Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Alternativní paliva pro motorová vozidla Bakalářská práce
Vedoucí práce:
Vypracoval:
doc. Ing. Miroslav Havlíček, CSc.
Vlastislav Kalus
Brno 2008
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma „Alternativní paliva pro motorová vozidla“ vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně.
dne……………………………………….…. podpis bakaláře ………………………….
Především bych touto cestou rád poděkoval doc. Ing. Miroslavu Havlíčkovi, CSc. za odborné vedení mé bakalářské práce. Dále pak Ing. Jiřímu Dvořákovi za rady a připomínky.
Anotace Téma mé bakalářské práce je „Alternativní paliva pro motorová vozidla“ . Stručně zde rozděluji jednotlivá alternativní paliva. Dále pak uvádím charakteristiky jednotlivý paliv, jejich výhody a nevýhody a příklady použití v motorových vozidlech. V závěru se zaměřuji na budoucnost alternativních paliv a jejich perspektivu.
Klíčová slova Palivo, biomasa, plyn, emise, bionafta, akumulátor, LPG, elektromotor, ropa, hybrid, motor
Annotation The topic of my bachelor thesis is " Alternative fuel for motor vehicles". It includes brief division of alternative fuels. Consequentially it shows characteristics of single fuels and their advantages and disadvantages as well as examples of implementation in motor vehicles. Conclusion focus on future of alternative fuels and their perspective.
Key words Fuel, biomass, gas, emission, biodiesel, accumulator, LPG, elektromotor, crude oil, hybrid, engine
1.
ÚVOD................................................................................................................... 1
2.
CÍL PRÁCE .......................................................................................................... 3
3.
ALTERNATIVNÍ PALIVA ................................................................................. 3 3.1
Pohon ropným plynem LPG ................................................................................. 3
3.2
Pohon zemním plynem CNG a LNG .................................................................... 6
3.3
Biopaliva a alkoholy ............................................................................................. 8
3.3.1
Rostlinné oleje a bionafta ............................................................................. 9
3.3.2
Etanol a metanol ......................................................................................... 10
3.3.3
Bioplyn........................................................................................................ 12
3.3.4
Emulzní motorová nafta.............................................................................. 12
3.4
Elektromobily ..................................................................................................... 13
3.4.1
Elektromotory ............................................................................................. 14
3.4.2
Akumulátory ............................................................................................... 14
3.5
Hybridní pohony ................................................................................................. 19
3.5.1 3.6
Uspořádání hybridních pohonů................................................................... 20
Alternativní vozidlové spalovací motory............................................................ 22
3.6.1
Rotační pístový motor................................................................................. 22
3.6.2
Vozidlová spalovací turbína ....................................................................... 25
3.7
Vodíkový pohon ................................................................................................. 26
3.7.1
Palivové články........................................................................................... 27
4.
ZÁVĚR ............................................................................................................... 28
5.
SEZNAM POUŽITÉ LITERÁTURY ................................................................ 31
6.
SEZNAM OBRÁZKŮ........................................................................................ 32
1. ÚVOD Proč vlastně alternativní paliva? Odpovědí je hned několik. Těmi nejdůležitějšími jsou : •
automobilová doprava spotřebuje obrovské množství ropy - palivo do motorových vozidel
•
omezené světové zásoby ropy
•
těžba ropy v řadě politicky nestabilních zemí mimo Evropu
•
zásoby ropy v Evropské unii (těžba v Severním moři) se při neustále se zvyšující spotřebě ropy odhadují na 2O až 3O let
•
očekávaný
útlum těžby ropy po roce 2020 povede ke snižování spotřeby
motorových paliv vyráběných z ropy a naopak k přechodu na alternativní motorová paliva •
snížení závislosti členských zemí EU na dovozu ropy - podpora rozvoje alternativních pohonů automobilů
•
zaváděním alternativních paliv v automobilové dopravě chce Evropská unie snížit emise skleníkových plynů
•
do roku 2020 počítá Evropská unie s 20 až 30% podílem alternativních paliv v dopravě
Co jsou alternativní paliva? Alternativní paliva jsou náhrady za automobilový benzín a motorovou naftu. Jsou mezi ně hlavně řazena: •
biopaliva
•
zemní plyn – stlačený (CNG - Compressed Naural Gas) -
zkapalněný zemní plyn (LNG – Liguifield Natural Gas)
•
vodík
•
elektrická energie a hybridní pohony
•
další vyvíjená paliva
Alternativní paliva se dají rozdělit podle různých hledisek. Rozdělení na kapalná a plynná alternativní paliva ukazují Obr. 1.1 a 1.2
1
Obr.1. 1 Alternativní kapalná motorová paliva
Obr.1. 2 Alternativní plynná motorová paliva
2
2. CÍL PRÁCE Cílem mé práce na téma „Alternativní paliva pro motorová vozidla“ je zejména seznámení s hlavními druhy alternativních paliv. Důvody proč užívat tato paliva, jejich rozdělení a stručná charakteristika. Zmiňuji jejich silné a slabé stránky. V neposlední řadě uvádím příklady použití jednotlivých alternativních paliv v motorových vozidlech. Závěrem uvádím jejich výhled do budoucna jak u nás tak i ve světě.
3. ALTERNATIVNÍ PALIVA 3.1 Pohon ropným plynem LPG Jedná se o zkapalněný plyn - palivo se zajímavými vlastnostmi, a to nejen z hlediska ochrany životního prostředí. Hlavními složkami jsou uhlovodíkové plyny které mohou mít různé zdroje. Mohou to být snadno kondenzující podíly ze zemního plynu
nebo z ropy a těkavé frakce z technologii rafinérského a petrochemického
průmyslu. Zkapalněný plyn je hlavně směsí propanu a butanu, obsahuje jen velmi málo síry, olovo neobsahuje žádné a stejně tak neobsahuje žádné benzenové uhlovodíky. Za běžných teplot a tlaku je směs plynná ale malým tlakem je možné směs zkapalnit a to i za normálních teplot. Při zkapalnění se objem paliva zmenší – z 1m3 plynu vniknou 4 litry kapaliny. LPG se poprvé objevilo v roce 1910. Zásluhou dr. Snellinga. se využívalo v prvních spotřebitelských výrobcích. K širšímu využití v automobilovém odvětví došlo až v 70. letech minulého století - Toyota začala připravovat speciální motory schopné spalovat propanbutanovou směs. V České republice se LPG více rozšířilo až po roce 1989. K rozmachu přispívala nejenom nízká ceny plynu, ale i velmi nízká cena přestavby - zhruba 10.000 korun, Homogenní směs vzduchu a paliva dosahuje dobré rozdělitelnosti mezi válce, to znamená že je výhodné pro spalování. LPG používané v automobilech je skladováno v nádržích (viz obr) v kapalné formě pod tlakem. Automobil s pohonem LPG si uchovává své jízdní vlastnosti. Díky použití moderních technologii si automobil zachovává téměř stejný výkon. Při nízkých otáčkách je motor dokonce pružnější. Tankování LPG je velmi jednoduché. Vše je obdobné jako čerpání benzinu. V současnosti dochází k nárůstu čerpacích stanic LPG (viz obr. 3.1). Počet čerpacích stanic LPG v ČR je v současnosti okolo 750.
