Ökotechnológia Autó és környezet Dr. Korzenszky Péter PhD. egyetemi docens Mechanika és Géptani Intézet Mezőgazdasági és Élelmiszeripari Gépek Tanszék www.ep-let.gek.szie.hu weboldal, MSc. fül és Ökotechnológia tárgy. Jelszó: 2015.A.Gepesz
Autó és a Környezet Fosszilis energiahordozók alkalmazása
Forrás: Kapusy P. előadása, 2011. 05. 11.
Autó és a Környezet Fosszilis energiahordozók alkalmazása
Környezetterhelés: • Földfelszín károsítás: (üzemanyag tárolás, • Vízháztartás veszélyeztetése: (tanker a tengeren, talajba szivárgó üzemanyag, …) • Élővilág veszélyeztetése: (közúthálózat, bányászat, …) • Levegőszennyezés: (autógyárak, alkatrészek gyártása, üzemeltetésből adódó károsanyagkibocsátás)
Az előadás vázlata • Az autó története • Szemlélet váltás az autógyártás terén • Az autó káros anyag kibocsátási határértékek múltja, jelene és jövője (EURO 1 EURO 6) • Káros anyag kibocsátás mérése (RKF, AVL, …) • Károsanyag kibocsátás csökkentés lehetőségei • Műszaki megoldások károsanyag kibocsátás csökkentésére (villany autó, hibrid hajtás, alternatív hajtóanyagok, KERSZ)
Az autó története Az autó egy kerekeken guruló, saját motorja által hajtott jármű.
Nicolas-Joseph Cugnot 1771-ben szerette volna bemutatni új találmányát, az orrnehéz és emiatt rendkívül nehezen irányítható gőzautóját, mely elszabadult, és ledöntött egy falat. Ez volt a történelem első közúti balesete, amelyet gépi hajtású jármű okozott.
Az autó története 1807. január 30-án Isaac de Rivaz elnyerte „az éghető gáz vagy más anyagok robbanásának felhasználásából nyert motorerőért” szabadalmat. A magyar királyi ipari és kereskedelmi miniszter 1876-os szabadalmi okirata szerint Wessely György "kocsit talált fel Colonet néven, amely lovak segélye nélkül hajtható". Elsőként a kölni származású utazó kereskedő, Nikolaus August Otto (1832-1891) jelentkezett egy alacsony fordulatszámú, belső égésű motorral (Otto-motor). Az első benzinmotoros automobilt Karl Friedrich Benz készítette Mannheimben 1886-ban.
Szemlélet váltás az autógyártás terén A 20. század első éveiben a környezetvédelem nem játszott nagy szerepet. A technikai fejlesztések célja az olcsó sorozatgyártás és az ebből származó profit volt. Egyre gyorsabb, megbízhatóbb és kényelmesebb járműveket álmodtak az elképesztő gyorsasággal szaporodó úthálózatokra. A 21. század első éveiben a környezetvédelem nagy jelentőségű. A járművekre különféle évről évre csökkenő káros anyag kibocsátási normákat állapítanak meg. A járművek elektronikus szabályozása, már nem csak a motor szabályozását, hanem a káros anyag kibocsátás értékét is figyelembe veszik. Az autó hirtelen kigyorsítása esetén a környezetvédelmi határérték is a motor szabályozás egyik fontos kulcs eleme.
Európai kibocsátási normák A kipufogógázok rendkívül károsak, de egy évtizede még mérgezőbbek voltak. Az európai kibocsátási normák határozzák meg az Európai Unió államaiban eladott új gépjárművek károsanyagkibocsátásának elfogadható szintjét. A kibocsátási normákat egy sor uniós irányelv határozza meg, az idő előre haladtával egyre szigorúbb határértékeket megállapítva.
Jelenleg a • nitrogén-oxidok (NOx), • szénhidrogének (HC), • szén-monoxid (CO) és • szálló por (PM) határértékeit szabályozzák a legtöbb gépjármű esetében.
Környezetszennyezés enyhítése A KÖRNYEZETSZENNYEZÉS ENYHÍTÉSE ÉRDEKÉBEN AZ AUTÓGYÁRTÓK TEVÉKENYSÉGÜKET NÉGY FŐ TERÜLETRE ÖSZPONTOSÍTJÁK • Pontos és megbízható üzemanyag adagoló- és gyújtóberendezések használata. • Az el nem égett káros anyagok mennyiségének csökkentése a katalizátorral ellátott kipufogórendszereken keresztül. • A motor karterből érkező gázokból származó szénhidrogének újrahasznosítása. • Az üzemanyagtartály benzingőzének megkötése.
.
Villamos energia és a CO2-kibocsátás A fosszilis tüzelésű erőművekben termelt villamosenergia a hazai villamosenergia termelés 60%-ának. 1kWh elfogyasztott villamosenergiához kb. 1,135 kWh energiát kell előállítani.
1 kWh villamosenergia elfogyasztása kb. 0,5675 kg CO2 kibocsátással jár Mo.-on. Egy család 1500 kWh villamos energiát használ fel évente. 851,25 kg CO2/év/család
A villamos energia: 0,85 t CO2/év/család kibocsátás eredményez
Távhő és a CO2-kibocsátás A hő központok gázüzeműek 1 m3 földgáz fűtőértéke 34,1 MJ 1 MJ hőenergia felhasználása 0,0576 kg CO2-kibocsátást eredményez Egy 100 m2-es család éves távhő fogyasztása 900 MJ/m2 esetén 518,4 kg azaz
A távhő használata: 0,5184 t CO2-/év/család kibocsátás eredményez.
Földgáz és a CO2-kibocsátás 1 m3 földgáz elégetésekor 1 m3 széndioxid keletkezik 45 m3 földgáz elégetésekor fagypont körüli hőmérsékleten 45 m3 széndioxid keletkezik, melynek tömege 88,34 kg CO2 keletkezik Egy családi ház gázfogyasztása 1500 m3/év 2945 kg CO2 keletkezik
Földgáz elégetése: 2,945 t CO2/év/család
Autó CO2-kibocsátás Egy autó:
168 g/km CO2-kibocsátás
20 000 km/év
akkor 20 000 * 0,168 kg = 3 360 kg azaz
Autó használat: 3,36 t CO2/év/autó Mo.-on 200 000 db/év új gépjármű esetén 672 000 t CO2/év
.
