Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 1
ELEKTRIČNI AUTOMOBIL
realnost ili utopija?
(10 godina poslije, 2008-2018)
dr.sc. Darko Vyroubal, prof. V.Š.
Veleučilište u Karlovcu
Javno predavanje
Veleučilište u Karlovcu, Udruga „Nikola Tesla”
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 2
Nova ideja ? – Evo malo povijesti 1832-1839 Robert Anderson
prva baterijska kočija (automobil !?!).
1899 Thomas Alva Edison pokušava, pa odustaje (Slika 2a)
u međuvremenu, mnogo pokušaja,
ratovi, naftne krize, interesi krupnog kapitala i automobilske
industrije, prljava politika ...
1988 G.M. misli ozbiljno (?) s EV1, ali odustaje (?) 2003. (Slika 2b)
Sl.2a Edisonov automobil
Sl. 2b G.M. uništava EV1
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 3
Zašto električni automobil ? • Zalihe nafte se
iscrpljuju (možda još
oko 50 godina)
• Zagađenje zraka
postaje nepodnošljivo
• Raste koncentracija
stakleničkih plinova
(CO2 , NOx)
Sl.3 “Sunčani” dan u New Yorku
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 4
Zašto električni automobil ?
• Raste globalno zagrijavanje
• Bez obzira na metodu proračuna, projekcija predviđa prosječno povećanje temperature za 2-5 ºC do kraja 21. stoljeća
• Ako tako nastavimo, uništiti ćemo Zemlju (topljenje leda, porast razine mora, oluje...)!
Sl. 4 Projekcija globalnog zagrijavanja
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
„Istina, cijela istina, ništa osim
istine ...” • Al Gore je 90’ godina
dizao „uzbunu” gornjim
grafikonom, a istina je
drugačija.
• Kroz povijest je
temperatura Zemlje
drastično oscilirala!
• Uzroci su različiti, ali
najviše varijacija Zemljine
orbite i erupcije vulkana.
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 5
Sl.5 Varijacija temperature Zemlje
u posljednjih 1000 godina.
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
Temperatura Zemlje u
posljednjih 4500 godina
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 6
Sl.6 Kolebanje temperature Zemlje u posljednjih 4500 god.
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 7
“Čisti” električni automobil
Pogon Elektronika Spremnik
energije
Akumulator
“Ultra”
kondenzator
Nadzorno
računalo
Pretvarač
Električni
motor(i)
Izvor
električne
energije
Sl.7 “Čisti” električni automobil firme “Tesla Motors” model 2007
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 8
Elektromotor – skoro idealno!
• Jednostavna, robusna i provjerena konstrukcija
• Reverzibilnost – pogon i kočnica istovremeno!
• Izvrsna regulacija – mjenjač i diferencijal više nisu potrebni!
• Pogodan za ugradnju direktno u kotač – “pogon na sva četiri”
• Efikasnost ~ 90% Sl.8 Ugradnja elektromotora u kotač
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 9
Elektronika – skoro idealno!
• Provjerena, razvijena i jeftina tehnologija
• Jednostavna promjena funkcija izmjenom “software-a”
• Upravlja tokom energije – iz spremnika energije (akumulator, “ultra” kondenzator) prema motoru u vožnji, te nazad u spremnik pri kočenju! Sl.9 Tipični modul auto-elektronike
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 10
Akumulator – počinju problemi!
Sl.10 Usporedba benzina i akumulatora raznih tehnologija
Benzin 12300 Wh/kg (44,4 MJ/kg) – 65 puta više od najboljeg akumulatora!
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 11
Ograničenja akumulatora (2008) Karakteristika Olovni NiMH, NiCd Li-Ion
Životni vijek 3-5 godina 2-3 godine 2-3 godine
Punjenje 5 sati 2 sata 45 min
Pražnjenje <5 C [Ah]xh <10 C [Ah]xh <10 C [Ah]xh
Energija (Wh/kg) 50-60 60-85 150-200
Snaga (W/kg) 70-150 150-200 300-1500
Ciklusa 500-800 500-1000 1200
Održavanje Voda Nema Nema
Sigurnost H2, požar! T>120°C, požar! T>130°C, požar!
