La pila di Karpen, la batteria “inesauribile”

In una teca del Museo Nazionale Tecnico di Bucarest c’è un oggetto che a prima vista non dice granché: due piccoli cilindri di vetro, qualche filo, un motorino minuscolo. Eppure da anni i giornali di mezzo mondo lo chiamano “la batteria che non si scarica mai”. È la pila di Karpen, costruita nel 1950 da uno dei più importanti scienziati romeni del Novecento. Secondo chi la custodisce produce ancora tensione. C’è chi dice che dimostri che le leggi della fisica vanno riscritte. I fisici ci vedono un mistero molto più piccolo, ma comunque interessante.

Chi era Nicolae Vasilescu Karpen

Prima di tutto il nome. Molti siti, anche italiani, chiamano l’inventore “Vasile Karpen”. In realtà si chiamava Nicolae Vasilescu. Era nato a Craiova, nel sud della Romania, il 10 dicembre 1870 secondo il calendario giuliano allora in uso in Romania, cioè il 22 dicembre del nostro. Il padre, Ion Vasilescu, era capitano dell’esercito, la madre, Maria Nenciu, aveva 21 anni. La famiglia possedeva delle terre nel villaggio di Carpen, vicino a Craiova, ed è da lì che viene “Karpen”: una decisione del governo del 1899 gli permise di aggiungerlo al cognome. Lui lo scriveva senza trattino, l’Accademia Romena dopo la sua morte lo ha sempre usato, e oggi circolano entrambe le grafie.

Dopo il liceo Carol I di Craiova studiò alla Scuola Nazionale di Ponti e Strade di Bucarest e si laureò ingegnere nel giugno 1891, primo del suo corso. Lavorò tre anni al Ministero dei Lavori Pubblici, costruendo strade e ferrovie, poi partì per Parigi. Lì studiò all’École supérieure d’électricité e alla Sorbona, e nel 1904 ottenne il dottorato in fisica con una tesi sugli effetti magnetici dei corpi elettrizzati in movimento. Il suo relatore era Gabriel Lippmann, che quattro anni dopo avrebbe vinto il Nobel. Alcune biografie romene dicono che in commissione sedessero anche Henri Poincaré e Henri Moissan.

Molti racconti dicono che fu nominato professore all’Università di Lille. Il suo biografo più accurato, l’accademico Andrei Nicolaide, non ha trovato nessun documento ufficiale di quella nomina, solo una serie di lezioni all’istituto elettrotecnico di Lille. In ogni caso, nel 1905 Karpen era di nuovo in Romania, primo professore di elettrotecnica nella sua vecchia scuola.

L’uomo che fondò un’università

Da quel momento la sua carriera fu straordinaria. Costruì la stazione radiotelegrafica di Băneasa, vicino a Bucarest, che durante la Prima guerra mondiale arrivava a circa 2.000 chilometri. Lavorò alla galleria ferroviaria di Berești sulla linea Bârlad–Galați e all’elettrificazione di città come Câmpina e Costanza. Nel 1909 inviò all’Accademia delle Scienze francese una nota in cui proponeva di usare correnti portanti ad alta frequenza per le linee telefoniche a lunga distanza, un’idea molto in anticipo sui tempi.

Nel 1918 divenne direttore della Scuola di Ponti e Strade e nel 1920 la trasformò nel Politecnico di Bucarest, di cui fu il primo rettore fino al 1940. Entrò nell’Accademia Romena nel 1923 e ne fu poi vicepresidente. Nel 1931 fu per poco ministro dell’Industria e del Commercio. I suoi interessi spaziavano dall’elasticità al volo degli uccelli, dalla pressione osmotica alla termodinamica e all’elettrochimica. In mezzo secolo pubblicò più di settanta lavori.

L’arrivo dei comunisti cambiò la sua posizione. Nel 1948 fu espulso dall’Accademia, come molti intellettuali legati alla Romania prebellica, e fu reintegrato solo nel 1955. Continuò a lavorare fino a tarda età e morì a Bucarest il 2 marzo 1964, a 93 anni (molte fonti dicono 94).

Le “pile K”

Di tutto il suo lavoro, la parte che lo ha reso famoso all’estero è anche la più discussa. Karpen era convinto di aver scoperto qualcosa di nuovo sul funzionamento delle celle elettrochimiche. Sviluppò una teoria “elettronica” dei liquidi, secondo cui anche i liquidi contengono elettroni liberi, e la usò per spiegare la tensione delle pile. Nel 1923 pubblicò a Parigi un lavoro intitolato La force électromotrice des piles et l’attraction moléculaire.