Mo.-on jelenleg 1,5 millió gépkocsi: 5 040 000 t CO2/év
.
NOx és PM kibocsátás normáinak szigorítása Egyszerűsített diagram a dízelüzemű személygépkocsik kibocsátási normáinak szigorodásáról
Egyszerűsített diagram a benzinüzemű személygépkocsik kibocsátási normáinak szigorodásáról (az Euro 5 előtt nem volt PM határérték)
Személygépkocsira vonatkozó európai kibocsátási normák, g/km Szint (CO), szénmonoxid (HC), szénhidro gének, (NOx), nitrogénoxidok , (PM) szálló por (PM)
Dátum
CO
HC NOx HC+NOx
PM
dízel Euro 1[2]
1992. július
2,72 (3,16) -
-
0,97 (1,13) 0,14 (0,18)
Euro 2
1996. január
1,0
-
-
0,7
Euro 3
2000. január
0,64
-
0,5 0,56
0,05
Euro 4
2005. január
0,5
-
0,25 0,3
0,025
Euro 5
2009. szeptember 0,5
-
0,18 0,23
0,005
Euro 6 (tervezett) 2014. szeptember 0,5
-
0,08 0,17
0,005
0,08
benzin Euro 1[2]
1992. július
2,72 (3,16) -
-
0,97 (1,13) -
Euro 2
1996. január
2,2
-
-
0,5
Euro 3
2000. január
2,3
0,2 0,15 -
Euro 4
2005. január
1,0
0,1 0,08 -
Csak közvetlen befecskendezésű - motorokra.
Euro 5
2009. szeptember 1,0
0,1 0,06 -
0,005[3]
Euro 6 (tervezett) 2014. szeptember 1,0
0,1 0,06 -
0,005[3]
Műszaki vizsga egyik eleme az emisszió mérés • • • • • • • •
Vizsgálatok részletezése: Gépkocsi beérkezése - okmányok átadása, majd elektronikus adatfelvétel időszakos műszaki vizsgálati kérelem aláírása - ezután az ügyfél távozhat Motorszám és alvázszám ellenőrzése és egybevetése a forgalmiban feltüntetett adatokkal. Festékréteg vastagság vizsgálat (csak eredetvizsgálatnál) Folytonosság vizsgálat az alvázszám körül (csak eredetvizsgálatnál) Forgalmiban szereplő adatok összevetése a BM központ által nyilvántartottal. Gépjárműn esett sérülések rögzítése Fényképes dokumentáció (alvázszám, gépjármű elölről - hátulról, km óra állása, adattábla) Átvizsgálás - bemérés (fékhatás vizsgálat mérés, lengéscsillapító vizsgálat,
emisszió) - minősítés - matrica és pecsét a forgalmiba, matricák az autó rendszámtáblájára. • A levizsgázott autó átvétele - betelt forgalmi engedély esetén a vizsgát követően 15 napon belüli okmányirodai ügyintézés szükséges.
2004. január-ig érvényes
Környezetvédelmi felülvizsgálat Környezetvédelmi tulajdonság és a plakett színe A plakett színével jelzi a jármű környezetvédelmi tulajdonságát, környezetvédelmi osztályba sorolását. A járműveket a környezetvédelmi tulajdonság szerint a következő négy csoportba kell sorolni: 1. Fekete színű plakett: - korszerűtlen, nem környezetbarát járművek, amelynek a környezetvédelmi osztályba sorolása: 0, 1, 3. 2. Piros színű plakett: - korszerűtlen, kevésbé környezetbarát járművek, amelynek a környezetvédelmi osztályba sorolása: 2. 3. Kék színű plakett: - korszerű, környezetbarát járművek, amelynek a környezetvédelmi osztályba sorolása: 4, 6, 7, 8. 4. Zöld színű plakett: - korszerű, kiemelten környezetbarát járművek, amelynek a környezetvédelmi osztályba sorolása: 9, és az e fölöttiek. A tiszta gázüzemű vagy elektromos meghajtású, illetőleg - hibrid (elektromos és Otto- vagy dízelmotoros) 5. számú környezetvédelmi osztályba sorolt járművekhez, amennyiben az Ottovagy dízelmotor osztályba sorolása szerint korszerűtlen, akkor piros, minden más esetben zöld színű plakettet kell kiadni.
