25 Let

Tehnologije mobilnosti

21. maj 2018

Kaj bo poganjalo naše avtomobile v naslednjih 25 letih? Preverili smo, v katere smeri gre razvoj in kakšna je pri tem vloga koncerna Volkswagen.

1. Elektrika vsekakor, toda …

Ni proizvajalca, ki v svoji paleti (vsaj srednjeročne) prihodnosti ni predvidel mesta za baterijski električno gnan model. Ne glede na skokovit razvoj na tem področju pa bodo motorji z notranjim zgorevanjem z nami še lep čas. Na tem področju so si torej razvojniki in ekologi složni: električna mobilnost je tukaj in je neizpodbitna. V naslednjem letu ali dveh bodo tako na trgu električni avtomobili nove generacije, ki bodo svojim bodočim lastnikom že lahko ponudili doseg približno 600 kilometrov (NEDC), s čimer bodo to povsem uporabna vozila tudi v resničnem življenju. Tudi čas polnjenja postaja vse krajši in krajši in večina proizvajalcev obljublja, da bo baterijo do 80 odstotkov mogoče napolniti v slabe pol ure, seveda na superhitrih polnilnicah, ki pa jih še vedno ni v izobilju (ravno tako kot tudi ne hitrih in drugih).

Je pa že sedaj jasno, da bodo sodobni baterijski električni modeli le počasi dosegali omembe vreden delež na trgu, in to ne le zaradi visoke cene, marveč tudi zaradi (sprva) dokaj omejene dobavljivosti. Zatorej bodo v tem obdobju le stežka opazno vplivali na zmanjšanje izpustov CO2, obremenjevanje okolja z izpuhi in porabo nafte. Jasno je torej, da bo morala industrija najprej dodobra izkoristiti potencial, ki ga še ponujajo že tako izpopolnjeni motorji z notranjim zgorevanjem, in to predvsem s številnimi sodobnimi prijemi in tehnologijami za boljši izkoristek, od izpopolnjenega in natančnejšega vbrizga goriva (do 3000 in več barov), nadzora zgorevanja (pri katerem obeta variabilna kompresija), prisilnega polnjenja (tudi z več puhali in električnim pogonom) do zmanjševanja notranjega trenja in izgub (tudi z odklopom valjev) ter še česa. Toda industrija ima zdaj v rokah tudi številna nova pogonska goriva, mnoga med njimi tudi ekološko bistveno manj oporečna ali celo škodljiva, kot sta tradicionalni fosilni gorivi bencin ali dizel. Tudi pri obeh fosilnih gorivih oziroma motorjih pa je še precej rezerve – navsezadnje imajo najboljši motorji termični izkoristek šele okoli 40 odstotkov.

Industrija ima zdaj v rokah številna nova pogonska goriva. Tudi pri obeh fosilnih gorivih oziroma motorjih pa je še precej rezerve – navsezadnje imajo najboljši motorji termični izkoristek šele okoli 40 odstotkov.

2. Sintetična goriva, predvsem CNG

Vse več obetajo sintetična goriva, ki so okoljsko nevtralna in so razen sintetičnega metana (CNG) še v poskusni fazi. Prav koncern Volkswagen je pionir na področju raziskav pridobivanja sintetičnega bencina, nafte in celo vodika. Pri pridobivanju sintetičnega metana (in vodika) pa je Audi korak naprej in omenjeno gorivo že pridobiva s pomočjo elektrolize, pri čemer električno energijo zanjo zagotavlja veter. Tudi uporaba naravnega stisnjenega zemeljskega plina (CNG) je obetavna zaradi številnih prednosti, zato je to zagotovo energent bližnje prihodnosti. Je namreč bogatejši od bencina in nafte (kaj šele od utekočinjenega naftnega plina ali LPG), in to za približno 35 oziroma 25 odstotkov! Pri zgorevanju se sprošča za okoli 25 odstotkov manj osovraženega ogljikovega dioksida (pri LPG za 10 do 15 odstotkov), bistveno manj je drugih škodljivih sestavin, predvsem sajastih delcev, ki jih med procesom zgorevanja skorajda ni. In še to: zaloge metana so izjemne, z manjšimi dodelavami pa je ta plin mogoče pridobivati tudi v bioplinarnah.

