Quo Vadis Automobiles?

Globalne ocieplenie, smog i hałas miejskiej dżungli, czy też czyste powietrze, cisza i obcowanie z naturą. Co nas czeka? Dokąd podąży motoryzacja?

W roku 1831 Michael Faraday odkrył indukcję magnetyczną. W 1859  francuski fizyk Gastona Planté zbudował akumulator ołowiowy, a w roku 1866 Werner von Siemens skonstruował przemysłową prądnicę elektryczną. Wszystkie te fakty sprawiły, że rozpoczęto budowę silników elektrycznych, co umożliwiło powstanie pojazdów napędzanych takimi jednostkami. Za narodziny współczesnego samochodu uznajemy jednak rok 1886, kiedy to Karl Benz opatentował pojazd napędzany silnikiem spalinowym. Do początku XX wieku napęd elektryczny i spalinowy były jednak bardzo konkurencyjnymi rozwiązaniami, a niewielkie odległości jakie pokonywano i brak benzyny (tę kupowano w aptekach) faworyzował napęd elektryczny. Dopiero większa dostępność paliw i pokonywanie coraz większych odległości sprawiły, że ostatecznie zwyciężył silnik spalinowy i nastała –trwająca do dnia dzisiejszego- era benzyny.

Warto też pamiętać, że triumfem technologii elektrycznej był rekord prędkości pobity samochodem elektrycznym w kształcie torpedy -La Jamais Contente (wiecznie niezadowolona) –zasilanym przez dwa silniki Postel-Vinay o mocy 25 kW każdy, z pakietem akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Kierowca tego „bolidu” Camille Jenatzy w roku 1899 rozpędził go do 105,882 km/h, co było pierwszym w historii przekroczeniem 100 km/h i stanowiło niewyobrażalną -w tamtych czasach- prędkość. Rekord nie został pobity przez następne 3 lata!

Jednakże najbliższe lata to kolejne rewolucje, wymuszone… warunkami które wypromowały silnik spalinowy: dostępnością paliw i przejeżdżanymi odległościami.

  • Jeszcze w roku 1950 były tylko 2 metropolie liczące ponad 10 mln mieszkańców. W roku 1975 liczba ta podwoiła się i były 4 metropolie. W roku 2011 takich skupisk ludności było już 23. Ponadto, obserwujemy też coraz większą migrację ludności z terenów wiejskich do miast. Tym samym ograniczany jest dzienny przebieg, jaki pokonują samochody.
  • Od czasu początków motoryzacji zmienia się też klimat. O ile w latach 1860-2006 zanotowano, iż klimat ocieplił się o 0,9 stopnia Celsjusza, to prognozy wskazują iż między rokiem 2006, a rokiem 2100 ocieplenie wyniesie ok 3-4 stopnie. Dodatkowo ruch samochodów na niewielkim terenie sprawia, że powstają obszary o dużym nasileniu emisji gazów cieplarnianych. (Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu -Intergovernmental Panel on Climate Change – IPCC- podaje, że spalenie 1 l benzyny powoduje powstanie 2370g CO₂, a spalenie 1 l oleju napędowego – 2650 g CO₂).
  • Kolejnym problemem jest Smog, którego sprawcami nie są wprawdzie jedynie samochody, gdyż zjawisko to nasila się w okresie grzewczym (wrzesień – kwiecień), niemniej motoryzacja ma swój udział w niekorzystnej emisji zanieczyszczeń.
  • Nie można też zapomnieć o kurczących się zasobach ropy naftowej

Wszystko to sprawia, że samochody muszą zużywać mniejsze ilości paliwa. Jakie zmiany czekają nas zatem?

Czy przyszłość to: samochody elektryczne, hybrydy, a może na ogniwa wodorowe?

 

Zielone światło dla wersji elektrycznych

Moja przygoda z samochodami elektrycznymi zaczęła się w połowie lat 90-tych XX wieku, podczas porównywania wersji spalinowych i elektrycznych jakie przeprowadzałem w fabryce Lingotto w Turynie (fabryka Fiata Lingotto w Turynie zbudowana była na zasadzie pięter, które od parteru pokonywał model na taśmie montażowej podczas produkcji, a jej zakończeniem był tor testowy na dachu i zjazd spiralnym wyjazdem na plac przyfabryczny). Okazało się wówczas że Citroën Saxo Electrique był szybszy i bardziej dynamiczny od wersji spalinowej Saxo, zarówno podczas wyjazdu na dach spiralną drogą, jak i na owalnym torze na dachu. Jednakże problemem był zasięg, gdyż deklarowany przez producenta zasięg 100 km był raczej tylko pobożnym życzeniem…

Kilkanaście lat później uczestniczyłem w prezentacjach SMARTA electrcic (jazdy odbywały się w okolicach Bottrop w Zagłębiu Rury) i pierwszego modelu dostawczego z napędem elektrycznym -Mercedesa E-Vito, którym jeździłem w okolicach Hamburga. Tym razem baterie były już lżejsze (litowo-jonowe zamiast ołowiowych), przez co zestaw akumulatorów miał większą pojemność i znacznie wzrósł zasięg modeli.

