Pogonski sklopi pod drobnogledom – III. 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.

Električna vozila niso predmet zgolj novejše zgodovine. Pravzaprav so bila razvita pred bencinsko oziroma dizelsko gnanimi. Prvi zametki električnih vozil namreč segajo v 1830-ta, medtem ko se kot prvo polnopravno šteje električni tricikel s svinčeno baterijo iz leta 1881. Nekoliko bolj praktični primerki so bili svetu predstavljeni v 1890-ih, torej vzporedno s klasično gnanimi, vendar so jih zaradi visokih stroškov izdelave, nizke potovalne hitrosti in skromne avtonomije skoraj v popolnosti opustili. Vse se je spremenilo približno stoletje kasneje, ko sta v ospredje stopila raba alternativnih pogonov in skrb za emisije osebnih vozil.

Pri Toyoti so pričeli električna vozila razvijati v 1960-ih, medtem ko smo prve povsem električne avtomobile predstavili tik pred prelomom tisočletja. Kot prvo Toyotino električno vozilo se šteje lahki dostavnik Toyota Townace iz leta 1993, pet let kasneje mu je sledil nekoliko številčnejši RAV4-EV. Leta 2011 je Toyota predstavila atraktivnega malčka IQ EV, vendar zaradi nepripravljenosti trga in infrastrukture do serijske proizvodnje ni prišlo. Prvi Toyotino sodobno velikoserijsko vozilo je športni terenec bZ4X, predstavljen aprila lani.

Danes postajajo električna vozila praktično in cenovno vse bolj primerljiva alternativa uveljavljenim pogonom. Po drugi plati imajo celokupno gledano zaradi nizkega deleža obnovljivih virov energije skoraj primerljiv učinek na okolje kot konvencionalno gnana vozila, predvsem pa vplivajo na mobilne navade lastnikov, ki morajo v poštev vzeti kar nekaj dejstev. Katera in zakaj bomo preučili v nadaljevanju.

Enostavna struktura

Da bomo povsem korektni moramo električna vozila poimenovati baterijska električna vozila, saj pogon črpa energijo iz baterije, ki se napaja iz zunanjega vira – polnilne postaje. Ločimo še električna vozila z vodikovimi gorivnimi celicami, vendar več o njih prihodnjič.

Baterijska električna vozila zaznamuje relativno enostavna zasnova. Baterijski akumulator je v vlogi rezervoarja energije in napaja elektromotor (ali več njih), ta nadalje poganja kolesa. Ker se elektromotorji vrtijo precej hitreje kot klasični bencinski ali dizelski agregati uporaba menjalnika ni potrebna, vendar to po drugi strani omejuje končno hitrost na nekoliko nižjo kot bi sicer pričakovali, vendar še vedno višjo od avtocestnih omejitev.

Zmogljivejše oblike vozil imajo vgrajena dva elektromotorja, na vsaki osi en, kar omogoča izvedbo štirikolesnega pogona, medtem ko se določena vozila že ponašajo s tehnologijo pri kateri je elektromotor vgrajen v kolo samo. Takrat je delovanje posameznega kolesa odvisno od zapletenega algoritma računalnika, ki na podlagi kopice meritev prilagaja delovanje pogona in ga seveda vzdržuje v optimalni točki delovanja – tako z vidika varnosti kot ekonomike.

Polnjenje baterije in avtonomija

Današnja velikoserijska električna vozila imajo baterijske akumulatorje, ki običajno hranijo med 40 in 80 kWh energije ter se polnijo le iz zunanjega vira. Tega lahko predstavlja navadna hišna vtičnica z močjo približno 2 kW. Zasebni individualni priključek je mogoče prilagoditi na moč polnjenja tja do 7 kW na eni oziroma do približno 20 kW na treh fazah, med tem ko hitre javne DC polnilnice omogočajo polnjenje z močjo do 200 kW ali več. »Domače« polnjenje je časovno potratno vendar iz stališča ekonomike najcenejše, medtem ko večina hitrih polnilnic zaračuna ceno višjo od primerljivih stroškov vozila na klasičen pogon. Nekaj minimalnega med vožnjo samo sicer prispeva regeneracija zavorne energije, vendar ta v povprečju ne presega 15 odstotkov porabljene energije.

