Tendencije budueg razvoja pogona motornih vozila
Sadraj2Uvod
4Alternativna goriva za ve postojee SUS motore
4Alkoholna goriva
6Biodizel
8Vozila sa fleksibilnim izvorom goriva
9Elektrino vozilo
10Poreenje sa vozilima koja imaju za pogon SUS motor
10Emisije ugljen-dioksida
11Performanse i osobine
12Baterije
13Hibridno-elektrino vozilo
13Tipovi motora hibridnog elektro-benzinskog ili elektro-dizel
motora
14Ostale vrste vozila sa dvojnim SUS motor-elektromotor
pogonom
14Auto na komprimovani vazduh
15Tehnologije koje se koriste
15Motor
16Boce za skladitenje vazduha
16Prednosti
17Mane
17Vozilo na vodonik
18Tipovi vozila
18Automobili
18Autobusi
19Biciklovi sa motorom
19Tipovi i mogunosti proizvodnje vodonika
19Strukture i reakcije koje se dogaaju u gorivnoj eliji
21Hemijske jednaine koje se odvijaju:
22Literatura
Uvod
Trite automobila ine zahtevi i mogunosti industrije. Evropsko
trite automobila je uvek plasiralo manja auta nego u SAD. Uz rastue
cene goriva, i svetskih kriza goriva, SAD takoe stvara trendove
prooizvodnje manjih vozila, i smanjenje proizvodnje velikih
klasinih amerikih automobila.Za vlasnike luksuznih auta, ne samo
sadanje rastue cene goriva,ve i moderni i trendi dizajn, naterao ih
je da ponu odluivati o uzimanju manjim automobila. Zbog toga to je
moda od velikog znaaja u visokoj klasi drutva, kupovina malih
ekolokih automobila sa modernim dodacima je postala vrlo
popularna.Primera radi, GM (General Motors) je objavio 2008.
Godine, svoje planove da zatvori rad 4 svoje velike fabrike u
kojima se proizvode terenska vozila, uvodei duple smene u fabrikama
gde se sklapaju mala gradska auta. Prema GM-ovim istraivanjima,
tendencije kupaca permanentno odmiu od kupovine veih automobila, u
korist manjih automobila,i automobila sa novim tehnologijama.
Navodi se podatak da GM-ova terenska vozila se prodaju za 36,7%
manje nego prole godine. injenica je da vie cene goriva,menjaju
ponaanje kupaca, znaajno time menjajui auto industriju. I ovo nije
samo neki impuls na grafikonu,ili privremeno pomodarstvo, nego
veliko i trajno menjanje zahteva kupaca. Kao jo jedan primer navodi
se luksuzni terenac Hummer, koji General Motors odbacuje,i trai
novog kupca za taj brend.
Slika 1: Hummer, olienje amerike elje kupaca sa to veim
vozilima, koji su nekada bili statusni simboli
Trendovi prodaje u GM nisu jedinstveni za tu kompaniju, nego za
sve velike proizvoae automobila gledajuci na globalnom nivou.
Primera radi Fordova terenska vozila su se 44% manje prodavala
2007. Nego prole godine (zanimljivo da ford kao ni GM nisu objavili
svoje prodaje terenskih vozila do 2008. Ford je objavio jula 2008.
Da dovodi evropske, manje modele automobila na ameriko trite zbog
poveane potranje.Toyota je objavila da prodaja manjih modela, kao
to su Yaris i Corolla znatno skoila, mada ukupna prodaja je opala
za 21%. Njeni zvaninici su izjavili da zbog velike potrebe trita,
poinju da daju prednost ekonominim i hibridnim vozilima. Tako su i
najavili izdavanje verzije Priusa sa mogunosti kompletnog rada na
elektrinu energiju.Sa rekordnim cenama fosilnih goriva, trite
hibrida i vozila na alternativne pogone eksponencijalno raste.
Proizvoai se takmie u velianju svojih ideja o istoj ivotnoj
sredini. Nastao je itav stampedo ka alternativnim vozilima, a i ka
vozilima koja su manja i imaju efikasniju i racionalniju potronju
goriva. A to je i dovelo i organizaciju koja regulie EURO emisione
standarde da planira dalje i ee smanjenje dozvoljenih emisija iz
motornih vozila.
