Samochody przyjazne klimatowi: namacalna rzeczywistość czy bak pełen marzeń?

Jak jest przyszłość transportu indywidualnego? Czy możemy już teraz zrezygnować z benzyny i gazu, skoro tak szkodzą klimatowi?

Wg Kalifornijskiej Rady Zasobów Atmosferycznych:

Nowoczesne technologie pozwalają ograniczyć emisje gazów cieplarnianych samochodu bez konieczności zmiany wyglądu, komfortu lub mocy, do których przyzwyczaili się kierowcy.

Minimalizm w modzie – rekordzista świata w niskim zużyciu paliwa

Najbardziej ekologicznym samochodem świata jest naturalnie samochód, którym się nie jeździ. Załóżmy jednak, że chcemy gdzieś dotrzeć samochodem, tyle, że nam się nie spieszy. I nie wieziemy żony (męża), dzieci i psa. Rozwiązaniem może być eko-samochód Drużyna Krokodyla, który pali 0,11 l benzyny na 100 km przy prędkości 24 km/h. Waży 50 kg, jest niższy, niż słupek drogowy i wygodnie mieści jednego nastoletniego kierowcę.

100 ml benzyny? Objętość filiżanki espresso? Takie osiągi możliwe są dzięki kilku rozwiązaniom konstrukcyjnym. Nasz eko-samochód ma małą strefę przednią (co ogranicza opór powietrza) i niską wagę . Musi też być prowadzony z małą i stałą prędkością.

Obawiam się jednak, że kierowca SUV-a dostrzegłby różnicę w „wyglądzie, komforcie i mocy”, gdybyśmy kazali mu się przesiąść do eko-samochodu.

Nasz eko-krokodyl pali filiżankę benzyny, za to SUV-y to paliwożerne smoki. Czy mamy ofertę dla miłośników SUV-ów?

Zakładając, że romans krajów wysoko rozwiniętych z samochodem będzie trwał, jakie technologie zapewnią nam istotne oszczędności energetyczne?

Na technologicznej giełdzie funkcjonuje co najmniej 5 pomysłów: hamowanie odzyskowe; samochody hybrydowe; samochody elektryczne; napędzane wodorem oraz samochody na sprzężone powietrze.

Hamowanie odzyskowe

To odzyskiwania energii w procesie hamowania. Istnieją na to cztery sposoby:

1. Prądnica połączona z kołami może ładować akumulator lub superkondensator.

2. Silniki hydrauliczne napędzane ruchem kół mogą sprężać powietrze, następnie gromadzone w małej butli.

3. Energię można gromadzić w kole zamachowym

4. Energię hamowania można gromadzić w postaci energii grawitacyjnej, wjeżdżając pod górę (na rampę) zawsze, kiedy chcemy zwolnić. Opcja gromadzenia energii grawitacyjnej jest mało elastyczna, jako że rampa zawsze musi być tam, gdzie hamujemy. To dobre rozwiązanie dla pociągów, czego przykładem jest londyńska linia metra Victoria. Każda stacja znajduje się na wzniesieniu. Nadjeżdżające pociągi samoistnie hamują wjeżdżając pod górę, a odjeżdżając, samoistnie przyspieszają. Tak zaprojektowane „garbate” stacje pozwalają oszczędzić 5% energii i zwiększyć prędkość pociągów o 9%.

Hamowanie odzyskowe pozwala odzyskać około 50-70% energii zużywanej na hamowanie.

Samochody hybrydowe

Samochody hybrydowe są bardziej efektywne, niż przeciętne modele na rynku i mają system hamowania odzyskowego, ale czy rzeczywiście wyróżniają się z tłumu?