A környezetvédelmi osztály jelzés (kód)
0 - katalizátor nélküli, Otto-motoros, - a jóváhagyási előírások szerint nem minősített Dízel-motoros, - ENSZ-EGB 83.00-83.01/A vagy 49.00-49.01/A előírás szerinti jóváhagyási jellel ellátott Dízel-motoros; 1 - katalizátoros, nem szabályozott keverékképzésű, Otto-motoros; A környezetvédelmi 2 - katalizátoros, szabályozott keverékképzésű, Otto-motoros [kivéve a 4. osztályba sorolt osztályt meghatározó ENSZ-EGB 83.02/B. előírás (Euro-II.) szerinti jóváhagyási jellel ellátott gépjárművet]1; 3 - az ENSZ-EGB 83.01/C, vagy 49.02/A előírás (EURO-I.) szerinti jóváhagyási jellel ellátott, jellemző Dízel-motoros; 4 - az ENSZ-EGB 83.02/B. előírás (Euro-II.) szerinti jóváhagyási jellel ellátott - katalizátoros, szabályozott keverékképzésű Otto-motoros1, - az ENSZ-EGB 83.02/C, 83.03/C, 83.03/D, 83.04/C, 83.04/D, illetőleg a 49.02/B és 51.02 előírások (EURO-II.) szerinti jóváhagyási jellel ellátott Dízel-motoros; 5 - tiszta gázüzemű- vagy elektromos meghajtású, illetőleg - hibrid (a gépjárművet meghajtó elektromos-, valamint Otto- vagy Dízel-motorral is ellátott) hajtású(9); 6 - katalizátoros, szabályozott keverékképzésű, az ENSZ-EGB 83.05 előírás B jóváhagyás A. szintje2 szerint jóváhagyott, OBDrendszerrel ellátott Otto-motoros (EURO-III); 7 - az ENSZ-EGB 83.05 előírás C és D jóváhagyás (A)2, illetőleg a 49.03 előírás I. jóváhagyás3 és 51.02 előírás szerinti jóváhagyási jellel ellátott Dízel-motoros (EURO-III); 8 - az ENSZ-EGB 83.05 előírás C és D jóváhagyás (A)2, vagy 49.03 előírás I. jóváhagyás3 és 51.02 előírás szerinti jóváhagyási jellel, OBD-rendszerrel ellátott Dízel-motoros (EURO-III); 9 - katalizátoros, szabályozott keverékképzésű, az ENSZ-EGB 83.05 előírás B jóváhagyás B. szintje4 szerint jóváhagyott, OBDrendszerrel ellátott Otto-motoros (EURO-IV.); 10 - az ENSZ-EGB 83.05 előírás C jóváhagyás (B)4 és 51.02 előírás szerinti jóváhagyási jellel, OBD-rendszerrel ellátott Dízelmotoros (EURO-IV.); 11 - az ENSZ-EGB 49.03 előírás II jóváhagyás5 és 51.02 előírás szerinti jóváhagyási jellel, OBD-rendszerrel ellátott Dízelmotoros (EURO-IV.); 12 - az ENSZ-EGB 49.03 előírás III jóváhagyás6 és 51.02 előírás szerinti jóváhagyási jellel, OBD-rendszerrel ellátott Dízelmotoros (EURO-V.); 13 - az ENSZ-EGB 49.03 előírás IV jóváhagyás7 és 51.02 előírás szerinti jóváhagyási jellel, OBD-rendszerrel ellátott Dízelmotoros (EEV)8 14 - a 692/2008/EK bizottsági rendelettel módosított 715/2007/EK parlamenti és tanácsi rendelet I. mellékletének 1. táblázatában meghatározott határértékek alapján jóváhagyott légszennyezésű gépkocsi (Euro 5.) (10) 15 - a 692/2008/EK bizottsági rendelettel módosított 715/2007/EK parlamenti és tanácsi rendelet I. mellékletének 2. táblázatában meghatározott határértékek alapján jóváhagyott légszennyezésű gépkocsi (Euro 6.)(11)
Rendszámtáblán elhelyezett környezetvédelmi osztályt meghatározó jelölés
2004. január-ig érvényes
NOx kibocsátás különböző közlekedési eszközöknél
Emisszió vizsgálat / mérés A dízelmotoros gépkocsik füstkibocsátás mérése Mérési eljárás: szabadgyorsítással történő füstölésmérés (terhelés nélkül gyorsítva alapjáratról a leszabályozási fordulatszámig), a sebességváltó üres állásában, zárt tengelykapcsolóval.
AVL DiLink 480
AVL DiGas 480
AVL DITEST mérőműszer
Emisszió mérés (Dízel motorral szerelt jármű)
Előírt határérték (k) Abszolút fényelnyelési együttható k [1/m]
Emisszió mérés (Dízel motorral szerelt jármű) Alapjárati fordulatszám [ford/perc] Terhelés nélkül gyorsítva alapjáratról a leszabályozási fordulatszámig.
Leszabályozási fordulatszám [ford/perc]
……………………………………….
Emisszió mérés (Dízel motorral szerelt jármű) A szabadgyorsítással történő füstölésmérés eredményei
Emisszióteszt Tanúsítvány
Alapjárat: Leszabályozási fordsz.: K középérték [1/m]: K sávszélesség [1/m]:
(Dízel motor) Megfelelt
820 ford/perc 5260 ford/perc max.:3,00 max.:0,7
pill.:0,10 pill.:0,00
k [1/m]
Dízel motor füstölés mérés
Dízel részecske felépítése
Füstölési mérőszámok (Dízel) Opacitás (átlátszatlanság): N=100*(I0 - I) / I0 [%] Abszolút fényelnyelési együttható: k [1/m]
I0 – ismert fényintenzitású fény L – kipufogógáz minta hossza
Káros anyag kibocsátás csökkentés lehetőségei A klímaváltozás nem állítható meg a károsanyag-kibocsátás korlátozásával - írja Björn Lomborg, a Koppenhágai Konszenzus Központ alapító igazgatója a The Wall Street Journal véleményrovatában. A kutatásfejlesztés támogatásával és a környezetbarát technológia elterjesztésével olcsóbban megfékezhető lenne a klímaváltozás, és maradna pénz a harmadik világ segélyezésére is. A legmerészebb kvótarendszer is csak alig lassítaná a légkör felmelegedését - viszont évi 40 milliárd dollárt emésztene fel. Ennyi pénzből jelentősen javítani lehetne a fejlődő országok polgárainak életszínvonalát - egyebek között filléres szúnyoghálók és rovarirtók vásárlásával. A klímaváltozás megfékezése érdekében sokkal hatékonyabb megoldás lenne az alternatív energiaforrások és energiatakarékos készülékek elterjesztése. Így hosszú távon is biztosítani lehetne a fenntartható növekedést, és maradna pénz a nyomorban élők megsegítésére is.