Alternativna goriva za ve postojee SUS motore
Slika 2: Prilike i neprilike su uvek dovodile ljude do traenja
alternativnog goriva i pogonaAlkoholna goriva
Iako su fosilna goriva bila dominantan izvor energije tokom
celog modernog sveta, alkohol se koristio kao alternativno gorivo
tokom cele istorije motornih vozila. Prva 4 alifatina alohola
(metanol ethanol propanol i butanol) su od najveeg interesovanja,
jer se mogu sintetisati bioloki, i imaju karakteristike da se
koriste na sadanjim vozilima. Jedna od prednosti je oktanski broj.
Butanol ima najveu prednost da mu je energetska gustina najblii
benzinu, a ima i dalje vii oktanski broj. Ali ipak ove goriva sa
druge strane imaju i mane, koji se tiu tehnolokog postupka
proizbodnje. Uopteno govorei to je vei broj C-atoma, energetska
gustina je via.
Alkoholna goriva su obino preteno biolokog, a ne petrohemijskog
izvora. Kada se dobijaju iz biolokih izvora, nazivaju se
bioalkoholi, npr bioetanol. Vano je naglasiti da praktino nema
razlike izmeu bioloki proizvedenog alkohola, i onog koji je dobijen
iz drugih izvora.
Bioalkoholi su jo uvek u fazi istraivanja
Slika 3: Dvojna benzinska stanica u Brazilu
Metanol i etanolOba ova goriva se mogu dobiti i iz fosilnih
goriva, a i iz bimase. Etanol se uglavnom proizvedi iz fermentacije
eera, a metanol iz sinteze raznih gasova. Kao goriva oba imaju i
prednosti i mane u odnosu na benzin. Oba alkohola mogu da radi pri
veem stepenu kompresije, imaju oktanski broj oko 123-129. Koriste
se uglavnom u odnosu E85 (85% etanol, 15% benzin) i M85 (85%
metanol, 15% benzin)Ova vozila imaju manje emisije tetnih gasova,
jer pri testovima je utvreno da imaju 21% manje nesagorenih
ugljovodonika, 27% manje azotovih oksida, i 18% manje
ugljen-monoksida, u poreenju sa benzinom. Takoe su smanjene emisije
benzena, meutim emisije aldehida su neto vie. Ukupna emisija
ugljen-dioksida je takoe manja, zbog poveane energetske
efikasnosti, manji odnos ugljenika i vodonika.
Ostale mane ukljuuju poveanu mogunost korozije unutar motora, to
zahteva izmene sisteme dovoda goriva, i dodavanje odreenih aditiva.
Takoe su nepogodni za korienje sa nekim polimerima, to moe otetiti
i lambda sondu. Vozila optimizovana za alkoholno gorivo imaju
komponente koje mogu izdrati agresivna svojstva E85 i M85. Uglavnom
unapreenja obinog vozila u troku do 70 mogu zadovoljavajue zatiti
celokupan sistem. Postoje i vozila koja su optimizovana i za
potronju 100% alkohola (E100).Litar etanola sadri 21,1 MJ energije,
litar metanola 15,8 MJ, i litar benzina 32,6 MJ. Drugim reima auto
koji potroi litru benzina, mora za isti uinak potroiti 1,6 litara
etanola ili 2,1 litar metanola. Ali u praktinom smislu ovo nije
potpuno isto kao u teorijskom modelu, poznavajui ve nisku
efikasnost benzinskih motora. Navedimo jo jednaine sagorevanja
metanola i etanola:
2CH3OH + 3O2 2CO2 + 4H2O + toplotaC2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O +
toplotaSvetski gledano Brazil je najvei proizvoa i potroa
alkoholnih goriva u svetu, uglavnom je izvor ovog goriva eerna
trska, takoe je najvei izvoznik ovog goriva. Pored njega glavni
proizvoa i potroa je Rusija, zatim slede SAD i Kina.
Slika 4: Simbol E85 gorivaButanol
Propanol i butanol su znatno manje toksini od metanola.
Proizvodnja butanola je dosta komplikovana u praktinom smislu, i
uglavnom se dobija iz celuloze, i pritom se stvara ekstremno
neugodan miris. Moraju se uzeti u obzir i nepogodni uslovi i izvori
ivota kvasaca koji se moraju koristiti za proizvodnju butanola.
Iako postoje ovi problemi Du Pont i British Petroleum su objavili
da poinju sa gradnjom prve industrije butanolskog goriva. Jednaina
sagorevanja butanola je:C4H9OH + 6O2 4CO2 + 5H2O + toplota
Biodizel
Biodizel je termin koji se odnosi na dizel goriva koja se
sastoje od ne-naftnih derivata, alkil, metil, i etil estara,
stvorenih transesterifikacijom biljnog ulja, ili ivotinjskog sala,
koji se koriste u nemodifikovanim dizel motorima. Takoe postoje i
tipovi motora koji mogu koristiti nerafinirana biljna i otpadna
ulja, ali to se ne zove biodizel.