Ekologija Olovo, H2SO4 Teški metali Skoro “zelen”
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 12
Građa Li-Ion akumulatora
Sl.12 Građa Li-ion akumulatora
Separator
Anoda
Katoda
Katodni spoj
Anodni spoj Donji izolator
PTC Ventil Brtva Kapa
(pozitvni pol)
Gornji izolator
Kućište
(negativni pol)
•Anoda – grafit, TiS2
•Katoda – složeni oksid (LiFePO4 kod automobilskih akumulatora)
•Između anode i katode mehanički separator od izolatora, propustan za Li+ ione (mrežica)
•Sve u gel elektrolitu
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 13
Kako radi Li-Ion akumulator ?
• Punjenje – Li+ ioni se izvlače iz katode i ugrađuju u anodu
• Pražnjenje – Li+ ioni se izvlače iz anode i vraćaju u katodu
ANODA ANODA
KATODA KATODA SEPARATOR SEPARATOR
ELEKTROLIT: POLIMERNI GEL
IZVOR
ELEKTROLIT: POLIMERNI GEL
TERET
STRUJA STRUJA ELEKTRONI
ELEKTRONI
PUNJENJE PRAŽNJENJE
Sl.13 Procesi u Li-Ion akumulatoru
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 14
Nova “nano-zvijezda” na nebu • “Altairnano” akumulator na
bazi nano-titanata (Li4Ti5O12)
• Brzo punjenje – do 85% za 1 minutu!
• Vijek 20 godina s 15000 ciklusa punjenja/pražnjenja
• Velika snaga – 4 kW/kg
• Temperatura -50°C do +75°C
• Siguran do +250°C
• Potpuno “zelen” – nema otrova
• Ali, specifična energija još je 130 puta manja od benzina!
Sl.14 Nano-kuglice titanata, promjer 40 nm, efektivna površina 100m2 /g !!!
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
Li-Ion akumulatori (2018)
Sl.15 Karakteristike Li-Ion akumulatora
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 15
Materijal LiFePO4 LiMn2O4 LiCoO2 Li(NixCoyMnz)O2
Napon ćelije 3,4 V 3,8 V 3,7 V 3,6 V
Energija
(Wh/kg) 442-476 380-456 499-555 576-792
Ciklusa 2000-5000 500-2000 500-1000 800-2000
Sigurnost izvrsna dobra slaba slaba
Cijena
(1000$/toni) 7,7-14,7 4,4-8,8 50-57 22-29
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
Sigurnost Li-Ion akumulatora
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 16
• Temperaturno
područje usko za
automobile (-30°C -
+55°C)
• Broj slučajeva
požara stalno raste
(automobili, avioni
mobiteli, računala)
• Uzrok često
nejasan!
Sl.16 Dijagram sigurnog područja rada Li-Ion akumulatora
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
Stanje/napredak akumulatora
(tipični automobili 2018) Parametar Nissan Leaf Renault ZOE BMW i3 Tesla S
Energija (kWh) 30 42 33 99
Težina (kg) 294 300 280 690
Energija (Wh/kg) 102 142 219 143
Hlađenje prirodno
zračno
prisilno
zračno
prisilno
vodeno
prisilno
vodeno
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 17
• Gustoća energije (Wh/kg) se gotovo nije promijenila od
2008, čak je iz raznih praktičnih razloga i nešto manja!
• „Altairnano” je svoje specifikacije UMANJIO 4-5 puta!
• Akumulator čini 1/3 do 1/2 težine vozila!
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 18
Kondenzatorski spremnik energije
Sl.18 Građa kondenzatora
Negativna elektroda
Izolator
Pozitivna elektroda
•Jednostavna konstrukcija – dvije (metalne) elektrode, između izolator
•Kapacitet kondenzatora – proporcionalan veličini (površini) elektroda, a obrnuto proporcionalan razmaku
•Spremljena energija proporcionalna kapacitetu, ali i kvadratu napona ! (W=CxU2/2)
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 19
Princip “ultra” kondenzatora
• Povećanje kapaciteta
- povećanjem površine
ili smanjenjem
razmaka elektroda, ali
i povećanjem napona!
• Povećanje napona
traži veći razmak
• Rješenje – povećanje
površine!
Separator
Elektrolit
Ugljikova
nano-cijev
Sl.19 Princip “ultra” kondenzatora
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 20
Građa „ultra” kondenzatora
Sl.20 “Vlati” (nano-cijevi) ugljika u “ultra” kondenzatoru
• Elektrode – “vlati” (nano-cijevi) ugljika, velika aktivna površina za određeni volumen
• Elektrolit – vodljiva želatina, nije kritičan!
