Da Lohner-Porsche a Prius, il viaggio centenario dell'automobile ibrida

La prima automobile ibrida del mondo è la Lohner-Porsche, progettata da Ferdinand Porsche a Vienna tra il 1900 e il 1901: questo veicolo, che funzionava secondo il principio dell'ibrido in serie producendo elettricità dalla benzina, è il diretto antenato degli ibridi odierni. La prima ibrida prodotta in serie fu invece la Toyota Prius nel 1997; la distanza tra Parigi, dove fu esposta la prima ibrida, e il lancio della prima ibrida di produzione in serie è di ben 97 anni, cioè circa un secolo.

Da apprendista elettricista alla prima ibrida: la Lohner-Porsche di Ferdinand Porsche

La storia inizia nel 1893, con l'ingresso di un giovane ingegnere di 18 anni nell'azienda elettrica Béla Egger & Co. di Vienna. Qui Ferdinand Porsche sviluppò il primo motore elettrico a mozzo ruota basato sul concetto di Wellington Adams - una soluzione radicale per l'epoca, che collocando il motore all'interno della ruota eliminava completamente la necessità di cambi e organi di trasmissione. Porsche testò questo motore in gara nel 1897 e un anno dopo, a 23 anni, fu assunto nella fabbrica di Jacob Lohner.

I primi prodotti erano completamente elettrici: veicoli con batteria e motori a mozzo ruota sulle due ruote anteriori. Ogni motore 2,5-3,5 hp produceva, e poteva raggiungere temporaneamente i 7 hp. Nel 1898 la "System Lohner-Porsche" suscitò grande interesse sulla stampa europea; nello stesso anno l'Egger-Lohner C.2 Phaeton progettato da Porsche arrivò sulle strade con una potenza di 3-5 PS e una velocità massima di 25 km/h. La Lohner-Porsche Electromobile, presentata all'Expo di Parigi del 1900, poteva invece raggiungere i 37 km/h grazie a due motori da 2,5 PS.

Semper Vivus e Mixte: la nascita del principio dell'ibrido in serie

La vera rivoluzione arrivò nel 1900. Porsche progettò la prima ibrida funzionale al mondo: Semper Vivus. La catena logica è istruttiva ancora oggi - poiché il problema più grande del veicolo elettrico era la limitata densità energetica della batteria, Porsche scelse di smettere di trasportare la batteria e di produrre elettricità a bordo del veicolo. Due motori a benzina DeDion Bouton da 3,5 PS raffreddati ad acqua azionavano due generatori; ogni generatore produceva 20 ampere e 90 volt. Cioè il motore a benzina non inviava alcuna potenza alle ruote, generava soltanto elettricità. Questa architettura oggi la chiamiamo ibrido in serie e la maggior parte delle locomotive ferroviarie moderne funziona ancora con lo stesso principio. Il prototipo, con i suoi 1.200 kg, era pesante persino secondo gli standard della sua epoca.

Nel 1901 questo concetto, nella versione pronta per la produzione in serie, divenne la Lohner-Porsche Mixte fuori in vendita con questo nome. Un generatore da 25 CV con motore a quattro cilindri Daimler da 5,5 litri acquistato dalla Daimler austriaca azionava il generatore. Della prima serie furono venduti cinque veicoli; il primo andò a Emil Jellinek, un nome che gli appassionati di automobili riconoscono. Il lato ingegneristico dell'affare funzionava; quello economico no: il prezzo della Mixte arrivava a 14.400-34.028 corone a seconda dell'allestimento, quasi il doppio di veicoli convenzionali simili. Tra il 1900 e il 1905 gli acquirenti riuscirono a trovare in tutto 11 ibride; nello stesso periodo furono vendute circa 65 Lohner-Porsche completamente elettriche.

Eppure il progetto era vivo: Porsche vinse il Rally di Exelberg del 1902 con la Mixte, lo stesso anno brevettò una geometria degli assali, nel 1905 vinse il Premio Potting e nel 1906 divenne capo progettista presso Austro-Daimler. Un altro dettaglio interessante: l'architettura del motore nel mozzo ruota della Lohner-Porsche divenne un approccio su cui si lavorò anche per il veicolo lunare Apollo. Tra il 2007 e il 2011 il Museo Porsche, lavorando per tre anni con la Karosseriebau Drescher, produsse una replica funzionante della Semper Vivus e la espose al New York Auto Show 2011 - come prova che la prima ibrida poteva rimettersi in moto con il proprio motore.

