni di CO2 medie dell’ auto sono 149 (g/km).

Negli anni ’80 compaiono i primi prototipi di auto ad energia solare, molto leggeri e monoposto, con praticità nulla dal punto di vista della motorizzazione generale. Quando Worden si interessò alla costruzione della sua prima auto solare Solectria non vi era alcun riferimento bibliografico che potesse essere di aiuto per poter costruire un tale veicolo. I moduli più prestanti in commercio hanno un’efficienza del 20% per una densità energetica di 140 W/m2. Se dovesse funzionare perfettamente per 24 ore ci rende 140 * 24 * 02 = 672 Wh, ovvero 0,7 kWh. Alla fine degli anni 70, dopo le vicende della crisi energetica mondiale, Hans Thostrup ebbe l’ispirazione di questo nuovo tipo di mobilità pulita e realizzò la Quiet Achiever. Egli, insieme a Larry Perkins, guidò (nel 1983) il primo veicolo solare per 4052 chilometri fra Sydney e Perth in 20 giorni. In soluzioni avanzate, sull'auto viene disposto un triplo strato di pannelli, in modo che la luce, e quindi l'energia, che oltrepassa il primo strato di celle può essere raccolta dal secondo o addirittura dal terzo strato. Inoltre sull’auto sono presenti piccoli dispositivi che garantiscono le migliori prestazioni dalla batteria e dai pannelli solari anche quando l'auto è all'ombra o quando il cielo è nuvoloso. Un opportuno dispositivo elettronico viene collegato a un pc di bordo, che tiene conto sia dell'erogazione di potenza da parte delle celle solari (che naturalmente dipende dalle condizioni meteorologiche), sia dell'erogazione dovuta alle batterie. In seguito a questo bilancio, il voltaggio con il quale le batterie vengono caricate attraverso le celle solari viene modificato per ottimizzare il rendimento. Tali veicoli possono raggiungere una velocità di circa 150 km/h e il loro peso è dell’ordine di 300 chilogrammi.

Considerando il tempo medio giornaliero di utilizzo di un’auto e l’energia giornaliera media fornita dal sole, si può pensare ad un’auto che possa funzionare sfruttando l’energia solare, ma quali sono le difficoltà da risolvere?

I pannelli solari sono ingombranti e dovrebbero essere sempre orientati verso il sole, di conseguenza non possono essere installati su un’auto se non in misura assolutamente inadeguata, costosa e facilmente soggetta a danneggiamenti.

Possiamo sempre parcheggiare un’auto al sole? Dove accumuliamo l’energia raccolta dai pannelli quando l’auto è ferma? La sfida per la realizzazione di questo sogno si è concretizzata nel World Solar Challenge, al

quale hanno partecipato ricercatori di tutto il mondo per gareggiare con auto sofisticatissime e costosissime che utilizzano tecnologie molto avanzate per ottenere pannelli solari ad alta efficienza, profili estremamente aerodinamici, materiali ultra leggeri. Sono state realizzate auto solari coperte di pannelli fotovoltaici che caricano accumulatori elettrici al piombo, al nichel-cadmio, al litio. Un professore dell'Università dell'Alabama, E. Passerini, prende le distanze dalle competizioni di auto solari dalla tecnologia estremamente sofisticata e dai costi esorbitanti (in genere auto che superano il costo di 150 mila euro). Passerini ha costruito diverse piccole auto solari, una delle quali nel 1996, "Canary II Z.E.V." (Zero Emission Vehicle), è costata solamente $ 7.000 (autonomia di 160 km, velocità di circa 65 km/h, 6 batterie da 12 volt, un peso di 408 kg. e posti per due persone ). Lo scopo reale di queste vetture non è quello di partecipare alle competizioni, ma di dimostrare che le auto solari possono essere utili ai normali spostamenti quotidiani. L'Europa è all'avanguardia nell'utilizzo di questa tecnologia per le auto, come dimostrano i recenti risultati del WSC.

