Studio valuta esposizione a campi EMF nei veicoli elettrici
L’ascesa inarrestabile dei veicoli elettrici (VE) sta ridefinendo il panorama della mobilità, portando con sé non solo vantaggi in termini di sostenibilità ambientale ed efficienza energetica, ma anche nuove domande riguardo alla sicurezza e al benessere degli occupanti. Tra i fattori emergenti, l’esposizione ai campi elettromagnetici (EMF) all’interno dell’abitacolo è diventata un argomento di crescente interesse per ricercatori, produttori e consumatori. Con l’aumento della complessità dei sistemi elettrici e di comunicazione – dalle batterie ad alta tensione ai sistemi di assistenza alla guida e alla connettività avanzata – l’ambiente elettromagnetico all’interno di un VE è molto più dinamico e stratificato rispetto ai veicoli a combustione interna. Una recente ricerca pubblicata sulla rivista Chinese Journal of Automotive Engineering offre un’analisi approfondita di questo fenomeno, valutando i livelli di esposizione, confrontando gli standard internazionali e nazionali e utilizzando metodi di simulazione e misurazione per determinare l’impatto potenziale sulla salute umana.
Lo studio, condotto da Zhao Hui dell’Accademia Cinese per le Tecnologie dell’Informazione e delle Comunicazioni, Chen Bing dell’Istituto Cinese di Ricerca per l’Ingegneria Automobilistica e Li Congsheng, anch’egli dell’Accademia Cinese, rappresenta un’analisi completa e multidisciplinare della sicurezza elettromagnetica nei veicoli moderni. La ricerca non si limita a verificare il rispetto delle normative esistenti, ma esplora anche i metodi di valutazione, sottolineando la necessità di standard specifici per i veicoli e l’importanza di considerare gruppi di popolazione particolarmente vulnerabili, come le persone con impianti medici metallici.
La rivoluzione della mobilità elettrica ha trasformato radicalmente l’architettura dei veicoli. A differenza dei veicoli convenzionali, i VE dipendono da correnti elettriche di elevata intensità che scorrono attraverso cavi ad alta tensione, inverter e motori elettrici. Queste correnti, in particolare durante l’accelerazione, la frenata rigenerativa e la ricarica, generano campi magnetici a frequenza estremamente bassa (ELF, Extremely Low Frequency). Sebbene questi campi siano classificati come non ionizzanti e non possiedano energia sufficiente per danneggiare direttamente il DNA, la loro presenza costante in uno spazio chiuso come l’abitacolo di un veicolo ha sollevato interrogativi scientifici sugli effetti biologici a lungo termine.
La preoccupazione del pubblico riguardo all’esposizione ai campi EMF non è una novità. Per decenni, studi epidemiologici hanno esplorato una possibile associazione tra l’esposizione prolungata a campi magnetici ELF e alcuni rischi per la salute, come la leucemia infantile. Sebbene l’evidenza scientifica non abbia stabilito una relazione causale definitiva, alcune ricerche suggeriscono un rischio potenziale a livelli di esposizione superiori a 0,3–0,4 microtesla (µT). Questo valore, pur essendo significativamente inferiore ai limiti di sicurezza stabiliti da organizzazioni internazionali, ha spinto gli scienziati a chiedersi se gli standard attuali, basati principalmente su effetti acuti come la stimolazione nervosa e il riscaldamento dei tessuti, siano sufficienti per garantire la sicurezza a lungo termine, specialmente per bambini e persone con condizioni mediche preesistenti.
Lo studio di Zhao, Chen e Li inizia con un esame dettagliato dei principali standard internazionali di esposizione alla radiazione non ionizzante. La Commissione Internazionale per la Protezione dalle Radiazioni Non Ionizzanti (ICNIRP) è ampiamente riconosciuta come l’autorità globale in questo campo. Le sue linee guida, aggiornate nel 1998, 2010 e 2020, stabiliscono limiti di esposizione differenziati per due gruppi: la popolazione in generale e i lavoratori in ambienti controllati. I limiti per il pubblico sono molto più rigorosi, poiché si presuppone che questa popolazione non sia informata sulla presenza di campi elettromagnetici né sia in grado di adottare misure di protezione.