• Separator – sprečava dodir elektroda, a propušta ione (fina mrežica)
• Ključ je nano tehnologija!
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 21
Usporedba spremnika energije
• Kondenzatori – velika
snaga, ali mala energija
• “Ultra” kondenzatori – velika
snaga i povećana energija
• Akumulatori – velika
energija, mala snaga
• Gorive ćelije (o njima
kasnije) – još veća energija,
ali još manja snaga
• Kontradiktorne mogućnosti! Sl.21 Usporedba spremnika energije
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 22
Dodatni problemi – punjenje!
• Potrebna nova infrastruktura – stanice za punjenje!
• Rukovanje mora biti sigurno i jednostavno
• Za brzo punjenje potrebna ogromna električna snaga!
• Punjenje “preko noći” pogodno samo za neke korisnike
Sl.22 Punjenje električnog automobila
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 23
“Čisti” elektro-auto, zaključak
• Elektromotor – idealan pogon, dobra regulacija, dobra iskoristivost, reverzibilnost toka energije, nije potreban mjenjač i diferencijal!
• Elektronika – jeftina, razvijena tehnologija, lako prilagodljiva specifičnoj primjeni (software)
• Spremnik energije – trenutno ne postoji tehnologija koja daje veliku specifičnu energiju i istovremeno veliku specifičnu snagu, još uvijek oko 100 puta slabije od benzina!
• Potrebna nova infrastruktura za punjenje!
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 24
“Klasični” hibridni automobil • Klasični motor puni
akumulator u vožnji
• Akumulator napaja elektromotor
• Po potrebi oba motora rade istovremeno
• Klasični motor radi u skoro optimalnom režimu – bolja iskoristivost i manje zagađenje
• Skupa i komplicirana izvedba!
Inverter, punjač, elektronika, prijenos
Utikač Benzinski ili diesel-motor
Akumulator
Energetski kabel
Sl.24 Struktura hibridnog automobila
Elektromotor
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 25
“Klasični” hibridni automobil
Kemijska
energija
goriva Mehanička
energija
(klasični motor) Električna
energija
(akumulator) Mehanička
energija
(elektromotor)
Trostruka pretvorba energije – mala iskoristivost!
Gubitak prve pretvorbe
Gubitak druge pretvorbe
Gubitak treće pretvorbe
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 26
“Klasični” hibridni automobil
Prednosti
• Klasični motor radi u
boljem režimu – bolja
iskoristivost
• Klasični motor ne radi
uvijek (gradski promet)
• Upotreba plinske turbine
– veća snaga iz manjeg
stroja, bolja iskoristivost
Mane
• Koristi fosilna goriva
• Komplicirana konstrukcija (mjenjač, diferencijal)
• Dodatna težina (akumulator, elektromotor)
• Dodatna cijena (elektronika, elektromotor, akumulator)
• Trostruka pretvorba energije
Rezultat je neriješen – koliko prednosti, toliko mana!
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 27
“Novi” hibridni automobil
Sl.27 “Honda 2005 FCX” – hibridni automobil sa gorivim ćelijama i pogonom na vodik
Spremnici vodika Gorive
ćelije
“Ultra” kondenzatori
Pogonska grupa
(elektromotor i elektronika)
Hladnjak gorivih ćelija
Ovlaživač gorivih ćelija
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 28
Gorive ćelije - “novi” izvor energije
• Princip otkriven 1839
• Prve komercijalne ćelije 1955 (Grubb-Niedrach)
• NASA ih koristi od 1959 uspješno sve do 1971 (Apolo13 – “Houston, we have had a problem”), ali i dalje nastavlja s primjenom
• Danas masovna primjena (vozila, vojska, svemirski program ...)
Sl.28 Izgled tipične automobilske gorive ćelije
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 29
Tipovi gorivih ćelija
Vodikova s alkalijskom membranom
Vodikova s PEM membranom
Metanol goriva ćelija (direktna)
Vodikova s fosfornom kiselinom
Vodikova s tekućim polikarbonatom
Vodikova s krutim oksidom
“Hladne” ćelije 20-100 ºC
“Vruće” ćelije 200-1000 ºC
Gorivo
Anoda
Elektrolit Katoda
Kisik (iz zraka)
Otpadne tvari na katodi (H2O ili CO2)
Otpadne tvari na anodi (H2O ili CO2)
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 30
Vodikova PEM goriva ćelija • Polimerna (PEM) membrana
(elektrolit) zadržava elektrone na anodi, a propušta ione vodika (goriva) prema katodi
• Ioni se na katodi neutraliziraju oksidantom (kisik iz zraka)
• Reakcija (H2 ćelija): 2H2+O2=2H2O+toplina+ električna energija
• Reakcija je potpuno“zelena” – nusprodukt je voda, ali i toplina!