3
Obr. 3. 1 Čerpací stanice LPG Negativa : •
počáteční investice - cena pohonného systému a jeho schválení. Suma není přesně dána a její rozptyl je od 10 000 – 40 000 dle použitého systému.
•
zvýšení spotřeby zhruba o 10% oproti klasickému palivu
•
snížení výkonu motoru o přibližně 5% (záleží na použitém systému, není pravidlem)
•
každoroční revize plynového systému, jejíž cena je cca 250 Kč.
•
zákaz vjezdu do podzemních garáží
•
zmenšení objemu zavazadlového prostoru
•
s autem vybaveným pohonem LPG se nedostanete na ostrovy Spojeného království, protože vozidla na plyn mají zakázán vjezd do některých tunelů a na trajekty
Pozitiva : •
provozní náklady
•
emise zplodin vydávaných vaším vozem
•
zvýšení životnosti motoru, protože se nevytvářejí karbonové usazeniny. Za zmínku stojí i prodloužení životnosti oleje
•
dojezd - na dvě nádrže (plyn/benzín) se ujede více než na jednu
•
lepší kultivovanost a celkové snížení hlučnosti motoru
•
bohatá síť čerpacích stanic na celém území ČR
4
Perspektiva LPG Za posledních 10 let došlo ke značnému rozvoji pohonu osobních vozidel na LPG. Umožnila to především dostupnost čerpacích stanic a zjednodušení podmínek pro přestavbu vozidla. Poněkud stranou však zůstává nabídka nových vozidel z prvovýroby. Světové značky sice tyto automobily ve svém programu většinou mají, ale z různých důvodů je dávají stranou hlavních marketingových aktivit. Vývoj v posledních letech prokázal, že LPG má před sebou stále větší budoucnost. Je považován za plnohodnotné palivo, nikoliv jen za vedlejší produkt při zpracování ropy nebo zemního plynu. Na trhu s energetickými médii roste jeho význam úměrně se stále vyšší poptávkou po energiích. Horizont dodávek LPG je dán životností zdrojů, jimiž jsou v současné době ropa a zemní plyn. Do budoucna lze počítat s tím, že budou nalezena další ložiska těchto surovin, ale i s tím, že s postupem let jejich ceny, vzhledem ke konečné omezenosti zásob, porostou. Potom mohou přijít, na rozdíl od jiných paliv, ke slovu technologie výroby LPG z uhlí, případně z biomasy. Další rozvoj plynových pohonů závisí a bude záviset na daňové politice státu. Pokud totiž budou provozní náklady vozidla poháněného plynem vzrůstat a začnou se blížit provozním nákladům vozidel na jiné druhy paliv, přestane být jejich provoz zajímavý. Příklad zapojení LPG - Příklad zapojení pohonu LPG u automobilu Škoda Octavia 1.6 (viz Obr. 3.2).
Obr. 3. 2 LPG – Škoda Octavia 1.6
5
3.2
Pohon zemním plynem CNG a LNG Zemní plyn je složen přibližně z 85% metanu (CH4 – jednoduchý uhlovodík bez
zápachu či barvy, je hořlavý a se vzduchem vybuchující plyn, vyskytuje se v přírodě jako bahenní nebo důlní plyn), z 10% oxidu uhličitého a dusíku, a dále z 5% vyšších uhlovodíků. Při zpracování zemního plynu by měli být odstraněny vyšší uhlovodíky. V případě potřeby se odstraňují inerty a v každém případě sirovodík. •
CNG - Compressed Natural Gas - jde o stlačený zemní plyn - v tlakových láhvích automobilů - bez výplně -s výplní s velkou
aktivním
uhlíkem,
absorpční schopností
( pojmou až o 50% více než bez výplně ) - v zásobníku vozidla bývá stlačen až na tlak 20 MPa, kompozitované až na 35 MPa
•
LNG - Liquified Natural Gas - jde o zemní plyn zkapalněný - ke zkapalnění je potřeba teplota -162°C
Stlačený/zkapalněný zemní plyn (CNG / LNG) Negativa : •
nedostatečná infrastruktura – zejména se jedná o problém malého počtu plnících stanic - každé alternativní palivo, které se snaží konkurovat tradičním pohonným hmotám, trpí neexistencí dostatečné infrastruktury potřebné k rozšíření jeho užití
•
vyšší náklady – přestavba vozidla na plyn - zmenšení vnitřního objemu (nádrž) - menší dojezd
6
•
zpřísněná bezpečnostní opatření - garážování - opravy plynových vozidel
Pozitiva : • ekologické výhody – skleníkový efekt je u plynových motorů menší v porovnání s benzinem či naftou - vozidla na zemní plyn produkují výrazně méně škodlivin než vozidla s klasickým palivem •
ekonomická výhodnost – 2 až 3x nižší náklady na pohonné hmoty
•
provozní výhody – zvýšení dojezdu u dvoupalivových systémů - lepší směšování zemního plynu se vzduchem umožňuje rovnoměrnost
palivové
směsi
a
možnost
pracovat
s vysokým součinitelem přebytku vzduchu - vyšší životnost motoru – vnitřní části motoru nejsou tolik zanášeny •
bezpečnost - lehčí než vzduch - zápalná teplota je dvojnásobná oproti benzínu - tlakové nádrže vyrobené z oceli, hliníku nebo kompozitu to znamená že jsou bezpečnější než benzinové nádrže.
•
jednoduchost – rozvod k uživateli plynovodem - větší zásoby plynu než ropy – větší perspektiva
Plnící stanice LCNG: Plnící stanice (viz Obr. 3.3) nevyžadují plynovou přípojku a jsou energeticky méně náročné než CNG stanice. Musejí však být pravidelně zásobovány zkapalněným zemním plynem pomocí silničních přepravních cisteren, což poněkud zvyšuje celkové riziko provozu. Základem stanice je kryogenní nádoba se zásobou zkapalněného a podchlazeného zemního plynu – LNG. Plyn je pomocí čerpadla dopravován pod vysokým tlakem do výparníku, odkud již v plynném stavu plní tlakový zásobník CNG, dále je stanice stejná jako CNG.