Obino se biodizel koristi skoro 100% ist, dodaje se eventualno
1% obinog dizela, to je dovoljno da sprei plesan i sline stvari.
Takoe se koristi B20, sa 20% biodizela. Biodizel se kao takav
patentirao u Briselu jo 1937.
Konvencionalni dizel motori bez tekoa koriste gorivo sa 20 odsto
biodizela, a mnogi novi motori ve mogu da koriste i ist biodizel.
Biogoriva ne zahtevaju proizvodnju novog automobila odnosno novog
automobilskog motora, ona ve sada imaju veliku prednost nad
vodoninom tehnologijom koja je tek u zaetku. Ovo gorivo jeste
obnovljivi izvor energije jer se troi onom brzinom kojom se
obnavlja. Gorivo je delom nieg energetskog sadraja, ali sadri vei
procenat kiseonika to pomae boljem sagorevanju.
Ova kompatibilnost sa postojeim motorima podstakla je mnoge
zemlje da se okrenu biogorivu, uverene da e na taj nain moi da
smanje trokove fosilnih goriva. Evropska zajednica je sebi odredila
za cilj da do 2010. godine koristi est odsto biodizela, to e znaiti
petostruko poveanje uzgoja biljaka od kojih se proizvodi
etanol.
Biodizel ima negativne uticaje na dizel motora, koji se
prvensveno odnose na degradiranje creva i kapica od prirodne gume
(uglavnom se odnosi na vozila napravljena pre 1992.) ali se ona
lako mogu zameniti sa novijim crevima, koji su od materijala koji
ne reaguju sa biodizelom. Biodizel je takoe poznat po tome to
otepljuje zaepljena i zaguenja koja su se stvorila od taloga obinog
dizela. To se obino primeti pri nagloj promeni goriva u biodizel.
On dospeva u ulje i zahteva krae intervale promene ulja. Primeena
su i oteenja dizel pumpe koja slui za dovod goriva u motor. Taj se
problem veinom javlja kod nesertifikovanih destilerija
biodizela.
I nakon 10 godina od pojave prvih biodizela, autoindustrija
veoma sporo reaguje i pravi veoma malo automobila koji su
sertifikovani za korienje biodizela.
Slika 5: Jeftini biodizel
Vozila sa fleksibilnim izvorom gorivaVozila sa fleksibilnim
izvorom goriva, nazivaju se jo i flexi-vozila, namenjena su da rade
na vie vrsta goriva, obino na benzin, i na etanol-metanol smeu, i
oba goriva se mogu meati u obinom rezervoaru. Ova vozila su
sposobna da efikasno sagorevaju vie vrsta goriva, u bilo kom
odnosu, i obino rad motora u odnosu na gorivo koriguju elektronini
senzori, takoe postoje i vozila koja idu na dva goriva, ali ne mogu
ii i na jedno i na drugo, i dre dva goriva u odvojenim
rezervoarima
Najei sluaj ovoakvog tipa vozila je etanol-benzinski tip vozila,
koji se koristi u vie od 14 miliona primeraka itom sveta, u najveem
broju u SAD-u i Brazilu. U Evropi zemlja sa najvie ovakvih vozila
je vedska.
Iako tehnologija izrade ovih vozila dozvoljava korienje bilo kog
odnosa u meavini goriva, od 100% benzina, do 100% etanola, evropska
i severnoamerika vozila su optimizovana za E85 tip goriva. Razlozi
zbog ovoga su da bi se olakalo startovanje vozila u hladnim
vremenima, na temperaturama ispod 11 C. Postoji i zimsko alkoholno
gorivo koje sadri 70% etanola, opdnosno 75% u vedskoj, od novembra
do marta.
Brazilska flexi vozila mogu da koriste i do 100% alkohola,
meutim imaju mali rezervoar za benzin koji se koristi pri hladnom
startovanju vozila, kada temperature padnu ispod 15 C. Veruje se da
e ove mane flexi vozila biti otklonjene u vrlo skoroj
budunosti.
Postoje takoe i multi vozila koja koriste vie nego dve vrste
goriva, ukljuujui tako i TNG kao tree gorivo. Postoji ak razvijena
verzija Fiat Siene, koja koristi etanol u bilo kom opsegu, benzin,
i KPG.
