Lo nunca visto, un motor eléctrico que funciona sin cobre

El cobre y el aluminio han sido los materiales estrella en la fabricación de motores eléctricos durante más de un siglo. Pero eso podría cambiar pronto gracias a un revolucionario descubrimiento del Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología (KIST).

Un equipo de investigadores, liderado por el Dr. Dae-Yoon Kim, ha logrado crear un motor eléctrico funcional sin una sola bobina de cobre. En su lugar, utiliza cables compuestos de nanotubos de carbono (CNT), un material hasta cinco veces más ligero que el cobre y con propiedades eléctricas prometedoras.

El hallazgo, publicado recientemente, podría tener implicaciones enormes para la industria de los coches eléctricos, la aviación y la electrónica de consumo, donde el peso y la eficiencia son críticos.

¿Cómo funcionaría un motor sin cobre?

Los motores eléctricos tradicionales dependen de bobinas de cobre para generar campos electromagnéticos. El problema es que el cobre es pesado y costoso, además de requerir minería intensiva.

La solución del KIST es reemplazarlo con cables CSCEC (Composite Sheath-Core Electrical Conductors), fabricados mediante un innovador proceso llamado LAST (Liquid Crystal-Assisted Surface Texturing).

Estos nanotubos de carbono alineados son ultraligeros (un motor puede ser entre un 20 y 25% más ligero) y flexibles. Su conductividad es menor que la del cobre (7,7 MS/m frente a 59 MS/m), pero suficiente para aplicaciones prácticas.

Uno de los mayores desafíos con los nanotubos de carbono es que tendían a agruparse, reduciendo su eficiencia. El método LAST resuelve esto utilizando cristales líquidos liotrópicos para alinear los CNT y eliminar impurezas.

El resultado son cables más conductores con un +130% de eficiencia y más estables. Ya los han probado en un coche a escala, demostrando que puede mover un vehículo con solo 3,5 vatios de potencia.

Ventajas del sistema

Son tres los beneficios principales que traerían este

• Reducción drástica del peso: Un Tesla Model S tiene motores que pesan unos 68 kg, de los cuales 25% es cobre. Con CNT, ese peso bajaría a unos 52 kg. Si hablamos de aviación eléctrica (eVTOL) se podrían ahorrar hasta 250 kg en cableado y motores, mejorando autonomía y eficiencia.
• Mejor rendimiento dinámico: Una menor inercia rotacional significa una mayor capacidad de aceleración. Además suponen menor carga térmica, al precisar de sistemas de refrigeración más sencillos.
• Sostenibilidad: La minería de cobre es altamente contaminante. Eso sí, habria que matizar este punto ya que la producción de CNT aún depende de procesos químicos que generan residuos como ácido clorhídrico. En este punto deberían encontrarse métodos más limpios.

Problemas que resolver

Hay también varios aspectos que se podrían mejorar

• Conductividad inferior al cobre: El prototipo del KIST alcanzó 3.420 rpm, frente a las 18.120 rpm de un motor equivalente de cobre. Sin embargo, si metemos el peso en la ecuación, el rendimiento es cercano (solo un 6% menos).
• Coste elevado: No nos engañemos, el cobre es relativamente asequible (10-11 dólares/kg), mientras que en estos momentos el CNT para motores costaría unos 375-500 dólares/kg.
• Rediseño de componentes: Por desgracia no basta con cambiar el material: habría que rediseñar motores, aislamientos y sistemas eléctricos completos.

En definitiva, se trata de un avance que no reemplazará al cobre de la noche a la mañana, pero demuestra que hay alternativas viables. Si se logra abaratarlo y escalarlo, los motores con CNT podrían ser clave en vehículos de alto rendimiento, dispositivos médicos, robótica o energías renovables, donde el peso es crucial. «Es como pasar de los motores de vapor a los de combustión interna», afirma el Dr. Kim. El cobre sigue reinando, pero su sucesor ya está en el laboratorio.

Fuente: Springer Nature