Zato je tudi na področju rabe stisnjenega zemeljskega plina koncern Volkswagen prevzel vodilno vlogo in že ustanovil konzorcij za spodbujanje rabe tega najčistejšega fosilnega energenta. Znotraj koncerna pa je kompetenčni center za razvoj vozil s pogonom na CNG nedavno tega prevzel SEAT. Prednosti motorjev s pogonom na tak energent sta predvsem dokaj enostavna in poceni predelava ter hitro opazni prihranki, vendar pa so vsi serijski modeli še vedno bivalentni, torej uporabljajo še rezervni rezervoar za bencin, ki hkrati olajša še hladni zagon.

Stisnjeni zemeljski plin (CNG, pri nas na prodaj pod blagovno znamko Metan) ima kot pogonski energent sicer številne prednosti, med drugim tudi izredno energijsko gostoto in visoko oktansko število, kar omogoča intenzivnejše stiskanje zmesi in močnejšo ekspanzijo ob eksploziji ter tako večjo moč. Toda za popolno izrabo teh prednosti CNG potrebuje zgorevalni prostor, ki je namenjen izključno rabi plina (monovalentni pogon). Volkswagen je v okviru projekta GasOn razvil motor, namenjen le rabi CNG, katerega osnova je dizelski motor z visoko stopnjo kompresije in možnostjo delovanja pri zelo revni mešanici, ki ponuja velike prihranke in majhne emisije, predvsem NOx. Izziv pa je seveda tudi hladni zagon, saj motorju ne pomaga več bencin.

Strokovnjaki so si enotni, da pri prizadevanju za učinkovitejše delovanje – boljši izkoristek, manjšo porabo – in čistejši izpuh motorjev z notranjim zgorevanjem ne bo šlo brez delne elektrifikacije ali hibridizacije teh motorjev.

3. Hibridi, takšni in drugačni

Strokovnjaki so si enotni, da pri prizadevanju za učinkovitejše delovanje – boljši izkoristek, manjšo porabo – in čistejši izpuh motorjev z notranjim zgorevanjem ne bo šlo brez delne elektrifikacije ali hibridizacije teh motorjev, sploh takšnih z večjo močjo in prostornino. V doglednem času bodo tako najboljši možni kompromis še vedno ponujali priključni hibridi (PHEV), ki omogočajo lokalno vožnjo brez emisij (v grobem okoli 50 kilometrov) in daljše vožnje s pomočjo motorja z notranjim zgorevanjem (ki mu lahko pomaga tudi električni motor). V tem primeru seveda odpadejo odvisnost od iskanja hitre polnilnice in dolgotrajno polnjenje ali čakanje na prostor v vrsti. Tudi v tem segmentu koncern ponuja nekaj odličnih rešitev, ob katerih se vozniku ni treba odreči niti zavidljivi vozni dinamiki.

Povsem na drugi strani elektrifikacije pa so mikro- in delni hibridi, ki sicer ne omogočajo premikanja s pomočjo električnega motorja, zato pa z vgrajenim elektromotorjem pomagajo motorju z notranjim zgorevanjem pri pospeševanju (delni hibridi) ali pa le olajšajo delovanje z učinkovito regeneracijo, s pomočjo katere pridobivajo dovolj električne energije za bliskovit zagon v tako imenovani fazi stop-start in dolga obdobja jadranja (mikrohibridi). Njihove najočitnejše prednosti so enostavnost, cenejša in kompaktnejša izvedba glede na klasične hibride, predvsem pa velik učinek glede na vložen denar. Preboj te tehnologije je omogočil preskok na 48-voltno električno platformo, ki dovoljuje večje moči porabnikov. Audi je eden pionirjev te tehnologije, ki jo najbolje izkorišča novi A8.

Ob ustrezni tehnologiji čiščenja plinov in napredku tehnologije (čistejšega) zgorevanja bo za večje modele tehnologija dizelskih motorjev uporabna še kar nekaj časa.