L’ICNIRP distingue tra “limiti di base” e “livelli di riferimento”. I limiti di base si basano direttamente su effetti biologici noti, come la densità di corrente indotta nei tessuti o il tasso di assorbimento specifico (SAR), e sono difficili da misurare direttamente. Di conseguenza, vengono derivati livelli di riferimento, che sono grandezze fisiche facilmente misurabili nell’ambiente, come l’intensità del campo elettrico o magnetico. Per le frequenze basse (1 Hz a 100 kHz), le linee guida del 2010 dell’ICNIRP stabiliscono un limite di base per il pubblico di 13,5 V/m di campo elettrico indotto nel corpo a 100 kHz. Le linee guida del 2020, d’altra parte, si concentrano su frequenze più elevate (100 kHz a 300 GHz), affrontando i rischi associati alla radiazione a radiofrequenza e microonde, come il riscaldamento dei tessuti.
Parallelamente, l’Istituto di Ingegneria Elettrica ed Elettronica (IEEE) ha sviluppato la propria serie di standard, C95.1, con la versione del 2005 tra le più influenti. Sebbene condivida obiettivi simili con l’ICNIRP, l’IEEE preferisce utilizzare l’intensità del campo elettrico indotto nei tessuti come sua metrica principale per i limiti di base, sostenendo che fornisca una stima più accurata del rischio biologico rispetto alla densità di corrente. Questa differenza metodologica riflette il dibattito scientifico in corso su come quantificare e gestire al meglio il rischio di esposizione ai campi EMF.
In Cina, lo standard nazionale GB 8702—2014 funge da quadro normativo per l’esposizione ai campi EMF in ambienti generali. Questo standard, allineato con le raccomandazioni dell’ICNIRP, stabilisce limiti per un’ampia gamma di frequenze (1 Hz a 300 GHz). Tuttavia, come sottolineano gli autori, il GB 8702—2014 è uno standard ambientale generale e non affronta specificamente gli scenari di esposizione unici che si verificano all’interno di un veicolo in movimento. Per colmare questa lacuna, sono stati sviluppati standard specifici per l’industria automobilistica.
Uno dei primi è stato lo standard giapponese JASO TP-13002:2013, che ha stabilito il primo metodo standardizzato per misurare i campi magnetici nei veicoli. A livello internazionale, la Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC) ha pubblicato lo standard IEC TS 62764-1, la cui versione aggiornata del 2022 specifica procedure di misurazione per i campi magnetici a bassa frequenza (1 Hz a 100 kHz) negli ambienti automobilistici. In Cina, un traguardo significativo è stato la pubblicazione dello standard nazionale obbligatorio GB/T 37130—2018, intitolato “Metodi di misurazione dei campi elettromagnetici dei veicoli rispetto all’esposizione umana”. Questo standard, entrato in vigore nel 2019, stabilisce protocolli di prova dettagliati per diversi tipi di veicoli (L, M, N) e condizioni di funzionamento, come velocità costante, accelerazione, frenata e ricarica. I limiti di esposizione in questo standard si basano sul GB 8702—2014, rendendo la Cina uno dei pochi paesi con una regolamentazione specifica e obbligatoria per l’esposizione ai campi EMF nei veicoli.
A complemento di questi standard normativi, programmi di valutazione dell’industria come il China Electric Vehicle Test & Assessment (EV-Test) e l’indice di salute automobilistica cinese (C-AHI) hanno incorporato l’esposizione ai campi EMF come criterio chiave di valutazione. Questi programmi non si limitano a verificare la conformità, ma valutano anche le prestazioni dei veicoli in scenari del mondo reale, assegnando punteggi che promuovono la trasparenza e la concorrenza tra i produttori per migliorare la sicurezza elettromagnetica.
Il cuore dello studio risiede nel suo approccio duale: la simulazione numerica e la misurazione fisica. La misurazione diretta dei campi elettrici indotti all’interno del corpo umano è impossibile con la tecnologia attuale. Pertanto, i metodi di simulazione computazionale sono essenziali per stimare la dose reale di esposizione, che è il vero determinante di qualsiasi effetto biologico. I ricercatori hanno utilizzato il metodo delle differenze finite a potenziale scalare (SPFD), una tecnica avanzata che consente di modellare l’interazione tra campi elettromagnetici complessi e tessuti biologici.
