Vývoj inovačních myšlenek
STUDIJNÍ MATERIÁL
Nikdo dnes neví, jaké nové nápady se při výrobě automobilů v budoucnosti uplatní. Možná existují alternativy pohonů, které dnes nikoho ani nenapadnou. Je úkolem vědců, inženýrů a techniků, aby testovali inovace a nové koncepce. Zde lze nastínit některé z soudobých posuzovaných možností.
|
Objem emisí je součástí technické dokumentace vozidla. Součástí pravidelných státních technických kontrol vozidla (tzv. STK) je i zjištění množství zplodin, které auto vypouští. Pokud přesáhne danou hodnotu, nezíská osvědčení pro provoz po silnicích. Platnost technické prohlídky je vyznačena na nálepce na státní poznávací značce. |
AUTO NA VZDUCH
Jednou třeba uvidíme na silnicích auta poháněná stlačeným vzduchem. Vozy by mohly mít ve výbavě malé kompresory, ty by jim umožnily "tankovat" vzduch kdekoliv, kde je třeba elektřina. Ve skutečnosti využití stlačeného vzduchu pro pohon překonává podobné problémy jako vodíková auta či elektromobily. Zásoba energie ve stlačeném vzduchu je malá, naopak zásobník rozměrný a těžký. Vzduch se stejně musí natlakovat pomocí spalovacích motorů nebo elektromotorů. Tím je snížena účinnost, takže "vzduchový automobil" spotřebu běžných paliv zvyšuje. Problémy fosilních paliv se neřeší, jen jsou přesunuty jinam. Vůz na stlačený vzduch má nevýhody i oproti elektromobilu. Možnosti vylepšovat vzduchový pohon jsou už z principu omezeny. V určitém objemu vzduchu pod určitým tlakem je nashromážděno konečné množství energie, které už nejde dál zvyšovat. Nádrž pro dojezd 250 km má objem 300 litrů a tlak 300 barů. Z hlediska spotřeby primární energie tedy vychází auto na stlačený vzduch mnohem hůře než auto na vodík nebo elektřinu (na výrobu 1 kWh potřebujeme přibližně 3 kWh energie v primárním palivu).
AUTO NA ZEMNÍ PLYN
Palivem využitelným v jen lehce upraveném zážehovém motoru, je zemní plyn. Jeho světové zásoby jsou velké, k jejich vyčerpání by mohlo dojít teprve asi za více než 150 let. Aplikace je možná ve stlačené formě CNG (Compressed Natural Gas) nebo jako zkapalněné palivo LNG (Liquefied Natural Gas). Zemní plyn je ovšem fosilním palivem, byť uvolňujícím emise v menším množství.
AUTO NA PROPAN-BUTAN LPG
V současnosti je nejrozšířenějším alternativním palivem propan-butan (LPG – Liquefied Petroleum Gas). Je to směs uhlovodíků získaná jako vedlejší produkt rafinace ropy. Tento plyn je možné ochlazením nebo stlačením převést do kapalného stavu, ve kterém má malý objem. Přestavba zážehového motoru na pohon LPG je jednoduchá. Propan a butan je v současnosti nejvíce využívanou směsí plynů v dopravě. otázku paliva pro budoucí automobily však propan-butan neřeší.
AUTO NA ELEKTŘINU
Elektrická vozidla dodnes daleko nepokročila. Těžké akumulátory se dobíjejí celé hodiny a akční rádius přesahující jen mimořádně vzdálenost 100 km je naprosto nedostačující. Výhodou je, že elektřinu lze v principu získávat z bezemisích zdrojů – z jádra, ze slunce, větru, vody.
 |
 |
 |
Současná podoba mimořádných elektromobilů tvarem i dojezdem - zleva Venturi Fetish (2006, Monako, dojezd na jedno nabití 250 km), Tesla Roadstar
(2007, Anglie/USA, dojezd 320km), Lighting GT (Anglie, dojezd 400 km).
AUTO NA HYBRIDNÍ POHON
Po přechodnou dobu by mohly najít uplatnění hybridní poháněcí soustavy, které si našly cestu do výroby. Auto, které má hybridní pohon, využívá více než jeden zdroj energie. Slovo hybridní pohon představuje nejčastěji kombinaci spalovacího motoru a elektrické trakce. Hybridní pohony využívají výhod jednotlivých pohonů při různých pracovních stavech vozidla. Odzkoušen je sériový hybridní pohon – kombinace spalovacího motoru s elektromotorem a akumulátorem. Při jízdě na krátké vzdálenosti (jízda po městě) je vůz poháněn stejnosměrným točivým strojem. Stroj se napájí jako elektromotor z akumulátoru. Při jízdě na delší vzdálenosti nebo při potřebě většího zrychlení zajišťuje pohon spalovací motor. Pokud se vozidlo pohybuje pomocí spalovacího motoru, pak elektrický točivý stroj mění svojí funkci a začne pracovat jako generátor stejnosměrného proudu. V okamžiku brzdění se vytváří elektřina pro dobíjení akumulátoru. Výhodou tohoto kombinovaného pohonu je možnost užití jednotlivých pohonů v oblasti nejvyšší účinnosti, čímž se zajistí snížení spotřeby. Nevýhodou jsou vysoké pořizovací náklady, zvýšení hmotnosti vozidla o hmotnost akumulátoru.
AUTO NA AGROPALIVA
O použití ekologických pohonných hmot probíhají kontroverzní diskuse. Pro výrobu agropaliv se využívají například tyto zemědělské plodiny: řepka olejná, kukuřice, cukrová třtina. Jednou z možností je pohon na bionaftu, vyráběnou z řepkového oleje. Bionafta je biologicky odbouratelná, neohrožuje půdu a vodu. Proto je vhodná pro vozidla nebo motorové pily v chráněných oblastech.
