Pastaraisiais metais daug kalbama apie bekompromisę progresyviųjų elektromobilių ir senųjų neekologiškų VDV varomų mašinų kovą. Tačiau situacija nėra tokia paprasta. Cheminės baterijos buvo paprasčiausias būdas sukurti ekologišką automobilį. Tačiau inžinieriams jau iš pat pradžių buvo aiškūs tokios technikos trūkumai.
Pastaraisiais metais daug kalbama apie bekompromisę progresyviųjų elektromobilių ir senųjų neekologiškų VDV varomų mašinų kovą. Tačiau situacija nėra tokia paprasta.
Cheminės baterijos buvo paprasčiausias būdas sukurti ekologišką automobilį. Tačiau inžinieriams jau iš pat pradžių buvo aiškūs tokios technikos trūkumai – akumuliatorių energinė talpa nepalyginamai mažesnė už angliavandenilinio kuro; labai aukštoje ar labai žemoje temperatūroje jų efektyvumas mažėja; jie įkraunami daug ilgiau, nei trunka skysto kuro įsipykimas.
Specialistai ėmė ieškoti kitų energijos kaupimo sistemų ir sukūrė elektromobilius, naudojančius gryną vandenilį, šio proceso vienintelė pašalinė medžiaga – grynas vanduo. „Toyota“ dabar serijiniu būdu gamina (nors ir nedidelėmis partijomis) „Mirai“ modelį, o Europos Sąjungoje vykdomas vandenilinio viešojo transporto projektas .
„Bosch“ mašina su azoto oksidų emisijas mažinančia sistema
© „Bosch“
Tačiau mokslininkai vien tuo neapsiriboja. Juolab, kad automobilių „įdaro“ pasikeitimas svarbus ne tik techniniu, bet ir socialiniu aspektu – perėjimas nuo VDV prie elektros motorų gamybos smarkiai sudrebins tiek ekonomiką, tiek ir kadrus. Pasikeis viskas, pradedant nuo geologinės žvalgybos ir baigiant automobilių pramonės gamybos struktūra. Progreso per revoliuciją niekam nereikia, todėl mokslininkai ieško būdų, kaip šį procesą sušvelninti.
Naujas dyzelio gyvenimas
„Bosch“ kompanijos specialistai nusprendė dar vieną šansą suteikti dyzeliniams varikliams. Jie sutinka, kad ateityje pagrindine transporto priemone taps elektra varomi automobiliai, tačiau kol kas vis viena teks važinėti vidaus degimo varikliu varomomis mašinomis, ir būtų geriau, jei šie varikliai būtų švaresni. Kompanija sukūrė sistemą, beveik 90 % sumažinančią azoto oksidų (NОx) emisiją.
Dabar ES automobiliai, nuvažiuodami kilometrą, gali išskirti ne daugiau, nei 168 miligramus azoto oksidų. 2020 metais ši kartelė pakils iki 120 mg/km. Todėl naujoji „Bosch“, technologija, kuria mišriu režimu važiuojantis golfo klasės dyzelinis automobilis išskirs vos 13 mg/km ir iki 26 mg/km mieste, iš tiesų gali tapti sprendimu artimiausiam dešimtmečiui.
Tokių rezultatų gamintojai pasiekė, selektyvios katalitinės neutralizacijos įrenginį (SCR) perkėlę arčiau paties variklio – kuo karščiau, tuo jis geriau veikia. Sumažino turbokompresoriaus besisukančių dalių masę, ir tuo pačiu – inerciją. Pagerinta įpurškimo sistema, ir taip variklio darbinį tūrį buvo galima sumažinti nuo 2 iki 1,7 litro.
Visas šias naujoves galima diegti iš eilės, nestabdant gamybos, palengva gerinant variklių ekologinius parametrus. Senųjų variklių perdaryti, deja, nepavyks, tačiau rengiamus gamybai modernizuoti galima per porą metų. Be to, naujas dyzelinio variklio komponavimas intelektualinės nuosavybės teisėmis nesaugomas. „Bosch“ iniciatyvą veikiausiai palaikys visa Vokietijos automobilių pramonė, profesinės sąjungos ir vyriausybė.
Kuras su kvapeliu
Nepaisant visų dedamų pastangų, vairuotojams patogiausiu lieka skystas kuras: įsipylei ir važiuoji. Būtent todėl daugybė specialistų vandenilio ar suspaustų gamtinių dujų – metano – naudojimo automobiliuose idėją vertina kritiškai. Be to, degant metanui, išsiskiria anglies dvideginis.
Todėl specialistai žvilgsnį nukreipė į kitą junginį – amoniaką, NH3. Šias dujas lengva suskystinti, ir jis jau gaminamas pramoniniais mastais kaip azotinių trąšų žaliava.