A legnagyobb mértékű károsanyag-kibocsátás csökkenést elért 20 autómárka
Üzemanyag takarékos vezetéstechnika 1 A motor indítása: - a hideg állóhelyi üres járatás rövid legyen, - a motort kímélő üzemeltetéssel kell melegre járatni. A gépjármű gyorsítása: - álló helyzetből a legalacsonyabb sebességfokozatból induljunk, - a gyorsítás minden sebességfokozatban legyen intenzív, - magasabb sebességfokozatba a maximális fordulatszám 2/3-ánál kapcsoljunk. Haladás állandó sebességgel: - az alsó határsebesség, a forgalmi körülmények és a szállítási feladat jellegének figyelembevételével a gépjármű sebességét a lehető legalacsonyabbra válasszuk, - mindenkor a még alkalmazható legmagasabb sebesség- fokozattal haladjunk, - alacsonyabb sebességfokozatba a maximális fordulatszám 1/2-énél, 1/3-ánál kapcsoljunk,
Üzemanyag takarékos vezetéstechnika 2 A gépjármű lassítása: - kis lassítási igénynél a csökkentett gázadás helyett a lassítást később kell kezdeni és kigurulást kell alkalmazni, - közepes lassítási igénynél motorféket kell alkalmazni, - nagy lassítási igénynél a motorféket és a lábféket együttesen kell alkalmazni. Gépjárművel történő várakozás: A közúti közlekedés során a forgalomirányító lámpa, lezárt vasúti sorompó, vagy egyéb akadályoztatás következtében igen gyakran kerülünk várakozó helyzetbe, mikor a tüzelőanyag-felhasználást a motor alapjáratában történő járatásával vagy leállításával tudjuk szabályozni. Gyakorlati tapasztalatok alapján az energia megtakarítás és a környezetvédelem érdekében 2-3 percnél hosszabb várakozás esetén a motor járatása értelmetlen.
Üzemanyag takarékos vezetéstechnika 3 Városi forgalomban történő közlekedés: A városi forgalomban a változó üzemállapotok előfordulása az jelentősen megnő. A forgalom áramlásától alacsonyabb sebességgel történő közlekedés esetén zavarjuk a forgalmat. A mögöttünk jövő járművek rákényszerülnek az előzésre, azonban előzés után történő besorolásuk folyamán gyakori, hogy a szükséges hely, illetve követési távolság biztosítása érdekében kénytelenek vagyunk lassítani. A forgalom áramlásától nagyobb sebességgel történő közlekedés esetén tulajdonképpen állandó előzésben vagyunk, melyet a szembejövő forgalom akadályoztatása következtében szakítunk meg. Ilyenkor következik be a gépjármű lassítása és a forgalmi áramlatba történő besorolása (a szembejövő forgalom útvonalának a biztosítása érdekében). A forgalmi áramlattól mindkét eltérés kedvezőtlen, mivel a gyakori lassítások és gyorsítások a tüzelőanyagtöbblet-fogyasztás mellett baleseti veszélyforrások hordozói. A városi forgalom energiaemésztő hatását előrelátó, megfontolt vezetéstechnika alkalmazásával jelentősen tudjuk csökkenteni.
Üzemanyag takarékos vezetéstechnika 4 Országúti forgalomban történő közlekedés: Országúti közlekedés során normál körülmények között a városi forgalomhoz viszonyítva az akadályoztatások száma jelentősen csökken. A tüzelőanyag-felhasználást tulajdonképpen a forgalmi viszonyokhoz való alkalmazkodás, a fékhasználat gyakorisága és a légellenállás energiaemésztő hatása következtében az utazási sebesség befolyásolja. A forgalmi viszonyokhoz való alkalmazkodás esetén egyenletes utazási sebességgel közlekedhetünk, továbbá mentesülünk a gyakori előzésektől és az ezzel járó kedvezőtlen hatásoktól. Hegymenet és lejtőmenet: Az energiatakarékosság érdekében emelkedőre történő felmenet folyamán is mindig az alkalmazható legmagasabb sebességfokozatban közlekedjünk úgy, hogy a motor fordulatszáma a maximális fordulatszám 2/3 értékét ne lépje túl. Amennyiben a fordulatszám teljes gázpedál benyomás esetén a max. fordulatszám1/3 értéke alá esik, kapcsoljunk vissza egy fokozattal a vonóerő növelése végett. Meredek lejtőn való közlekedés esetén a gépjármű mozgási energiájának növekedését, illetve csökkentését, a biztonságos vezetéshez tartozó sebesség tartását, mindenkor a megfelelő sebességfokozatba visszakapcsolva motorfék, illetve kipufogófék együttes működtetésével biztosítjuk.
Műszaki megoldások károsanyag kibocsátás csökkentésére • • • •
Gázos autó Elektromos autó Hibrid hajtás Alternatív hajtóanyagok (hidrogén, metanol, biogáz, biodízel, E85, Tüzelőanyag cella)
• KERSZ
Gázos autó A valamivel több mint 2 millió hazai gépjárműből mindössze 100 ezret hajt gáz, és országszerte mindössze 60 töltőállomáson lehet gázt tankolni. A köztudatban és a hazai gyakorlatban is a propán-bután-gázzal (PB) történő autózás terjedt el. Pedig létezik egy más típusú gázzal történő közlekedési forma is: a földgázautózás. A cseppfolyós propán-bután-gáz (LPG, Liquefied Petroleum Gas) azonos a palackos háztartási PB-gázzal. Követelményeit az Európai Unióból átvett MSZ EN 589 szabvány írja elő. A sűrített földgáz (CNG, Compressed Natural Gas) pedig a háztartási vezetékes gáz. A két üzemanyag között az alapvető különbség üzemi nyomásviszonyaiban van.
A CNG-t légnemű állapotban tárolják 200 bar nyomáson, a PB-t cseppfolyós állapotban 5-10 bar nyomáson. A nyomásviszonyok miatt a két üzemanyag tárolótartályainak kivitele és nyomáscsökkentő rendszere (reduktor) alapvetően eltér egymástól. Az amerikai államokra a földgáz (CNG) elterjedése, míg az európai országokra a cseppfolyós PB-gáz (LPG) jellemző. Az európai gázautózás fejlődésében Olaszország és Hollandia foglalja el a vezető helyet. Ezekben az országokban a benzinüzemű autók több mint fele kettős üzemű.