• Troši vodik, ali i kisik iz zraka! Sl.30 Struktura H2 gorive ćelije
Višak goriva
Dovod goriva
Anoda
Elektrolit
Katoda
Ulaz zraka
Izlaz vode
Tok električne struje
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 31
Vodikova PEM goriva ćelija
• Cijena: 1000 $/kW
• Cijena PEM (Proton
Exchange Membrane)
membrane: 10-400 $/m2
• Vijek ćelije: 5000 sati
• Efikasnost ćelije: 40-50%
• Efikasnost automobila
(spremnik-kotač): 36%
(za najbolji današnji diesel
automobil: 22%)
Sl.31 Automobilska PEM vodikova goriva ćelija snage 13 kW
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 32
Problemi s vodikom - zapaljivost • Vodik je idealno gorivo
(čisto sagorijevanje - voda)
• Proizvodi se iz vode (elektroliza - troši se električna energija!)
• Izuzetno zapaljiv!
• Katastrofa “Hindenburga” za dugo odgodila primjenu vodika do “Apolo” programa
• Potrebna posebna tehnologija proizvodnje, transporta i manipulacije
Sl.32 Katastrofa dirižabla “Hindenburg” (1938) punjenog vodikom
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 33
Problemi s vodikom - spremnik • Vodik ima veliku masenu specifičnu energiju (Wh/kg), ali
malu volumnu (Wh/L) – potrebno tlačenje vodika
• Tlak u spremniku 250-300 bar! Vrlo opasno!
• Metalni spremnici zbog vodika postaju krti i lomljivi, pojava pukotina (tzv. “napad vodika”)
• Spojevi i ventili pod vrlo visokim tlakom – moguće propuštanje vodika, vrlo velika opasnost eksplozije! (vožnja na bombi!)
• Spremnik tekućeg vodika – velika gustoća energije (Wh/kg), ali temperatura –253 ºC! Potrebno hlađenje i toplinska izolacija, vrlo skupo i složeno
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 34
Problemi s vodikom - infrastruktura
• Postojeća infrastruktura za punjenje tekućim gorivom ne odgovara – ogromni trošak za uvođenje novog sustava
• Potrebna nova infrastruktura za punjenje vodikom u tekućem ili plinovitom stanju – zahtjevni tehnološki zahvati
• Potrebne znatno strože sigurnosne mjere – tehnički izazov!
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 35
Zašto baš vodik? • Vodik ima oko tri puta
veću masenu specifičnu energiju od klasičnih fosilnih goriva (nafta, diesel, benzin, propan ...)
• Vodik sagorijeva čisto (nusprodukt je voda!)
• Rezerve vodika su “neograničene” (voda u oceanima)
• Unatoč problemima – rješenje je ipak vodik!
Sl.35 Usporedba specifične energije različitih goriva
Vo
dik
Me
tan
Pro
pan
Na
fta
Be
nzin
Die
se
l
Bio
die
sel
Ug
ljen
Alk
oh
ol
Drv
o
Specifična energija MJ/kg
0 2
0 4
0 6
0 8
0 1
00
12
0 1
40
16
0
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 36
Usporedba “čistog” i “hibridnog”
električnog automobila
• “Čisti” električni automobil je skoro četiri puta energetski efikasniji od “hibridnog” s vodikovom gorivom ćelijom
• Problemi izvedbe i infrastrukture su podjednako teški i skupi!
Električna mreža
Efikasnost od mreže do elektro-motora 25%
Efikasnost od mreže do elektro-motora 86%
Elektronika
efikasnost 93%
Li-Ion akumulator
efikasnost 93%
Elektroliza vode
efikasnost 70%
Kompresor vodika
efikasnost 90%
H2 goriva ćelija
efikasnost 40%
“Čisti” (direktni) električni automobil
Proizvodnja vodika “Hibridni” električni automobil
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 37
Ponuda na tržištu
• Karakteristike automobila raznih tehnologija uglavnom slijede krivulju na slici
• Vrijedi “velika snaga – velika potrošnja” kao i “štedljiva vožnja – mala snaga” (fizika je neumoljiva!)