7
Obr. 3. 3 LNG čerpací stanice – detail výdejního stojanu
3.3 Biopaliva a alkoholy Biomasa, to je společný původ všech biopaliv. Biomasa je veškerá organická hmota vzniklá především fotosyntézou - rostliny. Do této kategorie patří i biomasa živočišná a mikrobní, které však zatím nejsou pro přípravu biopaliv tolik důležité. Mezi všemi obnovitelnými zdroji energie má biomasa vyjimečné postavení, Představuje akumulovanou sluneční energii, na rozdíl od jiných zdrojů. V ČR je možné k čistě energetickým účelům využít až 8 mil. tun biomasy. I když biomasou nelze zcela nahradit klasické fosilní zdroje, předpokládá se, že tímto způsobem může být v naší republice pokryto 15 – 20 % spotřeby všech paliv. Energetické rostliny se rozdělují na rychle rostoucí dřeviny a rostliny bylinného charakteru. Hlavní výhodou energetických bylin je především krátké vegetační období, snadnější výsev, možnost zpracování i na energetické účely, možnost rychlé změny druhu rostlin. Z čeho se vyrábí etylalkohol: cukrová řepa, obilí, brambory, aj. Z čeho se vyrábí olej a metylester: řepka olejná, slunečnice, len, aj. Vysoce hodnotné ekologické palivo pro spalovací motory je tylalkohol (etanol). Nedostatkem však je jeho schopnost vázat vodu, což způsobuje korozi motoru. Tomuto lze nicméně předejít přidáváním aditiv. Bioplyn – označovaný dříve jako kalový plyn - je směs plynů: 50 až 75% metanu, 25 až 40% oxidu uhličitého, 1 až 3% dalších plynů (dusík, vodík, vzácné plyny, sirovodík, vodní páry).
8
3.3.1
Rostlinné oleje a bionafta Již v 70. letech 20. století byl zkoumán řepkový olej, jako možnost pohonu
vznětových motorů. Pokud se používá neupravený řepkový olej, je nutné konstrukčně upravit vznětový motor. Jen speciální konstrukční řešení motoru Elsbeth, motory s předkomůrkou, případně s vířivou komůrkou se dokázaly vyrovnat s jinými vlastnostmi řepkového oleje Bionafta první generace, u nás známa jako MEŘO - MetylEster Řepkového Oleje – jedná se o směs řepkového oleje s metanolem - bionafta. V naší republice se čisté MEŘO nepoužívá. Ale v některých zemích ano. Zejména pak v sousedním Rakousku a Německu. Tato bionafta má své nedostatky především v nízké kalorické hodnotě (37,5 MJ oproti 42,5 MJ u klasické motorové nafty) projevující se nižším výkonem a vyšší spotřebou motoru. Sám fakt, že estery obecně jsou rozpouštědly, způsobuje korozi a bobtnání součástí z klasické pryže i styrenbutadienu. Lze tomu čelit náhradou těchto součástí za nové, vyrobené z nitril- nebo fluor-kaučuku. K těm jsou estery netečné. Bionafta 2. generace, tzv. směsná nafta, jedná se o více komponentní palivo, které musí dle nařízení vlády obsahovat min. 30 % metylesteru řepkového oleje (MEŘO). Zbývajících 70 % tvoří látky minerálního (ropného) charakteru, na které jsou ovšem kladeny obrovské nároky z hlediska rozložitelnosti. Výsledná směs musí totiž splňovat kritérium biologické rozložitelnosti min. 90 % za 21 dní. Ropné komponenty proto musí být hluboko odsířené a dearomatizované, aby tuto skutečnost splňovaly. Nevýhody bionafty 1. generace odstraňuje bionafta 2. generace. Je daleko méně agresivní vůči pryži (přesto výrobci doporučují výměnu). Rovněž odpadá tolik diskutovaná častější výměna olejové náplně jako tomu bylo u bionafty I. generace. Zde totiž docházelo k tvorbě látek pryskyřičné povahy jejich stíráním pístními kroužky do olejové lázně a následkem byla tzv. želatinizace oleje. Ten se stal při nižších teplotách nečerpatelný a docházelo k přidření pístní skupiny. Nutnost výměny oleje se tak stala aktuální již po 50 % životnosti náplně. Tento negativní jev plně odstraňuje bionafta II. generace díky nízkému podílu MERO. Rovněž palivářské a motorářské vlastnosti se již těsně přibližují parametrům komerční motorové nafty. V současné době je na našem trhu asi 15 výrobců bionafty. Patří mezi ně např. Milo Olomouc, Mydlovary u Českých Budějovic, SETA Holding Litvínov. Řepka olejná, jako rostlina na sebe dokáže vázat při fotosyntetické reakci daleko více CO2, než se následně při spálení MEŘO uvolní do ovzduší. 9
Z jednoho hektaru řepky je možné získat přibližně 1.2 t řepkového oleje, který při přeměně na MEŘO má energetický obsah 47,8 GJ. Název bionafta vznikl z překladu německého Biodiesel, který ale znamená 100% MEŘO.
3.3.2
Etanol a metanol Stejně jako paliva ropná, benzín nebo nafta mají podobné vlastnosti alkoholy
nižších skupin. V případě použití těchto alkoholových paliv, je nutné konstrukčně upravit stávající motor. Etanol a metanol – jsou ve světě nejvíce rozšířená alkoholová paliva. První vzniká kvašením různých rostlinných produktů jako například cukrová třtina, kukuřice a brambory a druhý je technicky vyráběný produkt, získaný ze syntézního plynu. Ze zemního plynu zplyněním uhlí nebo destilací dřeva. Směsy: Etanol – E85 : 85% etanolu a 15% bezolovnatého benzínu Metanol – M85 : 85% metanolu a 15% bezolovnatého benzínu 3.3.2.1 Etanol Etanol se v přírodě vyskytuje jen velmi řídce. Požívání, samozřejmě v malém množství není pro člověka toxické. Na rozdíl od metanolu. Etanol patří k jednomu nejstarších používaných alternativních paliv. Dnes se celkem normálně používá jako náhrada benzínu ve spalovacích motorech. Používá se asi nejvíce v Brazílii a USA. Etanol se dá využít i k jiným účelům a to zejména v potravinářském průmyslu. Fermentace – je proces výroby alkoholu probíhající na cukerných roztocích. Surovina se celá nemění na biopalivo a tak vznikají cenné vedlejší produkty.
Biolíh - etanol, alkohol etylnatý - jde o líh vyrobený z produktů zemědělské výroby. Líh je možné vyrobit ze : sacharidů - z jednoduchých cukrů - glukóza a fruktóza kombinovaných cukrů – oligosacharidů - sacharóza polysacharidů - jako je škrob a celulóza.