Dłuższy test przeprowadziłem jednak w Polsce, Nissanem LEAF z baterią 24 kWh o deklarowanym zasięgu 200 km. Po przejeździe 32,2 km po ulicach Krakowa, okazało się, ze zasięg wynoszący faktycznie w chwili startu 142 km (naładowanie baterii 99%) zmniejszył się do wartości 106 km, a stopień naładowania baterii wyniósł 73%. Średnia prędkość tej jazdy wyniosła 31,9 km/h. Była to zatem najnormalniejsza jazda w mieście.

SONY DSC

Testując model na trasie, gdzie stopień naładowania akumulatorów w chwili rozpoczęcia jazd wynosił 86%, a zakładany zasięg był 126 km, okazało się iż po pokonaniu dystansu 46,7 km ze średnią prędkością 58,8 km/h, wskazania naładowania akumulatora to – 59%, a deklarowany zasięg – 91 km. Wynika stąd, że zużycie „paliwa” na trasie jest niższe niż w mieście (126 km zasięgu było przeliczane wg wcześniejszej jazdy w mieście), gdyż często następuje rekuperacja i doładowywanie akumulatora podczas swobodnego ruchu pojazdu.

SONY DSC

Na koniec warto podać sprawę najważniejszą „koszt spalania”, a raczej zużycie czynnika napędzającego pojazd czyli prądu. Otóż w jeździe miejskiej pojazd potrzebował 14 kWh/100 km. Licząc średnią stawkę zużycia energii elektrycznej 0,56 zł za 1kWh, to w przypadku 14 kWh  (bo tyle będziemy musieli pobrać z domowego gniazdka, aby doładować baterię) koszt eksploatacji 100 km w mieście wyniesie 7,84 zł. Wg wskazań na trasie, zużycie wynosiło 11,7 kWh/100 km, czyli koszt jazdy 100 km na trasie to 6,55 zł.

Plusem modeli elektrycznych -oprócz bezgłośnej jazdy i niskich kosztów eksploatacji- jest także „stacja benzynowa w garażu”, gdyż akumulator Nissana LEAF można naładować w ciągu 10–12 godzin korzystając ze standardowego gniazdka domowego. Jedynym minusem jest zasięg, gdyż wg norm testowych podawanych w instrukcjach (normy te pozwalają ujednolicić wskazania wszystkich producentów) LEAF 24 kWh ma zasięg 200 km, a w faktycznym użytkowaniu w mieście zasięg to 150 km.

Jednakże jest nadzieja na wyeliminowanie tego mankamentu, gdyż wprowadzony właśnie na rynki elektryczny Opel Ampera-e przejechał we wrześniu 2016 trasę Londyn – Paryż (trasa 417 km) i pozostał mu zasięg 80 km…

 

 

Problem zasięgu nie istnieje w przypadku modeli hybrydowych…

Zapoczątkowany w roku 1997 -przez Toyotę Prius- „Hybrydowy Układ Napędowy” to połączenie silnika spalinowego z jednostką elektryczną. W modelu takim „elektroniczna inteligencja” tak kompiluje wykorzystanie silnika benzynowego i elektrycznego, aby zużycie paliwa było jak najmniejsze. W efekcie, podczas testu aktualnym modelem Prius IV,  jazda bez żadnych prób „jazdy na kropelce”, czy „oszczędności denerwującej innych użytkowników drogi” pozwalała zużyć tylko 4,2 l/100 km. Dane katalogowe podają wprawdzie wartość 3,6 l/100 km, ale zbliżenie się do tej wartości byłoby próbą „jazdy na rekord”. Warto jednak podkreślić, że podczas  Ecorajdu Priusa 2016 odbywającego się w Krakowie i okolicach, najoszczędniejszy model na trasie pozamiejskiej (poprowadzony przez red. red Tomka Siwińskiego i Piotrka Wielgusa) zużył jedynie 2,807 l/100 km.

Druga droga którą podążyły hybrydy dotyczy wersji droższych i bardziej luksusowych. W tym przypadku istotą nie była jedynie ekonomiczna eksploatacja, ale walory jezdne jakie dawało połączenie silnika elektrycznego i spalinowego. Już przy ruszeniu mamy bowiem taki moment obrotowy, jaki duży silnik spalinowy osiąga dopiero przy większych obrotach. Dodatkowo zaś, jest to Hybryda, czyli model zużywający jednak mniej paliwa niż porównywalne „potwory luksusu”, a dodatkowo pozwala na dotacje państwowe (odliczenia VAT) i ulgi miejskie (darmowe parkowanie, ruch w strefach zamkniętych).