Per simulare uno scenario di guida realistico, il team ha costruito un modello di veicolo semplificato che includeva componenti chiave come barre collettrici, mozzi delle ruote, telaio, vetri e sedili. Un modello umano a voxel ad alta risoluzione, rappresentante un conducente seduto con 77 diversi tipi di tessuti, è stato posizionato sul sedile del conducente. Un aspetto cruciale dello studio è stato il considerare persone con impianti medici metallici, come dispositivi di fissazione spinale. Questi impianti possono agire come antenne, concentrando l’energia elettromagnetica e provocando un aumento localizzato del campo elettrico indotto o del riscaldamento dei tessuti. Le simulazioni sono state eseguite a diverse frequenze chiave (1 kHz, 100 kHz e 10 MHz) che rappresentano le operazioni tipiche dei sistemi di potenza e comunicazione di un VE.
I risultati della simulazione sono stati rivelatori. Mentre i campi elettrici indotti in un individuo sano erano molto al di sotto dei limiti di base dell’ICNIRP, la presenza di un impianto metallico ha provocato un aumento significativo. Ad esempio, a 100 kHz, il campo indotto in una persona con un impianto era quasi il doppio rispetto a una persona senza. Tuttavia, anche in questo scenario peggiore, i valori simulati sono rimasti considerevolmente al di sotto del limite di esposizione pubblica dell’ICNIRP di 13,5 V/m. Ciò indica che, nelle normali condizioni di funzionamento, i VE attuali non rappresentano un rischio immediato per le persone con impianti medici comuni. Tuttavia, lo studio sottolinea l’importanza di considerare queste popolazioni in future valutazioni della sicurezza, specialmente man mano che i dispositivi medici impiantabili diventano più prevalenti.
Come complemento alla simulazione, i ricercatori hanno effettuato misurazioni fisiche su dieci veicoli elettrici recentemente immessi sul mercato, utilizzando il protocollo di prova del C-AHI. I test hanno coperto diverse condizioni di guida: crociera a velocità costante, accelerazione rapida e frenata brusca. Le misurazioni del campo magnetico sono state effettuate nell’intervallo da 10 Hz a 30 MHz, mentre le valutazioni del campo elettrico si sono concentrate sulla banda da 30 MHz a 3 GHz, che include le frequenze utilizzate da Bluetooth, Wi-Fi e reti cellulari.
I risultati delle misurazioni hanno mostrato che i livelli di campo magnetico durante la guida erano generalmente bassi, con esposizioni massime che si verificavano nell’intervallo 25–30 MHz per la maggior parte dei veicoli. Solo due modelli hanno mostrato emissioni più elevate nella banda 3,8–5,1 MHz, probabilmente a causa di differenze nel design dell’elettronica di potenza o nell’efficacia della schermatura. Nella modalità di comunicazione, tutti e dieci i veicoli hanno mostrato livelli elevati di campo elettrico vicino alle loro frequenze di funzionamento attive, ma questi sono rimasti entro i limiti di sicurezza. Quando valutati secondo i criteri del C-AHI, nove dei dieci veicoli hanno ottenuto punteggi alti, con punteggi totali che variavano da 87,85 a 100 su 100. Il fattore principale che ha influenzato i punteggi è stato il rendimento nella modalità di comunicazione, indicando che, sebbene i campi EMF legati al gruppo propulsore siano ben controllati, l’uso crescente di tecnologie wireless introduce nuove variabili di esposizione che richiedono una gestione attenta.
Una delle conclusioni più importanti dello studio è che, sebbene i livelli attuali di campi EMF nei VE siano sicuri secondo gli standard esistenti, la natura evolutiva della tecnologia automobilistica richiede una vigilanza continua. Man mano che i veicoli diventano più connessi e autonomi, il numero di fonti di campi EMF a bordo aumenta. I sistemi di ricarica wireless, i moduli di comunicazione 5G/6G, il radar a onde millimetriche per l’assistenza avanzata alla guida e le reti wireless all’interno dell’abitacolo contribuiscono tutti a un ambiente elettromagnetico più complesso. Questi sistemi operano a frequenze più elevate e possono coinvolgere segnali pulsati o modulati, i cui effetti biologici sono meno compresi rispetto ai campi continui o a bassa frequenza.
