Sisteme de propulsie alternative și combustibili alternativi pentru automobile - sinteză

    Majoritatea covârșitoare a sistemelor de propulsie pentru automobile, la nivel mondial, este reprezentată de motoarele cu ardere internă, care utilizează benzina și motorina pe post de combustibil. Un dezavantaj major al acestui tip de combustibili îl reprezintă emisiile poluante rezultate în urma arderii, emisii care au efect nociv asupra oamenilor și a mediului înconjurător.

    Pe lângă aceste soluții de propulsie, în industria automobilelor, există și sisteme de propulsie alternative, unele dintre ele utilizând și combustibili neconvenționali. Cercetările efectuate pentru aceste tipuri de sisteme de propulsie și combustibili, au la bază pe de-o parte, dorința și necesitatea de a reduce emisiile poluante (CO, HC, NOx, particule) și cu efect de seră (CO2) ale automobilelor, iar pe de altă parte, reducerea dependenței de combustibilii convenționali (benzină și motorină).

    Sistemele de propulsie alternativă sunt reprezentate de propulsoarele hibride (termic + electric), de cele complet electrice și de sistemele cu pilă de combustie. De asemenea, combustibilii alternativi, neconvenționali sunt reprezentați de: gazul petrolier lichefiat (en: LPG), gazul natural comprimat (en: CNG), etanol (E85), biodiesel și hidrogen.

Automobilele cu propulsie hibridă

    Propulsoarele hibride (motor termic + motor electric) combină avantajele ambelor motoare, termic și electric și pot fi proiectate astfel încât să atingă diferite obiective: consum redus de combustibil (ex. Toyota Prius) sau performanțe dinamice ridicate (Porsche 911 GT3 Hibrid).

Automobil hibrid - Toyota Auris

Foto: Automobil hibrid - Toyota Auris
Sursa: Toyota

    Un automobil cu sistem de propulsie hibrid păstrează și chiar extinde autonomia unui automobil clasic cu propulsor termic. În cazul unui automobil hibrid, motorul termic este proiectat să funcționeze optim, din punct de vedere al consumului. De asemenea, energia cinetică din timpul frânării automobilului (energie mecanică) este recuperată (energie electrică) și stocată în baterii (energie chimică), pentru o utilizare ulterioară.

    Pentru accelerații puternice ale automobilului motorul electric poate asista motorul termic pe durate scurte de timp. De asemenea, la plecarea de pe loc a automobilului, propulsia este pur electrică, iar în timpul staționării automobilului motorul termic este oprit, pentru a evita consumul inutil de combustibil în timpul funcționării la regim de mers în gol (ralanti).

    Principalul dezavantaj al automobilelor hibride este dat de prețul ridicat, mult peste nivelul unui automobil convențional cu performanțe de consum și dinamice similare.

Automobilele cu pile de combustie

    Cu toate că sunt încă în stadiu experimental, automobilele cu pile de combustie, pe baza de hidrogen, au potențialul de a revoluționa industria automobilelor. Utilizarea pilelor de combustie reduc emisiile poluante ale automobilelor la zero, singurele produse rezultate în urma reacțiilor chimice fiind energia electrică și apa (H2O).

Automobil cu pile de combustie - Honda FCX

Foto: Automobil cu pile de combustie - Honda FCX
Sursa: Honda

    Automobilele cu pile de combustie sunt propulsate tot de motoarele electrice. Diferența față de automobilele electrice constă în sursa energiei electrice. În cazul pilelor de combustie cu hidrogen, energia electrică este produsă printr-un procedeu chimic de combinare a hidrogenului (H2) cu oxigenul (O2).

    Hidrogenul necesar producerii energiei electrice poate fi stocat, sub presiune, pe automobil, sau poate fi produs, tot la bordul automobilului, cu ajutorul unor reformatoare utilizând metanol, gaz natural sau chiar benzină. Dezavantajul utilizării unui reformator, în locul hidrogenului pur, constă în randamentul mai scăzut, datorită introducerii unei reacții chimice în plus pentru obținerea hidrogenului.

    Principalele dezavantaje ale acestor tehnologii sunt metodele de obținere ale hidrogenului pur și modul de stocare al acestuia la bordul automobilului.