Gázos autó A gázüzemű autók károsanyag-kibocsátása kisebb, mint a hagyományos üzemanyagúaké. A gázüzemanyagok magas oktánszámuk miatt nem tartalmaznak kopogásgátló adalékanyagokat. A gázüzemanyag teljesen elkeveredik a motorba jutó levegővel, tehát tökéletes az égés. Ebből következően a kipufogógázban kevesebb a rákkeltő vegyület, szilárd részecske pedig egyáltalán nincs. A végeredmény: a légkörbe jutó káros anyag mennyisége a benzinüzemhez képest jelentősen csökken. A kevesebb károsanyag mellett "hasznosanyag"-kibocsátás is történik: az autógázok magas hidrogéntartalma miatt az égés során víz keletkezik, ezért a légkörbe jutó szén-dioxid mennyisége kisebb, ami az üvegházhatás csökkentését eredményezi.
Gázos autó Magyarországon a benzin és gáz arányát figyelembe véve 30-40%-kal olcsóbban autózhatunk. A kisebb olajfogyasztás és a kétszeres olajcsere-periódus miatt jelentős költségmegtakarítás érhető el. A sokkal kedvezőbb gáz és levegő keveredésének köszönhetően a motorkopások mintegy 30-40%-kal csökkennek, így nő a gázos motor élettartama. A földgáznak mint gépjármű hajtóanyagnak a legnagyobb előnye, hogy a jelenleg használatos gépjármű-hajtóanyagok közül a legkevésbé környezetszennyező és a legolcsóbb üzemanyagfajta. A tisztán földgázüzemű gépjárművek üzemeltetési költsége körülbelül 1/3-a a benzinüzemű és megközelítőleg fele a PB-üzemű autókénak. A földgáztöltő állomások alig kiépített hálózata miatt eddig nem tudtak elterjedni hazánkban.
Az átalakításokat a Műszaki Biztonsági Főfelügyelet által engedélyezett szakszervizekben, speciálisan képzett autógáz szerelők végzik!
Gázos autó Gáz üzem
Benzin üzem
Beruházási költség (Ft)
220 000
LPG átlagár (Ft)
250
Benzi átlagár (Ft)
413
Fogyasztás város (l/100km)
8,5
Fogyasztás város (l/100km)
8
Fogyasztás 100 km-re
Fogyasztás 100 km-re 2 125
(Ft/100km)
3 304 (Ft/100km)
Különbség (Ft/100km)
1 179
Különbség (Ft/1km)
11,79
Megtérülés (km után)
18 660
Elektromos autó http://villanyverda.hu/home.html
Példa
Hibrid hajtás
Példa
Az első a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Jármű és Járműirányítási Tudásközpontjában Kádár Lehel vezetésével
A jármű elsősorban elektromos hajtású, de van egy 400 cm3 hidrogénmotorja is melyet az akkumulátorok táplálnak. Ha az akkumulátorok kifulladtak, akkor a hátsókerékbe szerelt motorokat, hidrogénnel, E–85-ös bio-etil-alkohollal vagy benzinnel lehet működtetni a beépített aggregátot. Az autó 200 kilométert megy az akkumulátorokkal és a hidrogéngázzal töltött motorral, amely szintén magyar szabadalom. Ha mindez kifogyna, még mindig 100 km-t mehetünk a benzines motorral. Így körülbelül 300 Ft-be jön ki 100 km megtétele, nem rossz
Hibrid hajtás
Példa
Antro Kht. 2001 óta fejleszti és a „SOLO” névre hallgat
A fogyasztása 1,5 -2 l /100 km, a széndioxid kibocsájtása csak a negyede a hagyományos autóéhoz képest 33g/km. Az autó súlya, köszönhetően a szénszálas kompozitnak mindössze 270kg. Méretei: 3,12 méter hosszú és 1,92 cm magas.
SOLO melyben lítium-ion akkumulátorok vannak, és azok töltöttségéért az autó tetején lévő napelemek felelnek, persze van benne bioetanollal működő motor is, de ha ezek sem lennének elegek, akkor maguk az utasok is fejleszthetnek energiát lábuk erejével, mivel vannak benne pedálok. 10 másodperc alatt gyorsul 100 km/h-ra és a végsebessége 140 km/h.
Hibrid hajtás A benzines hibridek kilométerenként nagyjából 25%-kal kevesebb üvegházhatást okozó gázt bocsátanak ki, mint a hagyományos társaik. A kétüléses Honda Insight például kilométerenként 80 grammnál is kevesebb CO2-t bocsát ki, ez az érték egy átlagos, hagyományos benzines autó kibocsátásának a fele. A benzines hibrid személyautó károsanyag-kibocsátásai jelentősen kisebbek, mint egy a hagyományos benzines autóé, ugyanis akár 90%-kal kevesebb szénmonoxidot, szénhidrogént és nitrogén-oxidot bocsát ki, mint a hagyományos benzines társai. A hibridizált jármű mindig is alacsonyabb kibocsátási értékekkel rendelkezik majd, mint a hagyományos megfelelője. Alacsony sebességnél (25 km/h alatt) a legtöbb hibridben csak az elektromos hajtás működik, ilyenkor a jármű használatakor egyáltalán nem történik károsanyag-kibocsátás. Hibrid típusa
Fogyasztás és CO2 csökkenés
Mikrohibrid
5-10%
Mildhibrid
10-15%
Fullhibrid
25-30%
Forrás: Dr. Emőd István, Tölgyesi Zoltán, Zöldy Máté: Alternatív Járműhajtások (Maróti Könyvkereskedés és Kiadó, 2006)
Hibrid hajtás A villanymotor teljesítménye alapján: (mikro-, mild-, fullhibrid) A mikrohibrid rendszer lényege: A legkisebb villamos teljesítményű, párhuzamos hibridhajtás. Egy speciális szíjmeghajtású villamos gép, amely egyrészt ellátja a jármű elektromos hálózatát feszültséggel, másrészt indítómotorként üzemel. Start-stop üzemmódhoz is alkalmas technológiai megoldás. A mildhibridek villamos teljesítménye már nagyobb, de még ebben az esetben sem képes a villanymotor önmagában a jármű meghajtására. Ennél a típusnál a benzinmotor működését segíti a villanymotor. Ennek következtében jobban gyorsul a jármű és csendesebb a motor. Az akkumulátor a fékezési energia tárolására is képes (regeneratív fékezés). A fullhibrid típusú járművek villamos teljesítménye a legnagyobb a felsoroltak közül, ezért ezek a típusok már tisztán villamos hajtással is képesek bizonyos távolságok megtételére, anélkül, hogy a belsőégésű motor járna. A számítógép folyamatosan figyeli az akku töltöttségi fokát, ugyanis az soha nem lehet kb. 40% alatti, vagy 60% feletti. Ha ezen értéktartományokon belül marad az akku töltöttsége, akkor az élettartama elérheti a jármű élettartamát is.
