Μazda RX-8 Hydrogen RE & Premacy Hydrogen RE Hybrid
Oι Ιάπωνες βάζουν την τεχνολογία και την τεχνογνωσία, οι Νορβηγοί την οικολογική συνείδηση και τα καύσιμα. Κάπως έτσι o πρώτος δρόμος του υδρογόνου γίνεται από ουτοπία πραγματικότητα, και εμείς σπεύδουμε να οδηγήσουμε τα πρωτότυπα Μazda RX-8 Hydrogen και Premacy Hydrogen Hybrid στο φυσικό τους χώρο.ΕΙΝΑΙ εφικτή μια κοινωνία απαλλαγμένη από τα ορυκτά καύσιμα, αλλά χωρίς παραχωρήσεις σε αυτό που έχουμε συνηθίσει να ονομάζουμε «δυτικό τρόπο ζωής»; Το υδρογόνο ως φορέας ενέργειας, για παράδειγμα μία μπαταρία (και όχι πρωταρχική πηγή ενέργειας, σαν τα ορυκτά καύσιμα), μπορεί να παραχθεί με τη βοήθεια ανανεώσιμων πηγών ενέργειας -όπως η ηλιακή και η αιολική-, της ζύμωσης ή ατμοποίησης βιομάζας και βιοαποβλήτων. Οι αναλύσεις «well to wheel» επιβεβαιώνουν του λόγου το αληθές, αφού το παραγόμενο από ανανεώσιμες πηγές υδρογόνο αποτελεί την περιβαλλοντικά φιλικότερη λύση ως καύσιμο των αυτοκινήτων -και όχι μόνο- του μέλλοντος.
Το Ηynor είναι μια από κοινού πρωτοβουλία βιομηχανίας, εταιρειών υψηλής τεχνολογίας και πανεπιστημίων, για την επίδειξη των δυνατοτήτων ανάπτυξης της απαραίτητης υποδομής με στόχο την ευρεία χρήση υδρογόνου στις μεταφορές, προσαρμοσμένη στις τοπικές συνθήκες της Νορβηγίας και επιχορηγούμενη με 3,7 εκατ. ευρώ από την κυβέρνηση. Πρακτικοί άνθρωποι οι Σκανδιναβοί, δεν ξεκίνησαν το πρόγραμμα «γενικώς και αορίστως», αλλά έθεσαν εξαρχής ως στόχο την υλοποίησή του σε μια διαδρομή μήκους 580 χλμ., από το Όσλο μέχρι το Σταβάνγκερ. Κάθε πόλη-σταθμός του πράσινου αυτοκινητόδρομου οφείλει να αναπτυχθεί ως αυτόνομος κόμβος, με την υποχρέωση κατασκευής τουλάχιστον ενός πρατηρίου ανεφοδιασμού καυσίμου, την ευθύνη ενημέρωσης και συμμετοχής των πολιτών και το σχεδιασμό σταθμών παραγωγής υδρογόνου. Το σχέδιο πρόκειται να καλύψει σχεδόν όλους τους τομείς μεταφορών, όπως λεωφορεία, ταξί, ιδιωτικά αυτοκίνητα, όσο και τις αστικές, υπεραστικές και εθνικές μεταφορές αγαθών.
Εδώ εμφανίζονται οι Ιάπωνες της Mazda, φέροντας μαζί τους την τεχνογνωσία του κινητήρα εσωτερικής καύσης υδρογόνου, την οποία μόνοι αυτοί (και οι Γερμανοί της BMW) έχουν εξελίξει σε τέτοιο βαθμό, ώστε να τη μεταφέρουν από το εργαστήριο στο δρόμο. Το Mazda RΧ-8 Ηydrogen RE είναι το αυτοκίνητο το οποίο από το 2006 διατίθεται με τη μέθοδο leasing σε κρατικούς φορείς και εταιρείες στην Ιαπωνία και επιλέχθηκε ως το πλέον κατάλληλο για το «δρόμο του υδρογόνου», ο οποίος εγκαινιάστηκε και επίσημα το Μάιο του 2009.