Da queste idee nacque una serie di dispositivi che chiamò “pile K”, numerati K1, K2 e così via. Le descriveva come “pile termoelettriche a temperatura uniforme”, cioè dispositivi che secondo lui potevano produrre elettricità solo dal calore dell’ambiente, senza bisogno di una differenza di temperatura. Ed è proprio su questo che si discute da cent’anni.

Il 12 febbraio 1924 Karpen depositò in Francia il brevetto n. 577.087, pubblicato il 30 agosto di quell’anno con il titolo Pile électrique (alcuni testi romeni riportano un titolo diverso, “Instrument de précision en électricité”). Online si trovano anche le date 1908, 1920 e 1922, ma il brevetto francese registrato è del 1924. Secondo il fisico Cristian Presura, che ne ha scritto per HotNews, il brevetto descrive l’idea generale di ricavare energia dall’ambiente più che il modo di costruire il dispositivo.

Karpen continuò a lavorare sulle pile per tutta la vita. Al Congresso Internazionale di Elettrotecnica di Praga del 1938 presentò una cella alimentata da un combustibile liquido disciolto, in cui i suoi ammiratori vedono una delle prime celle a combustibile. Negli anni Cinquanta pubblicava ancora su una cella al cloruro d’argento e su una “cella a concentrazione di ossigeno”. E nel 1950 costruì il prototipo che oggi tutti conoscono.

Come funziona la pila del museo

Il dispositivo è formato da due celle collegate in serie. Ognuna ha un elettrodo d’oro e uno di platino (o d’oro rivestito di platino, secondo la descrizione pubblicata dall’associazione degli ingegneri romeni AGIR), chiusi in un cilindro di vetro e immersi in acido solforico purissimo. Le due celle alimentano un minuscolo motore di tipo galvanometrico, simile al meccanismo di uno strumento di misura. Il motore fa girare una piccola paletta collegata a un interruttore. A ogni mezzo giro il circuito si apre, e al mezzo giro successivo si richiude.

I tempi non sono casuali. Karpen li aveva calcolati in modo che, mentre il circuito è aperto, le celle abbiano il tempo di “rigenerarsi”, recuperando la tensione persa mentre fornivano corrente. Il motore non fa nessun lavoro utile, serve solo a dimostrare che le celle producono davvero energia elettrica. E ne producono pochissima: tutto il sistema funziona con correnti minuscole.

La scelta dei materiali spiega in buona parte perché duri tanto. In una pila normale uno degli elettrodi si consuma, il metallo si corrode e si scioglie nell’elettrolita, e quando è finito la pila è morta. Oro e platino sono metalli nobili che l’acido solforico intacca appena. Le descrizioni del prototipo dicono che dopo decenni non mostrano segni visibili di corrosione.

Dalla casa dello scienziato al museo

Dopo la morte di Karpen la pila rimase per un po’ all’Accademia Romena, dove era esposta. Fu poi donata al Museo Tecnico, fondato a Bucarest nel 1909 dall’ingegnere Dimitrie Leonida e ospitato nel parco Carol I. Secondo quanto detto in un incontro commemorativo dell’AGIR nel 2014, a donarla fu Matei Marinescu, figlio del famoso neurologo Gheorghe Marinescu, amico di Karpen. Un altro studio lo descrive invece come il genero dello scienziato. Il registro del museo ne annota l’arrivo il 31 agosto 1979, con il numero d’inventario 22.

All’anno 1979 è legata una delle storie più ripetute. Secondo un racconto pubblicato da Jurnalul Național, quell’anno la Milizia, la polizia del regime di Ceaușescu, voleva impadronirsi dell’oro e del platino della pila. Trovando solo lamine sottilissime e di poco valore, l’avrebbe chiusa in una cassaforte. Va presa con le pinze: viene da un libro divulgativo e non cita documenti. Quello che è certo è che per anni il pubblico non ha potuto vedere la pila. Il museo la teneva sotto chiave per paura dei furti, perché non poteva permettersi un sistema di sicurezza adeguato. Quando nel 2010 la storia fece il giro del mondo, ripresa da International Business Times e Gizmodo, si diceva ancora che non era esposta. Dal 2013, dopo il restauro, è tornata in una teca, e quell’anno la televisione pubblica romena TVR le ha dedicato un servizio.