Slika 6: Fiat Siena, prilagodljivo flexi voziloElektrino
vozilo
Vozilo na elektrinu energiju je alternativno vozilo, koje za
kretanje koristi elektrine motore i elektrine kontrolere, umesto
SUS motora. Ono obino dobija energiju iz akumulatora u vozilu, iako
postoje teorije o razvoju vozila sa smetanjem energije u
ultrakondenzatoru. Elektrina vozila ak su i starija od vozila sa
SUS motorima, mada su slabo koriena tokom istorije. ak u 1900.
Godini elektrino vozilo je dralo rekord u brzini sa 106 km/h
Tokom 1994. Godine osnovana je sada ve najvea kompanija koja
proizvodi elektroautomobile, u Indiji, nazvana REVA. Njihova vozila
su namenjena tritima Evrope, i Indije. Takoe jedna od
najpopularnijih, iako slabo prometnih fabrika je i Tesla Motors,
koji ima verovatno najsavreniji komercijalni elektromobil, sa 400
km autonomije, ubrzanjem od 0-100 km/h za 4 sekunde, i maksimalnom
bzinom od 210 km/h.
Slika 7: REVA, najprodavaniji elektrini automobil na svetu
Poreenje sa vozilima koja imaju za pogon SUS motorTrokovi koje
stvara elektrini auto se obino porede sa ekvivalentnim trokovima
koji postoje usled korienja fosilnog goriva. Litra benzina ima oko
8,9 kWh energije. Da bi se dobio troak elektrine energije, treba
pomnoiti cenu kWh sa 8,9. Poto su SUS motori slabe efikasnosti,
onda u veini sluajeva samo 20-tak posto ove energije se pretvori u
kretanje.
Veina delova na elektrinim automobilima su vrlo trajni, i moe se
rei da su trokovi servisiranja znatno nii. Elektrina vozila koja
koriste olovne akumulatore moraju menjati akumulatore tokom svog
perioda rada, dok ona vozila koja imaju NiMH ili jo bolje
litijum-jonske baterije ne moraju menjati akumulatore,jer su vrlo
dugotrajni.
Energetska efikasnost ovog automobila zavisi od stepena
efikasnosti punjenja, i konverzije u kretanje. Prosena efikasnost
punjenja je 85% a efikasnost elektromotora oko 95%, to ini ukupnu
efikasnost ko 81%. Prosena elektrovozila troe 10-23 kWh na 100 km.
Primera radi auto koji troi 10 l/100 km, e potroiti 90 kWh/100
kmEmisije ugljen-dioksida
Iako se elektrini automobili smatraju neutralnim, kad su
upitanju emisije, ipak oni izazivaju optereenje,zbog toga to
poveavaju potrebu za proizvodnjom elektrine energije. ovo je skroz
drukiji oblik optereenja sredine od korienja automobila sa SUS
motorima, poto se veina el. energije proizvodi u centralama. Zbog
toga je vano intenzivirati proizvodnju elektricne energije iz
alternativnih izvora energije.Ukoliko je cilj smanjenje ukupne
emisije ugljen-dioksida, trenutno je bolje voziti dizel nego
elektrini auto. Prosena efikasnost svih elektrana i SPETE
postrojenja je oko 33% za proizvodnju elektrine energije, meutim
ukljuujui i gubitke u transportu (9,5%) to je negde oko 29,87%.
prihvatajui efikasnost elektrovozila, oko 80%, ispada da tek oko
23,9% ukupne energije moe doi do iskoriavanja u kretanje elektrinih
vozila. Ukupna efikasnost dizel vozila je oko 20%, medutim pri
dobrim uslovima rada, i konstantnim obrtajima, moe se postici
efikasnost od 30-45%. za razliku od dizel motora, elektrini motor
ne pati od pada efikasnosti pri estim promenama optereenja. Krajnji
rezultati e zavisiti od trokova i emisije koji se stvore u
rafinaciji, i prevozu dizela ili biodizela do vozila. Moderni TDI
ili CRDI motori, su skoro duplo efikasniji kada koriste petrodizel,
u odnosu na elektrino vozilo koje koristi energiju dobijenu iz
termoelektrana.
Performanse i osobine
Iako mnogi elektroautomobili imaju motore od oko 20 KS, ak i
manje, konstantni obrtni moment elektromotora, ak i na malim
brzinama ima tendenciju da povea performanse u odnosu na
ekvivalentni SUS motor. Kao to je i oekivano to vozilo ima bolje
performanse, ima i manju autonomiju rada. Treba nai "zlatnu
sredinu".