Kaip kuras amoniakas nėra idealus – jis užsidega aukštoje temperatūroje, o degimo produktuose yra kenksmingų azoto junginių NОx. Tačiau Kumamoto universiteto Pažangaus mokslo ir technikos centro mokslininkai sukūrė naują katalizatorių iš aliumosilikatinės struktūros su vario oksidu. Juo galima slopinti NОx susidarymą: degs amoniake esantis vandenilis, o išsiskiriantis azotas su deguonimi nesijungs. O kadangi katalizatoriai galės būti gaminami plačiai pramonėje naudojamais metodais, jie nebus brangūs.
Visgi skeptikai iš karto atkreips dėmesį į amoniako gamybą, nes jis, kitaip nei metanas, į telkinius nesusikaupia. Jis gaminamas tiesiogiai iš vandenilio – kurio didžioji dalis išgaunama iš metano – ir azoto. Tad, amoniaką ekologišku kuru bus galima vadinti tik kai bus sukurtas ekonomiškas vandenilio gavimo iš vandens būdas.
Pagrindinis Visatos elementas
Vandenilis – efektyviausias cheminės energijos kaupiklis. Tačiau Žemėje gryno vandenilio atsargų, deja, nėra. Jį reikia išgauti arba iš metano, arba iš vandens. Ekologiniu požiūriu geriau – iš vandens. Pagrindinis būdas – vandens skaidymas į deguonį ir vandenilį elektros srove – elektrolizė. Ekologiškiausia – naudojant atsinaujinančių šaltinių energiją, tačiau tokios sistemos energijos nuostоliai nemenki.
Mičigano universiteto ir Makgilo universiteto Monrealyje mokslininkai pasuko kitu keliu. Jie kuria vandenilio gamybos metodą specialiose baterijose, kur vandens molekules skaido Saulės šviesa.
Buvo sukurti skydeliai, padengti aštriomis galio nitrido adatėlėmis. Elektroniniu mikroskopu padarytose fotografijose šis paviršius primena Manheteno dangoraižius, tik viršūnių aukščiai matuojami nanometrais. Kai skydelius dengiantį ploną vandens sluoksnį apšviečia Saulės spinduliai, šviesos kvantai pradeda sukuria teigiamus ir neigiamus krūvius, suardančius vandens molekules į laisvą vandenilį ir deguonį. Gautos dujos atskiriamos ir vandenilis sukaupiamas talpose.
Galio nitrido nanostruktūros
©Faqrul A. Chowdhury / McGill University
Anksčiau jau buvo kuriamos sistemos, kurių naudingumo koeficientas (NK) siekė ~1 %. Jų dar neištobulinto įrenginio NK – 3 %, o komercinio naudingumo riba – 5 % ir daugiau. Tačiau mokslininkai mano, kad ateityje tokių skydelių NK gali pasiekti 20 % ar netgi 30 %. Šių sistemų pranašumas– vandenilis generuojamas tiesiogiai, be elektros energijos gavimo ir elektrolizės nuostolių. Vandenilį automobiliams ar kitiems tikslams bus galima imti iš talpų visą parą.
Įvairovės epocha
2011 metais automobilių skaičius Žemėje viršijo milijardą. Pasaulyje, 2016 metų duomenimis, kasmet pagaminama beveik 95 milijonai mašinų. Tai yra, net jei būtų gaminami tik elektriniai automobiliai, reikėtų daugiau nei dešimtmečio, kol būtų pakeistas viso pasaulio automobilių parkas.
Veikiausiai šis procesas vyks lėčiau, nei prognozuoja futurologai. Didės elektromobilių ir vandeniliu varomų automobilių konkurencija. Tarpmiestiniam susisiekimui bus naudojami VDV automobiliai, tačiau jų sukuriamos emisijos bus mažesnės. Tas pats pasakytina ir apie sunkiąją techniką. Šiaurinėms šalims, tokioms, kaip Švedija, Suomija, Rusija, Kanada, puikiausiai tiks suspaustas gamtines dujas ar benziną naudojantys automobiliai su mažesnėmis СО2 ir kitų teršalų emisijomis.
Taip automobilių transportas vis labiau diversifikuosis – miesto ir tolimų kelionių mašinų išvaizda ir valdymo automatizavimas gerokai skirsis. Galbūt rasis naujos vairuotojų teisių kategorijos – pavyzdžiui, automatizuotų elektromobilių vairavimo ir automobilių su vidaus degimo varikliu be autopiloto vairavimo teisės.
Aišku, kad vidaus degimo variklių monopolijos epocha baigiasi, tačiau kaip automobilių pasaulis atrodys po 12–15 metų, kol kas galime tik spėlioti.
