Αφιέρωμα Ηλεκτρικά: Power to People

08:05 12/1/2020 - Πηγή: NewsAuto

Πιστόνια, μπιέλες και καύσιμα μείγματα αντιμέτωπα με ρεύματα, μπαταρίες και γεννήτριες: η αυτοκινητοβιομηχανία, καθοδηγούμενη από τις αυστηρές ευρωπαϊκές προδιαγραφές εκπομπής CO2, αλλάζει. Και να που ο εξηλεκτρισμός του αυτοκινήτου δεν μοιάζει πλέον με εφεύρημα της μελλοντολογίας, ούτε με σενάριο βγαλμένο από κάποιο έργο επιστημονικής φαντασίας του Isaac Asimov…

Σύμφωνα με απόφαση της Ε.Ε. και της Ευρωπαϊκής Επιτροπής, από το 2021 ο μέσος όρος εκπομπής CO2 των αυτοκινήτων δεν θα πρέπει να υπερβαίνει τα 95 g/km (με πρόστιμο 95 ευρώ για κάθε επιπλέον g/km ανά αυτοκίνητο), ενώ μέχρι το 2030

κάθε κατασκευαστής θα πρέπει να έχει μειώσει κατά 37,5% τον μέσο όρο του. Και για να αντιληφθούμε το μέγεθος της διαφοράς, αν η Κοινοτική Οδηγία εφαρμοζόταν σήμερα, η αυτοκινητοβιομηχανία θα καλούνταν να πληρώσει 34 δισ. ευρώ πρόστιμο! Δεν είναι, λοιπόν, διόλου τυχαίο το comeback των ηλεκτρικών αυτοκίνητων, αφού η μηδενική εκπομπή τους δείχνει απαραίτητη για την επίτευξη του δύσκολου αυτού στόχου. Ταυτόχρονα, προσφέρουν αρκετά πλεονεκτήματα στους κατόχους τους, μιας και έχουν χαμηλό κόστος φόρτισης και συντήρησης, είναι ιδιαίτερα ευχάριστα στην οδήγηση (το μέγιστο της ροπής ενός ηλεκτροκινητήρα αποδίδεται από τις 0 κιόλας rpm), ενώ το μικρότερο μέγεθος του συστήματος μετάδοσης ανοίγει νέους δρόμους ως προς την εκμετάλλευση των χώρων. Κανείς βέβαια δεν είναι τέλειος, και αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τις μπαταρίες, από τις οποίες εν πολλοίς εξαρτάται κάθε ηλεκτροκίνητο όχημα. Λαμβάνοντας υπόψη πως ενώ κάθε 18 μήνες η υπολογιστική ισχύς των μικροτσίπ διπλασιάζεται, η αύξηση της ενεργειακής πυκνότητας των μπαταριών δεν ξεπερνά το 5%-7% ετησίως, υπάρχει ακόμη αρκετός δρόμος μέχρι τα ηλεκτροκίνητα να καταφέρουν να ανταγωνιστούν τα συμβατικά αυτοκίνητα σε αυτονομία.

Ήδη έχουμε δει στην παραγωγή μπαταρίες με εμβέλεια άνω των 300 km, αλλά αναμένουμε την εξάπλωση των σημείων ταχυφόρτισης, που θα προσδώσουν μεγαλύτερη πρακτικότητα στη χρήση των ηλεκτρικών οχημάτων. Έπειτα, υπάρχει το θέμα του κόστους. Προς το παρόν τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα επιδοτούνται από πολλές κυβερνήσεις έτσι ώστε να καλυφθεί η υψηλή τιμή των μπαταριών. Και σε αυτό τον τομέα έχει σημειωθεί, βέβαια, πρόοδος, καθώς από τα 1.160 $/kWh το 2010 έχουμε πέσει στα 176 $/kWh, ενώ με την ολοένα αυξανόμενη παραγωγή η τιμή αναμένεται σε λίγα χρόνια να πέσει κάτω από τα 100 $/kWh. Αυτό αποτελεί και σημείο-ορόσημο για την εξίσωση της τιμής ηλεκτρικών συστημάτων μετάδοσης και κινητήρων εσωτερικής καύσης, η οποία αναμένεται, σύμφωνα με τους ειδικούς, κάπου μεταξύ 2023-2025. Όσον αφορά στις πωλήσεις; Στο πρώτο εξάμηνο του 2019 τα αμιγώς ηλεκτροκίνητα οχήματα κατέχουν πλέον μερίδιο 1,7% της παγκόσμιας αγοράς αυτοκινήτου, με το 56% εξ αυτών να έχουν πωληθεί στην Κίνα. Παραμένουν προς το παρόν μια υποκατηγορία, που σημείωσε όμως αύξηση της τάξης του 92% σε σχέση με πέρσι!