Βάνκελ, μέρος δεύτερο
Ο περιστροφικός κινητήρας είναι αλήθεια πως έχει ένα μεγάλο ατού στην καύση υδρογόνου, έναντι του κοινού, παλινδρομικού κινητήρα: Οι ξεχωριστοί θάλαμοι εισαγωγής, καύσης και εξαγωγής που λόγω κατασκευής διαθέτει δίνουν τη λύση στο πρόβλημα υπερθέρμανσης εισαγωγής και βαλβίδων εισαγωγής που αντιμετωπίζει ο παλινδρομικός κινητήρας. Το υδρογόνο, όντας ιδιαίτερα εύφλεκτο, απαιτεί μικρά ποσά ενέργειας για την καύση του, με το μέτωπο της φλόγας να μεταδίδεται με 265 εκ./δλ., έναντι μόλις 40 εκ./δλ. της βενζίνης. Αυτό, λοιπόν, που μεταφράζεται στην πράξη σε πρόωρη ανάφλεξη στους κοινούς κινητήρες εσωτερικής καύσης, δεν επηρεάζει καθόλου τον Βάνκελ. Και στις δύο περιπτώσεις, πάντως, οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα είναι μηδενικές, ενώ των οξειδίων του αζώτου ελάχιστες. Φυσικά, πέραν του υδρογόνου, διατηρείται και δυνατότητα καύσης βενζίνης (το ένα δεν αναιρεί το άλλο), και για την περίσταση έχουν τοποθετηθεί επιπλέον δύο μπεκ ψεκασμού υδρογόνου, ένα στο μπλοκ του κινητήρα -για άμεσο ψεκασμό- και ένα στην εισαγωγή του. Το καύσιμο αποθηκεύεται σε υγρή μορφή υπό πίεση 350 bar (γιατί τα 700 bar αποτελούν προς το παρόν την πολύ πιο ακριβή σε κόστος εναλλακτική) σε δύο ρεζερβουάρ συνολικής χωρητικότητας 105 λίτρων -τα οποία αφήνουν ελάχιστο διαθέσιμο χώρο για αποσκευές στο RX-8-, ενώ κάτω από το πίσω κάθισμα υπάρχει και ένα μικρό ρεζερβουάρ βενζίνης (5 λίτρων), που στα 100 χλμ. αυτονομίας του υδρογόνου προσφέρει άλλα 45 χλμ. Γυρίζοντας το κλειδί στη μίζα, το αυτοκίνητο εκκινεί με υδρογόνο και η αντίστοιχη ένδειξη φωτίζεται στον πίνακα οργάνων. Με τη βοήθεια ενός διακόπτη στην αριστερή πλευρά του ταμπλό, ο οδηγός μπορεί να επιλέξει το ρεζερβουάρ βενζίνης ακόμα και εν κινήσει και, προφανώς, σε περίπτωση ανάγκης, όπως μαρτυρά η μικρή χωρητικότητά του. Πέραν αυτών -και των αισθητικών αλλαγών σε μάσκα, προβολείς, πίσω προφυλακτήρα, πίσω φώτα από LED, ταμπλό και τιμόνι, που μαρτυρούν πως πρόκειται για την ανανεωμένη έκδοση του RX-8-, δεν υπάρχει κάτι που να παραπέμπει στη διαφορετικότητα του κινητήρα. Ακόμα και το τιμόνι βρίσκεται στη σωστή πλευρά -την αριστερή!-, ενώ το αυτόματο κιβώτιο των ιαπωνικών εκδόσεων έχει δώσει τη θέση του σε 5τάχυτο χειροκίνητο. Κινούμενοι, αντιλαμβανόμαστε πως λείπουν η δύναμη (στους 109 ίππους περιορισμένη η απόδοση με όποιο από τα δύο είδη καυσίμων) και το βάθος του περιστροφικού κινητήρα στις ψηλές στροφές. Διαφορά μεταξύ των δύο καυσίμων καταλαβαίνεις, πάντως, από το θόρυβο και την τραχύτητα του συνόλου των 1.308 κ.εκ. όταν λειτουργεί με υδρογόνο, εξαιτίας των χαρακτηριστικών καύσης του τελευταίου -χωρίς αυτό να σημαίνει πως γίνεται ενοχλητικός. Η ροπή των 14,2 χλγμ. αποδίδεται, ωστόσο, στις χαμηλομεσαίες, αποδεικνύοντας πως έχει ρυθμιστεί έτσι ώστε να ταιριάζει στις συνθήκες κίνησης της Νορβηγίας (το όριο ταχύτητας δεν υπερβαίνει τα 100 χλμ./ώρα!).