10
Negativa : •
konkurence potravinářského průmyslu
•
problémy s biodiverzitou - biologická rozmanitost, různorodost; rozmanitost organismů na všech úrovních organizace druhů, populací i společenstev
•
velké množství hnojiv – znečištěná životního prostředí
•
cena etanolu dvojnásobná proti metanolu
•
rychlejší koroze kovových materiálů
•
napadá plastické hmoty
•
výpary - negativní účinek na lidský organismus - ovlivňují řidičovu schopnost řídit motorové vozidlo
Pozitiva •
výroba etanolu z dřevné biomasy a z odpadní biomasy zem. výroby
•
z jednoho hektaru lze získat 4 755 litrů paliva
•
v motoru je dokonaleji spalován
•
zaručuje vyšší výkon a otáčky motoru
•
vykazuje nižší emise ve spalinách.
3.3.2.2 Metanol Metanol lze získat z některých fosilních paliv-
zemní plyn, uhlí. Nejvíce
metanolu produkuje USA, Brazílie a Švédsko. Z biomasy získaný metanol je dvojnásobně nákladný oproti metanolu získanému z fosilních paliv. Co se týká výkonu a dalších charakteristik jsou jízdní vlastnosti vozidel na metanol obdobné jako u benzínových motorů. Metanol lze použít jako směs i jako čisté palivo. V USA
M85 – 85% metanolu a 15% nafty, M100 – čistý metanol. U
vznětových motorů se musí vozidla vybavit pomocným zapalovacím systémem. Tyto motory mohou spalovat také směs metanolu a nafty. Jestliže směs obsahuje jen několik procent nafty není zapotřebí užití zapalovací svíčky.
Negativa •
formaldehydový zápach – při zahřívání vozidla a startu
•
dvakrát tolik paliva na stejný dojezd (ku naftě)
•
vyšší výrobní cena než benzínu
11
Pozitiva •
odzkoušené výrobní technologie
•
o proti etanolu širší potenciál vstupních surovin
•
levnější než etanol
•
vyšší oktanové číslo než benzín
•
méně škodlivin
•
lehčí manipulace proti benzínu – méně prchavý, dá se uhasit vodou
•
nízká teplota plamene
3.3.3
Bioplyn Bioplyn lze získat metanogením kvašením organických látek. Nejčastěji jsou
těmito látkami chlévská mrva, prasečí kejda nebo odpady v městských čistírnách. Biplyn je směs plynů : 55 % až 75 % metan, 25 % až 40 % oxid uhličitý, 1 %- 3 % další plyny. Nejvíce se v Evropě používá ve Švédsku, Dánsku, Rakousku. Ve světě pak USA, Brazílie, Chile, N. Zéland.
Negativa : •
v zimě je nedostatek a v létě naopak
•
omezené množství a možnost pouze lokálního použití
•
pro pohon mot. vozidel musí být zbaven mechanických nečistot, odsíření
Pozitiva : •
menší emise ve srovnání s benzínem
•
o 30% menší náklady na palivo
3.3.4
Emulzní motorová nafta Zejména ve Francii je známá emulzní motorová nafta – 85 % nafta, 13 % vody a
2 % další přísady. Vozidla spalující motorovou naftu mohou bez úprav spalovat i Emulzní motorovou naftu a navíc produkují významně méně škodlivin : tuhé části – až 80 % - a oxid dusíku – 30 %.
12
Negativa : •
pokles výkonu o 10 – 15 %
•
vyšší cena
•
Zabezpečení stability při delším skladování
Pozitiva :
3.4
•
méně škodlivin
•
snížení kouřivosti motoru
•
lze použít bez úprav motoru
Elektromobily Již v počátcích rozvoje automobilismu konkurovaly elektromobily vozidlům
poháněných spalovacím motorem. Francouz Krieger v 80. letech 19. století patřil mezi první konstruktéry elektromobilů – elektrické drožky v Paříží. Ing. František Křižík postavil v roce 1985 na našem území první elektromobil elektrotechnik. Šlo o dvoumístný vozík se stejnosměrným elektromotorem o výkonu 3 kW, který poháněl tuhou zadní nápravu s diferenciálem pomocí redukčního ozubeného převodu, měl odpruženou otevřenou karoserii se 42 olověnými akumulátory.
Negativa : •
nízká akcelerace
•
dobíjení a doba dobíjení
•
hmotnost
•
po pár letech vyměnit akumulátory – životní prostředí
•
drahé
Pozitiva: •
snadné spouštění
•
tichý chod
•
jednoduchá konstrukce
•
téměř neznečišťuje ovzduší
13
3.4.1
Elektromotory Obdobně jako je tomu u spalovacích motorů, tvoří hnací ústrojí elektromotoru -
motor, převodovka, hnacích hřídel a diferenciál s rozvodovkou. Nejvíce se používá přední nebo zadní pohon s centrálním elektromotorem, tandemové hnací systémy se dvěma elektromotory a pohony kol elektromotory umístěnými přímo v kolech ( viz Obr. 3.4)
Obr. 3. 4 a)přední nebo zadní pohon, b) tandemový pohon, c) pohon v nábojích kol
3.4.2
Akumulátory Důležité parametry akumulátorů jsou :
Měrná energie [W. h. kg-1] - Podle dojezdu se dá spočítat potřebné množství energie, požadovaná hmotnost akumulátorů. Měrný výkon [W. kg-1] - maximální rychlost a zrychlení vozu. Nabíjecí doba [h] - podle druhu akumulátoru – několik hodin Životnost - závislá na nabíjení, vybíjení, údržbě… počet kilometrů s použitím jedné sady akumulátorů. Cena - důležitá vlastnost akumulátorů - spjata s ostatními parametry. Údržba - správná a pravidelná údržba prodlužuje životnost akumulátoru. Recyklace - obsahují látky škodící okolnímu prostředí.
3.4.2.1 Druhy akumulátorů Olověný akumulátor Činnou hmotu na kladné elektrodě tvoří oxid olovičitý a porézní olovo na záporné elektrodě. Elektrolytem je kyselina sýrová a voda. Napětí článku je 2 V. reálný
14
dojezd vozidel s olověným akumulátorem je 50 km na jedno nabití. Životnost olověných akumulátorů ve vozidle je asi 4 roky nebo 700 cyklů nabíjení a vybíjení. Společnost Firefly Energy Inc. vyvinula nový typ olověných kyselinových akumulátorů (viz Obr. 3.5 ), které by mohly najít využití v hybridních automobilech a elektromobilech. Nový typ baterie má podobný design jako klasické olověné akumulátory, nicméně namísto olověné mřížky využívá mřížku z karbonu. To značně snižuje hmotnost, zjednodušuje
výrobu
a
zvyšuje
rychlost
nabíjení.
Klasické olověné akumulátory se dodnes používají ve většině běžných automobilů. Výrobci hybridních vozů a elektromobilů je často nahrazují nikl-kadmiovými (NiCd) a lithium-iontovými (Li-Io) bateriemi, které jsou mnohem lehčí, ale mají jiné nevýhody.