Dal punto di vista dell'impatto ambientale il progresso fatto ed in via di applicazione è l'auto ibrida elettrica con motore a combustione interna, nella quale il motore viene fatto funzionare in condizioni ottimali riducendo l'inquinamento e producendo energia elettrica che, accumulata in batterie tampone, viene usata per la trazione.

Da un articolo di Repubblica di D. Sparisci, si legge “l'auto ibrida diventa ora anche solare”: una ditta americana ha appena annunciato che metterà in commercio un kit fotovoltaico da installare sul tetto della Prius, la berlina della Toyota, ormai divenuta un simbolo tra gli ecologisti di mezzo mondo.

Con i pannelli solari l'auto, secondo i dati forniti dalla Solatec, guadagnerebbe un dieci per cento in più di autonomia. Dopo una prima fase di test su di un prototipo che ha circolato in diverse condizioni climatiche, i produttori hanno già fissato il prezzo del kit a 2.195 dollari. I pannelli da 30 watt, che tra le altre cose non rovinano nemmeno l'estetica, si attaccano con il nastro adesivo sul tetto e ricaricano le batterie del sistema ibrido attraverso uno speciale alimentatore, che smista i raggi catturati in sosta o durante la fase di marcia.

Sempre relativamente alle ultime novità, la società canadese Solid Works con il progetto 'Power of One' starebbe per trasferire la complicata tecnologia delle auto solari alle macchine di tutti i giorni. Quest’ultimo prototipo avrebbe già superato i test di velocità, frenata e stabilità necessari per la circolazione su strada in America.

Questi grafici mostrano l’emissione di CO2 negli ultimi decenni come si può vedere l’inquinamento si va man mano incrementando nonostante le macchine in produzione abbiano ridotto notevolmente l’emissione di smog e gas nocivi. Questo perché le macchine ora in commercio sono aumentate notevolmente se noi potessimo sostituire definitivamente la combustione fossile otterremo certamente un mondo più pulito. Per iniziare un grande passo verso il miglioramento potrebbe essere quello di sostituire il motore a scoppio delle auto con energia pulita come quella fotovoltaica e eolica che approposito sta iniziando almeno nell’ultimo decennio ad affermarsi in maniera più significativa.

Un impianto fotovoltaico è un impianto elettrico costituito essenzialmente dall'assemblaggio di più moduli fotovoltaici, i quali sfruttano l'energia solare incidente per produrre energia elettrica mediante effetto fotovoltaico, della necessaria elettronica ed eventualmente di sistemi meccanici-automatici ad inseguimento solare.

L'energia eolica è l'energia ottenuta dal vento ovvero il prodotto della conversione dell'energia cinetica, ottenuta dalle correnti d'aria, in altre forme di energia (meccanica o elettrica). Oggi viene per lo più convertita in energia elettrica tramite una centrale eolica, mentre in passato l'energia del vento veniva utilizzata immediatamente sul posto come energia motrice per applicazioni industriali e pre-industriali (come ad esempio nei mulini a vento). Di fatto è stata la prima forma di energia rinnovabile, assieme a quella idraulica, scoperta dall'uomo dopo il fuoco e una tra quelle a sostegno della cosiddetta economia verde nella società moderna. Le applicazioni più tipiche sono i parchi eolici.

Questi grafici affianco raffigurati sono l’istallazione del fotovoltaico e dell’eolica di alcuni paesi del mondo tra cui ritroviamo l’Italia.

Un uomo Tang Zhenping, un contadino, utilizzando esclusivamente degli scarti di auto e scouter elettrici, con un budget di 1000 dollari e tre mesi di lavoro è riuscito a creare una vettura dotata di una ventola anteriore che si attiva quando la velocità supera i 40 km/h, e grazie alla sua rotazione riesce a ricaricare la batteria della vettura aumentando la autonomia fino a 3 giorni. In assenza della turbina, la batteria avrebbe bisogno di una ricarica giornaliera.La velocità massima della vettura è di appena 70 km/h, ma per un'auto costruita da scarti è un risultato più che apprezzabile, e non è detto che con le adeguate modifiche non si possano migliorare le prestazioni.Immaginate ora di poter dotare le macchine elettriche di un dispositivo del genere, poter prolungare l'autonomia della batteria, e rendere così l'auto elettrica una vera e propria alternativa a quella a motore a scoppio.