Testy takiego modelu przeprowadziliśmy w Mercedesem S 500 PLUG-IN HYBRID (plug in to hybryda z większymi bateriami i z możliwością doładowania baterii). Za pomocą przycisku na konsoli między fotelami kierowca samodzielnie może dobrać w nim ustawienia napędu hybrydowego, korzystając z czterech dostępnych trybów pracy układu:

 

  • HYBRID: jazda z „elektroniczną optymalizacją” wykorzystania obu silników
  • E-MODE: jazda wyłącznie z wykorzystaniem silnika elektrycznego
  • E-SAVE: energia zgromadzona w akumulatorach jest zachowywana w celu późniejszej jazdy w trybie elektrycznym
  • CHARGE: akumulatory są ładowane podczas jazdy

Test z Warszawy rozpocząłem jako wersją w pełni hybrydową, czyli wykorzystywałem wszystkie walory niskiego spalania i dynamiki. Rozczarowało mnie jednak zużycie paliwa. Podczas prezentacji w Genewie 2014 twierdzono, że jest to pierwsza limuzyna która zużywa zaledwie 3 l/100 km. Tymczasem na trasie, po przejeździe 285 km, moje spalanie wyniosło 8 l/100 km (ekonomika jazdy wyniosła wg komputera 98% możliwości samochodu).

Moje postrzeganie modelu zmieniło się jednak po podłączeniu do domowego gniazdka prądowego. Po naładowaniu akumulatorów, jazdę rozpocząłem na napędzie elektrycznym. Zasięg 30 km w warunkach mojej eksploatacji (jazda wieczorem podczas deszczu, gdy włączone są światła i wycieraczki) okazał się wprawdzie jedynie wartością 25 km, ale i tak byłem mile zaskoczony. W czasie przejazdu 28 km (tyle wynosiła trasa z domu do celu i z powrotem) zużycie benzyny wyniosło średnio 2,5 l/100 km. Tak więc z pewnością nie są to ogromne korzyści ekonomiczne, gdyż prąd do ładowania baterii także kosztuje (chyba, że korzystamy z darmowej stacji szybkiego ładowania instalowanej przez miasto), lecz korzyści ekologiczne są ewidentne.

Ale przecież Mercedes-Benz S 500 PLUG-IN HYBRID dysponuje także mocą 442 KM, ma 650 Nm maksymalnego momentu obrotowego, od 0 do 100 km/h rozpędza się w ciągu zaledwie 5,5 sek., a prędkość ograniczono elektronicznie na poziomie 250 km/h. Jest to zatem prawdziwy „sprinter ubrany w elegancki smoking”. Tak więc pojazd jest zarówno „ekologicznym gigantem”, zapewniającym niską emisję spalin w miejsca gdzie tego potrzebujemy, jak również „prestiżowym sportowcem”, nie ustępującym limuzynom V8.

Najważniejsze zaś, że zarówno budżetowy Prius, jak i luksusowy Mercedes klasy S są wersjami które bezproblemowo mogą jechać ekologicznie w starówkach zabytkowych miast, a na dłuższych trasach nie ma obaw, że nagle zabraknie prądu w akumulatorach.

Ogniwa paliwowe – własna elektrownia na pokładzie

Technologia, wytwarzania prądu w wyniku zachodzącej na zimno reakcji chemicznej łączenia się zatankowanego wodoru z tlenem z powietrza (jedynym produktem ubocznym jest czysta woda) prezentowana była już w latach 90-tych XX wieku przez koncern GM. Tyle tylko, że „laboratorium wytwarzania prądu” do zasilania silnika elektrycznego i zbiorniki na wodór, zajmowały wówczas większość wnętrza w testowym minivanie Pontiacu Montana.

Inżynierowie Toyoty doprecyzowali więc tą technologię i obecnie w Mirai (słowo znaczy „Przyszłość…”) sprężony wodór, mieszczący się w stosunkowo niewielkich zbiornikach, oraz „kompaktowe laboratorium”, wystarczają na przejechanie kilkuset kilometrów normalnym samochodem osobowym.

Jacek Pawlak, prezes Toyota Motor Poland powiedział: Jesteśmy w przededniu szoku technologicznego. Nowe normy emisji spalin, takie jak Euro 6.2 czy CAFE, spowodują drastyczne zmiany technologii napędów. Aby te normy spełnić, w tradycyjnych napędach trzeba będzie wprowadzić wiele bardzo kosztownych zmian. Oznacza to, że zmienią się proporcje cenowe między silnikami klasycznymi, a nowymi technologiami. Pojawi się więcej samochodów hybrydowych, a także coraz więcej pojazdów z silnikami elektrycznymi. Pytanie, czy będą one zasilane drogimi, dużymi i ciężkimi akumulatorami, czy wodorowymi ogniwami paliwowym. My stawiamy na wodór, który jest doskonałym magazynem energii”.