Τώρα και σε υβριδική μορφή!
Γνωρίζουμε πως η λογική των υβριδικών συστημάτων είναι ο συνδυασμός κινητήρα εσωτερικής καύσης και ηλεκτρικού μοτέρ, με στόχο την επίτευξη του μέγιστου δυνατού βαθμού απόδοσης και τη μείωση κατανάλωσης και εκπομπής ρύπων. Φανταστείτε, λοιπόν, αυτός ο κινητήρας να καίει -το έτσι κι αλλιώς σχεδόν μηδενικών ρύπων- υδρογόνο! Στο εν σειρά υβριδικό σύστημα της Mazda, που τοποθετείται στο Premacy (γνωστότερο ως «Mazda 5» στην Ευρώπη) Hydrogen RE Hybrid, ο βασικός κινητήρας, αυτός που μεταφέρει κίνηση στους εμπρός τροχούς, είναι ο ηλεκτρικός. Κατά τη φάση της εκκίνησης, τροφοδοτείται μόνο από την μπαταρία ιόντων-λιθίου, και κατόπιν, υπό κανονικές συνθήκες κίνησης, από τον Βάνκελ (τον ίδιο με το RX-8), όταν απαιτείται πλήρης ισχύς και από τα δύο ταυτόχρονα. Πώς γίνεται αυτό; Ο Βάνκελ είναι άμεσα συνδεδεμένος με μία γεννήτρια που μετατρέπει τη μηχανική ενέργειά του σε ηλεκτρική, τροφοδοτώντας το ηλεκτρικό μοτέρ, πράγμα που προσφέρει και το κύριο χαρακτηριστικό του αυτοκινήτου: Η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια είναι ευθέως ανάλογη της απόδοσης του κινητήρα και των στροφών λειτουργίας του, οπότε ο οδηγός έχει την αίσθηση πως βρίσκεται σε ένα κατά τα άλλα «κανονικότατο» αυτοκίνητο. Με την εν λόγω διάταξη, η συνολική ισχύς φτάνει τους 150 ίππους και η αυτονομία με υδρογόνο τα 200 χλμ., ενώ με βενζίνη τα 400. Παρά το συνολικό βάρος του αυτοκινήτου, που είναι 1.760 κιλά, το Premacy είναι σβέλτο και άμεσο σε απόκριση, η συνεργασία των κινητήρων είναι άρτια και η μετάβαση από τον έναν στον άλλον εξαιρετικά ομαλή. Καθώς η συγκεκριμένη διάταξη απαιτεί έναν ηλεκτροκινητήρα βελτιστοποιημένο τόσο σε υψηλή απόδοση ροπής όσο και σε υψηλές στροφές λειτουργίας (γι’ αυτόν το λόγο χρησιμοποιείται ένα μοτέρ με μεταβλητό αριθμό πηνίων), μπορεί εύκολα να αποτελέσει τη βάση ενός συστήματος ικανού να εξελιχθεί με μικρές διαφοροποιήσεις, ανάλογα με τις απαιτήσεις: Με την προσθήκη μεγαλύτερης μπαταρίας σε plug-in υβριδικό, με την αφαίρεση του κινητήρα εσωτερικής καύσης σε αμιγώς ηλεκτροκίνητο! Μία επιπλέον καινοτομία του αυτοκινήτου είναι η χρήση βιο-πλαστικών και βιο-υφασμάτων, προερχόμενων από οργανική πρώτη ύλη (φυτά).