Le misure, cosa sappiamo davvero

Questo è il cuore del mistero, e anche il suo punto più debole. Un dato compare ovunque: la pila dà ancora circa 1 volt, come nel 1950. Le fonti in inglese dicono che la misura l’ha fatta un giornale romeno, quasi certamente l’articolo “Pila nemuritoare” (“La pila immortale”), uscito sul quotidiano Ziua l’11 marzo 2006, quello da cui era partito anche questo articolo.

Tutto il resto è molto meno chiaro. Nessuna delle fonti che abbiamo controllato riporta dati su corrente, potenza o energia totale prodotta in settant’anni, né una serie di misure nel tempo. Secondo Presura, i visitatori non possono vedere la pila in funzione perché si trova sotto una campana di vetro. La tensione viene controllata due o tre volte l’anno sollevando la campana e collegando due fili a un voltmetro. Dice anche che il museo non ha mai chiesto una perizia tecnica, perché considera l’oggetto un bene storico da non toccare. Insomma, non è chiaro se il motorino giri ancora come nel 1950 o se oggi si misuri solo la tensione a circuito aperto, che sono due cose molto diverse.

Molti articoli italiani, compresa la prima versione di questo, dicevano che a Parigi, Bucarest e Bologna si era tentato senza successo di costruirne una versione più grande. Di questi tentativi non abbiamo trovato fonti dirette.

Viola davvero le leggi della fisica?

Il problema non è che una pila duri tanto, ma il modo in cui Karpen lo spiegava. Il secondo principio della termodinamica, nella formulazione di Lord Kelvin, dice che non si può costruire una macchina che, lavorando in ciclo, trasformi in lavoro il calore preso da un’unica sorgente a temperatura costante. Un motore termico ha bisogno di un lato caldo e di un lato freddo. Una pila che funzionasse per sempre solo con il calore dell’aria di una stanza sarebbe un “moto perpetuo di seconda specie”, proprio quello che il secondo principio esclude.

Per questo i fisici protestano quando la stampa parla di “batteria inesauribile” o di “moto perpetuo”. È successo nel 2018. In un comunicato sul salone delle invenzioni di Ginevra, il Ministero della Ricerca romeno descrisse la pila di Karpen come un perpetuum mobile capace di produrre energia senza apporti esterni. Dopo le critiche di diversi ricercatori, tra cui Octavian Micu dell’Istituto di Scienze Spaziali, il ministero ritirò il testo, definendolo “un’interpretazione personale” di chi lo aveva scritto. La maggior parte degli scienziati che hanno studiato seriamente la pila non pensa che violi la termodinamica. Pensa semplicemente che non sia una macchina a moto perpetuo.

Le spiegazioni scientifiche

La spiegazione più semplice è quella di Presura: dentro avviene una reazione chimica lentissima, e la pila dura perché non consuma quasi niente. Il motore assorbe correnti minuscole, e solo di tanto in tanto, gli elettrodi non si corrodono e il sistema è sigillato. Una piccola fonte di energia, usata con estrema parsimonia, può durare decenni. Prima o poi, però, si esaurirà.

Molti specialisti romeni classificano il dispositivo come una pila a concentrazione, in cui la tensione nasce dalla differenza di concentrazione di una sostanza vicino ai due elettrodi. Lo stesso Karpen, negli anni Cinquanta, scriveva di una “cella a concentrazione di ossigeno”. In una cella così, l’ossigeno disciolto nell’acido, che si deposita in modo diverso su oro e platino, può bastare a creare una tensione. Circa 1 volt è un valore del tutto plausibile per elettrodi di questo tipo in acido solforico.

Nel 2015 due chimici romeni, Nicolae Vaszilcsin e Dănuț-Ionel Văireanu, hanno pubblicato sulla Revista de Chimie un’analisi diversa. Secondo loro la pila di Karpen non è davvero una pila a concentrazione, ma qualcosa di simile a un condensatore elettrochimico a doppio strato. La carica si accumula sulla superficie degli elettrodi, si scarica quando il circuito si chiude e si ricostituisce quando si apre. Questa ricarica, spiegano, è un processo spontaneo che assorbe calore dall’ambiente grazie a piccole differenze di temperatura tra la soluzione vicino all’elettrodo e l’esterno. Senza queste differenze la pila rallenta e alla fine il motore si ferma. La loro conclusione è netta: non viola il secondo principio.