Automobilele electrice

    Automobilele electrice (ex. Nissan Leaf) sunt propulsate de motoare electrice, alimentate cu energie electrică stocată în baterii. O particularitate a motoarelor electrice, utilizate pentru propulsia automobilelor, este dată de faptul că acestea pot funcționa și în regim de generator. Astfel, în timpul frânării sau a coborârii unor pante lungi, automobilele electrice produc energie electrică care este înmagazinată în baterii.

Automobil electric - Tesla Model S

Foto: Automobil electric - Tesla Model S
Sursa: Tesla Motors

    Avantajul automobilelor electrice constă în lipsa emisiilor poluante, funcționarea silențioasă și costul de întreținere mai redus. Toate aceste avantaje sunt umbrite de o serie de dezavantaje: prețul ridicat (în principal datorită bateriei), autonomia redusă și durata mare de încărcare a bateriilor.

Automobilele cu gaz petrolier lichefiat

    Gazul petrolier lichefiat (GPL) este un combustibil fosil care poate fi folosit pe motoarele termice ale automobilelor. Majoritatea automobilelor care funcționează cu GPL sunt bi-combustibil deoarece utilizează și un alt combustibil, de obicei benzina. Aceste automobile au sisteme de stocare, alimentare și injecție specifice pentru cei doi combustibili.

Automobil cu gaz petrolier lichefiat - Chevrolet Aveo

Foto: Automobil cu gaz petrolier lichefiat - Chevrolet Aveo
Sursa: Chevrolet

    Principalele avantaje ale utilizării gazului petrolier lichefiat pentru motoarele termice sunt: emisii poluante mai reduse și prețul de cost mai mic. Dezavantajele utilizării GPL-ului sunt necesitatea unor sisteme adiționale de stocare și alimentare pe automobil, precum și consumul specific mai mare al motorului.

Automobilele cu etanol (flex-fuel)

    Motoarele clasice pe benzină pot fi adaptate să funcționeze și cu etanol în anumite proporții. Un automobil flex fuel poate funcționa cu benzină, etanol în proporție de 15% (E15) sau în proporție de 85% (E85). Aceste motoare folosesc același sistem de stocare, alimentare și injecție, indiferent de compoziția combustibilului.

Automobil cu etanol - Volvo C30 Green Racing

Foto: Automobil cu etanol - Volvo C30 Green Racing
Sursa: Volvo

    Printre avantajele unui automobil flex fuel se regăsesc: obținerea combustibilului (etanol) din culturi agricole (porumb, trestie de zahăr), emisii poluante mai scăzute și aproximativ același cost de producție cu cel al unui automobil pe benzină. Dezavantajele sunt consumul mai mare de combustibil și dificultăți la pornirea la rece în cazul utilizării predominante a etanolului (E85).

Automobile cu gaz natural comprimat

    Similar cu automobilele pe GPL, cele cu gaz natural comprimat (GNC) funcționează pe două tipuri de combustibil. Gazul natural este o hidrocarbură incoloră, inodoră și nu are efecte corozive sau cancerigene. Gazul natural conține aproximativ 97% metan (CH4).

Automobil cu gaz natural comprimat - Opel Zafira

Foto: Automobil cu gaz natural comprimat - Opel Zafira
Sursa: Opel

    Fiind mai ușor ca aerul, gazul natural nu curge pe sol, ci se disipă în atmosferă. Acesta este în avantaj comparativ cu benzina deoarece se reduce foarte mult pericolul de incendiu în cazul unui accident.

    Avantajele automobilelor cu GNC sunt emisiile poluante și cu efect de seră mai reduse, precum și prețul de cost mai redus al gazului natural.

    Un dezavantaj al GNC-ului este densitatea de energie mai scăzută, comparativ cu benzina. Pentru a-i crește densitatea de energie, gazul natural se comprimă până la valori de 200 bari. Chiar și la aceste presiuni ridicate, densitatea de energie este de doar 20%, comparativ cu același volum de benzină. Din aceste motive autonomia automobilelor cu GNC este mult mai redusă comparativ cu cele pe benzină.