Επιστροφή στο μέλλον
Η Νορβηγία έχει τόσο τεράστια αποθέματα όσο και μακρά παράδοση εναλλακτικής παραγωγής ενέργειας. Σήμερα πρωτοπορεί και πάλι, εγκαινιάζοντας το δρόμο προς μια κοινωνία απαλλαγμένη από ορυκτά καύσιμα και από τις εκπομπές ρύπων που αυτή συνεπάγεται. Είναι, όμως, πολύ αμφίβολο αν η τεράστια υποδομή που απαιτείται είναι εφικτό να δημιουργηθεί σε μεγαλύτερη, παγκόσμια κλίμακα ή ακόμα και σε άλλες ευρωπαϊκές χώρες, που, ας μην ξεχνάμε, μαστίζονται από την οικονομική κρίση. Τα καλά νέα, από την άλλη, είναι πως, αν και εφόσον οι κινητήρες εσωτερικής καύσης υδρογόνου αποτελέσουν κάποια μέρα τον κανόνα, και όχι την εξαίρεση, δε χρειάζεται να ανησυχούμε για το μέλλον της αυτοκίνησης. Τα αυτοκίνητα του μέλλοντος θα παραμείνουν κατασκευές με οδηγικό ενδιαφέρον και δε θα μεταλλαχθούν σε απλά «μέσα μεταφοράς»!_ Ν. Κ.
Ας είμαστε ρεαλιστές...
Οι στόχοι της Mazda για μείωση της εκπομπής ρύπων έως το 2015 περιλαμβάνουν εξέλιξη ενός νέου αυτόματου κιβωτίου με ελάχιστες απώλειες (το οποίο, σύμφωνα με τις διαβεβαιώσεις των ιθυνόντων, συμπεριφέρεται σαν... διπλού συμπλέκτη), νέων κινητήρων βενζίνης (άμεσου ψεκασμού, μεταβλητού χρονισμού βαλβίδων εισαγωγής-εξαγωγής) και πετρελαίου (με πιεζοηλεκτρικά μπεκ και τούρμπο δύο σταδίων), οι οποίοι θα προσφέρουν μεγαλύτερη ροπή χαμηλά και θα είναι πιο πολύστροφοι απ’ ό,τι οι σημερινοί ντίζελ. To γεγονός πως την τελευταία 20ετία τα αυτοκίνητα βαραίνουν κατά 15 κιλά ετησίως (τουτέστιν κατά 75 σε κάθε γενιά) δεν έχει περάσει απαρατήρητο, και ο διευθυντής Έρευνας και Εξέλιξης, κ. Σέιτα Κανάι, ανακοίνωσε πως τα νέα δάπεδα θα παρουσιαστούν από το 2011 θα είναι περί τα 100 κιλά ελαφρύτερα, ενώ από το 2016 θα εξοικονομηθούν άλλα 100 και πλέον κιλά, που μεταφράζεται σε βελτίωση κατά 3%-5% της κατανάλωσης! Αυτό θα επιτευχθεί μέσω της βελτιστοποίησης της δομής των αμαξωμάτων, των διαδικασιών κατασκευής και αργότερα από τη χρήση ελαφρών (και ασφαλώς ακριβότερων) υλικών. Παράλληλα, συνεχίζεται η εξέλιξη ηλεκτροκίνητων, υβριδικών και κινητήρων εναλλακτικών καυσίμων, αφού «μετά το 2015 αναμένεται να επεκταθεί σημαντικά η χρήση τους».