4. Tehnologija po izboru voznika

Tehnologije mobilnosti se bodo še nekaj let razvijale v več smeri in voznik oziroma uporabnik si bo lahko sam izbral, katera tehnologija mu glede na povprečje njegovih mobilnostnih potreb najbolj ustreza. Tako bo za lokalno mobilnost zagotovo že v srednjeročnem obdobju prevladal električni pogon. Toda kdor bo vendarle moral hitro in nepričakovano tudi na daljšo pot, bo izbral priključni hibrid. Kdor večino časa preživi v avtomobilu, pa ne bo mogel mimo izpopolnjenega dizelskega motorja, ki mu bo že v kratkem do boljšega rezultata pomagal tudi električni motor. Kljub gonji proti tej tehnologiji ne gre pozabiti, da je dizelski motor še vedno učinkovitejši in je tako izpust toplogrednega plina CO2 ob ugodnem navoru za kakšnih 20 odstotkov manjši. Ob ustrezni tehnologiji čiščenja plinov in napredku tehnologije (čistejšega) zgorevanja bo tako za večje modele tehnologija dizelskih motorjev uporabna še kar nekaj časa.

5. Gorivne celice

Vse dokler ne bo postala dosegljiva najčistejša tehnologija gorivne celice, ki trenutno še vedno velja za sveti gral zelene mobilnosti. Avtomobil (nekaj maloserijskih primerkov že vozi po cestah) v tem primeru ravno tako poganja električni motor (ali motorji), le da električno energijo za njegov pogon ustvarja gorivna celica iz vodika. Poleg razvoja kompaktne, stabilne in cenovno dosegljive gorivne celice je pri tej tehnologiji težava še infrastruktura, saj je črpalk za vodik malo. Glede na skokovit razvoj baterijskih električnih vozil pa se zdi, da bo tudi ob preskoku v serijsko fazo gorivna celica smiselna le pri večjih in težjih vozilih ter za tiste modele in voznike, ki bodo potrebovali izjemen doseg in hitro polnjenje, kar omogoča gostota energije v vodiku.

Koncern Volkswagen že vrsto let vlaga v razvoj gorivne celice,  in sicer v projektu HyMotion, v okviru katerega sta največ pokazala dva projekta, Audijev A7 Sportback h-tron quattro in Volkswagnov Passat HyMotion Fuel Cells, ki je nastajal na osnovi ameriške verzije Passata. Sploh A7 velja za prvi štirikolesno gnani PHEV-hibrid na osnovi gorivnih celic v koncernu. Trajna moč znaša kar 170 kW, s tem pa A7 zmore pospešiti do 180 km/h. Passat je umerjen na varčnost, zato 100 kW moči in 160 km/h. Audijev razvojni korak naprej je koncept h-tron quattro iz leta 2016, ki prikazuje kompaktnega SUV-a z gorivno celico, ki zmore 110 kW stalne moči (in dodatnih 100 kW pri trenutnih pospeških), dvema elektromotorjema (kot pri A7 h-tron) in porabo enega kilograma vodika na sto kilometrov (pri čemer je mogoče rezervoar s šestimi kilogrami napolniti v štirih minutah).

Najčistejša tehnologija gorivne celice trenutno še vedno velja za sveti gral zelene mobilnosti.

 

Projekt Svetilnik

Motorji z notranjim zgorevanjem in s fosilnimi gorivi imajo še precej rezerv. Zato so pri koncernu vložili kup naporov v izboljšanje lastnosti dizelskega motorja, predvsem glede izpustov dušikovih oksidov pri realni rabi. Tako so v okviru projekta Svetilnik razvili 1,5-litrski trivaljni dizelski motor s posebno prilagojenimi zgorevalnimi prostori, povsem prilagodljivimi ventili, paketom izboljšav za zmanjšanje trenja, toplotno črpalko in 48-voltno tehnologijo, ki s seboj prinaša še prednost dodatnega e-pogona v obliki delne hibridizacije. Rezultat je obetaven: v testnem Golfu je bil izpust CO2 na normni stezi manjši za 25 do 30 odstotkov. To dokazuje, koliko potenciala je še v tovrstni tehnologiji, če seveda pri uporabi ni stroškovnih omejitev. Podoben paket so uporabili tudi pri bencinskem motorju TSI, pri katerem so z 48-voltno tehnologijo in 10 kW pomoči elektromotorja dosegli približno 20-odstotni prihranek. Vso to tehnologijo je seveda mogoče uporabiti v paleti vozil koncerna.

6 blagovnih znamk pod isto streho