Hibrid hajtás Szerkezeti kialakításuk szerint: soros, párhuzamos és vegyes hibridekről A soros hibrid esetében a belsőégésű motor nem a kerekeket hajtja, hanem egy generátort, melynek árama a villanymotort hajtja és az akkumulátort tölti. A belsőégésű motor és a hajtott kerekek kapcsolatának hiánya lehetővé teszi, hogy a motor állandó fordulatszámon és nyomatékon járjon, amivel kiküszöbölhetők a motorüzem hirtelen váltásai. Ez egyértelműen pozitív hatással van a károsanyag-kibocsátásra. A soros hibrid esetében nincsen sebességváltó a járműben. A párhuzamos hibrid típusnál a kerekeket a villanymotoron kívül a belsőégésű motor is hajtja. Igénytől függően lehetőség van arra is, hogy a járművet csak az egyik, a vezetési helyzetnek éppen legmegfelelőbb motor hajtsa, de szükség esetén mindkét motor együttesen is működhet. A harmadik típus az előbbiek előnyös tulajdonságait igyekszik egyesíteni, ez a vegyes hibrid típus. Ez abban tér el a soros hibridtől, hogy egy tengelykapcsoló zárásával a belsőégésű motor nyomatéka közvetlenül is eljuttatható a kerekekhez, így az is szerepet játszhat a hajtásban, úgy, mint a párhuzamos hibridek esetén.
Hibrid hajtás Szerkezeti kialakításuk szerint: soros, párhuzamos és vegyes hibridekről Soros
Párhuzamos Vegyes
Hibrid hajtás
Alternatív hajtóanyagok kibocsátása (hidrogén, metanol, biodízel, E85, Tüzelőanyag cella, AdBlue rendszer )
• • • • • •
hidrogén, metanol, biodízel, E85, tüzelőanyag cella AdBlue rendszer
Alternatív hajtóanyagok kibocsátása (hidrogén, metanol, biodízel, E85, Tüzelőanyag cella, AdBlue rendszer ) A hidrogén energiatartalma
Forrás: M.Ball: The Hydrogen Economy, 2009.
Alternatív hajtóanyagok kibocsátása (hidrogén, metanol, biodízel, E85, Tüzelőanyag cella, AdBlue rendszer ) A hidrogén előállítási módok költségei
Forrás: Mayer Z., 2009.
Alternatív hajtóanyagok kibocsátása (hidrogén, metanol, biodízel, E85, Tüzelőanyag cella, AdBlue rendszer ) A hidrogén tárolása
Forrás: H2 Logic
Forrás: http://fuelcell.hu/
A metanol, mint energiahordozó (hidrogén, metanol, biodízel, E85, Tüzelőanyag cella, AdBlue rendszer )
A metanol (metilalkohol) (CH3OH) a hidrogénhez hasonlóan jól felhasználható tüzelőanyag. A metanol hidrogén-előállító anyagként is felfogható, mivel a kémiai folyamatokban általában úgy vesz részt, hogy felbomlik hidrogénre és szén-monoxidra. Ez a tulajdonsága teszi lehetővé, hogy a tüzelőanyag-cellákban a hidrogénhez hasonlóan felhasználható tüzelőanyagként, akár közvetlenül, akár reformált hidrogén helyi előállítására. A metanol előnye a hidrogénhez képest az, hogy normál hőmérsékleten és nyomáson folyékony állapotú, ezért tárolása, kezelése, töltése és szállítása sokkal egyszerűbb, mint a cseppfolyós hidrogéné.
A metanol, mint energiahordozó (hidrogén, metanol, biodízel, E85, Tüzelőanyag cella, AdBlue rendszer ) A metanol (metil-alkohol, faszesz, CH3OH) a legegyszerűbb telített alkohol (az alkoholok homológ sorának első tagja). A faszesz (triviális) elnevezés abból adódik, hogy korábban száraz fa lepárlásával állították elő.
Sűrűség
0,7918 g/cm3
Forráspont 64,7 °C
CH3OH Tökéletes égése:
Előállítás:
CO + 2 H2 → CH3OH
2 CH3OH + 3 O2 → 2CO2 + 4 H2O
szénmonoxid + hidrogén = faszesz.
Színtelen, jellegzetes szagú, standard körülmények között (kis viszkozitású) folyadék. Dipólus molekula, ezért vízzel jól elegyedik, maga is kiváló oldószer. Molekulája viszonylag kicsi. Könnyen összetéveszthető az etanollal, forráspontja azonban alacsonyabb az etanolénál.
A folyamat 200 atmoszféra nyomáson, 400-450°-on, cink és kéndioxid katalizátorok jelenlétében megy végbe.
Alternatív hajtóanyagok kibocsátása (hidrogén, metanol, biodízel, E85, Tüzelőanyag cella, AdBlue rendszer ) Biodízel Előny: A biodízel megújuló és kénmentes üzemanyag, ezért a használatával okozott környezeti terhelés jóval kisebb, mint a hagyományos fosszilis gázolajé. Elégetésekor kevesebb korom keletkezik, valamint a kénmentessége révén a katalizátorok és hasonló kipufogógáz-utókezelő rendszerek hatása tökéletesen kihasználható. Hátrány: Használatával a motor valamivel kisebb teljesítmény leadására képes, amit adalékanyagokkal lehet kompenzálni. Jobb hatásfokkal ég, viszont ezzel magasabb a nitrogén- (Nox, nitrogén+oxid) kibocsátása. Hidegre érzékeny, már 0 fokon dermed. Vegyes használatban minden dízelautó tökéletesen működik biodízellel, viszont tartós használat esetén az üzemanyagrendszer egyes alkatrészeit ellenállóbbra kell cserélni. A biodízel könnyű oldószerként viselkedik, az üzemanyagrendszert tisztán tartja ugyan, de cserébe az üzemanyagszűrő gyakoribb cseréje is javasolt.