Prototipi del primo periodo e circa 80 anni di silenzio

Dopo Porsche l'idea non morì, ma non si diffuse nemmeno. Nel 1905 emerse il concetto ibrido di H. Piper; nel 1916 la Woods Motor Vehicle Company con sede a Chicago Dual Power presentò il modello - un'iniziativa brillante ma alla fine condannata commercialmente, che univa l'elettricità con un motore a combustione interna a quattro cilindri. Attraverso lo sforzo della Woods è possibile leggere il quadro generale: le ibride furono prodotte fino agli anni 1910, ma vendettero male a causa dell'alto prezzo e della bassa potenza.

Poi, per circa 80 anni, l'ibrida non andò oltre l'essere una nota a piè di pagina nei libri di ingegneria. Ci sono più cause misurabili: negli Stati Uniti, man mano che le strade miglioravano, l'ansia per l'autonomia diminuiva, il petrolio del Texas portò il prezzo della benzina a livelli storicamente bassi, l'affidabilità del motore a combustione interna aumentò. I veicoli elettrici, all'incrocio di questi tre fattori, sparirono quasi completamente entro il 1935; le ibride, con l'alto costo e la bassa velocità che non riusciva a controbilanciare il vantaggio di autonomia, fecero parte di questo ripiegamento. L'idea tecnica giusta doveva attendere le condizioni economiche giuste.

Toyota Prius 1997: come si è realizzata l'ibrida di produzione di serie?

Il viaggio ibrido di Toyota era in realtà iniziato nel 1968, con il Direttore Generale del Progetto Kenya Nakamura - ma ci vollero trent'anni per giungere a un risultato pratico. Nel 1997 Toyota era pronta per il lancio della Prius, la prima automobile ibrida prodotta in serie al mondo. Il mese del lancio varia nei registri aziendali tra ottobre e dicembre; ciò che è certo è che il veicolo è arrivato sulle strade giapponesi nel 1997 e che nell'anno del lancio ha vinto in Giappone il premio "Car of the Year".

L'impatto della Prius può essere seguito anche in termini numerici. Quando la prima generazione entrò nel mercato statunitense nel 2000 offriva 97 hp di potenza combinata - la potenza di una normale berlina familiare, ma i consumi di benzina erano tutta un'altra storia. La Prius del 1997, come primo veicolo di produzione in serie a combinare potenza a benzina ed elettrica in un unico pacchetto, cambiò la direzione dell'industria automobilistica; la logica ibrida in serie ideata da Porsche un secolo prima lavorava ormai su milioni di veicoli. Gli studi che collegano direttamente la discendenza della Prius a quel prototipo viennese dei primi del 1900 continuano ancora oggi a essere oggetto di una storiografia d'archivio.

Honda Insight: il primo ibrido negli USA

Nella prima ondata accanto a Toyota c'è un secondo pioniere: Honda. Honda presentò nel 1999 il primo ibrido di produzione in serie del Nord America: Insight. La prima generazione (1999-2006), in forma di liftback coupé a tre porte e due posti, arrivò sul mercato americano a dicembre 1999, prima dell'arrivo della Prius negli Stati Uniti, e fu la prima ibrida benzina-elettrica venduta negli USA. Il tempo di sviluppo del veicolo fu di circa tre anni. Anche i risultati a breve termine dell'avventura ibrida di Honda sono sorprendenti: il marchio ha celebrato il 25° anno di vendite ibride-elettriche e i modelli ibridi rappresentano oggi oltre il 25% delle sue vendite.

La maturazione della tecnologia delle batterie: da NiMH agli ioni di litio

Nell'itinerario centenario dell'ibrido, il componente hardware più critico è la batteria. La prima Prius utilizzava batterie al nichel-metallo-idruro (NiMH), le prime a far funzionare su strada un ibrido di produzione in serie. Il profilo ingegneristico delle NiMH era adatto al compito: densità energetica nettamente superiore al piombo-acido, ma inferiore agli ioni di litio. Era sufficiente per un ibrido classico, perché la batteria svolgeva il compito di piccolo tampone in un continuo ciclo di carica-scarica - il veicolo non veniva ricaricato.