Seita Kanai
Διευθυντής Έρευνας και Εξέλιξης
«Ως μηχανικός δεν μπορώ να εγκαταλείψω τα υγρά καύσιμα!»
Ποια είναι η στρατηγική της Mazda όσον αφορά την εξέλιξη αυτοκινήτων μειωμένης και μηδενικής εκπομπής ρύπων; Υδρογόνο και ηλεκτρισμός αποτελούν σημαντικά κεφάλαια της έρευνας και της εξέλιξης. Ωστόσο, μέχρι το 2015 τουλάχιστον, θα ακολουθήσουμε τη στρατηγική μείωσης της κατανάλωσης και εκπομπής ρύπων, μέσω της βελτίωσης των κινητήρων εσωτερικής καύσης, τόσο βενζίνης όσο και πετρελαίου, της εξέλιξης αυτόματων κιβωτίων και της συστηματικής μείωσης του βάρους των αυτοκινήτων.
Ο κινητήρας εσωτερικής καύσης έχει ακόμα περιθώρια εξέλιξης; Ασφαλώς, και μάλιστα, αντίθετα απ’ ό,τι πιστεύεται, με όχι απαραίτητα μεγαλύτερο κόστος. Τεχνολογίες νανο-υλικών, όπως αυτή που χρησιμοποιούμε στους καταλύτες μας, μειώνουν την απαιτούμενη ποσότητα ευγενών υλικών, και άρα μειώνουν το τελικό κόστος.
Υβριδικά ή ντίζελ;
Πιστεύω ότι οι κινητήρες ντίζελ έχουν ακόμα αρκετά περιθώρια εξέλιξης, για παράδειγμα με τη χρήση πιεζοηλεκτρικών μπεκ και τούρμπο δύο σταδίων. Μετά το 2015 και με την πρόοδο της τεχνολογίας θα μπορούμε να αρχίσουμε να μιλάμε για πραγματική εξέλιξη των υβριδικών αλλά και των ηλεκτρικών αυτοκινήτων.
Γιατί επιλέξατε το εν σειρά υβριδικό σύστημα στο Premacy;
Δοκιμάσαμε διάφορες εναλλακτικές συνδυασμού του περιστροφικού κινητήρα σε υβριδικά συστήματα, και είδαμε ότι το εν σειρά σύστημα ανταποκρίνεται σε αυτό που ζητούσαμε. Φυσικά, υπάρχουν υπέρ και κατά, τόσο για τα εν σειρά όσο και για τα παράλληλα συστήματα. Εμείς καταφέραμε, αφενός, να διατηρήσουμε την αίσθηση που προσφέρει ο κινητήρας εσωτερικής καύσης, αφετέρου, να σχεδιάσουμε ένα σύστημα το οποίο εύκολα εξελίσσεται σε plug-in υβριδικό, αλλά και -αφαιρώντας τον περιστροφικό κινητήρα- σε ηλεκτρικό.
Η μετατροπή της μηχανικής ενέργειας του κινητήρα σε ηλεκτρική δε μειώνει το βαθμό απόδοσης;
Ο βαθμός απόδοσης της μετατροπής είναι αρκετά υψηλός και, αν το δείτε συνολικά, όποιο σύστημα και αν επιλέξει κανείς, δε θα διαπιστώσει μεγάλες διαφορές στο βαθμό απόδοσης.
Ποια είναι η γνώμη σας για τα συνθετικά καύσιμα και τους κινητήρες CCS (Combined Combustion System) που προωθούνται από τους Γερμανούς κατασκευαστές;
Σίγουρα, υπάρχουν ακόμα αρκετές προκλήσεις και θέματα τα οποία θα πρέπει να επιλυθούν, αλλά, μιλώντας γενικά, αποτελούν ένα σοβαρό τρόπο προσέγγισης για το μέλλον του κινητήρα εσωτερικής καύσης, με στόχο τη συνέχιση χρήσης υγρών καυσίμων.
