Η άλλη όψη των υβριδικών
Ας αφήσουμε το βενζινοκινητήρα να δουλεύει στην αποδοτικότερη περιοχή λειτουργίας του (σε μεγάλο φορτίο) και ας τον υποβοηθήσουμε σε όλες τις υπόλοιπες. Και εγένετο το υβριδικό σύστημα, όπου ένας κινητήρας εσωτερικής καύσης και ένας ηλεκτροκινητήρας συνδυάζονται επιτυγχάνοντας καλύτερο βαθμό απόδοσης. Τι γίνεται, όμως, όταν ο ανταγωνισμός απαντά με οικονομικούς ντίζελ και σύγχρονα ηλεκτρικά αυτοκίνητα;Το επόμενο βήμα ήταν τα λεγόμενα plug-in hybrid, υβριδικά αυτοκίνητα οι μπαταρίες των οποίων δε φορτίζονται μόνο από το βενζινοκινητήρα, αλλά και από το οικιακό δίκτυο ρεύματος, και ως εκ τούτου επιτυγχάνουν μεγαλύτερες αυτονομίες, κινούμενα μόνο από τον ηλεκτροκινητήρα. Χωρίς να αποτελούν πανάκεια, τα υβριδικά είναι σίγουρα το σωστό μεταβατικό στάδιο, προς τη σωστή κατεύθυνση. Όσο, όμως, η εξέλιξη των αμιγώς ηλεκτρικών αυτοκινήτων δε συντελείται με αλματώδη πρόοδο και οι αυστηρές προδιαγραφές εκπομπής ρύπων θα καθιστούν σταδιακά ακριβότερη την κατασκευή κινητήρων ντίζελ, τόσο θα μένει ελεύθερο πεδίο δράσης στα υβριδικά συστήματα, τα οποία θα προσπαθούν να αποτελέσουν μια σοβαρή εναλλακτική, με ολοένα αυξανόμενα μερίδια αγοράς.
Και εξηγούμαστε: Μιλώντας για εξέλιξη των αμιγώς ηλεκτρικών αυτοκινήτων, δεν εννοούμε τίποτα άλλο από την εξέλιξη των μπαταριών τους. Η χωρητικότητα της μπαταρίας είναι, άλλωστε, αυτή που καθορίζει τη σημαντικότερη παράμετρο ενός αυτοκινήτου του είδους: την αυτονομία. Σύμφωνα με το σημερινό επίπεδο της τεχνολογίας ευρείας παραγωγής, ένα ηλεκτροκίνητο αυτοκίνητο προσφέρει εμβέλεια περίπου 150 χιλιομέτρων. ¶ρα, δεδομένης και της περιορισμένης έκτασης των υποδομών επαναφόρτισης της μπαταρίας, μιλάμε για αυτοκίνητα που μπορούν να καλύψουν μόνο τις αστικές μεταφορικές ανάγκες μιας οικογένειας για μία μόνον ημέρα. Ουσιαστικά, επιβιβαζόμενοι σε ένα πλήρως φορτισμένο ηλεκτρικό αυτοκίνητο, αρχίζουμε και μετράμε αντίστροφα, βιώνοντας -με το καλημέρα- αυτό που ορίζεται ως «το άγχος της αυτονομίας» (range anxiety).
Τρεις είναι οι συμβατικές λύσεις για την αντιμετώπιση του εν λόγω προβλήματος: Η ανάπτυξη υποδομών επαναφόρτισης των αυτοκινήτων, η υπηρεσία αντικατάστασης των μπαταριών τους και η επέκταση της εμβέλειάς τους με τη χρήση ενός πρόσθετου βενζινοκινητήρα. Η πρώτη περίπτωση είναι συνυφασμένη με μεγάλο κόστος δημιουργίας και λειτουργίας σταθμών φόρτισης, αλλά και με ένα εύλογο χρονικό διάστημα παραμονής σε αυτούς - ακόμα και με τους πιο σύγχρονους ταχυφορτιστές. Η δεύτερη, μια πρακτική που εφαρμόστηκε από την πρώτη κιόλας περίοδο ζωής του ηλεκτρικού αυτοκινήτου στις αρχές του προηγούμενου αιώνα (από τη Hartford Electric μεταξύ 1910 και 1924), αναβίωσε μέσω της Better Place από το 2011, μιας εταιρείας που οδηγήθηκε δύο χρόνια αργότερα σε χρεοκοπία, κυρίως λόγω του υψηλού απαιτούμενου κόστους κατασκευής των υποδομών αντικατάστασης και φόρτισης των μπαταριών. Σύντομα αναμένεται η Tesla να εφαρμόσει την ίδια ιδέα στην Καλιφόρνια (στον αυτοκινητόδρομο 5 μεταξύ Λος ¶ντζελες και Σαν Φρανσίσκο), όμως για τους ίδιους λόγους παραμένει αμφίβολη η δυνατότητα μαζικής της επέκτασης. Οπότε μένουμε να αναρωτιόμαστε πόσο λογικό είναι να κουβαλάμε στο ηλεκτρικό μας αυτοκίνητο έναν επιπλέον κινητήρα εσωτερικής καύσης και πόσο νόημα έχει η μετατροπή της μηχανικής ενέργειας που αυτός θα παράγει σε ηλεκτρική, με μοναδικό σκοπό τη φόρτιση της μπαταρίας μας.