Alternatív hajtóanyagok kibocsátása (hidrogén, metanol, biodízel, E85, Tüzelőanyag cella, AdBlue rendszer ) E85 bioetanol 85% növényi alkoholból és 15% motorbenzinből álló keverék, amit speciálisan átalakított benzines autókba lehet tankolni. Előny: A Bioetanol megújuló energiaforrás, elégetésével a növények által megkötött CO2 kerül vissza a levegőbe. Égése a benzinhez képest sokkal tisztább, az égéstermék nehézfémektől mentes, valamint 27%-kal alacsonyabb CO-, 20%-kal alacsonyabb SOx-, 5%-kal alacsonyabb NOx-kibocsátású lesz. 105 oktánszámú üzemanyag, nagyon jó a kompressziótűrése, viszont alacsonyabb hőfokon ég, így a motor kevésbé melegszik, ami az alkatrészek élettartamának kedvez. Viszonylag olcsó az autó átalakítása. Hátrány: Az alkohol párolgási hője háromszor nagyobb a benzinénél, ami hidegindítási problémákat okozhat. Az autó fogyasztása 25-30%-kal megnő. A gépkocsik hajtásához használt gázok égési tulajdonságai nagyon hasonlítanak a hagyományos üzemanyagokéhoz, összetételük szerint is szénhidrogének, vagyis szén és a hidrogén különböző vegyületeiből állnak, és a biogázok kivételével fosszilis üzemanyagok.
Tüzelőanyag-cella (hidrogén, metanol, biodízel, E85, Tüzelőanyag cella, AdBlue rendszer )
A tüzelőanyag-cella a hidrogén és metanol egyik leggazdaságosabb hasznosítási módja. A tüzelőanyag-cella közvetlenül, hidrogén vagy metanol felhasználásával, viszonylag jó hatásfokkal villamos energiát állít elő. A tüzelőanyag-cellák kis és nagy teljesítményű villamos fogyasztók energiaellátására egyaránt használhatók.
Tüzelőanyag-cella (hidrogén, metanol, biodízel, E85, Tüzelőanyag cella, AdBlue rendszer ) A tüzelőanyag-cellák típusainak összehasonlító áttekintése
[oC]
Tüzelőanyag-cella (hidrogén, metanol, biodízel, E85, Tüzelőanyag cella, AdBlue rendszer ) A legelterjedtebb tüzelőanyag-cella a protoncserélő membrános tüzelőanyag-cella.
Forrás: SGL Group http://www.sglgroup.com/cms/international/home/index.html?__locale=en
Tüzelőanyag-cella Néhány hatályos szabványt, amelyek a hidrogén-üzemanyagra, illetve a H2 töltőállomásokra vonatkoznak:
• EN 50465: Gázkészülékek – Tüzelőanyag-cellás gázfűtőkészülékek – Tüzelőanyag-cellás gázfűtőkészülékek 70 kW-nál kisebb bemenő hőteljesítménnyel • MSZ EN 62282-3-1:2007: Tüzelőanyagcella-technológia. 3-1. rész: Helyhez kötött tüzelőanyagcellás-energiarendszerek. Biztonság • MSZ EN 62282-3-1:2007: Tüzelőanyagcella-technológia. 3-1. rész: Helyhez kötött tüzelőanyagcellás-energiarendszerek. Biztonság (IEC 62282-3-1:2007) • MSZ EN 62282-5-1:2007: Tüzelőanyagcella-technológia. 5-1. rész: Hordozható tüzelőanyagcellás-energiarendszerek. Biztonság (IEC 62282-5-1:2007) • ISO 13985:2006: Folyékony hidrogén – Járművek üzemanyagtankja • ISO 14687:1999: Hidrogén üzemanyag – Termékspecifikáció • ISO/TS 20100:2008: Gáz-halmazállapotú hidrogén – Üzemanyagtöltő állomások • ISO 17268:2006: Komprimált hidrogén járművekbe történő tankolásánál alkalmazott csatlakozási eszközök • ISO 23828:2008: Tüzelőanyag-cellás közúti járművek – Az energiafogyasztás mérése – Komprimált gáz állapotú hidrogénnel üzemelő járművek
Alternatív hajtóanyagok kibocsátása (hidrogén, metanol, biodízel, E85, Tüzelőanyag cella, AdBlue rendszer ) A közismert SCR megnevezés az angol Selective Catalytic Reduction név rövidítéséből származik.
AdBlue rendszer
Az SCR technológia lényege, hogy AdBlue vagyis karbamid oldatot fecskendeznek a kipufogógázba mely egy speciális katalizátorba lép be. A nitrogénoxidok (NO és NO2) redukálást ammónia (NH3) végzi katalizátor közreműködésével. Az ammóniának a katalizátorban kell jelen lennie. Ez az anyag a karbamid vizes oldata, kereskedelmi megnevezése AdBlue. A rendszernek viszonylag magas hőmérsékletre (min. 250 °C) van szüksége ahhoz, hogy hatékonyan működhessen és csökkentse a károsanyag-kibocsátást. Induláskor a motorvezérlés segítségével a kipufogógáz hőmérsékletét különböző megoldásokkal igyekeznek gyorsan emelni, hogy az minél előbb felfűtse a katalizátort. Az hő hatására felszabadult ammónia reakcióba lép a kipufogógáz nitrogén-oxidjaival, és nitrogénné, valamint vízzé alakítja át azokat.