Nevýhody agropaliv pro užití ve spalovacích motorech:
- Použitím strojů pro pěstování, sklizeň a přepravu činí pokles emisí CO2asi o 35 %.
- Emise oxidů dusíku je mírně vyšší než při použití běžných pohonných hmot.
- Intenzivní pěstování řepky se neobejde bez použití hnojiv a ochranných prostředků na rostliny.
- Pěstováním monokultur je omezován živočišný a rostlinný svět.
- Při pěstování se spotřebuje značné množství vody.
- V době panujícího nedostatku potravin v mnoha oblastech světa se může jevit jako luxus využívat zemědělskou půdu k výrobě pohonných hmot. Perspektivní je tedy spíše v oblastech se zemědělskou nadprodukcí, např. v Evropě.
|
Zelené Volvo
|
AUTO NA VODÍK
Vodík a jeho výroba
Vodík by mohl pohánět ekologicky čistá auta v budoucnosti. Sama výroba vodíku je náročná na elektřinu. Vodík se vyrábí pomocí jiných primárních zdrojů energie (fosilní paliva, elektřina z jádra, elektřina z alternativních zdrojů). Z ekologické šetrnosti této energie se odvíjí i ekologická čistota vodíkového auta.
Vodík bude snad jednou využitelný v rámci celého energetického hospodářství jako šikovný akumulátor přebytků elektřiny z obnovitelných zdrojů. Vodík není klasické palivo, ale energetický vektor neboli nosič energie. Např. vodík se z vody těžko uvolňuje, k rozbití této vazby je potřeba hodně energie. Každá elektrárna má občas nadbytek elektřiny, a protože se nedá uskladnit, dalo by se jí využít ke štěpení molekuly vody na vodík a kyslík. Při iniciované opačné reakci vodíku s kyslíkem se enrgie uvolňuje a lze ji dále využívat.
Japonská automobilka začala s výrobou auta poháněného vodíkem. Jde o první komerčně
produkovaný vůz na tento pohon. Model nazvaný FCX Clarity spotřebovává vodík, přičemž
z výfuku vypouští čistou vodní páru.
A proč se na vodík nejezdí?
Pro transport a skladování vodíku přichází zatím prakticky v úvahu jenom jeho kapalná forma, nicméně i ta je pro tankování choulostivá. Zacházení s vodíkem je problematické, ale k přednostem patří, že jediným produktem hoření vodíku je vodní pára. 
V současnosti se řeší způsoby uchovávání vodíku:
- zkapalnění a uchování v tepelně izolovaných zásobnících,
- stlačení vysokým tlakem a uchování v tlakových nádobách,
- uchování v pevné fázi – ve formě hydridů lehkých kovů,
- adsorpce v porézních materiálech s vysokým měrným povrchem.
Automobilka Fiat představila nový koncept ekologicky čistého vozu.
Je jím Fiat Phylla - malý vůz využívající k pohonu vodíka Slunce.
Phylla nevypouští žádné emise - pouze vodu
U prototypů vodíkových vozů je zatím užíván jen první způsob (zkapalněný H2), tento způsob je problematický, zkapalnění vodíku totiž vyžaduje teploty nižší než −250 °C, což je dost energeticky náročné. Uvádí se, že zkapalnění spotřebuje až 30 % veškeré energie, kterou lze spálením vodíku získat. Navíc je třeba u zkapalněného vodíku počítat s jeho průběžnými ztrátami odparem, které činí kolem 1 % za den.
Hlavní nevýhodou druhého způsobu – tedy uchovávání ve stlačeném stavu – je relativně nízký hmotnostní obsah vodíku, masivní nádoba. V tlakových nádržích činí pouze zhruba 1–3 %.
Skladování vodíku pomocí hydridů kovů by bylo lepší. Jde o kovy nebo jejich slitiny, které jsou schopné uložit v 1 kg kovu až 200 litrů vodíku za nízkého tlaku a jsou tak bezpečné pro člověka. Tento způsob je ve stádiu výzkumu. Zásobníky z hydridů lehkých kovů by mohly být dostupné u stávajících čerpacích stanic. Hlavním faktorem, který brání rozšíření těchto systémů je vysoká cena těchto sloučenin. Odráží se zde komplikovaná cesta, která vede od výroby elementárních kovů, výroby vodíku, jejich transportu až po tlakovou syntézu hydridu. Výrazné snížení ceny hydridů spolu s vývojem elektromobilů je tak předpokladem pro jejich zavedení.
AUTA NA ENERGII Z PALIVOVÝCH ČLÁNKŮ
Palivové články jsou zdrojem elektřiny, vůz jezdí pomocí elektromotoru. Hlavním omezením tohoto druhu pohonu je rozměr a cena palivových článků, zatím se užívají v ponorkách a v kosmickém programu. Český H2bus, hybridní autobus na vodíkový pohon, je elektrobus čerpající energii z palivových článků 48 kW PEM, byl letos uveden do zkušebního provozu. První vodíková čerpací stanice na území České republiky byla vybudována v Neratovicících.
Autobus na vodíkový pohon, který od roku 2006 vyvíjí Ústav jaderného výzkumu v Řeži u Prahy. Zdroj: www.autobusovenoviny.cz
Běžně jsou v provozu desítky jednotek stacionárních palivových článků, které slouží jako záložní zdroje pro banky, letiště, hotely, každá větší automobilka má prototyp vozidel s palivovými články. Existují funkční prototypy palivových článků pro notebooky, kamery apod. Současnost v oblasti palivových článků by se dala charakterizovat jako období intenzivního vývoje a výzkumu, demonstračních projektů a příprav.