Και κάπου εδώ αρχίζει να εμφανίζεται στην εξίσωση το γνωστό μας υβριδικό σύστημα πρόωσης. Ίσως όχι ακριβώς στη μορφή που σήμερα το γνωρίζουμε, αλλά εξελιγμένο και εκμοντερνισμένο σε τέτοιο βαθμό, ώστε να σταθεί επί ίσοις όροις απέναντι στον ανταγωνισμό τόσο των ηλεκτρικών αυτοκινήτων όσο και των πετρελαιοκίνητων. Η γεννήτρια ελεύθερου εμβόλου είναι μια εξέλιξη που ενδεχομένως να ορίσει το μέλλον του υβριδικού αυτοκινήτου. Φανταστείτε έναν κινητήρα με δίχρονη αρχή λειτουργίας, το έμβολο του οποίου δε μεταδίδει κίνηση στο στροφαλοφόρο, αλλά παράγει κατευθείαν ηλεκτρική ενέργεια. Πώς είναι δυνατόν; Πρώτα απ' όλα, δεν υπάρχει διωστήρας ή στροφαλοφόρος. Το έμβολο, που από τη μία πλευρά του είναι συμβατικής σχεδίασης, στο κάτω μέρος του περιβάλλεται εξωτερικά από ένα μαγνήτη νεοδυμίου-σιδήρου-βορίου, ενώ το τοίχωμα του κυλίνδρου -πέραν των ορίων του θαλάμου καύσης- περιβάλλεται από ένα πηνίο. Έτσι, το έμβολο το οποίο κινείται συμβατικά, από την ανάφλεξη και καύση μείγματος στο θάλαμο καύσης, είναι σε θέση να παράγει ηλεκτρική ενέργεια κατά την κίνησή του στο πηνίο. Το ίδιο κομμάτι του κυλίνδρου περιέχει αέριο, το οποίο φροντίζει για την επαναφορά του εμβόλου στην αρχική του θέση. Δεν πρόκειται για επιστημονική φαντασία, αλλά για ένα λειτουργικό πρωτότυπο που παρουσιάστηκε από την Toyota στο πρόσφατο παγκόσμιο συνέδριο της SAE, στο Ντιτρόιτ. ¶λλωστε, οι κινητήρες ελεύθερου εμβόλου δεν είναι κάτι νέο, αφού έχουν κινήσει το ενδιαφέρον της βιομηχανίας από τη δεκαετία του '30 έως του '60, όταν και εξελίχθηκαν και διατέθηκαν στην αγορά σε διάφορες μορφές, κυρίως ως συμπιεστές αέρα. Ο συνδυασμός τους με γραμμικές γεννήτριες καταχωρίστηκε ως ευρεσιτεχνία το 1959.
Ένας τέτοιου είδους υβριδικός κινητήρας δύο εμβόλων (με αντικριστά έμβολα που προσφέρουν απόλυτη εξισορρόπηση των κραδασμών) μπορεί, σύμφωνα με την Toyota, να αποδώσει ισχύ 20 kW (27,2 ίππων) και να διατηρήσει ένα μικρομεσαίου ή μεσαίου μεγέθους αυτοκίνητο σε ταχύτητα κίνησης αυτοκινητοδρόμου (120 χλμ./ώρα). Στο πρωτότυπο που η ιαπωνική εταιρεία εξελίσσει διαπιστώθηκε βαθμός θερμικής απόδοσης της τάξης του 42%, γεγονός που εξηγεί και την ενασχόλησή της με αυτό (δεν πρέπει να ξεχνάμε πως σε ένα κοινό range extender ένα μεγάλο ποσό της ενέργειας χάνεται κατά τη μετατροπή της από μηχανική σε ηλεκτρική). Επιπλέον, μια τέτοια διάταξη είναι ελαφρύτερη και πολύ μικρότερη σε όγκο σε σχέση με έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης. Οι τεχνικοί δηλώνουν, μάλιστα, πως υπάρχουν ακόμα μεγαλύτερα περιθώρια βελτίωσης, πέραν του βαθμού απόδοσης του 42%. Ωστόσο, μένουν ακόμα διάφορα θέματα προς επίλυση, με κυριότερο αυτήν της τελειοποίησης του ελέγχου του κινητήρα δύο ελεύθερων εμβόλων._ Ν. Κ.