Obr. 3. 5 Olověný akumulátor Akumulátor sodík-síra Akumulátor má až čtyřikrát vyšší energetickou hustotu než akumulátor olověný. Elektrody jsou sodík a síra, elektrolyt je tvořen oxidem hlinitým( viz Obr. Chyba! V dokumentu není žádný text v zadaném stylu.3.6 ). Síra není vodivá, proto se používá k vedení proudu grafitová plst, která je spojena s kovovou kostrou sloužící jako kladný pól. Pracovní teplota akumulátoru je 380 °C. Dojezd vozidel je přes 100 km. Životnost je 1000 cyklů, nebo 30 000 km. Cena je vysoká, proto je životnost neuspokojivá.
Obr. 3. 6 Článek a akumulátor Na-Ni-Cl, 1 – tepelná superizolace, 2 – článek
(Vlk, F.: Alternativní pohony silničních vozidel, Brno 2004)
15
Akumulátory nikl-kadmium Tyto akumulátory jsou plně recyklovatelné a bezúdržbové. Výhodou je vysoká energetická hmotnost, velká životnost - 10 let nebo 2000 cyklů. Kladné elektrody - ny hydroxid hliníku, záporné elektrody - hydroxid kademnatý. Elektrolytem - hydroxid draselný ředěný destilovanou vodou. Mají větší spotřebu vody a ztráty. Naopak nemají výraznou závislost kapacity na teplotě a vybíjecím proudu.
Akumulátory nikl-železo Má obdobné vlastnosti jako akumulátory nikl-kadmium. Záporné elektrody železa. Větší spotřeba vody, dvojnásobný vnitřní odpor, nižší energetickou účinnost a větší pokles kapacity za nízkých teplot oproti nikl-kadmiovým akumulátorům.
Akumulátory nikl-metalhydrid (Ni-MH) Mají mnoho společných znaků jako nikl-kadmiové akumulátory. Záporné elektrody - slitina lanthanu, kobaltu, hliníku a manganu, která při nabíjení vytváří metalhydrid a nahradila škodlivé kadmium. Ni-MH akumulátory jsou tak ekologické a dosahují ještě vyšší hodnoty měrné energie. Nevýhodou je vyšší cena, větší citlivost na nabíjecí režim, poloviční životnost proti Ni-Cd akumulátorům.
Akumulátory zinek-vzduch Jsou o 30 % lehčí než například akumulátory typu sodík-síra. Elektrolyt - vodný roztok
hydroxidu sodného, požadovaný odběr výkonu vyžaduje jeho chlazení, při
nízkých teplotách musí být ohříván.
Akumulátory zinek-halogen Výhodou jsou nízké finanční náklady na materiály elektrod, které jsou dobře využity při reakcích vznikajících v akumulátoru. Nevýhodou je toxicita halogenů. Životnost – 800 cyklů.
Akumulátory lithium-ion Materiálem katody jsou LiCoO2, LiMn2O4 či LiNiO. Napětí článku se pohybuje v rozmezí 3 až 4 V. Životnost je až 1000 cyklů. Nevýhodou je vysoká cena.
16
Akumulátory lithium-metal-hydrid Katoda - LixMnO2 a anoda -uhlíková matrice připravená z grafitizovaných částic koksu. Mají nejvyšší energetickou hustotu a nejnižší hmotnost z uvedených akumulátorů. Odolné proti velkému přebíjení, vybíjení, zkratu, mechanickému poškození. Pracují na nejširším rozsahu teplot.
Akumulátory lithium-polymer Anoda – lithiová folie, katoda- kovová folie se zakotveným organosulfidovým polymerem. Článek může dosahovat napětí 1,8 až 3 V. Pracovní teplota je v rozsahu 40 – 150 °C.
Příklady Elektromobilů ElektroPeugeot 106 (viz Obr. 3.7): Cena : nové kolem miliónu, ojetiny čtvrt miliónu a více rozměry (délka x šířka x výška x rozvor) : 3,68 x 1,61 x 1,36 x 2,38 pohotovostní/celková hmotnost : 1050/1350 maximální výkon : 20 kW/27 koní maximální kroutící moment : 127 Nm maximální rychlost : 95 km/h zrychlení 0-100 km/h : 8,3 s dojezd : 180 km, za normálních podmínek kolem 100 km doba nabíjení : 4 hodiny
Obr. 3. 7 ElektroPeugeot 106
17
Ecooter (viz Obr. 3.8): Městský elektromobil z Taiwanu. Taiwanský Industrial Technology Research Institute (ITRI), tedy Institut pro výzkum průmyslových technologií, představil městské vozítko/elektromobil nazvaný Ecooter. Jedná se o dvoumístné vozítko poháněné lithium-iontovými bateriemi, které bude veřejnosti poprvé odhaleno v italském Miláně již příští měsíc. Taiwan zcela jistě nepatří mezi automobilové mocnosti. Ale právě v oblasti malých, lehkých moderních městských vozítek, která jsou "nadopována" nejlepší elektronikou (Taiwan patří mezi přední státy v oblasti elektrotechniky) by mohl v budoucnu uspět. Elektromobil Ecooter má velmi vysoké manévrovací schopnosti, je 2,5 m dlouhý a 1,5 m vysoký. Dojezd na jedno nabití baterie je 100 km. Cena komerční verze Ecooteru by se měla pohybovat mezi cenou motocyklu a automobilu. Prodej by měl být zahájen nejprve na Taiwanu a nejspíš také v Číně, později v Evropě a později snad také v USA.
Obr. 3. 8 Ecooter
Lightning GT (viz Obr. 3.9): Lightning GT má výkon zhruba 650 koní (477 kW) je k dodání se čtyřmi samostatnými elektromotory o výkonu 120 kW. Vysoký je také točivý moment – 750 Nm je díky lineárnímu záběru elektromotorů k dispozici téměř okamžitě. Čas potřebný pro zrychlení z 0 na 96 km/h je 4,0 sekundy, maximální rychlost je 208 km/h.Baterie
18
NanoSafe jsou vyráběné pomocí nanotechnologií na bázi titaničitanů. Jejich životnost je 12 let, což je ve srovnání se současnými bateriemi (životnost 3–5 let) velký pokrok. Navíc Lightning slibuje kapacitu 85 % po 15 tisících nabíjecích cyklech. Baterie se nabíjí pouze přibližně 10 minut, dojezd je až 400 km.Vnější rozměry jsou délka 4445 mm, šířka 1940 mm a výška 1200 mm. Rozvor je dlouhý 2590 mm. Karoserie je vyrobena z karbonu, její hmotnost ale není známa.
Obr. 3. 9 Lightning GT
3.5
Hybridní pohony Hybridní pohon je pohon vozidla s více než jedním poháněcím zdrojem.