Con l'arrivo degli ibridi plug-in e dei veicoli completamente elettrici l'equazione cambiò: una maggiore autonomia elettrica significava una maggiore densità energetica. Nell'ultimo decennio le NiMH sono state in gran parte sostituite da batterie agli ioni di litio più potenti, compatte e durevoli; oggi la maggior parte degli ibridi plug-in e dei veicoli completamente elettrici utilizza gli ioni di litio. È noto che anche Toyota è passata dalle NiMH agli ioni di litio nei suoi ibridi più diffusi. La tabella riassuntiva è semplice: NiMH negli ibridi classici, ioni di litio in tutto ciò che si collega alla presa.

L'era degli ibridi plug-in: l'ascesa degli ibridi ricaricabili

La nuova fase dell'ibrido è stata quella di ricaricare la batteria anche dalla presa di casa. Prius Plug-in Hybrid La prima generazione fu prodotta tra il 2012 e il 2016; la prima generazione fu in generale ritenuta insufficiente - con un'autonomia elettrica di circa 15 miglia, mentre nello stesso periodo la Chevrolet Volt ne offriva 35. La seconda generazione arrivò nel 2016, mentre la terza fu definita come il modello Prius Prime del 2023.

Anche il fronte tedesco registra lo stesso tipo di progresso: Porsche passò all'ibrido nel 2010 con la Cayenne S Hybrid, la Panamera S Hybrid del 2011 offriva 380 PS con un consumo NEDC di 6,8 l/100 km. La Panamera S E-Hybrid del 2015 fu presentata come la prima plug-in hybrid del segmento; la 918 Spyder del 2013, con la sua batteria agli ioni di litio da 6,8 kWh e un'autonomia elettrica di 31 km, definì il limite della performance ibrida plug-in e stabilì il record con un giro al Nordschleife di 6:57. Un'idea nata nel 1900 con due generatori ospita oggi una trasmissione che batte i record in pista.

La lezione di un secolo: perché la buona ingegneria ha dovuto aspettare 80 anni?

L'aspetto istruttivo della linea che va dalla Lohner-Porsche alla Prius non è tecnico, ma economico. La soluzione di Porsche del 1900 era coerente dal punto di vista ingegneristico - così coerente che il principio dell'ibrido in serie oggi è ovunque, dalle locomotive alle supercar sportive. Ciò che mancava era la preparazione del mercato: i costi delle batterie, i prezzi della benzina, le strade e le aspettative di emissioni delle città non si erano allineate fino al 1997. La Prius nacque nel momento in cui questi quattro parametri arrivavano contemporaneamente nella posizione giusta; la Honda Insight la seguì subito dopo, con un approccio tecnico diverso.

Oggi, guardando indietro, il quadro è chiaro: l'ibrido non è una singola invenzione, ma un'accumulazione di circa un secolo. Il concetto Semper Vivus del 1900, l'audacia della Woods Dual Power del 1916, la decisione di produzione in serie della Prius del 1997 e le architetture plug-in diffuse dal 2012 in poi sono gli anelli della stessa catena logica. Il prossimo anello della catena si sta già delineando con la transizione agli ioni di litio nella chimica delle batterie.

Fonti

• Lohner–Porsche
• La storia di Porsche inizia con l'elettrico
• Il Prof. Ferdinand Porsche ha creato la prima auto ibrida funzionante
• La storia dell'auto elettrica
• Woods Motor Vehicle
• Non era la prima ibrida, ma la Woods Dual Power del 1917...
• Tappe fondamentali: Toyota Prius, la prima vettura ibrida prodotta in serie al mondo, 1997
• Sviluppo della Prius e strategia ibrida
• Guidando l'innovazione: festeggiamo i 25 anni della Toyota Prius
• L'evoluzione della Prius
• La Toyota Prius ha trasformato l'industria automobilistica
• Honda Insight
• Honda festeggia 25 anni di vendite di veicoli ibridi-electtrici
• Batterie per veicoli elettrici
• Toyota Prius Plug-in Hybrid