Motori elettrici: la stampa 3D che promette +5% di efficienza

Oggi molti motori elettrici utilizzano acciaio al silicio per costruire la parte che guida il campo magnetico. È una soluzione collaudata, ma ha un difetto: ogni volta che il campo magnetico cambia direzione, una parte dell'energia viene persa e trasformata in calore.

Il progetto europeo AM2SoftMag, coordinato dall'Università del Saarland in Germania e partito nel 2022 nell'ambito del programma Horizon Europe, cerca una soluzione diversa. I ricercatori hanno utilizzato la stampa 3D per realizzare i primi componenti di motori elettrici in vetro metallico, una lega particolare che potrebbe ridurre proprio queste perdite di energia.

Per realizzare i pezzi il gruppo ha collaborato con l'IMDEA Materials Institute di Madrid, specializzato nello studio dei materiali avanzati. Il lavoro è ancora a livello di prototipo, ma i ricercatori hanno già costruito e provato motori elettrici completi con questi nuovi componenti. I primi test hanno mostrato un aumento dell'efficienza complessiva di circa il 5% rispetto a motori tradizionali.

Cosa ha fatto AM2SoftMag con il vetro metallico

Il vetro metallico è una lega che, quando si raffredda e diventa solida, non sviluppa la struttura ordinata a cristalli tipica dei metalli tradizionali. Al suo interno gli atomi rimangono quindi disposti in modo più simile a quello di un liquido che si è semplicemente "congelato". Come spiega Ralf Busch, coordinatore del progetto e docente all'Università del Saarland, questa struttura non presenta le normali caratteristiche microscopiche che possono ostacolare il passaggio del campo magnetico. Meno ostacoli significa quindi che il campo magnetico attraversa più facilmente il materiale.

La struttura amorfa del vetro metallico riduce la resistenza al flusso magnetico nei motori elettrici.

Foto di: Motor1 Italia visual (AI-assisted)

Per congelare questo disordine, il team dell'IMDEA ha dovuto controllare con precisione il raffreddamento di ogni strato microscopico subito dopo il passaggio del laser, con tassi di tempra molto elevati per impedire la formazione di cristalli. È la stessa logica usata per rendere più economici i motori a flusso assiale: cambiare geometria e materiali insieme, non uno alla volta.

Il gruppo ha sviluppato anche leghe prive di cobalto, un metallo classificato tra le materie prime critiche in Europa. Non riducono la dipendenza dai magneti permanenti al neodimio in modo diretto, ma vanno nella stessa direzione dei progetti che puntano a riusare le terre rare già in circolazione invece di estrarne di nuove. 

Perché anche pochi punti di efficienza contano

Nel 2020 i motori elettrici hanno assorbito oltre il 50% di tutta l'elettricità consumata nell'Unione Europea, secondo la Commissione Europea: non solo quelli delle auto, ma anche pompe, compressori e macchinari industriali. Su una base di consumo così ampia, un miglioramento che sembra piccolo si moltiplica in fretta su scala continentale.

Le regole europee di Ecodesign, che fissano standard minimi di efficienza per i motori elettrici, puntano a un risparmio stimato di circa 107 TWh l'anno entro il 2030 rispetto a uno scenario senza queste misure, con una riduzione delle bollette energetiche di circa 20 miliardi di euro l'anno. 

Resta da capire quanto di quel 5% sopravviva fuori dal laboratorio. Il processo di stampa va ancora ottimizzato per garantire ripetibilità e costi compatibili con la produzione automobilistica, e nessun costruttore ha finora dichiarato veicoli di serie con questi componenti: la ricerca fondamentale, per ora, resta il passo che precede la fabbrica.

Leggi anche

I magneti dei motori EV tornano nuovi senza essere riciclati

Tutti i motori della nuova Audi A2 e-tron