Când am început apelul video cu Robert Sansone, a trebuit să fac o precizare: deși scriu regulat despre experiența de a conduce vehicule electrice și despre politicile care le promovează, expertiza mea se oprește în momentul în care ridici capota și te uiți la ceea ce le propulsează efectiv.
Această precizare a meritat pe deplin să fie făcută. Vedeți, Sansone, un elev de liceu în vârstă de 17 ani, tocmai a câștigat premiul întâi la Regeneron International Science and Engineering Fair (ISEF) pentru un motor sincron cu reluctanță, fără magneți, care ar putea, conform organizatorilor evenimentului și Smithsonian Magazine, într-o bună zi să revoluționeze industria vehiculelor electrice. Premiul, care include 75.000 de dolari, a atras o atenție semnificativă asupra tânărului inginer, care a fost suficient de amabil să-mi explice — în termeni simpli — ce l-a determinat să facă aceste experimente.
„Am fost întotdeauna un creator și un proiectant. Acum puțin peste un an, am început să analizez avantajele și dezavantajele vehiculelor electrice”, spune Sansone. „Un dezavantaj care apărea constant era legat de materialele din pământuri rare folosite în motoarele lor cu magneți permanenți. Aceste materiale sunt foarte dăunătoare pentru mediu, parțial pentru că se găsesc de obicei alături de materiale radioactive precum uraniul și toriul.”
„Extracția și prelucrarea lor implică solvenți extrem de duri, creează deșeuri radioactive și costă mii de dolari pe kilogram. Așa că, deși vehiculele electrice ne-ar putea ajuta în tranziția de la combustibilii fosili, ele creează și aceste noi probleme în ceea ce privește poluarea și lanțurile de aprovizionare adesea instabile.”
Pe măsură ce Sansone a aprofundat cercetările sale, a întâlnit afirmații conform cărora motoarele sincrone cu reluctanță — care nu folosesc magneți permanenți — ar putea oferi o soluție la această problemă spinoasă. Singura dificultate era că aceste motoare nu se compară în prezent cu omologii lor mai puternici cu magneți permanenți, atât în ceea ce privește eficiența, cât și cuplul.
„Proiectul meu este potențial brevetabil, așa că nu pot să împărtășesc toate detaliile specifice. Dar ceea ce vă pot spune este că, într-un motor sincron cu reluctanță, aveți un rotor fabricat din materiale magnetice — fier sau oțel — cu fante tăiate în el”, spune Sansone. „Acest rotor se află în interiorul unui stator, care este format din bobine de sârmă. Oțelul rotorului reprezintă o reluctanță scăzută — deoarece câmpurile magnetice pot trece prin el mai ușor decât prin aer — în timp ce fantele reprezintă o reluctanță ridicată. Doriți să aveți o diferență maximă între reluctanța ridicată și cea scăzută, deoarece o diferență mai mare în reluctanță crește raportul de saliență al motorului, care este un factor determinant pentru cuplul pe care îl poate produce. Proiectul meu utilizează o configurație nouă pentru a îmbunătăți acest raport de saliență.”
Conform experimentelor lui Sansone, modificările inițiale ale designului său au arătat un cuplu cu 39% mai mare și o eficiență cu 31% mai mare, atunci când au fost testate la 300 de rotații pe minut (rpm) — și 37% eficiență și 40% creștere a cuplului la 750 rpm.
În ceea ce privește modul exact în care se compară acest lucru cu generația actuală de motoare cu magneți permanenți, Sansone spune că este puțin prea devreme pentru a spune. „Motoarele cu magneți permanenți sunt printre cele mai puternice motoare electrice create vreodată”, spune el. „Motorul dintr-o Tesla poate ajunge la 18.000 rpm. Cu resursele disponibile mie, construiam cu componente imprimate 3D care pur și simplu nu pot fi testate în astfel de condiții fără să se topească. Lucrez, totuși, la următoarea versiune pentru a o compara mai direct cu un design cu magneți permanenți.”
Sansone explică că lucrează și la încorporarea a altor două modificări de design, pe lângă configurațiile noi folosite în acest experiment premiat. „Lucrez la asta de ceva timp. Am trei modificări potențiale de design care ar trebui să îmbunătățească performanța unui motor sincron cu reluctanță convențional. Versiunea care a câștigat premiul ISEF a fost Versiunea 15, care încorporează doar una dintre aceste modificări. Versiunea 16, la care lucrez în prezent, va încorpora o a doua. Și apoi Versiunea 17 va încorpora toate cele trei. În acest moment designul devine potențial brevetabil și vom putea spune mai bine cum concurează cu motoarele cu magneți permanenți.”
Având în vedere viteza amețitoare cu care progresează tehnologia vehiculelor electrice, Sansone intră clar într-un domeniu extrem de competitiv. Totuși, vizibilitatea pe care a câștigat-o prin premiul ISEF îi sprijină deja munca în moduri reale și semnificative. „Câștigarea ISEF este un vis devenit realitate pentru mine. Mulți oameni m-au contactat cu oferte de stagii, ajutor în cercetare, conexiuni — toate acestea îmi vor fi de un mare ajutor pe viitor”, spune el.
În ciuda limitărilor mele tehnologice menționate anterior, am încheiat conversația cu Sansone pe deplin convins că va zgudui lumea științei și ingineriei în căutarea unui viitor cu tehnologie curată. Pe măsură ce am încheiat discuția, l-am întrebat dacă există ceva ce nu am discutat și pe care ar dori să-l includă în interviu. Nu a ezitat.
„Nu am avut o cantitate mare de ajutor. Nu am avut un mentor. Când lucrurile nu mergeau, a trebuit să cercetez și să încerc prin eroare, și apoi să-mi dau seama cum să merg mai departe. Proiectul meu dovedește că tinerii ca mine — care aspiră să lucreze în STEM — nu trebuie să aștepte facultatea sau un loc de muncă pentru a face o diferență. Am găsit modalități de a ocoli resursele limitate. Aveam nevoie de un dinamometru, de exemplu, care costă de obicei mii de dolari. Dar mi-am dat seama cum să-mi fac unul singur. Chiar și cu resurse limitate, acest lucru nu mă împiedică să realizez proiectele pe care mi le doresc. Și sper ca și alții să poată face același lucru.”