Brzmi to jak fantastyka naukowa, jednak liczba pojazdów elektrycznych, zasilanych wodorowymi ogniwami paliwowymi – i to zarówno będących na etapie opracowania, jak i już dostępnych w sprzedaży – jest coraz większa. W agencji ComplexPR przygotowano na potrzeby Toyoty zestawienie wskazujące, że

  • Obecnie najsilniejszą ofensywę wodorową prowadzi Toyota, która od 2014 roku sprzedaje zasilany ogniwami paliwowymi rodzinny samochód Mirai. Auto trafiło do sprzedaży najpierw w Japonii, później w USA i w Europie Zachodniej. Mirai z silnikiem o mocy 154 KM rozwija prędkość do 179 km/h, a wodór zawarty w zbiornikach pozwala na przejechanie ponad 500 km. Do 2020 roku Toyota planuje sprzedać 30 tysięcy egzemplarzy tego modelu.
  • Hyundai opracował i wprowadził do produkcji seryjnej zasilaną wodorowymi ogniwami paliwowymi elektryczną wersję crossovera ix35 o mocy 136 KM i zasięgu ponad 500 km, która jest sprzedawana w Korei, USA i Europie.
  • Pod koniec 2016 roku Honda wprowadziła na amerykański rynek wodorowy model Clarity, wyposażony w silnik elektryczny o mocy 136 KM, mogący przejechać bez tankowania do 589 km.
  • Współpracę z Hondą podjął koncern General Motors. Obie firmy inwestują 85 mln dolarów w technologie, które umożliwią produkcję aut wodorowych na skalę masową w roku 2020.
  • General Motors opracował też (wspólnie z amerykańską armią) Chevroleta Colorado ZH2 – dużego, terenowego pickupa na 37-calowych kołach z napędem na ogniwa paliwowe, który w tym roku będzie testowany na wojskowych poligonach w USA.
  • Samochód zasilany wodorowymi ogniwami paliwowymi przedstawił również Lexus, japoński producent aut luksusowych. Imponująca limuzyna Lexus LF-FC, zaprezentowana jako samochód koncepcyjny w październiku 2015 r. na Tokyo Motor Show, ma silnik elektryczny, który napędza koła tylnej osi, i dodatkowe dwa silniki elektryczne w kołach przednich. Wersji seryjnej można się spodziewać przed końcem tej dekady.
  • W 2016 roku Audi pokazało na wystawie w Detroit swój wodorowy model koncepcyjny h-tron quattro. Według zapowiedzi, samochód będzie miał zasięg 595 km i będzie przyspieszać od 0 do km/h w 7,1 sekundy.
  • Współpracę w dziedzinie pojazdów zasilanych wodorowymi ogniwami paliwowymi nawiązały firmy Ford, Mercedes-Benz i Nissan. Mercedes-Benz GLC F-Cell, który zostanie zaprezentowany być może już w tym roku, ma mieć zasięg 496 km. Również w tym roku Ford chciałby pokazać swoje auto wodorowe dla rynku masowego.

 

 

Zatem Quo Vadis Automobiles?

W krajach motoryzacyjnej cywilizacji, rozwój mobilności z pewnością pójdzie w kierunku napędu elektrycznego. Tyle tylko, ze samochody miejskie będą miały „klasyczne” (po prawdzie to nowoczesne jak w laptopach i komórkach) baterie akumulatorowe, a wersje służące do dalszych podróży, będą bazowały na ogniwach paliwowych. Jeszcze tylko stacje benzynowe z wodorem i… Science Fiction przerodzi się Science.

Jednakże do tej beczki miodu muszę dołożyć łyżkę dziegciu. Samochody elektryczne, hybrydowe i na ogniwa paliowe są dość drogie. Największy rozwój motoryzacji planowany jest zaś w państwach BRIC (Brazylia, Rosja, Indie, Chiny), gdzie zapotrzebowanie jest na tanie pojazdy, a normy ekologiczne nie będą tam żadnym wyznacznikiem. W efekcie globalnie powstaną dwa światy motoryzacji: niewielki – nowych technologii w bogatych państwach, oraz znacznie większy – kontynuacji najtańszych (często fatalnych i nie spełniających żadnych norm) silników spalinowych.

MOTOMI.PL

 

Tags:

Facebook

Zaloguj się używając swojego loginu i hasła

Nie pamiętasz hasła ?