Radi poveanja efikasnosti, neki automobili imaju direktno
povezan motor na toak,to ima viestruke pogodnosti, kao to je
mogunost da svaki toak daje pogon vozilu,i mogunost regenerativnog
skupljanja energije od koenja, takode se smanjuje teite automobila,
i smanjuje broj pokretnih delova, i inertnost.
Opcija "jednog stepena transmisije" ili ak i sistem bez
transmisije, doprinosi glatkom ubrzanju i koenju. Poto je obrtni
moment zavisnost jaine struje, a ne obrtaja, elektrini motori imaju
jai obrtni moment kroz vei interval obrtaja tokom ubrzanja, u
poreenju sa SUS motorima.
Grejanje kabine se obino postie troenjem akumulatora, ili
integrisanim grejnim sistemom, ili spoljanjim, kao npr
Webasto-Strak, mada sledea generacija Priusa ce imati solarnu plocu
preko koje ce se moci grejati i hladiti.
Baterije
Veina baterija koje se koriste su olovni akumulatori, nikl
kadmijumske, nikl metal hidridne, a u novijim generacijama vozila,
koriste se litijum-jonske, i litijum-polimer baterije. U nekim
ekstremnijim varijantama koriste se cink-vazduh, i otopljeni slani
medijum. Sadraj struje u njima se obicno meri u Ah ili kuloni, dok
se ukupna energija meri u Wh.
Istorijski mnoga elektrina vozila su imala problem zbog toga to
su im se baterije morale s vremena na vreme menjati, to mnogo kota,
kao i kratak domet, dugo vreme punjenja i slicno. Sadanje
tehnologije izrade akumulara u velikoj meri ovo prevazilaze.
Vecina vozila se puni preko elektricne mree o cemu je bilo reci
ranije, mada ima prototipova koji imaju i solarne ploce.
Vreme punjenja zavisi od snage punjaa, ali i od izdrljivosti
utikaca u kui, koje izdravaju proseno 3 kW, pa se i preporucuje
korienje posebnog voda za punjenje vozila. Veina ljudi puni svoj
auto kod kuce, za ta im u proseku treba nekoliko sati, obino tokom
noi. Neke firme ak imaju utikae ugraene na parkinzima za radnike
koji poseduju elektrina vozila.
Slede primeri dometa vozila u zavisnosti od tipa baterije:
Olovni akumulatori su najdostupniji, i najjeftiniji, ali ne
dostiu veci domet od 130 km
NiMH baterije imaju vecu efikasnost, i energetsku gustinu, mogu
postici i do 200 km po punjenju
Li-jonske baterije mogu postici i do 500 km dometa po jednom
punjenju, uz to da je Litijum jo jeftiniji od Nikla.
Uz regenerativno koenje moe se utedeti i do 50% energije pri
gustim gradskim uslovima, uz uslov da se vozilo ne zaustavlja
potpuno. mogue je ak i koristiti generatorske prikolice, koje pune
akumulatore, ali onda se to vozilo smatra drugim tipom vozila, npr
hibridnim vozilom.
ivotni vek akumulatora je dosta dugaak, primera radi, Toyota
RAV4, koja koristi NiMH baterije, moe preci 160.000 km, a da
vlasnik ni ne primeti da je akumulaciona mogunost baterije
smanjena. Mada vlasnik ipak treba da uzme u obzir mogunost dolaska
u situaciju da mora menjati akumulatore, to predstavlja ozbiljan
troak. U budunosti se pretpostavlja da e se tehnologija izrade
baterija toliko razviti da ce se postii domet dizel vozila sa punim
rezervoarom, uz mogunost punjenja baterije 20-tak minuta.
Hibridno-elektrino vozilo
Slika 8: hibridni autobusi u velikoj meri doprinose manjem
zagaenju grada
Tipovi motora hibridnog elektro-benzinskog ili elektro-dizel
motora
Paralelni hibrid; sinergetski pogon elektro i SUS motora
Ovde, elektrini motor i SUS motor su ugraeni tako da oba mogu
raditi individualno, ali ee zajedno. Obino je elektromotor
korisniji za sporije pomeranje, za razliku od benzinskog,koji ima
bolju upotrebu pri veim brzinama. Sam elektromotor ne moe pokretati
auto vie od 5 km.
