Były naukowiec NASA, Khurram Afridi wymyślił koncepcję ładowania baterii samochodów elektrycznych podczas jazdy. Już niedługo wraz ze swoim zespołem na Uniwersytecie Cornella rozpocznie pracę nad pierwszym w pełni działającym bezprzewodowym prototypem, który będzie można umieścić w pojeździe oraz drodze.
Profesor Khurram Afridi to uznany inżynier głównie związany z elektroniką mocy, czyli tzw. energoelektronice. Jednak to nie wszystko, interesuje się on także rozwiązaniami w dziedzinie komputerów na poziomie systemu i komponentów. Pracując dla NASA, opracowywał prototypy rakiet, a przy okazji opracował autonomiczne wózki widłowe, roboty i wiele innych mobilnych pojazdów. Teraz zainteresował się czymś jeszcze bardziej innowacyjnym – bezprzewodowym ładowaniem pojazdów elektrycznych.
Wyobraź sobie, przemierzasz swoim elektrykiem europejskie autostrady. Masz świadomość, że za kilkadziesiąt kilometrów rozładuje Ci się bateria. Oczywiście, możesz szybko wyszukać najbliższą stację ładowania i zjechać do niej na najbliższym zjeździe, ale to wiąże się ze stratą sporej ilości czasu i w konsekwencji wydłużonego dojazdu do miejsca docelowego. Czy nie lepiej byłoby móc zmienić pas ruchu i przejechać przez specjalne linie ładujące osadzone w jezdni?
No właśnie, taką wizję ma profesor Khurram Afridi z Uniwersytetu Cornella mieszczącym się w Stanach Zjednoczonych. Jest on swojego rodzaju pionierem bezprzewodowych rozwiązań, które można by zastosować w ładowaniu pojazdów elektrycznych nie tylko na autostradach, ale i w parkach handlowych czy wielkich halach magazynowych.
Koncepcja zaprezentowana przez zespół Afridiego nie bazuje na bezpośrednim kontakcie podwozia samochodu z ziemią, tak jak, chociażby ma to miejsce w przypadku ładowarek bezprzewodowych, które są przeznaczone dla smartfonów, ponieważ wykorzystują one magnesy. W tym projekcie magnes został zastąpiony metalami, które ze sobą reagują i wytwarzają pole energetyczne, które to generuje prąd o wysokiej częstotliwości, powodując przenoszenie się ładunku elektrycznego w kierunku akumulatorów samochodu.
Technologia ta jest już znana od lat i nazywana jest potocznie prostownikiem aktywnym o zmiennej reaktancji (z ang. AVR). Prościej mówiąc – jeden kawałek reagującego metalu umieszczony jest w podwoziu pojazdu elektrycznego, a drugi zamontowany w drodze i podłączony do źródła zasilania.
W ramach ciekawostki mogę dodać, że początki tego rozwiązania sięgają ponad 100 lat wstecz, kiedy to Nikola Tesla, amerykański wynalazca serbskiego pochodzenia zadziwił publiczność w latach 90. XIX wieku. Wykorzystał on zmienne pola elektryczne, aby oświetlić fluorescencyjne lampy w swoim mieście. Zainspirowani jego pomysłem francuscy inżynierowie wykorzystali moc bezprzewodowej energii do napędzenia tamtejszych tramwajów. Szybko jednak doszli do wniosku, że to rozwiązanie ma wiele wad i nie jest praktyczne, więc jak się możemy domyślać, zainteresowanie tą technologią szybko wygasło.
Na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat także kilkukrotnie wracano do próby napędzenia pojazdów bezprzewodowym zasilaniem. Jednak nawet biorąc pod uwagę postępy naukowców w zakresie technologii energetycznej i elektronicznej, próby komercjalizacji tego rozwiązania skończyły się fiaskiem. Głównym powodem była skomplikowana sieć oraz wysokie koszty jej budowy.
Kolejnym problemem są wytwarzane przez pola magnetyczne wysokie częstotliwości sięgające nawet dziesiątek kiloherców. Muszą być one umiejscowione tak, aby ograniczały się tylko do pewnych obszarów, ponieważ ich duża moc może nie tylko przegrzewać pręty zbrojeniowe umiejscowione w drogach, co łączy się z ich szybszym niszczeniem, ale także szkodzić pasażerom samochodów.
Najnowsza koncepcja zaproponowana przez Khurrama Afridi wychodzi poza przyjętą koncepcję i proponuje nowe rozwiązanie bez szkodliwego pola magnetycznego i kiloherców mocy. Bezprzewodowy transfer energii ma opierać się na podstawowej fizyce, która jest, chociażby wykorzystywana do przesyłania wiadomości przez fale radiowe do statków kosmicznych takich jak Voyager. Teraz jednak ta technologia zostanie przeprojektowana w taki sposób, aby dostarczała więcej energii na znacznie krótsze odległości. Prościej mówiąc, z jezdni do poruszających się pojazdów.
Zespół naukowców już od 2014 roku prowadzi badania nad potencjałem pomysłu zaprezentowanego po raz pierwszy przez samego Teslę. Jak mówi sam Afridi, jego inżynierowie wiedzą już jak to zrobić, jednak największym wyzwaniem jest to, że pola elektryczne generowane przez dostępne przy drogach punkty napięcia są dość słabe. Teraz szukają rozwiązania na efektywne zwiększenie transferu mocy.
Systemy pola magnetycznego, które zostały opracowane już jakiś czas temu dla pojazdów elektrycznych, działają z częstotliwością 85 kHz. System pola elektrycznego stworzony w laboratorium Uniwersytetu Cornella pracuje z częstotliwością zaledwie 13,56 MHz. Działa więc 200 razy szybciej i przenosi dużo większe zasoby mocy. Taki system ma być dużo mniejszy, lżejszy, tańszy i łatwiejszy przy umieszczaniu go w jezdniach.
Koncepcja, którą zaproponował Khurram Afridi nie jest łatwa do zrealizowania, wymaga sporego zasobu wiedzy, wykwalifikowanych naukowców i sporego budżetu. Jednak zespół profesora pracuje już nad pierwszym prototypem do zainstalowania zarówno w pojeździe elektrycznym, jak i samej drodze.
Nie da się ukryć, że wizja braku konieczności zatrzymywania się przy stacjach ładowania i uniknięcia długich przerw lub zmiany trasy, aby uzupełnić akumulatory samochodu, jest niezwykle ciekawa. Jednak dopracowanie odpowiedniej technologii zajmie jeszcze długie lata i prawdopodobnie oznacza wycofanie ładowarek elektrycznych, z których wiele firm czerpie pokaźne zyski (zwłaszcza przy autostradach). Z pewnością ładowarki bezprzewodowe nie byłyby także w stanie naładować tak szybko samochodu, jak robi to, chociażby Supercharger od Tesli.
Z przyjemnością będę śledził rozwój tej technologii i dam Wam znać o nowych postępach, jeśli takowe się pojawią. Miejmy nadzieję, że jeśli technologia trafi do komercjalnego użytku na przestrzeni, czasu pojawi się także na polskich drogach i zachęci większą ilość Polaków do przesiadki z pojazdu spalinowego, na taniego w utrzymaniu elektryka.
Przeczytaj także:
Fajnie i rzeczowo napisany artykuł. Wydaje się, że zastosowanie i komercjalizacja tego systemu lub podobnych,
jest tylko kwestią czasu. Świat zmienia się na naszych oczach w sposób niewiarygodny.