Πειραματίζεστε και στη Mazda σε αυτούς τους τομείς;
Ναι. Θέτουμε την ερώτηση ποια θα είναι η εναλλακτική ενέργεια κίνησης σε μια εποχή χωρίς ορυκτά καύσιμα. Και υπάρχουν τρεις πιθανότητες: Ηλεκτρισμός, υδρογόνο ή υγρά καύσιμα. Ο κόσμος αναρωτιέται αν θα επικρατήσει ο ηλεκτρισμός ή το υδρογόνο, αλλά, ως μηχανικός, δεν μπορώ να εγκαταλείψω τα υγρά καύσιμα! Η ενεργειακή τους απόδοση είναι πολύ υψηλή. Η αυτοκίνηση, τα αυτοκίνητα, τα αεροπλάνα, οι μεταφορές χρειάζονται την ενέργεια που μόνο τα υγρά καύσιμα μπορούν να προσφέρουν. Μπορείτε να φανταστείτε αεροπλάνα να κινούνται με ηλεκτρισμό; Το ίδιο ισχύει και για τα αυτοκίνητα! Με μπαταρίες είναι βαριά, με υδρογόνο επίσης, λόγω του ρεζερβουάρ, το οποίο επιπροσθέτως απαιτεί τεράστιο χώρο. Χρειαζόμαστε κάτι ελαφρύ και μικρών διαστάσεων. Ελπίζω όλες οι βιομηχανίες να κατανοήσουν και να συμφωνήσουν για τη σημασία της αυτοκίνησης, ώστε να διασφαλίσουν την παροχή ορυκτών καυσίμων. Ίσως ακούγεται εγωιστικό, αλλά νομίζω ότι είναι λογικό... Μιλώντας για το όνειρό μου, αυτό είναι μια διαδικασία που θα επιτρέπει τη συλλογή του CO2 που εκλύεται στην ατμόσφαιρα και την ανακύκλωσή του σε ενέργεια, όπως ακριβώς κάνουν τα φυτά. «Τεχνητή φωτοσύνθεση» ονομάζεται, και κάποιοι επιστήμονες δουλεύουν πάνω σ’ αυτό, χωρίς όμως επιτυχία, προς το παρόν τουλάχιστον.
Και το υδρογόνο; Είναι εφικτή, στο άμεσο μέλλον, μια κοινωνία βασισμένη σε αυτό;
Μόνο σε συγκεκριμένα σημεία του κόσμου, όπως το νορβηγικό παράδειγμα του Hynor.
Σε τεχνικό επίπεδο, προτιμάτε κινητήρα εσωτερικής καύσης από ενεργειακές κυψέλες;
Στην πρακτική χρήση τους οι ενεργειακές κυψέλες έχουν προβλήματα κόστους και αξιοπιστίας. Αντίθετα, οι τεχνικές προκλήσεις που αντιμετωπίζουμε σε κινητήρες εσωτερικής καύσης υδρογόνου -και ιδιαίτερα στον περιστροφικό κινητήρα- είναι πολύ μικρότερες. Αν, λοιπόν, υπάρξει ζήτηση, μπορούμε εύκολα να ανταποκριθούμε με ευρεία παραγωγή.
Ας υποθέσουμε ότι έχετε μια χρονομηχανή και ταξιδεύετε 50 έτη στο μέλλον, και το όνειρό σας έχει γίνει πραγματικότητα. Τί είδους κινητήρες θα έχουν τα αυτοκίνητα;
Πραγματικά, δεν έχω ιδέα! Ίσως κάποιους κινητήρες που θα καταναλώνουν ελάχιστες ποσότητες στερεών καυσίμων. Το ζήτημα, όμως, και αυτό που θέλω να ελπίζω είναι πως η οδήγηση θα είναι το ίδιο απολαυστική όπως σήμερα.