• Od trenda znatno odstupa “Tesla Roadster” (ali to je ipak samo mali lagani dvosjed!)
• Kako dalje?
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 38
On se ne boji uvesti ZERB! • ZERB (Zero Emission
Regulatory Board) - tijelo države Kalifornije koje nadgleda uvođenje “čistih” automobila do 2025.
• Podupiru se sve tehnologije (napredne standardne, električne, hibridne, “egzotične”...).
• Sve je podložno čistom zraku bez obzira na otpor industrije i politike!
Sl.38 Arnold Schwarzenegger (“Terminator”), guverner Kalifornije je odlučan u borbi za čisti zrak bez obzira na tehničke teškoće i razne otpore politike i industrije
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 39
Ne ide lako, ali Arnie je odlučan!
Iniciranje programa
Prvo popuštanje
Opet popuštanje Močni tuži!
Podupire se prvi hibrid (Toyota Prius)
Obustavlja se potpora “čistim” električnim
automobilima, potpora samo gorivim ćelijama
GM uništava EV1 prvi “čisti” električni automobil
“Čisti” električni automobil se ponovno rađa! (“Tesla Motors”)
2500 vozila s
gorivim
ćelijama
do 2009
25000 vozila
s gorivim
ćelijama do 2012
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 40
Znamo li cijelu istinu?
• Mnoga “egzotična” alternativna rješenja nisu
dobila odgovarajući publicitet.
• Snažni lobby automobilske i naftne industrije
nadzire dostupnost informacija.
• Bez obzira na vrstu, uspješnost alternativnog
rješenja znači smrt klasične automobilske
industrije i prateće infrastrukture – urota?
• Da vidimo što se još nudi...
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 41
Što to tamo gori?
• Vjerovali ili ne – morska voda gori !!!
• John Kanzius (2007) pobudio morsku vodu elektromagnetskim impulsima – izazvao izdvajanje vodika (gorivo!)
• Za sada efikasnost samo 76% (potrebno više elektromagnetske energije nego što se dobije energije vodika) – razvoj?
Sl.41 Originalna fotografija prvog eksperimenta sagorijevanja morske vode (izdvojenog vodika)
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 42
Aluminijski akumulator
• Aluminijska baterija postoji već dugo, ali i problemi: ne može se puniti, već obnoviti zamjenom Al-elektroda, taloži se “blato” (Al-hidroksid) koje treba odstraniti i reciklirati.
• Rainer Partanen 1989 osniva tvrtku “Europositron”, skuplja investitore i tvrdi da će do 2010 imati Al-akumulator (s mogućnošću punjenja!) za automobil, baziran na srednjoškolskoj kemiji (ne otkriva detalje!): 80 kWh/40 lit./60 kg, 2100 Wh/lit., 1330 Wh/kg, 3000 ciklusa punjenja/pražnjenja, –40ºC <T< +70ºC, vijek 10-30 godina.
• Počinju “zločesti” napisi u novinama, tužbe za prijevaru – obična prijevara ili urota automobilske industrije?
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 43
“Zebra” baterija
• Izumljena u Južnoj Africi (otuda ime “Zebra”).
• Ni – pozitivna elektroda, rastaljeni Na – negativna elekroda, rastaljeni NaAlCl4 elektrolit (obična kuhinjska sol s dodatkom alumunija).
• Radna temperatura 400-700ºC (mora se prvo zagrijati).
• Za sada se uspješno koristi kao velika back-up baterija (UPS) u elektroenergetskim sustavima – Anchorage, Alaska; Cupertino, Claifornia; Japan itd.
• 1985 razvijena Na-NiCl2 baterija manje snage (pogodna i za automobile) za napajanje raketa (neaktivna do
lansiranja, aktivira se toplinom raketnih plinova).
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 44
Vodena baterija!
• Laki metali (Aluminij, Litij, Natrij, Bor) sagorijevaju u vodi
• Bor je izuzetno teško zapaljiv u zraku, te je neotrovan, kao i njegovi produkti sagorijevanja u vodi.
• University of Minnesota i Weizmann institut iz Izraela razvijaju automobilsku bateriju (prototip se očekuje 2009): 18 kg bora + 45 litara vode = 5 kg vodika = 40 lit. benzina.