Výhodné řešení je kombinace vždy dvou různých systémů pohonu. Kde je vhodné aby převládaly výhody při rozdílných provozních stavech vůči zvýšenému technickému nákladu hybridního pohonu. Nevýhodnější je kombinace - spalovací motor / elektromotor. Elektromotor pracuje jako generátor – transformuje mech. energii na elektrickou (akumulovanou v v baterii) a naopak pracuje i jako motor – převádí elektrickou energii na mechanickou. Elektromotor má nižší emise, menší spotřebu, výhodou je i nízká hladina hluku. Nevýhodou je výkon, dojezd, cena a nebezpečí při havárii. Spalovací motor (menšího objemu) umožňuje lepší jízdní vlastnosti – akcelerace, dojezd. V současnosti je vývoj po počátečních snahách pouze o elektromobil ustálen na vývoji hybridního pohonu spalovací motor-elektromotor, nebo spalovací motorelektromotor-setrvačník a nebo elektromotor-setrvačník.
19
3.5.1
Uspořádání hybridních pohonů Paralelní hybridní uspořádání je vhodnější pro projíždění úseků dráhy bez emisí.
Sériový hybridní uspořádání pak zvyšuje hodnotu typického elektromobilu. Nevýhody - paralelního a sériového uspořádání vedly k vývoji smíšeného hybridního systému. Jeho vybavení spalovacím motorem, elektromotory, komponentami převodů, spojkou, volnoběžkami, brzdami je libovolně rozmanité. Například to může být sériový hybrid s propojovací spojkou spalovacího motoru ke kolu atd. Systém zdroje elektrické energie tvoří – akumulátor, jeho elektronické zařízení, zařízení opětovného dobíjení, rekuperace… Řídící elektronika rozděluje elektrický výkon.
Sériové uspořádání Komponenty jsou uspořádány za sebou (Viz Obr. 3.11). Mech. spojení spalovacího motoru pro pohon vozidla při uspořádání
za sebou je možné při
konstantních otáčkách jen v optimálním režimu provozu, vzhledem k emisím výfuku a k účinnosti. Nevýhoda -vícenásobné přeměny energie. Vzhledem k účinnosti nabití akumulátoru je mechanická účinnost mezi spalovacím motorem a hnanou nápravou stěží větší než 55%.
Paralelní uspořádání Komponenty jsou uspořádány vedle sebe (Viz Obr. 3.10). Pro pohon spalovacím motorem je nutný mechanický připojovací prostředek a převodovka. Převodovka konvenčního typu - je společná také pro elektrickou poháněcí větev. U této poháněcí varianty postačuje analogicky měnit otáčky elektrického stroje ve vztahu k spalovacího motoru jen v rozsahu jež uvedeném (účinnost a emise). Výhoda - při provozu se spalovacím motorem nedochází k žádnému zhoršení oproti normálnímu provozu vozidla. Při elektrickém provozu může být následným zapnutím spalovacího motoru zlepšena jízdní dynamika.
20
Obr. 3. 10 Uspořádání hybridních pohonů Příklad hybridního pohonu Lexus GS 450h (Viz Obr. 3.11): motor 1 : benzin - V6 3.5l - 218 kW/368 Nm motor 2 : elektromotor - max. výkon 254 kW max. rychlost (el. omezená) : 250 km/h zrychlení 0-100 km/h : 5,9 s komb. spotřeba : 7,9 l/100 km emise : CO2 185 g/km rozměry (d/š/v/rozvor) :4 850/1 820/1 430/2 850 mm zákl. cena : 1 759 000 Kč
Obr. 3. 11 Lexus GS 450h
21
3.6
Alternativní vozidlové spalovací motory
3.6.1
Rotační pístový motor Rotační pístový motor, neboli Wanklův motor (Viz Obr. 3.12), vynalezl v roce
1954 Felix Wankel. Příčný profil vnitřku motorové skříně tvoří válcová plocha která má profil epitrochoidná křivky. Uvnitř je píst trojúhelníkového tvru konající krouživý pohyb. Boky tvoří válcové komory tvořené třemi stejnými oblouky. Princip práce Wankelova motoru je znázorněn na obr. 10.
Obr. 3. 12 Wanklův motor
Pozitiva : •
klidnější chod, neboť rotují pouze hlavní částí (píst vstupní hřídel s excentry), dokonalé dynamické vyvážení protizávažími na hřídeli rotoru,
•
rovnoměrnost
chodu
jednorotorového
Wankelova
motoru
odpovídá
rovnoměrnost chodu klasického čtyřdobého dvouválcového pístového motoru •
dobrá výkonová hmotnost [kg/kW]
•
menší počet součástí - menší hmotnost
•
nižší obsah NOx ve výfukových plynech
22
Negativa : •
problémy s utěsněním spalovacích komor
•
velké kluzné rychlosti radiálních těsnících - omezení otáček hřídele motoru na 5 000 až 7 000 min–1
•
tvar spalovacího prostoru v okamžiku zážehu a spálení hlavní části paliva má velký měrný povrch, což vede k velkým ztrátám tepla a k snížení tepelné účinnosti oběhu
•
malá hodnota kompresního poměru - příčinou je tvar spalovacího prostoru a geometrie pohybu pístu ve válci v jehož důsledku dochází k zdlouhavému hoření a k nebezpečí vzniku detonačního spalování
•
velká měrná spotřeba paliva - důsledek malé tepelné účinnosti a nízkého kompresního poměru,
•
velká spotřeba motorového oleje - vyvolaná požadavky na mazání těsnících lišt, která dosahuje dvojnásobku v porovnání s klasickým čtyřdobým motorem
•
vyšší exhalace HC, Co, Co2
Příklady použití : •
Norton F1 (1990) (Viz Obr. 3.13 - a),: objem 588ccm (2 rotory), vykon 69,9 kW pri 9500 ot/min
•
Mazda RX-01 ConceptCar (1999) (Viz Obr. 3.13 - b): vykon 164 kW pri 8500 ot/min
•
Citroen GS birotor (1973) (Viz Obr. 3.13 - c): vykon - 78,7 kW, max.rychl. 175 km/h
Obr. 3. 13 Užití Wanklova motoru a), b), c)
23
2.8.2 Stirlingův motor Motor s vnějším spalováním, v němž hoří palivo nepřetržitě s přebytkem vzduchu a při nižší spalovací teplotě. V roce 1816 byl patentován Robertem Stirlingem. A v roce 1845 byl postaven.
Pozitiva : •
velmi nízký obsah škodlivin ve spalinách
•
tichý chod
•
možnost spalovat více druhů paliv
Negativa : •
složitost konstrukce
•
vysoká cena.
Obr. 3. 14 Schéma Stirlingova motoru 1 – pracovní píst, 2 – výtlačný píst, 3 - chladič, 4 – regenerátor, 5 – trubky ohříváku, 6 – vstřikovač paliva, 7 – přívod vzduchu pro spalování, 8 – odvod spalin. 9 – vyrovnávací komora, 10 – kosodélníkový (romboidní) mechanismus (Vlk, F.: Alternativní pohony silničních vozidel, Brno 2004)
Příklad : Výrobek americké firmy STM Power, Inc. (Viz Obr. 3.15)- kogenerační jednotka na bázi Stirlingova motoru určená pro plynná paliva s elektrickým výkonem 55 kW, elektrickou účinností až 30% . Pracovním plynem je v tomto případě vodík, který je vytvářen pomocí elektrolýzy z vody a dle potřeby je možno pokrývat jeho ztráty.