Alternatív hajtóanyagok kibocsátása (hidrogén, metanol, biodízel, E85, Tüzelőanyag cella, AdBlue rendszer )
AdBlue rendszer Az AdBlue előnyei • nincs motorteljesítmény korlátja • használatával már a kezdettől fogva lehetséges az Euro 5 előírások teljesítése • gazdaságos üzemanyag fogyasztás • NOX redukció közel 90 % • a tüzelőanyag fogyasztás csökkenés kb. 2-5 % • az AdBlue fogyasztás az üzemanyag fogyasztás 3-4%-a, ha az Euro 4 előírásoknak megfelelő káros anyag kibocsátás a követelmény. Az Euro 5 esetén az AdBlue fogyasztás 5-7 %-os • jelenleg az AdBlue ára a dízel üzemanyag árának a töredéke
KERS Kinetic Energy Recovery Systems Fékezéskor a számítógép automatikusan lekapcsolja a belső égésű motort, az autó mozgási energiáját pedig javarészt nem a féktárcsák, hanem a KERSZ-rendszer akár • 60.000/perc fordulatszámra felpörgő, • mindössze 6 kilogrammot nyomó, • 20 cm-es lendkerekének megforgatása emészti fel. Amikor a vezető újra gázt ad, a pörgő lendkerék megforgatja a hátsó tengelyt, ezzel elkezdi gyorsítani az autót. Ezzel éppen a motor legrosszabb hatásfokú üzemi szakaszát, a kis fordulatszámról történő gyorsítást lehet kiiktatni, így a fogyasztáscsökkentés akár a 20% is lehet.
A 80 lóerőnyi plusz teljesítményt biztosító KERS
Vákuumban futó lendkerék
Lendkerékház
(karbon szálas kerék acél kerékagyon)
CVT modul Fokozatmentesen változó áttételű erőátvitel
Kihajtás Fogaskerekek, tengelykapcsoló
Hátsó hajtótengely Hajtóerő a hátsó kerekekhez
KERS Kinetic Energy Recovery Systems A korszerű villanymozdonyok, metrószerelvények, villamosok fékezéskor generátoros üzemben használják a hajtómotorokat és így energiát táplálnak vissza a felső vezetékbe, amit valaki más – például egy másik, éppen gyorsító szerelvény – felhasználhat. A KERS építéséhez egy motor, egy teljesítményelektronika és egy akkumulátor kell. (a hibrid autóhoz is)
A Marelli-KERS vízhűtéses elektromotorja
Fékezéskor a villanymotor generátorként működik és feltölti az akkumulátort. Gyorsításkor pedig az így eltárolt energiával hajtják a villanymotort, ami plusz lóerőket tesz a benzinmotor mellé.
2009-ben a Ferrari és a Renault az olasz Marellitől szerezte be a KERS-t.
A cél tehát: KERS-rendszer lendkerék 1. Mozgási energia átalakítása (lassítás) 2. Energia tárolása 3. Mozgási energia visszanyerése (gyorsítás)
Fékezéskor
Plusz energia rövid ideig Hirtelen kigyorsításkor A Formula-1 szabályai szerinti KERS alkalmazáshoz (2009) a ma ismert megoldások közül a lítium-ionos akkumulátor az egyetlen szóba jöhető energiatároló, bár elvileg a szuperkondenzátorok bevetése sem kizárt.
Az utcai változatoknál úgy oldják meg a problémát, hogy több száz kilónyi akkumulátor között "terítik szét" a fékezéskor visszanyert energiát, de a nagy áramerősséggel végzett töltés és kisütés így is az élettartam (és a hatásfok) rovására megy.
Az előadás összefoglalása • Az autó története • Szemlélet váltás az autógyártás terén • Az autó káros anyag kibocsátási határértékek múltja, jelene és jövője (EURO 1 EURO 6) • Káros anyag kibocsátás mérése (RKF, AVL, …) • Károsanyag kibocsátás csökkentés lehetőségei • Műszaki megoldások károsanyag kibocsátás csökkentésére (villany autó, hibrid hajtás, alternatív hajtóanyagok, KERS)
Köszönöm figyelmüket !
Ludwig-Bölkow Systemtechnik, 2008
Autó és Környezet Forrás: Ludwig-Bölkow Systemtechnik
Mind a négy fő alternatíva esetében közös kiindulási alap, hogy 1 hektár területhasználatról beszélünk. Látható azonban, hogy a napelemes (fotovoltaikus) villamosenergia-termelésnél, majd ebből a hidrogén-előállításnál csak 33%-os az adott egy hektár napelemekkel való lefedettsége, a szélerőműves áramtermelésnél pedig csak 1%-os a tényleges fizikai területfoglalás az egy hektáros területen belül, így a maradék területen pl. élelmiszernövényeket vagy takarmányt lehet termelni. A biomassza esetében sajnos az egy hektáros területen ténylegesen 100%-os a területfoglalás mértéke. Ugyanakkor a megtermelt energia mennyisége (GJ/hektárban A hidrogén- és metanolgazdaság 116 Created by XMLmind XSL-FO Converter. kifejezve) ugyanezen sorrendben csökken; egy középkategóriás referencia-személyautót alapul véve pedig az is látható az ábrán, hogy hány kilométert lehet megtenni (évente) az egységnyi területhasználat mellett. Itt belső égésű motoros (ICE), és tüzelőanyag-cellás (HTC) autótípus is fel van tüntetve, és minden esetben a már említett magasabb hatásfok miatt a HTC járművel számottevőn nagyobb távolságot lehet megtenni ugyanakkora energiafelhasználással. Az ábra egyik végső tanulsága, hogy a hidrogénnel működő értékláncok többszörös hatékonyságot mutatnak a területfelhasználás tekintetében is, mint például az első generációs bioüzemanyagok. A bemutatott ábra tulajdonképpen egy well-to-wheel szemléletű területfelhasználási (km/ha) elemzés. Egy túlnépesedő és élelmiszerár-növekedéssel terhelt világban ez egyre inkább fontos szemponttá válik.
Autó és Környezet
