Pogonski sklopi pod drobnogledom I. del

Bencin, dizel, vodik ali elektrika? Štirje viri energije, ki jih najdemo v sodobnih vozilih. Nekateri našo mobilnost spremljajo že več kot stoletje, spet drugi v ospredje vstopajo šele zadnjih nekaj let. So fosilna goriva nujno zlo v odhodu in bo elektrika vodila mobilnost v prihodnjih desetletjih ali gre zgolj za muho enodnevnico? Kje vmes ima mesto vodik kot obljubljen vir čiste energije popolnoma brez emisij? Vse to bomo na kratek in poljuden način raziskali skupaj v seriji petih prispevkov. Sprva bomo spoznali vse štiri glavne pogonske zvrsti – klasično bencinsko oziroma dizelsko, hibridno, električno in na vodik ter jih na koncu brez lepotičenja primerjali z vsemi znanimi tehničnimi dejstvi. Pri vsaki bomo razkrili manj znano zanimivost ali dve in sleherno ovrednotili predvsem pri vplivu na okolje.

Zgodovina (zaenkrat še) klasičnih vozil sega v 1880-ta, ko je nemški inženir Karl Benz ustvaril prvi uradni avtomobil z motorjem z notranjim zgorevanjem, čeprav so slednji svoje korenine kot eksperimentalne naprave pognali že dve stoletji prej. Avtomobili so postali široko dostopni kmalu po vstopu v 20. stoletje in postopoma pričeli nadomeščati kočije oziroma ježo konj. Sprva v Združenih državah Amerike, preostanek našega planeta pa je masovno sledil šele med 2. svetovno vojno.

Tudi širok razvoj bencinskih in dizelskih motorjev ima kar nekaj desetletij razlike, saj so bencinski motorji razmah doživeli že ob prelomu iz 19. v 20. stoletje, medtem ko so takratni dizelski delovali zgolj na poceni kurilna olja. Šele 1930-ta so prinesla standardizacijo dizelskega goriva in omogočila njihovo širšo ter bistveno bolj učinkovito rabo.

Pri Toyoti so prvi bencinski agregat po imenu Type A razvili v letu 1935. To je bil 3,4-litrski vrstni šestvaljnik s 62 KM (46 kW) moči, ki so ga leto kasneje vgradili v prvi osebni avtomobil Toyota AA. V letu 1940 so prav iz tega agregata razvili tudi prvi dizelski motor z oznako Type C kot vrstni štirivaljnik z močjo 40 KM (29 kW) in ga svetu predstavili v nekoliko manjši limuzini Toyota AE.

Uporabo vozil, ki jih poganja fosilno gorivo, so pred dobrim stoletjem proglasili za takratno rešitev precej pereče okoljske problematike. Rast prebivalstva in njegovo kopičenje v mestih je botrovalo k močno onesnaženim cestam, saj so konji svoje »neizrabljeno gorivo« odvrgli spotoma – kjerkoli in kadarkoli. Tako so bile poti polne konjskih fig, ki so povzročale širjenje bolezni in nenehen smrad, zato so prva serijska bencinska vozila proglasili za pravcato okoljevarstveno rešitev. Danes je zgodba precej drugačna, saj so klasično gnana vozila proglašena za okolju škodljivo izbiro pogona.

Če precej poenostavimo je v osnovi delovanje pri obeh zvrsteh, tako bencinski kot dizelski, precej podobno. Gorivo v tekoči obliki dovajamo v valje motorja, kjer se ob zgorevanju pretvarja v gibanje koles. Dizelski motorji delujejo na principu samovžiga mešanice zraka in goriva v valju, medtem ko imajo bencinski motorji nameščeno vžigalno svečko, ki povzroči iskro za vžig mešanice zraka in bencina. Idealno gorenje ogljikovodikov ima teoretično samo dva možna produkta – ogljikov dioksid in vodo. In tisti prvi je postal najbolj kočljiva težava 21. stoletja, četudi avtomobili v ozračje izpuščajo tudi druge škodljive emisije.

Resda v sestavi sodobnega dizelskega goriva naletimo na višji delež ogljika, naj bi tako gnana vozila tekom življenjske dobe sprostila manj tega toplogrednega plina. Razlog tiči v bolj učinkovitem zgorevanju kot pri bencinskih motorjih, kar nenazadnje pomeni tudi nižjo porabo. Ste vedeli, da je Evropska Unija nekaj časa celo spodbujala rabo dizelskega goriva kot odziv na kjotski protokol v letu 1997? Šele kasneje se je izkazalo, da je to le ena plat okoljevarstvene zgodbe, kajti dizelski motorji (tako kot bencinski) generirajo toksične pline, ki jih imenujemo dušikovi oksidi ali krajše NO_X-i ter človeku morda še bolj škodljive trde delce. Dušikove okside uspešno preobražamo v manj škodljive preko katalizatorja na izpuhu vozila že vrsto let, medtem ko so dizelska vozila šele po prehodu v 21. stoletje serijsko opremljena s filtrom trdih delcev.