24
Obr. 3. 15 Stirlingův motor z KJ STM-Power, Inc
3.6.2
Vozidlová spalovací turbína V palivu přivedená energie se mění přes tepelnou energii a kinetickou energii
proudu na mechanickou práci. Při nárůstu zatížení by došlo k poklesu otáček rotoru a tedy i otáček kompresoru, a to pokud by byl výkon pro pohon vozidla odebrán už z první turbíny. Vedlo by to ke snížení tlaku a množství vzduchu dodávaného do spalovací komory. Snížil by se proto točivý moment vyvíjený turbínou, a proto se u vozidlových turbín používá samostatné (pracovní) turbíny. První turbína je proto dimenzována pouze pro pohon kompresoru a spaliny u jejího výstupu jsou vedeny na vstup turbíny(Viz Obr. 3.16).
Obr. 3. 16 Schéma dvouhřídelové vozidlové spalovací turbíny – spalovací komora,
2 - radiální kompresor, 3 – turbína pro pohon kompresoru, 4 -
turbína pro pohon motoru, 5 – výměník tepla
25
Pozitiva : •
nárůstu točivého momentu při poklesu otáček
•
menší vibrace - pouze rotační pohyb
•
výkonová hmotnost - nižší asi o 15%
•
provoz bez chlazení - jakékoli klimatické podmínky
•
snadné spouštění za nízkých teplot - i nižší nároky na startovací výkon
•
nižší spotřeba mazacího oleje
•
menší obsah škodlivin ve spalinách - vysoký přebytek vzduchu při němž probíhá hoření paliva.
Negativa : •
vysoká měrná efektivní spotřeba paliva a tedy i malá ekonomičnost provozu zejména při částečných zatíženích
•
velký zástavbový prostor
•
používání žáropevných slitin na lopatky a disky turbínových agregátů
•
zvýšené požadavky na převody pro redukci otáček výstupního hřídele turbíny na otáčky vhodné pro převodovku vozidla
•
nízká účinnost brždění motorem - tedy zvýšené nároky na brzdovou soustavu vozidla.
3.7
Vodíkový pohon Energie obsažená ve vodíku může být uvolněna ve dvou formách
a) Přímo ve spalovacím motoru Palivový systém motoru je přizpůsoben pomocí elektronického směšovacího systému, který určuje směšovací poměr vodíku a vzduchu. Spalování probíhá s přebytkem vzduchu. Přídavný vzduch ve spalovacím prostoru odnímá teplo a tím klesá teplota plamene pod kritickou mez, nad níž by se směs mohla sama vznítit. Nízká teplota spalování současně brání vzniku oxidů dusíku (NOx), které jsou v redukčním katalyzátoru zážehových motorů neutralizovány. Bez dalších přídavných zařízení pracují vodíkové motory prakticky bez emisí, oproti benzinu jsou všechny emisní komponenty sníženy až o 99%.
26
b) V palivovém článku („studená“ forma) přímou přeměněnou v elektrický proud Druhý systém využívá akumulátor pro zásobování palubní sítě elektrickou energií. Palivový článek přebírá funkci konvenčního akumulátoru, má výkon 5 kW, účinnost téměř 50% a je neustále v provozu.
3.7.1
Palivové články Na základě elektrochemických procesů dochází, v palivových článcích, k přímé
přeměně vnitřní energie paliva na energii elektrickou. Angličan Sir William Grove sestrojil první palivový článek nejjednoduššího typu - vodík-kyslík (Viz Obr. 3.17) v roce 1839.
Obr. 3. 17 Schéma palivového článku elektrolyt (žlutá barva), elektrody (modrá barva) a elektrického okruhu
Palivové články jsou podobné článkům akumulátorům. Obě elektrody působí výlučně jako katalyzátor chemických přeměn. Během činnosti článku se jejich chemické složení nemění a téměř se neopotřebovávají. To znamená, že se nevybíjí. Palivový článek může pracovat prakticky bez časového omezení - pokud jsou do něho aktivní látky přiváděny trvale. Odpadá tedy i pojem „kapacita článku“. Hlavními prvky jsou elektrolyt a dvě elektrody: záporná – anoda a kladná– katoda. Jejich struktura je závislá na použitém palivu, popřípadě na vlastnostech okysličovadla.
27
Dělení palivových článků dle typu elektrolytu: •
Alkalické články - AFC´s – alkaline fuel cells - elektrolytem bývá zředěný hydroxid draselný KOH
•
Články s tuhými polymery - PEFC´s – proton exchange fuel cells - elektrolytem je tuhý organický polymer
•
Články s kyselinou fosforečnou - PAFC´s – phosphoric acid fuel cells elektrolytem je kyselina fosforečná HPO3
•
Články s roztavenými uhličitany - MCFC´s – motlen carbonate fuel cells – elektrolytem je směs roztavených uhličitanů
•
Články s tuhými oxidy - SOFC´s – solid oxide fuel cells - kde elektrolytem jsou oxidy vybraných kovů
4. ZÁVĚR Zásoby roby klesají a proto budou současné pohonné hmoty – benzín a nafta – ztrácet svůj význam. Ve světové dopravě se do budoucna se počítá s využitím zemního plynu, ať už stlačeného nebo zkapalněného, pro pohon automobilů. S touto alternativou se počítá na přechodnou dobu po vyčerpání zásob ropy. V další fázi by měly převzít úlohu elektromobily a také vozidla na vodíkový nebo solární pohon. Plynné pohonné hmoty, jako je zemní plyn a vodík, mají velkou šanci být běžně používanými pohonnými hmotami nebo mohou být zdrojem pohonných hmot budoucnosti a zaujmout na trhu dopravy významné místo. Nicméně stále jsou objevována nová naleziště ropy. Poslední významné naleziště je v Brazílii. V nalezišti Carioca u břehů Brazílie může být až 33 miliard barelů ropného ekvivalentu. Zcela určitě to není poslední ani největší naleziště, které bude objeveno. Proto lze počítat s tím, že zásoby ropy nebudou tak rapidně klesat jak se předpokládá. Ropný zlom se dostaví s jistotou, není však jasné, kdy. Problémy spojené s ropným zlomem nebudou krátkodobé. Ropný zlom vyžaduje okamžitou a vážnou pozornost, jestliže rizika mají být správně pochopena a opatření přijata včas. Zlom způsobí závažné problémy s dodávkami kapalných paliv pro dopravu a dramaticky zvýší ceny ropy, což způsobí ekonomické potíže v celém světě. Krize si vyžádá
28