Inoltre, il passaggio a tassi di dati più elevati e a una fusione di sensori più sofisticata nei veicoli intelligenti significa che gli scenari futuri di esposizione ai campi EMF saranno più dinamici e eterogenei dal punto di vista spaziale. A differenza dei campi relativamente stabili generati dai gruppi propulsori, i sistemi di comunicazione emettono raffiche intermittenti di energia che possono variare significativamente nel tempo e nella posizione all’interno dell’abitacolo. Questa complessità sfida i metodi tradizionali di misurazione e valutazione, che spesso assumono condizioni stazionarie e distribuzioni uniformi del campo.
Gli autori sottolineano che, sebbene la simulazione numerica e i test standardizzati siano strumenti potenti, devono essere perfezionati continuamente per stare al passo con il cambiamento tecnologico. La ricerca futura dovrebbe concentrarsi sullo sviluppo di scenari di esposizione più realistici, incorporando diversi tipi di corpo, posture e modelli di utilizzo. Si dovrebbe prestare particolare attenzione ai bambini, alle donne in gravidanza e alle persone con impianti medici o ipersensibilità elettromagnetica, anche se quest’ultima condizione rimane controversa e poco compresa.
Dal punto di vista della politica, lo studio sostiene la necessità di standard internazionali armonizzati che affrontino specificamente l’esposizione ai campi EMF nei veicoli. Sebbene la GB/T 37130—2018 rappresenti un progresso significativo in Cina, standard obbligatori simili mancano ancora in molti altri mercati. I programmi volontari come l’EV-Test e il C-AHI svolgono un ruolo prezioso nel promuovere le migliori pratiche del settore, ma i mandati normativi sono necessari per garantire una sicurezza coerente in tutti i segmenti di veicoli e produttori.
Per i costruttori automobilistici, i risultati offrono sia rassicurazione che una chiamata all’azione. Da un lato, i dati confermano che i VE moderni sono progettati con la sicurezza EMF in mente e che i livelli di esposizione sono ben all’interno delle linee guida internazionali. Dall’altro lato, lo studio evidenzia opportunità per un’ulteriore ottimizzazione, in particolare nella progettazione dei sistemi di comunicazione ad alta frequenza e nel posizionamento di antenne e unità di controllo elettronico. La schermatura, il filtraggio e la gestione intelligente dell’energia possono aiutare a ridurre le emissioni non necessarie senza compromettere le prestazioni.
L’educazione del consumatore è un altro aspetto critico. Molti conducenti non sono consapevoli delle fonti e della natura dei campi EMF nei loro veicoli, e la disinformazione può portare ad ansie infondate. I produttori e i regolatori devono lavorare insieme per fornire informazioni chiare e basate sulla scienza sull’esposizione ai campi EMF, spiegando cosa viene misurato, come viene regolamentato e perché i livelli attuali sono considerati sicuri. La trasparenza genera fiducia e permette ai consumatori di prendere decisioni informate.
In conclusione, lo studio di Zhao Hui, Chen Bing e Li Congsheng rappresenta un contributo significativo alla comprensione scientifica dell’esposizione ai campi EMF nei veicoli elettrici. Combinando una rigorosa simulazione con misurazioni del mondo reale e un’analisi esaustiva degli standard di sicurezza, la ricerca fornisce un quadro completo dei rischi attuali e delle sfide future. Sebbene le evidenze indichino fermamente che i VE sono sicuri dal punto di vista dei campi EMF, gli autori giustamente avvertono contro la compiacenza. Man mano che i veicoli diventano più intelligenti, veloci e connessi, l’ambiente elettromagnetico al loro interno continuerà a evolversi. Garantire la sicurezza a lungo termine richiederà un investimento sostenuto nella ricerca, innovazione nel design e collaborazione tra discipline, dall’ingegneria e la medicina alla politica pubblica e alla tutela del consumatore.
Il viaggio verso una mobilità completamente sostenibile e sicura non riguarda solo la riduzione delle emissioni di carbonio; riguarda anche la protezione della salute umana in tutte le sue dimensioni. Mentre l’industria automobilistica accelera verso una nuova era, studi come questo aiutano a garantire che il progresso venga misurato non solo in chilometri per carica, ma anche in serenità.
Zhao Hui, Chen Bing, Li Congsheng, Chinese Journal of Automotive Engineering, DOI: 10.3969/j.issn.2095‒1469.2024.03.14