Tudi bencinski motorji pri emisiji delcev niso povsem brezmadežni. V zadnjih letih so praktično vsi opremljeni s sistemom za neposreden vbrizg goriva, ki pod visokim tlakom dovaja gorivo v valje bencinskega motorja. Slednji sicer res poskrbi za nižjo porabo goriva, žal tudi za znatno višje vrednosti trdih delcev, ki se lahko precej približajo vrednostim dizelskih motorjev. O tem priča v letu 2018 zastavljena meja znotraj emisijskega standarda Euro 6b, ki je mejno vrednost trdih delcev izenačila za oba tipa motorjev.

Določeni proizvajalci motorjev z notranjim zgorevanjem prihodnost vidijo v uporabi sintetičnih oziroma karbonsko nevtralnih goriv. Pri njihovi proizvodnji se CO₂ iz ozračja dejansko porablja, zato nekateri menijo, da bodo v prihodnje predstavljala pomembno vlogo pri omejevanju globalnega segrevanja. Tako bi namesto ogljikovodikov (C_XH_X), ki se nahajajo pod zemeljskim površjem (nafta, zemeljski plin, itn.), s pomočjo vodika (H₂) tvorili sintetična goriva kot so bencin, dizel, plin in celo kerozin.

n·C + (n+1)·H₂  C_nH_2n+2

ogljik + vodik  ogljikovodik

Kje nastopi težava? Proces tovrstne proizvodnje, ki vključuje uplinjanje trdnih surovin in rafiniranje, je precej zapleten in vključuje številne vmesne pretvorbe sintetičnih spojin. Zaradi kompleksnosti je pridelava sintetičnih goriv posledično draga in danes samo proizvodnja brez davščin in distribucije zahteva od enega pa do 1,4 evra na liter končnega produkta. Nenazadnje pa takšna proizvodnja zahteva precej porabljene energije, zato končni ogljični odtis zagotovo ni ničen. Tudi biogoriva, kot imenujemo dizel pomešan z estri maščobnih kislin ali bencin pomešan z etanolom, niso popolna izbira. Nasadi rastlin za proizvodnjo zahtevajo relativno veliko površin in vode, zgorevanje biogoriv prav tako emitira toplogredne pline in trde delce, nenazadnje pa imajo biogoriva tudi manjšo kalorično vrednost kar opazno vpliva na porabo. Razvoj obeh alternativ za pogon motorjev z notranjim zgorevanjem je tako dobrodošel, vendar trenutno še ni zrel za masovno rabo.

Zato se vrnimo nazaj na naftna derivata bencin in dizel, pri katerih smo za celostno sliko primerjave pripravili kratka, a nazorna dejstva, ki osvetlijo razlike med obema vrstama goriva:

• Dizelski motor sprosti približno 10 % manj CO₂
  Razlog: Bolj učinkovito zgorevanje pri dizelskih motorjih.
• Dizelski motorji sproščajo več dušikovih oksidov (NO_X)
  Razlog: Zaradi višje temperature zgorevanja se dušik iz zraka spaja s kisikom.
• Dizelski motorji sproščajo več trdih delcev
  Razlog: Sestava dizelskega goriva

Zaradi zgoraj podanih dejstev se k okolju usmerjeni kupci novih vozil upravičeno sprašujejo katero gorivo oziroma motor z notranjim zgorevanjem pravzaprav izbrati. Najbolj realen je večplasten odgovor, saj je ocena emisij odvisna tako od vrste motorja, kot od sistema vbrizgavanja goriva, rabe vozila in nenazadnje tudi starosti in oblike vozila. Če smo povsem tehnično korektni pa lahko zapišemo, da dizelski motorji na liter goriva v enakem vozilu sprostijo več onesnaževalcev okolja.

In kateri je torej boljši za vas? Odgovor si boste podali sami preko vaših osebnih voznih navad. Če svoje vozilo običajno uporabljate za daljša avtocestna potovanja ali vozilo potrebujete za prevoz tovora, bo dizelsko vozilo verjetno vaša najboljša izbira, tako iz okoljevarstvenega kot finančnega vidika. Dizelski motorji so pod črto varčnejši in sprostijo manj CO₂. V kolikor pa opravljate veliko kratkih relacij v urbanih naseljih je bencinski motor ugodnejša izbira.

Pri Toyoti skoraj v vseh segmentih ponujajo hibridni pogon, ki je hkrati čist in varčen, ponudbo klasičnih pogonov pa so omejili na dva povsem različna si avtomobilska pola. Dizelski motor je tako na voljo le v dveh izrazitih terencih z robustnim značajem – poltovornjak Hillux in prestižni SUV Land Cruiser, medtem ko boste bencinski motor brez električne moči lahko izbrali v manjših Toyotinih modelih, kot so Aygo X, Yaris, Yaris Cross, Corolla in RAV4. Z bencinskim motorjem je opremljena tudi športna Toyota GR Supra.

Če ste še vedno zaskrbljeni glede okoljskih vplivov motorja z notranjim zgorevanjem, bi morda razmislili o hibridu? Ti so za mnoge optimalni kompromis in Toyotina prva izbira, saj nudijo prednosti tako klasičnega kot električnega pogona. Več o njih prihodnjič.

Blaž Likovič
foto: caranduser.com, Toyota