Blagi hibrid; elektrina asistencija
Benzinski motor se koristi uvek, samo uz asistenciju
elektromotora, pri uzbrdici,ili kretanju. Takoe se koriste
regenerativne konice
Hibridno vozilo sa mogunou kompletnog kretanja preko
elektromotora
Ovaj tip vozila je skoro isti kao i paralelni hibrid, s tim to
se ovo vozilo puni preko elektromree, i stoga u gradu uopte ne mora
koristiti SUS motor. Ovo vozilo ima povean broj akumulatora
Svi ovi tipovi hibridnih vozila kao glavnu karakteristiku, osim
smanjenja emisije, imaju i mnogo bolju energetsku efikasnost, i
time ekonominu potronju goriva. Takoe je primetno manje zagaenje
bukom.Ostale vrste vozila sa dvojnim SUS motor-elektromotor
pogonom
Primer primene hibridnog agregata se moe naci i u eleznici.
Slede tri primera hibridnih vozila, koji se koriste u komercijalne
svrhe:
Bombardier lokomotiva koja ima dve pogona, dizel motor, i
elektromotor, i mogucnost rada na 2 napona, 1500 i 2500 V, to je
cini kompatibilna sa mnogim sistemima eleznice. Postoje takode
kanadski vozovi koji imaju dva dizel motora, jedan za pokretanje,
koji ima od 1000 do 2000 KS, koji gone voz u udaljenim krajevima,
daleko od ljudskih naselja i jedan manji, cistiji, koji puni olovne
akumulatore, od 160 KS.Takode u eleznici postoji od ranije termin
regenerativnog kocenja, koji se koristi za vracanje energije
elektro mrei od strane vec elektricnih vozova.
Hibridni trojelbus (duobus) - trolejbus opremljen (pored
uobiajnog elektromotora) elektro-agregatom ili akumulatorom ili ak
nezavisnim SUS motorom, to im omoguava kretanje van elektro-mree
(kao autobusi).
Elektrina manevarska lokomotiva sa vagonom sa baterijama - eka
eleznica je adaptirala nekoliko svojih standardnih
elektrolokomotiva, tako da mogu da se koriste i na
enelektrofikovanim prugama. Prepravljene lokomotive mogu da rade u
dva reima: reim 'trola' (kao obina elektrolokomotiva) i reim
'akumulator', kada se energija crpe iz akumulatora na posebnom
vagonu. Tako mogu da manevriu i na kolosecima koja nemaju
elektromreu, ili da opslue industrijski kolosek koji nema
elektrovodove, a prikljuen je na elektrifikovanu prugu, tako da bi
bilo nerentabilno slati dizel lokomotivu.Auto na komprimovani
vazduhVozilo na komprimovani vazduh je vozilo na alternativni izvor
energije, koji ima pneumatski motor. Neke varijante postoje i kao
hibridno vozilo sa benzinom, dizelom, ili alkoholom, i
regenerativnim koenjem.Glavna firma koja razvija ovaj tip vozila je
indijski Tata Motors, koji radi sa francuskim institutom MDI, sa
planovima da ponu sa serijskom proizvodnjom 2008-2009.
Slika 9: Vozilo na komprimovani vazduh indijske firme Tata
Motors
Tehnologije koje se koriste
MotorOva vozila se pokreu komprimovanim vazduh koji se skladiti
u rezervoaru na oko 300 bar. Umesto meanja goriva sa vazduhom i
sagorevanja uz ekspandiranje i stvaranje gasovitih produkata
sagorevanja, ovaj motor ekspandirane ve komprimovani gas, koji je u
rezervoaru, i time koristi rad klipova za kretanje. Ova ideja nije
uopte nova, postoje pneumatski motori koji se koriste irom sveta ve
stotinak godina, a prototipi ovakvih vozila postoje jo od 1920-tih,
meutim tadanja tehnologija nije mogla postii eljene performanse.
Komprimovani vazduh se jo koristi u propulziji torpeda. Zapravo
ovaj motor ima izduv, ali koji izbacuje vrlo hladan vazduh. Ovo je
rezultat skoro adijabatske ekpanzije. Ovo je negativn efekat, poto
on gubi mo rada, jer ne moe da ekspandira onoliko koliko bi
ekspandirao bez promene temperature. Vazduh koji izlazi iz auspuha
moe imati temperature i -20 C. Mada ipak, ovaj vazduh ima primenu u
hlaenju kabine vozila.Boce za skladitenje vazduhaKomprimovani
vazduh je neefikasan nain za skladitenje goriva, 300 litara na 30
Mpa ima svega 16 kWh energije, to je ekvivalentno 1,7 litara
benzina. Tokom testiranja na pucanje boce, ne sme doi do stvaranja
gelera i opasnih otrih komadia. Svi proizvoai ovakvih vozila su
napravili i sigurnosni sistem u boce,mada vazduh sam po sebi nije
zapaljiv. Uglavnom se boce prave od: elika
aluminijuma
karbonskih vlakana
Kevlara
Vlaknasti materijali su znatno laki i imaju bolje osobine od
metala, ali su i znatno skuplji. Obino u vozilu postoji i
kompresor, pa sa spoljne strane vozila se vidi samo utika za
struju, kao i kod elektromobila, s tim to se punjenje boce zavrava
za par minuta.
