Veículos elétricos podem um dia ser capazes de recarregar enquanto dirigem pela rodovia, puxando energia sem fio diretamente de placas instaladas na estrada que tornariam possível dirigir centenas – se não milhares – de milhas sem ter que ligar. idéia pode soar como ficção científica, Universidade do Colorado Boulder engenheiros estão trabalhando para aproximá-lo da realidade.
“Gostaríamos de permitir que os veículos elétricos sejam carregados em qualquer lugar”, disse Khurram Afridi, professor assistente do Departamento de Engenharia Elétrica, de Computação e Energia da CU Boulder.
Nos últimos dois anos, Afridi e seus colegas desenvolveram uma prova de conceito para transferência de energia sem fio que transfere energia elétrica através de campos elétricos em freqüências muito altas. A capacidade de enviar grandes quantidades de energia através de uma maior distância física para plataformas móveis a partir de placas de carregamento de baixo custo poderia um dia permitir que a tecnologia se expandisse para além de pequenos eletrônicos como telefones celulares e começasse a alimentar coisas maiores como automóveis.
Atualmente, a maioria dos veículos elétricos pode viajar entre 100 e 250 milhas com uma única carga, dependendo da marca e do modelo. Mas as estações de recarga ainda são poucas e distantes entre si em grande parte do país, exigindo que os motoristas sejam estratégicos em suas viagens. Esse problema pode acabar com essa tecnologia, disse Afridi.
“Em uma rodovia, você poderia ter uma faixa dedicada à carga”, disse Afridi, acrescentando que um veículo poderia simplesmente viajar naquela pista quando precisasse de um aumento de energia e pudesse carregar uma bateria menor a bordo, reduzindo o custo total o veículo. Hoje, alguns pequenos dispositivos de consumo apresentam transferência de energia sem fio, que permite que o objeto consuma energia enquanto está deitado em um bloco especialmente projetado que é conectado a uma tomada.
Replicar essa capacidade para um automóvel em movimento é muito mais difícil, exigindo significativamente mais potência para ser enviada através de uma distância física maior da estrada até o veículo. Um carro viajando em velocidades de rodovia não se demoraria em um único bloco de carregamento por mais de uma fração de segundo, então os eletrodos precisariam ser colocados a cada poucos metros para fornecer uma carga contínua. Para resolver o problema em movimento, Afridi teve que pensar de forma diferente sobre metodologia. Carregar um smartphone requer apenas cinco watts de energia. Um laptop pode precisar de 100 watts. Mas um veículo elétrico em movimento requer dezenas de quilowatts de potência, duas ordens de magnitude maior.
A maioria das pesquisas de tecnologia de energia sem fio até hoje tem se concentrado na transferência de energia através de campos magnéticos – a chamada abordagem indutiva. Campos magnéticos, em níveis de força apropriados para transferência substancial de energia, são mais fáceis de gerar do que campos elétricos equivalentes. No entanto, os campos magnéticos viajam em um padrão de looping, exigindo o uso de ferrites frágeis e com perdas para manter os campos e a energia direcionada – resultando em um sistema caro. Os campos elétricos, pelo contrário, viajam naturalmente em linhas relativamente retas. Afridi queria aproveitar a natureza mais direta dos campos elétricos para sua inovação e reduzir substancialmente o custo do sistema.
O desafio de usar campos elétricos para transferência de energia sem fio – a abordagem capacitiva – é que o grande espaço entre a via e o veículo elétrico resulta em uma capacitância muito pequena através da qual a energia deve ser transferida.
“Todos disseram que não é possível transferir tanta energia através de uma capacitância tão pequena”, disse Afridi. “Mas pensamos: e se aumentarmos a frequência dos campos elétricos?”
Em seu laboratório, Afridi e seus alunos montaram placas de metal paralelas umas às outras, separadas por 12 centímetros. As duas placas inferiores representam as placas de transmissão dentro da estrada, enquanto as duas placas superiores representam as placas de recepção no interior do veículo. Quando Afridi liga um interruptor, a energia é transmitida das placas de fundo. Instantaneamente, a lâmpada acima das placas de topo acende – transmissão de energia sem fios necessários. O dispositivo tem melhorado constantemente até o ponto em que pode transmitir kilowatts de energia em frequências de escala megahertz.
“Quando nós quebramos a barreira de mil watts enviando energia através da lacuna de 12 centímetros, estávamos apenas empolgados”, disse Afridi. “Houve muitos high fives naquele dia.”
A Afridi planeja continuar desenvolvendo o protótipo e escalá-lo para possíveis aplicações do mundo real. Ele recebeu fundos da divisão ARPA-E do Departamento de Energia e o apoio de um prêmio da National Science Foundation CAREER. Uma doação de semente recente do Colorado Energy Research Collaboratory, concedida à Afridi em parceria com a Colorado State University e a NREL, permitirá que ele explore a viabilidade e a otimização do sistema em movimento.
No curto prazo, Afridi prevê a tecnologia sendo adaptada para uso em armazéns. Robôs automatizados de armazém e empilhadeiras, por exemplo, podem se mover ao longo de áreas habilitadas para transferência de energia sem fio e nunca precisam ser conectados, eliminando o tempo de inatividade e aumentando a produtividade. A tecnologia também pode ser adaptada para uso em projetos de transporte da próxima geração, como o Hyperloop, um sistema proposto que pode levar passageiros de Los Angeles a São Francisco em 30 minutos.
O advento de uma rodovia elétrica ainda está longe do horizonte e inevitavelmente enfrentará muitos obstáculos, tanto tecnológicos quanto sociais. “Como cientista, você se sente desafiado por coisas que as pessoas dizem que você é impossível de fazer”, disse Afridi.