• Proizvodnja vodika se regulira protokom vode preko bora u prahu – “vodik na zahtjev”, ne treba spremnik vodika!
• Nusprodukt je borov oksid koji je neotrovan i može se lako elektrolizom reciklirati nazad u bor.
• Punjenje baterije vodom, zamjena istrošenog bora.
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 45
Nuklearna baterija • Nuklearna baterija bazirana na b-raspadu nuklearnih
izotopa koristi se već preko 40 godina u “deep space” svemirskom programu (letjelice lansirane izvan zemljine orbite – nema opasnosti od pada na zemlju!).
b-zrake su elektroni koji se skupljaju na negativnom polu baterije, a preko strujnog kruga se vraćaju na pozitivni pol.
• Vijek baterije može biti više desetaka do stotina godina, zavisno o vremenu raspada nuklearnog materijala.
• Nove generacije su posve sigurne – nuklearna reakcija je neaktivna sve dok ne počne izvlačenje struje iz baterije!
• Strah od nuklearne energije (Hirošima, Černobil, terorizam) za sada ne dozvoljava široku primjenu u automobilima.
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 46
“Heretička” fizika
• Razne “heretičke” teorije nude “rog izobilja”:
- “hladna” fuzija (dokazano nije fuzija, ali što je?)
- “hydrino” teorija “malog vodika” (Randell Mills)
- “free energy” praznog prostora (čista fantazija ?)
• Službena fizika ih za sada ne priznaje, ali za neke nema
čvrstog dokaza o pogrešnim pretpostavkama, a nema ni
objašnjenja za rezultate nekih eksperimenata koje
pokušava objasniti “heretička” fizika.
• Sjetimo se da su sve nove ideje uvijek u početku bile
“heretičke”. Tko zna što nosi budućnost ?
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
Alternativna rješenja (2018)
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 47
• Voda koja gori – John Kanzius umro 2009. Nema
informacija o nastavku istraživanja.
• Aluminijski akumulator – „Europositron” samo izdaje
dionice, još nema prototipa, suđenje Raineru Partanenu.
• „Zebra” baterija – proizvodi tvrtka MES-DEA, nejasne
specifikacije i primjena, ne spominje se električni auto.
• Vodena baterija – nema novih podataka.
• „Hydrino” – tvrtka postoji, nema proizvod već samo
(neprovjerenu) teoriju koju nudi investitorima.
• Hladna fuzija i „Free Energy” – i dalje mašta nepriznata
od egzaktne fizike.
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
Je li električni automobil „zelen”?
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 48
Sl.48 Troškovi proizvodnje i eksploatacije automobila s raznim pogonom
• Struju za punjenje treba
proizvesti (ugljen, nafta,
vjetar, sunce, nuklearke)
• Materijali za električni
auto su skupi ili rijetki
(aluminij za šasiju,
neodymium za magnete
elektromotora, bakar za
električne dijelove,
kemikalije za baterije)
• Troškovi recikliranja
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 49
I, konačno - realnost ili utopija ?
• Na osnovu svega iznesenog ne mogu zaključiti je li električni automobil “bliska realnost” ili tek “vrlo daleka realnost”, tj. praktički utopija.
• Nedvojbeno je da će prijelaz na novu vrstu pogona biti nezamislivo skup.
• Automobilska industrija i naftni lobby će do zadnjeg mogućeg trenutka odgađati promjene.
• Ogromna sredstva se ulažu kako u unapređenje klasične tehnologije, tako i u nova rješenja.
• Osim “službenih” novih rješenja ima i mnogo alternativnih.
• Vjerujem da se nešto ipak “iza brda valja” !!!
Veleučilište u Karlovcu Javno predavanje
10.5.2018. D. Vyroubal: Električni automobil - realnost ili utopija? Sl. 50
Zaključak (2018. kao i 2008. !)
• Vozači starije generacije gotovo sigurno neće voziti “električni” automobil !!!
• Vozači mlađe generacije će vjerojatno ipak voziti neku verziju “električnog” automobila.
• Naši unuci će gotovo sigurno voziti “električni automobil”, a možda i neku sasvim drugu vrstu !!!
• Preporuka: Vozimo polako i pažljivo, skromnim osobnim doprinosom ćemo smanjiti zagađenje i možda spasiti planet za našu djecu i unuke !!!