Prednosti
Prednosti ovog tipa vozila su dosta poznate, s obzirom da
proizvoa mora da reklamira svoj proizvod.
Kao i elektrina vozila, vozila na komprimovani vazduh se
napajaju iz elektrine mree.
Prevoz goriva do konzumenta nije potreban, s obzirom da ve
postoji instalirana infrastruktura nabavke elektrine energije..
Ova tehnologija smanjuje cenu izrade vozila za oko 20%, i ve ima
mogunost hlaenja kabine,bez dodatne ugradnje klime.
Vazduh je nezapaljiv.
Visok obrtni moment za minimalnu radnu zapreminu, manje delova
koji se kvare, jednostavniji sistem od elektroautomobila,
itd...
Mane
Kada se vazduh uvodi u motor, da bi stvorio rad, on se dramatino
hladi, po arlovom zakonu. Zato se u ve razvija sistem izmenjivaa
toplote,koji e hladan vazduh grejati na temperaturu okoline, kako
bi se dobio vei radni pritisak, i time vei uinak.
Ukoliko se ne koriste jaki kompresori, koji se ne mogu pokretati
u domovima, zbog ekstremno jake snage, punjenje traje i do 4h. Na
specijalizovanim punktovima punjenje moe trajati par minuta.
Kljuna stvar za poveanje autonomije je smanjenje teine vozila,
to ima negativne efekte, kao to su manja sigurnost pri sudaru i
slino. Takoe gume koje ova vozila koriste su napravljena da imaju
minimalan kontakt sa asfaltom, to opet ima loiju stranu slabije
kontrole vozila.
Vozilo na vodonik
Vozilo na vodonik je vozilo koje koristi vodonik, kao svoje
gorivo, za glavnu pokretaku energiju. Snaga koja pokree vozilo
dolazi iz vodonika, ali ima dva osnovna sistema rada ovih vozila,
zavisno da li se vodonik sagoreva, ili reaguje elektrohemijski, da
bi stvorio elektrinu energiju:
U sagorevanju, vodonik gori unutar radne zapremine, sutinski
isto kao i u motoru sa unutranjim sagorevanjem.
Prilikom elektrohemijskog reagovanja, vodonik reaguje sa
kiseonikom da bi proizveo vodu, uz elektricitet, koji se koristi u
pokretanje elektromotora, koji dalje pokree celo vozilo. Gorivne
elije elektrinu energiju proizvode neposredno i stoga bi trebalo da
budu efikasnije, jednostavnije i pouzdanije. Za sada, njihovu
upotrebu spreavaju tehnike prepreke. Vodonik potreban za proces se
mora proizvesti (npr. elektrolizom vode) i dovesti do elija, dok se
potreban kiseonik moe 'uzimati' neposredno iz atmosfere.
Skladitenje vodonika je za sada najvei problem, s obzirom na to da
je vodonik u smesi sa vazduhom veoma eksplozivan, a i mase
rezervoara su problematine. Stepen iskorienja celog ciklusa (struja
vodonik struja) je oko 30-40 % (kod otto motora 18%).
Slika 10: Island je procentualno vodea zemlja u svetu po
korienju, proizvodnji vodonika,kao i infrastrukturi
Tipovi vozila
Autobusi, vozovi, biciklovi sa motorom, motocikli, brodovi,
podmornice, pa ak i avioni mogu da idu na vodonik, u raznim
oblicima i nekad o velikim trokovima. Trenutno se gorivne elije ve
koriste na raketnim kosmikim letelicama i podmornicama. Trenutni
rekord u brzini na suvom za automobil na vodonik je 333,38 km/h,
koji je postavljen od strane kompanije Ford, tip Fusion Hydrogen
999. ak je i vukao prikolicu sa kiseonikom pod pritiskom, koji je
doveo sagorevanje do savrenstva, uz ogromne konjske snage.
Automobili
Mnoge kompanije trenutno istrauju isplativost razvoja automobila
na vodonik, mada i mnoge su ve poele sa proizvodnjom takvih
vozila.
