 Predavanje bo v četrtek 13. januara 2005 ob 20:30 v Hiši eksperimentov.
Električna
vozila se hitro razvijajo, pa vendar še vse preveč posnemajo klasične bencinske
avtomobile: sodobni elektromobili imajo centralni elektromotor in
klasični mehanski prenosni sistem (sklopka, prestave, diferencial in
homokinetski zglobi). Ta vozila ne izkoristijo vseh možnosti, ki jih ponuja
prehod na elektriko. Prav to je eden dveh glavnih vzrokov za prepočasno
uvajanje električnih vozil v promet.
Drugi glavni
vzrok, ki je bolj znan, je povezan z izvorom električne energije. Akumulator
kot edini izvor mobilne električne energije je zastarela opcija, saj so vsi
akumulatorji pretežki, poleg tega pa vsebujejo ekološko problematične težke
kovine. Zdaj po svetu raziskujejo številne druge možnosti, od keramičnih
mikroturbin do gorivnih celic. Gorivne celice imajo visok izkoristek
(več kot 50%) in so tik pred komercializacijo. Njihova cena je ta hip sicer še
previsoka, vendar pričakujemo preobrat v nekaj letih. Kot pogonsko gorivo lahko
služi vodik (najenostavnejša izvedba celice, vendar nastopijo problemi s
skladiščenjem vodika) ali kaj drugega, na primer metanol ali celo navadni
bencin. V naslednjih letih se bo verjetno najprej uveljavil metanol. Ta rešitev
se zdi zelo primerna, kajti v tem primeru ne bi bilo treba spreminjati
infrastrukture na črpalkah – k obstoječim stebrom na črpalkah bi preprosto
dodali še enega za metanol. Lahko se vprašamo, kaj pridobimo, če pa se spet
vračamo k bencinu ali metanolu. Pridobimo ogromno, kajti bencinski motor ima
efektivni izkoristek med 5 in 20 % (5% v mestni vožnji, 20% v relacijski),
gorivna celica pa preko 50% ne glede na režim delovanja. Torej je tudi
škodljivih emisij veliko manj. Izvor energije pa ni edina konceptualna
sprememba v novi generaciji električnih vozil.
Fizikalna
analiza vseh možnih rešitev pokaže, da so najbolj perspektivne variante vozil s
takoimenovanim direktnim pogonom: vsako pogonsko kolo ima svoj lasten
elektromotor, ki je vgrajen neposredno v kolo, tako da je rotor elektromotorja
že kar del pogonskega kolesa. Električni bicikel (ali moped) ima motor v pestu
zadnjega kolesa, elektromobil pa ima štiri motorje, po enega v platišču vsakega
kolesa. Vsi elementi mehanskega prenosa torej odpadejo, preostanejo samo kolesa
kot edini gibljivi del. Električna vozila nove generacije bodo temeljila na tu
opisanem direktnem pogonu (DD, direct-drive).
Te
konstrukcijske zamisli se doslej ni dalo uresničiti, kajti motor za DD pogone
vozil mora izpolnjevati dve navidez težko združljivi zahtevi: zelo majhna masa
in zelo velik dosegljiv navor. Znani elektromotorji dosegajo le kakih 10 N×m/kg specifičnega navora. Novi motorji po
naših izvirnih invencijah pa dosežejo kar trikrat večji specifični navor, kar
že zadostuje za zahteve direktnega pogona. Konstrukcija tega motorja je zelo
preprosta: ima le kakih 10 različnih sestavnih delov in je torej poceni.
Centralni
element vozila zdaj ni več motor, temveč mikroprocesor, ki uravnava delovanje
vseh štirih motorjev. Vsako kolo ima optimalno avtonomijo. Implementacija ABS,
ASR in še drugih varnostnih sistemov je trivialno enostavna. DD elektromobil je
torej veliko varnejši kot klasični avto.
Poleg tega ni
energetskih izgub v mehanskih prenosih. Vozilo je zelo lahko, izjemno gibčno,
cenejše od klasičnih elektromobilov in okolju še bolj prijazno. Ker se motorji
umaknejo v kolesa, so možne nove oblikovne rešitve vozila – s poudarkom
na človeku prijazni obliki, pa seveda na izboljšani aerodinamiki in posledično
manjši porabi energije.
Vse našteto je
povsem uresničljivo že danes, vendar ni pravega razvoja. Zakaj? Avtomobilska
industrija ni iskreno zainteresirana za večje spremembe, saj lahko še vrsto let
kar dobro služi z obstoječimi proizvodnimi linijami. Pa tudi preveč togo so
vpeti v preživele koncepte klasičnega bencinskega avtomobila. Upajmo, da bo do
preobrata prišlo še pred kako hudo ekološko krizo.
Razvoj se ne
bo ustavil pri električnih avtomobilih. Naslednji projekt, ki ga pripravlja
naša skupina, je še v konceptualni fazi razvoja. Gre za ultralahko
električno letalo brez propelerja. To vozilce posnema obliko kačjega
pastirja s štirimi krili (razpon čez krila samo 4 m, masa vozila samo 50 kg) in
leti skoraj neslišno pri hitrosti 120 km/h. Vzleta in pristaja lahko navpično,
torej ne potrebuje nobene vzletne steze. Poraba energije je približno tolikšna
kot pri elektromobilu. Najtrši oreh je pogonski sistem v krilih (nekakšne
utripajoče škrge s posebnimi elektrostatskimi mikromotorji), vendar kaže, da ga
bomo znali rešiti. Pri reševanju tega problema se poleg fizike poslužujemo tudi
bionike, kar pomeni, da analiziramo razne učinkovite rešitve letenja, ki so se
razvili pri živih organizmih (v tem primeru zlasti ptiči, žuželke in nekatere
ribe).
Več o predavatelju: Slovenija expo 2000 |