Levné a praktické. Co jsou alternativní paliva | Pikabu
První elektromobil byl vytvořen v roce 1841 a byl to vozík s elektromotorem.
V té době tento vývoj spíše demonstroval potenciál lidské mysli a nebyl zaměřen na praktické využití. Nyní se však elektromobily vyrábějí v takovém množství, že mnoho automobilek již uvažuje o úplném zastavení vývoje automobilů se spalovacími motory. Dnes se budeme zabývat druhy paliva, které se v dohledné budoucnosti mohou stát plnohodnotnou náhradou benzinu (spoiler: existuje jich spousta i bez elektřiny).
Vývoj vodíkového motoru byl úspěšný ještě dříve než elektrického – v roce 1806. Od té doby se technologie zdokonalila a našla praktické uplatnění. Dnes vodíkové motory vyrábějí značky jako Audi, BMW, General Motors, Ford, Honda, Hyundai, Toyota.
Vozidla s tímto typem motoru se tankují na speciálních čerpacích stanicích stlačeným vodíkem. Je zajímavé, že dnes je vodík energeticky nejnáročnějším palivem na světě. Výhřevnost jednoho hmotnostního dílu čistého plynného vodíku 2,5krát převyšuje benzín. To znamená, že hmotnostní rezerva tohoto paliva ve válci může být mnohonásobně menší a jeho spalování může probíhat v běžném pístovém motoru.
Proces přeměny vodíku na automobilové palivo není nijak zvlášť složitý. V palivovém systému je tedy membrána oddělující komory s anodou a katodou. Do první vstupuje vodík a do druhé kyslík ze sání vzduchu.
Každá z membránových elektrod je potažena vrstvou katalyzátoru (obvykle platiny), v důsledku čehož vodík začíná ztrácet záporně nabité částice (elektrony). V tomto okamžiku kladně nabité částice (protony) procházejí membránou ke katodě. Ty se spojují s elektrony a na výstupu tvoří vodní páru a elektřinu.
Jak vidíme, princip fungování vodíkových automobilových jednotek je podobný elektromobilům. Zároveň je kapacita vodíkové baterie 10krát větší než u lithium-iontové baterie: naplnění lahve 5 kg vodíku trvá asi 3 minuty a vystačí na 500 km.
Tato technologie má také svá úskalí. Například kvůli vysoké teplotě spalování vodíku musí být blok válců pohonné jednotky vyztužen keramikou, což je složité a drahé.
Alternativní možností jsou katalyzátory – elektrárny pro bezplamenné spalování vodíku. Vyžadují však kyslík v lahvích, jehož cena je vysoká: při oxidaci vodíku v katalyzátoru vzniká elektrický proud. Taková elektrárna pracuje tiše a s vysokou účinností.
Bohužel vysoká cena tohoto paliva (1 kg vodíku stojí téměř třikrát více než galon benzinu), používání drahých kovů, problémy s infrastrukturou a ne nejekologičtější výroba negují všechny výhody této technologie. V současné době jsou vodíkové automobily příkladem drahé alternativy k dopravě se spalovacími motory. Možná se vyhlídky rozvoje přehodnotí, až se zásoby fosilních paliv vyčerpají.
Stlačený vzduch
Jules Verne psal o autech poháněných stlačeným vzduchem v roce 1860. Myšlenka využití energie stlačeného vzduchu jako hnací síly pro vozidlo našla praktické uplatnění na konci XNUMX. století. Na takové palivo jezdily automobily, tramvaje, lokomotivy (s elektrickým pohonem) atd.
Bohužel, když si výrobci automobilů zvolili spalovací motor jako hlavní pohonnou jednotku, veškerý ostatní vývoj v této oblasti byl zbaven perspektiv. Pneumatický pohon v dopravě se zachoval pouze v pomocných mechanismech: brzdách, dveřích a všech ostatních, které nevyžadují velké množství energie.
Pneumatická vozidla, která dnes existují, jsou buď experimentální prototypy, nebo speciální vozidla, která fungují v podmínkách, kde je použití jiných typů motorů obtížné, například v dílnách se zvýšeným nebezpečím požáru. Zároveň některé velké automobilky s technologii pneumatických motorů naklonějí.
Indický koncern Tata Motors a společnost MDI tak v roce 2012 představily ambiciózní projekt AirPod – řadu městských vozů poháněných stlačeným vzduchem. V roce 2014 se na pařížském autosalonu konala premiéra vozu Citroën C4 Cactus Airflow 2L s aerohybridní pohonnou jednotkou, která mu umožňovala ujet 100 km s pouhými 2 litry benzínu. A o dva roky později společnost Peugeot oznámila vývoj crossoveru z roku 2008 s podobným systémem Hybrid Air.
Pneumatický vůz pracuje na energii uložené v čerpání stlačeného vzduchu do válců. Prostřednictvím systému distribuce vzduchu vstupuje „palivo“ do pneumatického motoru a uvádí vůz do pohybu.