Resta il fatto che nessuno ha ancora potuto aprire il prototipo e studiarlo con strumenti moderni. Le spiegazioni sono plausibili, ma rimangono teorie su un oggetto che nessuno ha esaminato da vicino.

Le leggende online

In rete la pila di Karpen ha preso vita propria. Si legge che “ha ispirato la NASA”, che “gli americani l’hanno usata per andare sulla Luna”, che Ceaușescu l’ha nascosta, che il segreto è stato confuso apposta perché nessuno la producesse in serie. La storia della NASA risale a una frase attribuita a Ionel Solomon, fisico francese di origine romena e presidente della Società Francese di Fisica, che avrebbe detto che Karpen aveva inventato una cella a combustibile decenni prima dello sbarco sulla Luna. Anche se la citazione fosse autentica, si riferisce alla cella a combustibile del 1938, non alla pila K del museo. Le celle a combustibile delle missioni Apollo nacquero da altre ricerche, e nessuna delle fonti che ripetono la frase mostra un legame concreto.

Il mito però ha effetti reali. Nel 2022 il Ministero della Difesa romeno, tramite la sua agenzia di ricerca, ha firmato un accordo con il Politecnico di Bucarest, diversi istituti di ricerca e una casa automobilistica belga. Tra gli obiettivi c’era la costruzione di un modello matematico e sperimentale della “pila Vasilescu-Karpen”, definita nell’accordo un “potenziale perpetuum mobile”. Finora non è stato pubblicato nessun risultato.

Un piccolo mistero, ma vero

Tolto il clamore, cosa resta? Uno scienziato vero e stimato, che ha fatto un lavoro importante per il suo Paese e che sulle pile probabilmente ha inseguito l’idea sbagliata. Un oggetto costruito con grande cura più di settant’anni fa che, secondo chi lo custodisce, dà ancora una tensione misurabile. E una domanda che nessuno ha chiuso del tutto: quanta energia ha prodotto davvero quella pila, e da dove viene esattamente?

La risposta è probabilmente banale: una reazione lenta, una corrente minuscola, materiali eccellenti. Ma finché qualcuno non aprirà quei due cilindri di vetro con gli strumenti giusti, la pila di Karpen resterà dov’è, nel suo museo nel parco Carol I, a fare quello che fa da più di settant’anni: dare la sua piccola tensione, e tenere vivo il dibattito.

Fonti

• Reuniune comemorativă Nicolae Vasilescu Karpen – Univers Ingineresc, AGIR, 2014 (in romeno)
• Andrei Nicolaide, Precisazioni biografiche e scientifiche su Nicolae Vasilescu Karpen – Univers Ingineresc, AGIR, 2014 (in romeno)
• Andrei Nicolaide, Considerazioni sulla biografia dello scienziato Nicolae Vasilescu Karpen (1870-1964) – CRIFST, Accademia Romena
• Mihai Olteneanu, Nicolae Vasilescu-Karpen 1870-1964 – Univers Ingineresc, AGIR, 2005 (in romeno)
• Patent FR577087A, Pile électrique, N. Vasilesco-Karpen, 1924 – Google Patents (in francese)
• N. Vaszilcsin, D.-I. Văireanu, Considerations Regarding the Mechanism of Electrical Energy Generation in Karpen’s Cells – Revista de Chimie, 2015
• Cristian Presura, Statul paralel cu știința sau povestea pilelor Karpen – HotNews, 2018 (in romeno)
• Gafă la Ministerul Cercetării, care a lăudat invenția românească perpetuum mobile – HotNews, 2018 (in romeno)
• Il ministero ritira il comunicato sulla pila di Karpen – HotNews, 2018 (in romeno)
• Dispozitivul secret care sfidează regulile – Adevărul, 2018 (in romeno)
• Pila Karpen, printre cele mai mari enigme ale tehnicii mondiale – Jurnalul Național, 2018 (in romeno)
• Accordo Ministero della Difesa e Politecnico sulla pila Vasilescu-Karpen – Economedia, 2022 (in romeno)
• Cine este românul care a inventat dispozitivul care nu trebuia să existe – Newsweek România, 2024 (in romeno)
• Nicolae Vasilescu-Karpen – Wikipedia
• This Battery Has Been Working for 60 Years – Gizmodo, 2011
• Ziua, 11 marzo 2006 (in romeno)