Il progetto di questa macchina ad energia eolica e fotovoltaica è il seguente.Innanzitutto la macchina in questione deve essere di base una macchina elettrica. Si

pongono all’interno dell’auto dietro alla griglia di raffreddamento, appositamente ingrandita, dei cilindri collegati alle ventole. I cilindri collegati ad una batteria dell’ auto in movimento, sfruttano l’ energia eolica che colpisce l’auto e fa ruotare le ventole collegate ad una dinamo che andranno ad immettere l’ energia prodotta all’ interno della batteria, la quale supporterà in seguito il fabbisogno energetico dell’ auto.

Per la partenza iniziale l’auto sfrutterà un’altra batteria che andrà a ricaricarsi, una volta che l’ auto sarà in movimento, utilizzando questa volta delle ulteriori dinamo poste sotto l’auto, accanto alle ruote.

Entrambe le batterie posso essere utilizzate per lo spostamento dell’auto e sono collegate tra loro. Queste devono possedere una carica molto prolungata visto che in caso di traffico o spostamenti lenti le ventole non gireranno a sufficienza, quindi l’auto userà solo l’energia delle due batterie, che si andranno a ricaricare una volta che l’auto riacquisterà una sufficiente velocità.

Inoltre per aumentare l’energia pulita di ricarica dell’ auto si potrebbero installare uno o più pannelli fotovoltaici sopra il tettuccio. Il pannello che può essere usato anche con l’ auto spenta fino a ricarica avvenuta, dovrà avere un’ inclinazione regolabile che ne aumenterà l’energia ricevuta dal sole. Ciò non richiederà l’intervento dell’uomo, poiché sarà tutto automatico.Infatti il sole che colpisce il pannello, collegato alle batterie, vi porterà l’energia trasformata automaticamente. In caso di mal tempo o di soste notturne l’auto potrà essere ricaricata con uno spinotto elettrico inseribile in prese per la corrente già esistenti ora per le odierne macchine elettriche.

1. In che modo è riscaldata la tua casa? Gas naturale Elettricità Olio combustibile Energia rinnovabile

2. Quanti pasti cucinate personalmente in famiglia (compresi quelli portati a scuola /lavoro)? 

Meno di 10 10-14 14-18 Più di 18

3. Quando acquistate alimenti preferite prodotti locali?  Si No Qualche volta Raramente Non lo so

4. Quanti acquisti importanti (stereo, televisore, computer, automobile, mobili,

elettrodomestici) avete fatto nel corso degli ultimi 12 mesi? 0 1-3 4-6 Più di 6

5. Avete acquistato articoli a risparmio energetico negli ultimi 12 mesi? Si No

6. Se avete un mezzo qual è? Bicicletta Utilitaria Vettura intermedia Berlina

Macchina sportiva monovolume familiare fuoristrada

7. Come andate a scuola/lavoro In automobile Con i mezzi pubblici Con uno scuolabus A piedi In bicicletta

8. Quante volte utilizzate l’automobile per il fine settimana?

0 1-3 4-6 7-9 Più di 9

9. Fate la riduzione dei rifiuti (per esempio preferite imballaggi ridotti, rifiutate l’invio di posta  pubblicitaria, preferite contenitori riutilizzabili)? Sempre Qualche volta Raramente Mai

10. Quanti sacchi della spazzatura producete ogni settimana? 0 Mezzo sacco 1 sacco 2 sacchi Più di 2 sacchi

11. Riciclate i giornali, le bottiglie di vetro e quelle di plastica? Sempre Qualche volta Raramente Mai

Questo semplice test vi farà rendere conto di come la maggior parte di voi non rispetta l’ambiente a sufficienza come magari credeva.

Scuola liceo scientifico Pacinotti Archimede;

Roma 3^Elss

Alunni partecipanti al progetto: Claudio Casciotta Federico Depace Daniele Depace Andrea Prati