Hlavní nevýhodou pneumatického vozu je jeho malá rezerva výkonu. Dojezd takových vozů se zvyšuje v důsledku zvýšení tlaku stlačeného vzduchu, ale tato metoda výrazně komplikuje výrobu jak samotných válců, tak i systémů rozvodu vzduchu.
Metanol a ethanol
Čínská ekonomika patří k nejrychleji rostoucím na světě. Nekonvenční řešení jsou tam velmi populární. Například v posledních několika letech se v této zemi několikrát zvýšila výroba elektromobilů a tvoří asi 50 % veškeré vyrobené dopravy.
Ale samotné používání elektromobilů pro nejlidnatější zemi světa nestačí. Proto bylo rozhodnuto převést část čínského vozového parku na methylalkohol. Jen v roce 2019 čínská vládní vozidla, taxíky a dodávky přestaly používat benzín.
Mimochodem, Brazílie má nejrozsáhlejší zkušenosti s používáním alkoholu jako paliva. Po globální ropné krizi v letech 1973-1975 země přijala program „Palivo na bázi etanolu“. Proto v 1990. letech 7. století sloužil etylalkohol jako palivo pro více než 9 milionů automobilů v Brazílii a jeho směs s benzínem (gasohol) pro dalších 25 milionů automobilů. Ethanol se v této zemi vyrábí z cukrové třtiny a prodává se prostřednictvím sítě čerpacích stanic čítající XNUMX tisíc stanic.
Druhým světovým lídrem v používání etanolu v motorových vozidlech jsou Spojené státy. I zde se realizuje program na nahrazení benzinu alkoholem, který se získává zpracováním přebytků kukuřice a dalších obilovin. Čistý etanol se v této zemi používá jako palivo v 21 státech a směs benzinu a etanolu tvoří 10 % amerického trhu s palivy. Používání alkoholu jako paliva se setkalo s podporou i v některých evropských zemích, zejména ve Francii a Švédsku.
Standardní spalovací motor není nutné upravovat pro provoz na směs benzínu a lihu. Existují dva způsoby použití lihu jako paliva pro motory automobilů – částečná (až 20 %) a úplná náhrada benzínu a motorové nafty.
Mezi výhody alkoholového paliva stojí za zmínku vysoké antidetonační vlastnosti, vysoké oktanové číslo, absence emisí síry a nízká toxicita. To vše zvyšuje účinnost pohonné jednotky pracující na takové palivo.
Mezi nevýhody, které brání širokému používání alkoholů jako paliva pro spalovací motory, je třeba poznamenat nízký odvod tepla, vysokou hygroskopičnost a zvýšený obsah aldehydů.
Bionafta je skvělým příkladem spojení zájmu o čistotu ekologie naší planety s recyklací potravinového odpadu. Toto kapalné motorové biopalivo je směsí monoalkylesterů mastných kyselin. Bionafta se získává z triglyceridů (méně často z volných mastných kyselin) reakcí transesterifikace (esterifikace) s jednosytnými alkoholy (methanol, ethanol atd.). Zdrojem triglyceridů mohou sloužit různé rostlinné oleje nebo živočišné tuky.
V závislosti na druhu suroviny použité k jeho výrobě se biopalivo dělí na generace. Bionafta 1. generace se získává z různých zemědělských plodin, bionafta 2. generace se získává z odpadu obsahujícího tuky a bionafta 3. generace se získává z lipidů mikrořas.
Biopalivo se pro motorová vozidla používá v čisté formě a v různých směsích s motorovou naftou. V USA se směs motorové nafty a bionafty označuje písmenem B a číslo za ním udává procentuální podíl bionafty: B2 (2 % bionafty, 98 % motorové nafty), B100 (100 % bionafty). Podobný systém označování paliv byl v EU zaveden v roce 2018. Použití směsí nevyžaduje změny na motoru.
Mezi hlavní výhody tohoto typu paliva stojí za zmínku dobré mazací vlastnosti – německý nákladní vůz dokonce stanovil světový rekord, když s původním motorem najel na bionaftu více než 1,25 milionu km. Biopalivo má navíc vyšší cetanové číslo a vysokou teplotu vznícení (palivo na řepkový olej se vznítí při teplotě 320 °C). Dalším vedlejším produktem výroby biopaliv je glycerin, který se v průmyslu hojně používá.
Nevýhodou takového paliva je jeho krátká trvanlivost (asi tři měsíce) a nutnost vytápění v chladném období. Suroviny, ze kterých se bionafta vyrábí, také vyžadují rozsáhlé zemědělské plochy.
Je zřejmé, že i když vyčerpáme všechny ropné zdroje planety, nezůstaneme bez dopravy, naštěstí i nyní existuje spousta alternativních zdrojů energie. A pokud vezmeme v úvahu, že vývoj v této oblasti probíhá aktivněji než kdy jindy, máme v tomto století velkou šanci získat levné a ekologické palivo. Hlavní je nenechat se oklamat v očekáváních.