Υπάρχει, ωστόσο, και ένας τρόπος ανεξαρτητοποίησης του ηλεκτρικού αυτοκινήτου από τις ακριβές, μεγάλης χωρητικότητας, μπαταρίες: η on-board παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος! Τα υδρογονοκίνητα αυτοκίνητα είναι κατά βάση ηλεκτρικά, με τη διαφορά ότι διαθέτουν έναν «κινητήρα» κατασκευασμένο από ενεργειακές κυψέλες, μια συσκευή συνεχούς παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος από την ηλεκτροχημική αντίδραση υδρογόνου (Η2) και οξυγόνου (Ο2). Συνδυάζουν δε όλα τα πλεονεκτήματα των ηλεκτροκίνητων αυτοκινήτων με την αυτονομία των συμβατικών και τη μηδενική εκπομπή ρύπων και CO2. Το υδρογόνο δεν είναι  πρωταρχική πηγή ενέργειας όπως τα ορυκτά καύσιμα, αλλά ένας φορέας ενέργειας όπως, για παράδειγμα, μια μπαταρία. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να παραχθεί με πληθώρα τρόπων, ένας από τους οποίους είναι και η ηλεκτρόλυση. Το μόνο πρόβλημα σε αυτή την περίπτωση είναι η τεράστιας κλίμακας υποδομή που απαιτείται για την εμπορική διάθεση του υδρογόνου ως καυσίμου οχημάτων.

Oπότε, μέχρι να γίνουν όλα αυτά βασιζόμαστε ακόμη στον παλιό καλό κινητήρα εσωτερικής καύσης, που αρνείται πεισματικά να πεθάνει. Παρ’ όλα αυτά, θα πρέπει να γίνουν αρκετά ώστε να μειωθούν περαιτέρω κατανάλωση και εκπομπή CO2, ώστε να συμβάλλει στην απαιτούμενη μείωση του μέσου όρου εκπομπών. Η υβριδική τεχνολογία με plug-in διάταξη (δυνατότητα φόρτισης της μπαταρίας από το δίκτυο) είναι η μία λύση, είναι όμως ακριβή. Τα ήπια υβριδικά συστήματα 48V μπορούν να συμβάλουν αποφασιστικά στην επιβίωση του κινητήρα εσωτερικής καύσης, αφού προσφέρουν το 50%-70% των κερδών των συμβατικών υβριδικών σε οικονομία καυσίμου στο 30% του κόστους. Παράλληλα, ανοίγουν τον δρόμο για νέες καινοτομίες μείωσης κατανάλωσης καυσίμου που δεν θα μπορούσαν καν να λειτουργήσουν σε ηλεκτρικό σύστημα 12V, όπως το ηλεκτρικό τούρμπο, οι ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες, το brake-by-wire κ.ά.