Autobusi
Autobusi sa gorivim elijama su se ve negde poeli koristiti, i
proizvode se od strane nekoliko proizvoaa irom sveta.ak postoji i
klub preduzea koja koriste autobuse sa gorivim elijama.
Biciklovi sa motoromPredstavljen je ak i prvi bicikl na vodonine
gorive elije, koje pretvaraju energiju u elektrinu, i pokreu bicikl
preko elektromotora. Ima 32 kg, i stvara snagu elektromotora od 200
W
Slika 11: Prvi bicikl na vodonine gorive elijeTipovi i mogunosti
proizvodnje vodonikaMolekularni vodonik koji je potreban kao gorivo
za vozila se moe dobiti iz vrlo mnogo termomehanikih metoda,
koristei prirodni gas, ugalj, teni naftni gas, biomasu, pa ak i
otpadak od mikroba se moe koristiti, poznatiji kao biovodonik. U
laboratorijskim uslovima se moe proizvoditi iz vode elektrolizom. U
nekim dravama, energija koja je potrebna da se vodonik izoluje,
rafinie, i skladiti se dobija iz obnovljivih izvora energije.
Island koristi geotermalnu energiju da bi proizvodio vodonik, a
Danska proizvodi vodonik elektrinom energijom dobijenom od
vetra.Strukture i reakcije koje se dogaaju u gorivnoj eliji
Gorivna elija sastoji se od dve elektrode, koje su odvojene
membranom ili elektrolitom. Na anodu se dovodi gorivo (npr.
vodonik, metan, metanol, siretna kiselina, rastvor glukoze), i ono
tu oksiduje. Na katodu se dovodi oksidaciono sredstvo (npr.
kiseonik, vodonik peroksid, ...), koje se tu redukuje.
Elektrode su obino napravljene od razliitih metala, ili mogu
biti ugljenine nanocevice. Mogu biti i presvuene katalizatorom
(npr. platinom ili paladijumom), ime se postie vea efikasnost.
Danas se obino koriste elektrode sa koliinom katalizatora
5g/m2.
Kao elektrolit mogu posluiti razne kiseline (preteno H3PO4) ili
baze (najee KOH), keramiki materijali ili membrane. U specifinim
gorivnim elijama kao elektrolit se koristi gas pod visokim
pritiskom. Danas se kao elektrolit najvie koristi KOH, koji se
koristio ve u elijama projekta Apolo, a ija je mana da oksidans
mora da se isti od CO2, jer bi inae dolazilo do reakcije CO2 sa
elektrolitom i nastalo jedinjenje bi prestalo da vri funkciju
elektrolita.
Elektrini napon koji nastaje je teoretski oko 1,23 volta a
zavisi od vrste goriva i kvaliteta elije. Kod elija koje se danas
najvie koriste, napon je obino oko 0,95V. Da bi se dobio vei napon,
nekoliko elija se vezuje u seriju.
Vodonik se na anodi katalitiki transformie u katjone (u sluaju
vodonika, jone H+). Osloboene elektrone privlai anoda i stvara
elektrinu struju, koja preko elektro potroaa tee ka katodi. Na
katodi se oksidaciono sredstvo (veinom kiseonik) redukuje u anjone
(O2-), a oni onda reaguju sa H+ jonima, stvarajui vodu.
Slika 12: Primer gorive elije koja se u ekperimentalne svrhe
koristi u NASA-i
Hemijske jednaine koje se odvijaju:
Oksidacija / oslobaanje elektrona:
Redukcija / prihvatanje elektrona:
oksido-redukciona reakcija
Slika 13: Grafiki prikaz procesa koji se odvija u gorivoj
elijiLiteraturahttp://www.biodizel.co.yuhttp://en.wikipedia.org/wiki/Air_Car
http://en.wikipedia.org/wiki/Air_engine
http://en.wikipedia.org/wiki/Alcohol_fuel
http://en.wikipedia.org/wiki/Battery_electric_vehicle
http://en.wikipedia.org/wiki/Biodiesel
http://en.wikipedia.org/wiki/Biofuel
http://en.wikipedia.org/wiki/Compressed_air_car
http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_car
http://en.wikipedia.org/wiki/Flexible-fuel_vehicle
http://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_cell
http://en.wikipedia.org/wiki/Future_car_technologies
http://sr.wikipedia.org/sr-el/Gorivne_elije
http://en.wikipedia.org/wiki/Hybrid_car
http://en.wikipedia.org/wiki/Hybrid_electric_vehicle
http://en.wikipedia.org/wiki/Petroleum_electric_hybrid_vehicle
http://en.wikipedia.org/wiki/Stampede_toward_hybrids