Niekoniecznie. W zakresie emisji dwutlenku węgla, hybrydowa Toyota Prius (emisja 100 g CO2 na km) ustępuje niehybrydowemu Volkswagenowi Polo blue motion (99 g/km) i Smartowi (88 g/km). Tak, to prawda, Prius jest większy, szybszy i wygodniejszy niż Smart. Od wozu o takiej ekologicznej renomie oczekiwalibyśmy jednak więcej…

Hybrydowego Lexusa RX 400h reklamowano w Wielkiej Brytanii sloganem “NISKIE ZANIECZYSZCZENIE, ZERO POCZUCIA WINY”. Jak to, skoro jego emisje to 192 g/km – więcej, niż brytyjska średnia! Brytyjska Komisja Etyki Mediów orzekła, że reklama złamała kodeks reklamowy w zakresie prawdziwości, jakości porównań oraz twierdzeń związanych z ochroną środowiska. „Wzięliśmy pod uwagę, że (…) odbiorcy mogli zrozumieć, że samochód nie stanowi obciążenia dla środowiska naturalnego, co nie jest zgodne z prawdą, i że samochód charakteryzuje się niską emisją CO2 w stosunku do innych samochodów, co też nie jest prawdziwe”.

W praktyce, technologie hybrydowe zapewniają oszczędności paliwa rzędu 20 – 30%. Nie są więc prawdziwym przełomem w transporcie. By zredukować emisje CO2, potrzebujemy przecież odejść od paliw kopalnych, a przynajmniej drastycznie zredukować ich zużycie. Czy możemy osiągnąć ten cel bez przesiadki na rowery?

Pojazdy elektryczne

Samochody elektryczne G-Wiz jeżdżą sobie po Wielkiej Brytanii. Silnik elektryczny G-Wiz’s o mocy maksymalnej 13 kW pracuje ze stałą mocą 4.8 kW. Wyposażony jest w system hamowania odzyskowego. Zasilany jest ośmioma 6-woltowymi akumulatorami kwasowymi, które po całkowitym załadowaniu pozwalają przejechać „do 77 km”. Pełne ładowanie pobiera 9.7 kWh prądu.

To skromny samochodzik. Załóżmy, że chcemy więcej. Lepszego przyspieszenia, większej prędkości maksymalnej i większego zasięgu na baterii. Mamy Teslę Roadstera. Tesla Roadster 2008 przejeżdża na jednym ładowaniu 354 km; akumulator litowo-jonowy gromadzi 53 kWh energii. Moc maksymalna silnika wynosi 185 kW.

Jakie jest zużycie energii tego pokaźnego samochodu? Co ciekawe, jest mniejsze niż w przypadku G-Wiz i wynosi 15 kWh na 100 km. Zasięg 354 km powinien satysfakcjonować większość ludzi, w końcu zazwyczaj jeździmy samochodem do pracy lub na zakupy.

Samochody na sprężone powietrze

Samochody zasilane powietrzem to pomysł nienowy. Setki tramwajów na sprzężone powietrze i gorącą wodę przemierzały ulice Nantes i Paryża w latach 1879 - 1911. W zakresie efektywności energetycznej, technika sprężania powietrza w celu magazynowania energii jest równie dobra, jak akumulatory elektryczne. Sęk w tym, że przy sprężaniu powietrza powstaje gorąco, które raczej nie zostanie spożytkowane efektywnie, a przy rozprężaniu powietrza - zimno, inny produkt uboczny, który też raczej nie zostanie zużyty efektywnie. Technologia sprężania powietrza ma jednak kilka istotnych przewag nad akumulatorem elektrycznym. Np. powietrze może być sprężane tysiące razy i się nie zużywa!

Nie wiadomo jednak, czy będziemy mieli renesans technologii sprężania powietrza, bo nie upubliczniono specyfikacji żadnego nowoczesnego prototypu. Podstawowym ograniczeniem jest fakt, że gęstość energetyczna w butli na sprężone powietrze jest niewielka (wynosi zaledwie 11–28 Wh na kg). To jakieś pięć razy mniej, niż w akumulatorze litowo-jonowym. Zasięg samochodu na sprężone powietrze nie będzie nigdy większy, niż zasięg pierwszych samochodów elektrycznych. Systemy magazynowania za pomocą sprężonego powietrza mają jednak nad akumulatorami przewagę: większa trwałość, tańsza konstrukcja i mniejsza ilość paskudnych chemikaliów.

