Rozkręcaj z LLotharem: Alternatywy dla benzyny

Ropa naftowa nie jest na zawsze i kiedyś się skończy. Tak naprawdę nikt nie wie dokładnie kiedy – mamy jeszcze na pewno kilkadziesiąt lat. Czy dociągniemy na ropie do 2100 roku jednak nie wiadomo. Dlatego już teraz wiele mądrych głów stara się znaleźć alternatywę. 70% wykorzystania ropy naftowej to transport. Benzyna, diesel, paliwo lotnicze, mazut itp.

Poniżej przedstawiam szybkie zestawienie alternatyw dla silników spalinowych, z ich plusami i minusami

Silnik elektryczny zasilany bateriami

Są obecnie seryjnie produkowane pojazdy elektryczne – największy procent rynku ma najprawdopodobniej Nissan Leaf i Tesla S. Pojawiają się także elektryczne wersje popularnych modeli jak VW Golf czy Ford Focus. Zasada działania jest bardzo prosta: energia magazynowana w bateriach litowo-jonowych służy do napędzania silnika elektrycznego. To rozwiązanie niesie za sobą trzy problemy:

• Cena – elektryczne auto kosztuje dwa razy tyle co spalinowe. Cenę windują baterie, które wymagają egzotycznych materiałów do produkcji
• Zasięg – Nissan Leaf to max 200km, Tesla S to nawet 500km. Dla porównania VW Polo w dieslu przejedzie na jednym tankowaniu i 800km.
• Czas tankowania/ładowania – nawet na stacjach szybkiego ładowania do 80% ładujesz 40 minut. Fajnie, przerwa na obiad, tyle że na autostradzie ładować się będzie trzeba co 350km (zasięg przy prędkościach autostradowych bardzo spada), czyli niecałe 3 godziny. Dalsza podróż to niekończąca się seria 40-minutowych postojów. Auto spalinowe zatankujesz w kilka minut.

Silnik elektryczny zasilany ogniwami paliwowymi

Niedawno świat obiegła wiadomość, że Toyota będzie produkować seryjnie auto napędzane ogniwami paliwowymi. Okazuje się oczywiście, że do prawdziwej seryjności to daleko – w 2015 planują sprzedać całe 700 pojazdów. No ale jak to działa? W samochodzie jest zbiornik na sprężony wodór, który później przerabiany jest przez ogniwa paliwowe na prąd, który to przekazywany jest do silnika elektrycznego. Zasięg to przyzwoite 480km. Tankowanie sprężonego gazu nie jest tak szybkie, jak przy paliwach płynnych – kilka, max kilkanaście minut. Problemy:

• cena – ponad 200 000 zł kiedy to auto spalinowe w podobnym rozmiarze można kupić za mniej niż połowę tej ceny. Czy cena spadnie? Jak na razie się na to nie zanosi, bo najlepsze ogniwa paliwowe wykorzystują platynę, która oczywiście jest piekielnie droga.
• Zbiornik na sprężony wodór – 700 bar. To bardzo, bardzo dużo. W razie wypadku może dojść do niezłej eksplozji, a przynajmniej ładnego miotacza ognia. Poniżej film z pożaru autobusu zasilanego sprężonym gazem (CNG). W ~55 sekundzie otwiera się zawór bezpieczeństwa.

Silnik spalinowy na wodór

Osobiście jest to mój faworyt. BMW zbudowało prototyp BMW Hydrogen 7. Jest to nieco zmodyfikowany, zwykły silnik spalinowy. Zasięg około 200 km nie robi wielkiego wrażenia, ale wariant ten nadrabia szybkim tankowaniem. BMW wyposażyło ten samochód w zbiornik na ciekły wodór. Zdecydowali się na taki krok, gdyż spalanie wodoru w silniku spalinowym nie jest za bardzo wydajne – na jednym litrze wodoru pojazd zasilany ogniwem paliwowym pojedzie aż 3 razy dalej. Wodór jest w stanie ciekłym jednak dopiero przy bardzo niskich temperaturach – poniżej -250 stopni Celsjusza. Mimo iż to BMW miało zbiornik silnie izolowany, to jednak trochę ciepła zawsze do środka się dostanie. To sprawia, że wodór wrze i ciśnienie w zbiorniku się podnosi. Automatyczny system wypuszcza wodór ze zbiornika, gdy jego ciśnienie wzrośnie zbyt mocno – w tym przypadku było to 6 bar.  Skutek uboczny – po 12 dniach w bezruchu cały wodór z auta ucieknie.

Biopaliwa

W USA etanol odpowiada już za 10% paliw napędowych. Stanowi on głównie dodatek do benzyny, ale na czystym etanolu także można jeździć. Silnik jest praktycznie identyczny jak te używane obecnie. Nie ma problemu ze zbiornikiem, a i samochód może także stanowić “rezerwę” na imprezę.

Problem jednak jest taki, że etanol bierzemy obecnie z kukurydzy. Mimo iż etanol nie jest jeszcze bardzo rozpowszechnionym paliwem, to jego zużycie w USA już wywindowało cenę kukurydzy czterokrotnie. Łatwo sobie wyobrazić jak ceny żywności poszybowałyby w górę, gdyby cały transport oparty był na biopaliwach. Rzepak? Z jednego hektara wyprodukować można 1000 litrów oleju rzepakowego (GMO może ten wynik znacznie poprawić), który można lać do starszych silników diesla bez żadnych przeróbek. W Polsce rocznie zużywa się okolo 4 000 000 000 litrów paliwa. Zatem rzepakiem obsiać należy 4 000 000 hektarów czyli 13% powierzchni Polski lub 21% wszystkich użytków rolnych. Jest to zatem wykonalne, jednak dość trudne i nie obędzie się bez wzrostu cen żywności.

Koła zamachowe

W latach 50. ubiegłego wieku w kilku miastach w Europie funkcjonowały linie obsługiwane przez tzw. żyrobusy. W takim pojeździe znajdowało się koło zamachowe które rozpędzane było do 3000 obrotów na minutę co stanowiło źródło energii. Zasięg – raptem 6 kilometrów – koła zamachowe ładowane były na przystankach co zajmowało od 30 sekund do 3 minut. Koncepcja się nie przyjęła. Największym problemem takiej technologii jest ilość energii jaką można zmagazynować w kole zamachowym – jest ona funkcją wagi koła oraz prędkości obrotowej. Podnoszenie wagi w pewnym momencie nie ma sensu – to koło zamachowe trzeba ze sobą wozić. Prędkości obrotowej też nie można podnosić w nieskończoność – dodatkowo awaria takiego koła sprawiłaby, że cała zmagazynowana energie uwalnia się w jednym momencie – technicznie nie byłby to wybuch, ale pasażerowie wrażenia mieliby bardzo podobne.

Podsumowanie

Alternatywy dla paliw kopalnych są. Niestety żadna z obecnych alternatyw nie jest lepsza od zwykłej benzyny, szczególnie, że przez lata silnik spalinowy był nieprzerwanie dopracowywany. Która z powyższych alternatyw “wygra”? Trudno powiedzieć. Przełom technologiczny może nastąpić w technologii baterii, ogniw paliwowych czy GMO, albo powstanie zupełnie nowa technologia. Jedno jest pewne – koniec ropy naftowej nie oznacza końca cywilizacji.

Okładka Daniel Steger dla openphoto.net
Platforma HAMID dla openphoto.net
Rzepak – Myrabella, CC-BY-SA-4.0