ΕΥΡΩΠΑΪΚΗ ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ

Σύμφωνα με την Κοινοτική Οδηγία 443/2009, ο μέσος όρος εκπομπής CO2 του στόλου νέων αυτοκινήτων στην Ευρώπη θα πρέπει να μειωθεί στα 95 g/km από το 2021, τιμή που αντιστοιχεί σε κατανάλωση περίπου 4 lt/100 km βενζίνης ή περίπου 3,5 lt/100 km diesel. Για κάθε κατασκευαστή το όριο θα διαφοροποιείται ανάλογα με το βάρος του στόλου του σε σχέση με τον μέσο όρο, επιτρέποντας 3,33 g/km ανά 100 kg βάρους. Η πρώτη χρονιά εφαρμογής του μέτρου (2020) θεωρείται χρονιά προσαρμογής, καθώς μόνο το 95% του στόλου κάθε κατασκευαστή οφείλει να πετύχει τον στόχο. Το πρόστιμο μη συμμόρφωσης ανέρχεται σε 95 ευρώ για κάθε επιπλέον g/km ανά αυτοκίνητο, με εξαιρέσεις για κατασκευαστές που παράγουν λιγότερα από 300.000 αυτοκίνητα ετησίως (ισχύουν διαφορετικά όρια, ανάλογα με τους αριθμούς παραγωγής).

Παράλληλα, ισχύουν τα λεγόμενα «super credits», που πριμοδοτούν τα ιδιαίτερα «καθαρά» μοντέλα. Κάθε αυτοκίνητο με εκπομπή CO2 μικρότερη των 50g/km θα προσμετρά στο διπλάσιο για τον μέσο όρο του στόλου κάθε κατασκευαστή το 2020. Το 2021 θα προσμετρά με συντελεστή 1,66 και την επόμενη χρονιά με συντελεστή 1,33. Από εκεί και πέρα δεν θα υπάρχουν πλέον super credits. Επίσης, η τεχνολογική καινοτομία που θα έχει μεγαλύτερο αντίκτυπο στην πραγματική κατανάλωση απ’ ό,τι στον τυποποιημένο κύκλο (όπως η ανάκτηση θερμότητας καυσαερίων ή η ηλιακή οροφή) επιβραβεύεται με μείωση έως και 7 g/km ετησίως.

Ωστόσο, στις 17 Δεκεμβρίου 2018 Ε.Ε. και Ευρωπαϊκή Επιτροπή αποφάσισαν να θέσουν ακόμα αυστηρότερα όρια εκπομπής CO2: από το 2021 έως το 2030 κάθε κατασκευαστής θα πρέπει να έχει μειώσει κατά 37,5% τον μέσο όρο του, με ενδιάμεσο σταθμό το 2025, όπου η μείωση οφείλει να φτάσει το 15%. Πρακτικά αυτό σημαίνει ότι ένας κατασκευαστής με όριο π.χ. τα 105 g/km το 2021, θα πρέπει να μειώσει τον μέσο όρο εκπομπής CO2 του στόλου στα 65 g/km έως το 2030, τιμή που μεταφράζεται σε κατανάλωση περίπου 2,7 lt/100 km βενζίνης ή 2,4 lt/100 km diesel.

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΜΠΑΤΑΡΙΩΝ

Xρόνος φόρτισης, αυτονομία, μακροζωία και κόστος αποτελούν τα κύρια προβλήματα που καλείται να λύσει η βιομηχανία μπαταριών, συμβάλλοντας στη γρήγορη εξάπλωση των ηλεκτρικών αυτοκινήτων. Παρόλο που τα τελευταία 10 χρόνια έχει σημειωθεί αρκετή πρόοδος, οι ειδικοί υποστηρίζουν ότι η μπαταρία λιθίου πλησιάζει το όριο εξέλιξής της. Γι’ αυτό τον λόγο πολλοί κατασκευαστές επενδύουν στην έρευνα και εξέλιξη μπαταριών solid state (με στερεού τύπου ηλεκτρολύτη), οι οποίες προσφέρουν περίπου 2,5 φορές μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα, ταχύτερους και σημαντικά περισσότερους κύκλους φόρτισης, ενώ παράλληλα είναι άφλεκτες και δεν απαιτούν συστήματα ψύξης. Η Tesla, πάντως, δεν φαίνεται να συμμερίζεται αυτή την άποψη, επικεντρώνοντας τις προσπάθειές της σε μια νέα χημική σύσταση των μπαταριών ιόντων-λιθίου, που αναμένεται να αυξήσει δραστικά την ενεργειακή πυκνότητά τους.

ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΚΥΨΕΛΕΣ

Η ενεργειακή κυψέλη είναι η εφεύρεση ενός Γερμανοελβετού χημικού και χρονολογείται από το 1838, δηλαδή πολύ πριν την κατασκευή του κινητήρα εσωτερικής καύσης του Νikolaus Otto. Ο Christian Friedrich Schönbein δημοσίευσε τον Ιανουάριο του 1839 την ιδέα του στο «Φιλοσοφικό Περιοδικό», βάσει της οποίας κατασκευάστηκε το 1843 το πρώτο πρωτότυπο από τον Ουαλό επιστήμονα Sir William Robert Grove. Πάνω από έναν αιώνα αργότερα η ενεργειακή κυψέλη ταξίδεψε στο Διάστημα, παρέχοντας ηλεκτρισμό και νερό στα σκάφη του προγράμματος Gemini και Apollo. Το πρώτο πειραματικό αυτοκίνητο που κινείται με ενεργειακές κυψέλες είναι το GMElectrovan του ’66. Εκτοτε η ιδέα λίγο πολύ εγκαταλείπεται για να εμφανιστεί ξανά στον 21ο αιώνα, σε πρωτότυπα διάφορων κατασκευαστών. Το 2008 το Honda FCX Clarity γίνεται το πρώτο αυτοκίνητο με κινητήρα ενεργειακών κυψελών που μπαίνει σε περιορισμένη παραγωγή, στο εργοστάσιο που άλλοτε κατασκευαζόταν το NSX, αλλά το πρώτο μοντέλο που διατίθεται εμπορικά από το 2015 είναι το Toyota Mirai. Σήμερα κυκλοφορούν μόλις 11.000 αυτοκίνητα ενεργειακών κυψελών (FCEV) παγκοσμίως.

ΗΠΙΑ YΒΡΙΔΙΚΑ 48V

Το σύστημα 48V αναλαμβάνει όλες τις ηλεκτρικές λειτουργίες που στα συμβατικά οχήματα καλείται να επιτελέσει ο κινητήρας. Κλιματισμός, αντλίες, σύστημα πολυμέσων, ηλεκτρονικά συστήματα υποβοήθησης και όλα τα άλλα περιφερειακά συνεπάγονται αυξημένες απαιτήσεις ρεύματος, τριβές και μεγαλύτερη κατανάλωση καυσίμου. Ενα σύστημα 48V είναι εύκολο στην τοποθέτηση (παράλληλα με το κλασικό σύστημα 12V), απαιτεί λεπτότερες και ελαφρύτερες καλωδιώσεις, ενώ επιτρέπει στα περιφερειακά, π.χ αντλίες και ανεμιστήρες, να λειτουργούν αποδοτικότερα λόγω υψηλότερης τάσης. Προσφέρει, μάλιστα, σημαντικά πλεονεκτήματα στον χρόνο απόκρισης στο start-stop, αυξημένη δυνατότητα ανάκτησης ενέργειας και άμεση υποβοήθηση του κινητήρα. Τα συστήματα που έχουν θέσει ήδη στην παραγωγή διάφοροι κατασκευαστές δεν μπορούν να κινήσουν αμιγώς ηλεκτρικά το αυτοκίνητο, έστω και για λίγα χιλιόμετρα, όπως τα κλασικά, πλήρως υβριδικά συστήματα, αφού παρέχουν ισχύ μόλις 10-12 kW (13-16 PS). Πρόσφατα, όμως, η Continental -ένας από τους μεγαλύτερους προμηθευτές της αυτοκινητοβιομηχανίας- ανακοίνωσε πως με τη σχεδίαση μιας υψηλού βαθμού απόδοσης υδρόψυκτης γεννήτριας κατάφερε να φτάσει την απόδοση ισχύος 40 PS.

The post Αφιέρωμα Ηλεκτρικά: Power to People appeared first on NewsAuto.gr.