Automobilele cu biodiesel

    Biodiesel-ul este o formă de motorină produsă din uleiuri vegetale, grăsimi animale sau uleiuri menajere reciclate. Amestecurile uzuale de biodiesel sunt: B2 (2% biodiesel, 98% motorină), B5 și B20. Combustibilii biodiesel B2 și B5 pot fi utilizati fără probleme în majoritatea motoarelor diesel.

Automobil cu biodiesel - Volvo V40

Foto: Automobil cu biodiesel - Volvo V40
Sursa: Volvo

    Comparativ cu o motorină, biodiesel-ul are următoarele avantaje: se poate produce din surse regenerabile, se poate utiliza în orice tip de motor diesel, în urma arderii se produc mai puține emisii poluante și cu efect de seră, este biodegradabil, nu este toxic și se manipulează în condiții mai puțin periculoase.

    Cu toate acestea, comparativ cu o motorină, un combustibil 100% biodiesel (B100) are următoarele limitări: consumul de combustibil este mai ridicat iar performațele dinamice mai reduse (cu aproximativ 10% la B100 și 2% la B20), prețul de producție este mai ridicat, apar probleme de ardere la temperaturi scăzute și fiabilitatea motoarelor poate fi afectată.

Automobilele cu hidrogen

    În cazul automobilelor, pentru propulsie, hidrogenul poate fi utilizat în două moduri: la pile de combustie sau ars direct în cilindri. Potențialul utilizării hidrogenului este imens, datorită faptului că poate elimina dependența de petrol.

Automobil cu hidrogen - BMW

Foto: Automobil cu hidrogen - BMW
Sursa: BMW

    Hidrogenul (H2) este cel mai ușor și abundent element din Univers. Problema este că, pe Terra, nu se găsește sub formă liberă, ci în combinație cu atomi de carbon (C) sau oxigen (O2).  Astfel, hidrogenul se poate obține prin electroliza apei, care presupune desfacerea legăturilor dintre oxigen și hidrogen cu ajutorul energiei electrice, sau prin reformarea combustibililor fosili (de obicei gazul natural).

    Un motor care arde hidrogen, în loc de benzină, este mai robust, deoarece presiune rezultată în urma arderii este mai mare. Un motor cu hidrogen are puterea mai mare cu aproximativ 20% față de motor similar, cu combustibil convențional.

    Odată stocat, de obicei sub formă gazoasă sau lichidă, hidrogenul poate fi utilizat ca și combustibil pentru motoarele cu ardere internă. Un dezavantaj, comparativ cu combustibili convenționali, este densitatea de energie mai scăzută. Utilizarea hidrogenului ridică probleme deosebite deoarece acesta este inflamabil și este de asemenea stocat la presiune foarte mari.

Concluzii

    Încet dar sigur, automobilele cu propulsie alternativă încep să fie o soluție viabilă a societății moderne. Primul salt tehnologic a fost reprezentat de propulsia hibridă. Deja, automobilele hibride sunt apariții normale, aproximativ toți marii constructori de automobile fiind antrenați pe acest domeniu.

    Saltul tehnologic următor cred că va fi cel al automobilelor pur electrice, dar va mai dura aproximativ 10 ani până când vor avea o cotă de piață similară cu cea a automobilelor hibride din prezent.

    Combustibili alternativi (GPL, GNC, E85 și B20), sunt utilizați de asemenea pe scară largă, la nivel mondial. Cu excepția GPL-ului, restul combustibililor au succes doar pe anumite piețe și sunt strâns legați de capacitatea de producție locală. De exemplu, o piață foarte dezvoltată pentru automobilele cu etanol (flex-fuel) o reprezintă Brazilia, unde, producerea acestui combustibil este facilă, datorită culturilor imense de trestie de zahăr.

    Utilizarea hidrogenului pentru propulsie, rămâne pentru moment, doar la nivel experimental. Problemele legate de costul de producție al hidrogenului, modul de stocare al acestuia și infrastructura necesară pentru distribuție, nu vor permite, pentru o perioadă lungă de timp, utilizarea pe scară largă a hidrogenului pentru propulsia automobilelor.

Pentru a comenta articolul trebuie să vă înregistrați!

Comentarii

crass
Miercuri, 02 Ianuarie 2013 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
Teo
Joi, 30 August 2012 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
Interesant articol

Raportează comentariul

Login

Logo motorul anului