Pojazdy napędzane wodorem – samochody jak sterowce

Wg Davida MacKaya, wykładowcy Cambridge i autora „Sustainable Energy – without the hot air” wodór jest przereklamowany. Co najważniejsze, wodór nie jest cudownym źródłem energii, ale jego nośnikiem, jak bateria wielokrotnego ładowania. I to raczej nieefektywnym nośnikiem energii, z całą masą praktycznych defektów. Należy zadać sobie kluczowe pytanie: „skąd weźmiemy energię, by wyprodukować wodór?” Konwersja energii do postaci wodoru i z wodoru jest zawsze nieefektywna. Przynajmniej przy obecnym poziomie zaawansowania technologicznego.

W projekcie CUTE (Clean Urban Transport for Europe – Czysty Transport dla Europy), który miał zademonstrować możliwość zastosowania autobusów na ogniwa paliwowe oraz w technologii wodorowej, zasilenie autobusów na wodór wymagało od 80% do 200% więcej energii, niż w przypadku zwykłego autobusu z silnikiem diesla.

Zasilenie BMW na wodór Hydrogen 7 pochłania 254 kWh energii na 100 km – 220% więcej, niż w przypadku przeciętnego europejskiego samochodu. Paliwa kopalne są wyzwaniem energetycznym. Zmiany klimatu są problemem energetycznym. Musimy skupić się na rozwiązaniach mniej, a nie bardziej energochłonnych!.

Samochód na wodór jest środkiem transportu lądowego o najwyższym zużyciu energii!

Zwolennicy wodoru stwierdzą “ BMW Hydrogen 7 jest prototypem i potężnym autem luksusowym – efektywność technologii się poprawi”. Mam nadzieję, bo jest tu wiele do zrobienia. Tesla Roadster (fot. 20.22) też jest prototypem i potężnym autem luksusowym. A mimo to jest ponad 10 razy bardziej efektywna energetycznie, niż Hydrogen 7!

Owszem, Honda na ogniwa paliwowe zasilane wodorem jest lepsza – zużywa 69 kWh na 100 km – przewiduję jednak, że kiedy umilkną fanfary „zeroemisyjności”, okaże się, że samochody na wodór zużywają tyle samo energii, co dzisiejsze samochody na benzynę.

Jest jeszcze inny problem związany z wodorem. Nawet pod b. wysokim ciśnieniem jego gęstość energetyczna (energia na jednostkę powierzchni) wynosi 22% gęstości benzyny. Co więcej, wodór stopniowo wycieknie z praktycznie każdego zbiornika. Zaparkuj samochód z pełnym bakiem wodoru na stacji kolejowej i wróć po tygodniu. Zapewne większość wodoru zniknie.

The winner is…

Najniższe zużycie energii (koszt transportowy) mają samochody elektryczne – wynosi mniej więcej 15 kWh na 100 km. To pięć razy mniej, niż standardowy samochód na benzynę i znacznie mniej, niż którykolwiek samochód hybrydowy. Hura! Samochód elektryczny zostaje zwycięzcą w rankingu niskoemisyjnych środków transportu indywidualnego.

W Polsce samochody elektryczne jeszcze długo będą jeździć na prądzie z elektrowni węglowych. Może, w kategorii emisji CO2, „zamieni stryjek siekierkę na kijek”? A co z trwałością akumulatorów? Czy starczy litu na akumulatory? A czy starczy prądu na ogrzewanie i klimatyzację w aucie? O tym w kolejnym tekście dotyczącym zwycięzcy naszego rankingu, czyli samochodu elektrycznego.

Oddzielny punkt poświęcimy transportowi publicznemu, który – jak nietrudno zgadnąć – jest jedną z najrozsądniejszych opcji okraczenia emisji gazów cieplarnianych.

Na pierwszym zdjęciu: Tesla Roadster (fot:flickr)