Prva električna vozila so uporabljala za današnje razmere precej nestabilen svinčeni akumulator, ki se je hitro izpraznil in šele v drugi polovici 20. stoletja, po kar nekaj vmesnih stopnjah, so razvili energijsko bistveno bolj obstojne nikelj-metalhidridne (NiMH) baterije. Te so uporabljala tudi prva sodobna električna vozila, kot recimo prva generacija Toyote Rav4 EV. Njegov NiMH akumulator s kapaciteto 27 kWh je omogočil povprečno avtonomijo 153 kilometrov, medtem ko se je v praksi izkazala za obstojno tudi pri 240.000 prevoženih kilometrih. NiMH tehnologija se je po nekaj letih umaknila današnji litij-ionski obliki akumulatorjev, ki jo odlikuje še večja gostota energije. Ta je široko uporabljena v praktično vseh mobilnih napravah kot tudi v sodobnih električnih vozilih, žal je tudi cenovno bistveno dražja kot tista z NiMH tehnologijo in pričakovano vpliva na ceno vozila. Kot prvi Toyotin model s tovrstno baterijo se ponaša Prius z letnico 2015.

Električna vozila in hladno podnebje

Vsaka akumulatorska baterija ima svoje fizikalne zakonitosti. Je občutljiva na temperaturo in s tem sta nadalje pogojena tako avtonomija kot moč polnjenja. Ob hladnih dneh je polnjenje neogrete baterije počasnejše kot sicer, lahko tudi do polovice, hkrati pa se skrajša avtonomija. Ker v primeru električnih vozil ni na voljo odpadne toplote motorja, ki jo klasično gnana vozila izkoristijo za gretje, moramo za gretje uporabiti elektriko, kar poviša porabo že tako nekoliko načete kapacitete baterije.

Kljub zmanjšanem dosegu, pa ohranjajo baterijska vozila določene prednosti tudi pozimi. Vožnja vozil na bencinski ali dizelski pogon je zlasti v zimskih časih na kratkih relacijah škodljiva tako za okolje kot motor sam, ne glede na gorivo. Agregat ne doseže svoje delovne temperature in ima sled tega izredno visoko porabo, hkrati pa zimska vožnja na razdalje nadpovprečno obrablja motor. Tu je prednost električnih vozil jasna, prav tako imajo je lahko baterija deloma že ogreta v kolikor se odpeljete neposredno iz polnilnice, domače ali javne. Baterijska elektrićna vozila so čista in tiha, praviloma naj bi bila tudi zanesljiva in ugodna za servisiranje. Za uporabnike, ki se vozijo po krajših poteh v urbanih okoljih in imajo optimalne možnosti polnjenja, prestavljajo zagotovo privlačno alternativo.

Baterijska električna vozila pestita še dve dejstvi. Zaradi velikih baterij so bistveno težja od svojih klasično gnanih dvojnikov, zaradi nižjega števila proizvedenih primerkov pa so tudi znatno dražja. Tu se pojavi zanimiva ovira, saj bodo električna vozila cenejša, če jih bodo kupci kupovali v večjem številu, to pa se bo zgodilo šele ko bodo cenejša.

Kot električna vozila štejemo tudi tista, katerih baterija se polni iz vodika – električna vozila z vodikovimi gorivnimi celicami (FCEV). Reakcija vodika s kisikom ne povzroča praktično nobenih škodljivih emisij, vendar več o tem prihodnjič, ko bomo skupaj preverili tudi Toyotin razvoj V8 agregata, ki namesto bencina kuri vodik in zmore 455 KM. Je vodik rešilna bilka razogljičenja vozil?

Blaž Likovič
foto: caranduser.com, Toyota