nejméně deset let intenzivního a nákladného úsilí. I když je větší efektivnost klasických paliv u koncových spotřebitelů nutná, nebude sama o sobě ani dostatečná ani dost včasná, aby sama problém vyřešila. Existují studie podle kterých se vodík může stát během krátké doby energetickou jedničkou. Svědčí o tom i skutečnost, že téměř ve všech vyspělých státech se nyní vyvíjejí technologie, které by dokázaly využít přednosti tohoto nejrozšířenějšího prvku jako jsou vysoký energetický potenciál, velká kilogramová výhřevnost a možnost výrazného snížení obsahu škodlivých emisí ve spalinách. Elektrolýzou vody, známou již od roku 1800, může být vodík získáván v téměř neomezeném množství. Přitom možnými zdroji elektřiny pro elektrolýzu jsou vodní, větrné, sluneční nebo atomové elektrárny, jejichž elektřina by rozkládala vodu a vzniklý vodík by se stal jakýmsi akumulátorem energie, schopným distribuce a použitelným jako pohonná látka pro motorová vozidla. Ověřuje se rovněž výroba vodíku ze zemního plynu, který má k vodíku ze všech látek nejblíže. Problémem však zůstává skutečnost, že vodíková technologie je zatím dost nákladná a nejsou plně dořešeny poměrně závažné problémy se skladováním a přepravou vodíku. Nejelegantnější využití vodíku představují nepochybně výše palivové články, které samy sice nejsou motorem (neprodukují přímo mechanickou práci), ale vyrábějí z paliva (vodíku) elektřinu a ve spojení s elektromotorem mohou vytvořit kvalitní pohon vozidla. Kritici po celém světě upozorňují, že za narůstajícím nedostatkem potravin stojí mimo jiné masivní rozvoj biopaliv. Ty se používají jako alternativa fosilních paliv. Jejich nevýhodou ale je, že se vyrábějí z obilí a z kukuřice, a tak snižují jejich zásoby a zvedají cenu. Výrobu biopaliv výrazně podporují Spojené státy i Evropská unie. Komise stanovila ambiciózní cíl, který počítá s tím, že by biopaliva kryla do roku 2020 deset procent spotřeby pohonných hmot. Z důvodu rychlého růstu potravin již ale některé státy společenství volají po přehodnocení této politiky. Mezi nejvýznamnější patří Německo, Francie a Velká Británie. Kompromisní řešení by mohla představovat biopaliva druhé generace, která se nevyrábějí z potravinářských komodit, ale z biomasy, především dřevěných třísek a dalšího odpadu Vývoj alternativních pohonů automobilu má dva důvody, a to snižující se světovou zásobu ropy a neúměrný nárůst škodlivých emisí výfuku, z nichž nejobávanější je CO2, který způsobuje skleníkový efekt. Zastavení negativních dopadů 29
uvedených jevů umožňuje pouze alternativní pohon. Přechodným řešením je hybridní pohon, tedy dvěma nezávislými zdroji energie, z nichž jedním je mimo konvenční spalovací motor elektromotor. Tento způsob řešení se v budoucnu neuplatní z důvodů nevyhovujícího zdroje energie elektromotoru – akumulátoru. Největší perspektivu ovšem poskytuje pohon elektromotorem pro svoji výhodnou momentovou charakteristiku se zdrojem proudu z palivového článku, který mění chemickou energii paliva (vodík nebo metanol) přímo v elektrický proud. Vodík jako palivo budoucnosti bude ideální tehdy, až se k jeho výrobě využije energie větru, vody nebo slunce. Způsob spalování vodíku v konvenčním spalovacím motoru, byť je bez škodlivých emisí, není pro malou účinnost perspektivní. Elektrovozidla pohánění palivovým článkem musí také odpovídat požadavkům zákazníků s ohledem na bezpečnost, jízdní výkon, komfort, spotřebu, emise a cenu. Vzhledem k již uskutečněnému vývoji budou zajisté plnohodnotnou alternativou vozidel se spalovacím motorem.
30
5. SEZNAM POUŽITÉ LITERÁTURY [1] VLK, F.: Alternativní pohony motorových vozidel. 1. vyd. Brno: Nakladatelství vlk, 2005. 234 s., ISBN 80-239-1602-5
[2] MATĚJOVSKÝ, V.: Automobilová paliva : Brno : Grada Publishing, a.s., 2005 , 224 s., ISBN 80-247-0350-5
[3] Čtrnáctideník o motorismu : Auto TIP, Číslo 8, Duben 2008 : Axel spring Praha, a.s., ISSN 1210-1087
[4] Měsíčník : Autostyl/ÚAMK, číslo 4, Duben 2008 : Sport-Press, spol. s r.o., ISSN 1211-8281
[10] INTERNET : •
www.ihned.cz
•
www.enviros.cz
•
www.stirling.cz
•
www.moon.flek.cvut.cz
•
www.auto.idnes.cz
•
www.news.auto.cz
•
www.hybrit.cz
•
www.agronavigator.cz
•
www.inovace.cz
•
www.petrol.cz
•
www.cng.cz
•
www.lpg.cz
31
6. SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1. 1 Alternativní kapalná motorová paliva ............................................................... 2 Obr. 1. 2 Alternativní plynná motorová paliva................................................................. 2 Obr. 3. 1 Čerpací stanice LPG .......................................................................................... 4 Obr. 3. 2 LPG – Škoda Octavia 1.6 .................................................................................. 5 Obr. 3. 3 LNG čerpací stanice – detail výdejního stojanu ................................................ 8 Obr. 3. 4 a)přední nebo zadní pohon, b) tandemový pohon, c) pohon v nábojích kol ... 14 Obr. 3. 5 Olověný akumulátor ........................................................................................ 15 Obr. 3. 6 Článek a akumulátor Na-Ni-Cl, 1 – tepelná superizolace, 2 – článek............. 15 Obr. 3. 7 ElektroPeugeot 106.......................................................................................... 17 Obr. 3. 8 Ecooter............................................................................................................. 18 Obr. 3. 9 Lightning GT ................................................................................................... 19 Obr. 3. 10 Uspořádání hybridních pohonů ..................................................................... 21 Obr. 3. 11 Lexus GS 450h .............................................................................................. 21 Obr. 3. 12 Wanklův motor .............................................................................................. 22 Obr. 3. 13 Užití Wanklova motoru a), b), c)................................................................... 23 Obr. 3. 14 Schéma Stirlingova motoru ........................................................................... 24 Obr. 3. 15 Stirlingův motor z KJ STM-Power, Inc......................................................... 25 Obr. 3. 16 Schéma dvouhřídelové vozidlové spalovací turbíny ..................................... 25 Obr. 3. 17 Schéma palivového článku ............................................................................ 27
32
