Automobilul Electric

Ideea automobilului electric nu este, evident, de data recentă, acestea existând de zeci de ani, chiar dacă nu se iau în considerare prea cunoscutele electrocare, folosite îndeobşte la transporturile interne uzinale, şi care au motorizarea bazată numai pe acumulatoare. Numeroase saloane auto din ultimii ani au prezentat variante ale automobilului electric, vehicul atractiv din multe motive şi care a devenit destul de familiar pe carosabilul a numeroase oraşe de reşedinţă ale unor firme de prestigiu în rândul constructorilor auto (Chevrolet, Opel, Toyota, GM şi alţii).

Automobilul electric a fost considerat multă vreme ca un adevărat pericol pentru marii furnizori de ţiţei  ale căror profituri urmau să fie fundamental diminuate, fapt ce a tergiversat serios preocupările cercetătorilor în domeniu. Perspectiva epuizării resurselor de hidrocarburi şi realitatea clară creeată de încălzirea globală, preocupantă pentru tot mai mulţi lideri responsabili ai planetei şi pentru numeroasele organisme şi autorităţi, a grăbit şi stimulat soluţii competitive pentru un astfel de vehicul, întrucâtva mai flexibil şi, cu siguranţă, mult mai puţin poluant decât cele cu benzină ori motorină. De altfel, electricitatea îşi face  tot mai simţită  prezenţa şi superioritatea între vectorii energetici din activitatea industrială. Se vehiculează ca idee şi posibilitate ca  până şi avioanele să poată trece, într-un viitor nu prea indepartat, la un altfel de combustibil decât kerosenul - probabil tot prin filiera electricităţii. 

In mod obiectiv, s-a ajuns în stadiul actual ca automobilul electric să fie tot mai mult luat în considerare  ca o necesitate pentru marile oraşe, atât pentru transportul urban cât şi pentru cel periferic (suburbii), în scopul reducerii noxelor, al creşterii confortului şi al reducerii cheltuelilor matreriale. Şi aceasta, în mod evident, datorită avantajelor prezentate de realizări recente în domeniu, aparţinând, practic, majorităţii constructorilor importanţi de autovehicule. Între avantajele automobilului electric se înscrie, în principal, superioritatea electricităţii care constă în simplitatea tehnologică, legată apoi şi de avantajul randamentului superior al oricărui tip de transformare a sa în altă formă de energie. Dacă în cazul motorului electric randamentul transformării în lucru mecanic depăşeşte 90 %, în cazul motoarelor pe benzină ori motorină  randamentele sunt în jur de 35%. Această diferenţă provine din faptul că la motoarele termice randamentul teoretic al ciclului este de cca 60% la care trebue adăugate (cu semn negativ) pierderile datorate frecărilor precum şi a căldurii disipate. Acestea se pot elimina aproape în totalitate la motoarele electrice actuale, comandate electronic, fără cutie de viteză. Apoi, dacă un vehicul de capacitate medie cu motor termic elimină în atmosferă cca 200 g  de bioxid de carbon pe kilometrul parcurs, pentru un atomobil electric similar, emisia ajunge la doar 20 g/km. În teorie precum şi în practică este cunoscut că bilanţul unui vehicul cu motor electric – locomotivă, tramvaie, metrou etc – înregistrează asemenea performanţe calculate pentru energia electrică produsă într-o centrală nuclearelectrică şi chiar mai mari, dacă furnizorul de energie este o centrală hidro. Dacă electricitatea folosită pentru propulsia vehiculelor cu motor electric este furnizată de la centralele obişnuite pe cărbune, păcură sau gaze, raportul devine mai puţin avantajos (1:7...1:4) dar şi în aceste cazuri rămâne avantajul semnificativ al unor emisii centralizate care pot fi mai uşor diminuate tehnologic şi stocate mai simplu. Este, de altfel, binecunoscut faptul că transporturile aerian şi rutier sunt principalele cauze ale amplificării efectului de seră care prezintă principala problemă a omeniirii, alături de cea a surselor de  hrană, pentru urmatoarele decenii. Nu se poate nega nici importanţa  problemei disponibilităţii surselor de alimentare cu combustibil a vehiculelor. Dacă pentru automobilul electric problema sursei este banală, pentru alimentarea cu motorină sau benzină s-au construit gigantice reţele de transport, stocare, distribuţie şi comercializare, care capătă niveluri de complexitate cu adevărat planetară. Această realitate presupunem că este şi ea o explicaţie a evoluţiei lente pe care a avut-o, pâna nu de mult, introducerea pe scară largă a noului mijloc de locomoţie cel acţionat cu motor electric şi nu cum s-ar putea bănui, dezinteresul constructorilor de maşini, pentru care schimbarea tehnologică a fost de mult iniţiată şi continuă cu succes.
Ca în toate domeniile tehnice, perfecţiunea se dobândeşte treptat, evolutiv. Aşa că nici automobilul electric nu se abate de la această realitate. Realizările, chiar notabile, la care s-a ajuns lasă încă loc unor numeroase ameliorări  care se petrec încă sub ochii publicului interesat, pentru depăşirea câtorva  dintre punctele  slabe ale soluţiilor actuale.
Dupa opinia noastră, principala problemă a automobilului electric a constituit-o, încă de la început, gradul redus de  autonomie. Cele mai performante modele au ajuns la parcursuri totale în trafic de 120 - 130 km ceeace este acceptabil doar pentru trasee urbane sau, cel mult, urban şi
periferic. Aceasta este principala cauză pentru care cererea  pieţei a fost iniţial redusă. Apoi nu se pot neglija acuzele aduse  bateriilor de acumulatoare. La cele mai performante variante, capacitatea de stocare este de 100Wh/kg, raportul faţă de echivalentul energetic dintr-un carburant lichid de (10kWh/kg) este de 1/50, reprezentând un important handicap. Timpii de

                          Fig.1

încărcare cu energie (watt-ore sau combustibil), se situeaza cam în acelaş raport dezavantajos acumulatorului. Apoi, dacă se analizează comparativ, preţul în Euro, pentru o capacitate de înmagazinare de 20 kWh, necesară unei autonomii pe şosea de 200 km, preţul acumulatoarelor depăşeşte cu mult preţul motorului Otto sau  Diesel. Nu se mai ia  în considerare şi faptul că după 300000-400000 km bateria trebue schimbată, deoarece şi motoarele termice au durata de viaţă similară.
Multe voci ecologiste subliniază şi alte probleme ce împietează asupra calităţii mediului la fabricarea pe scară industrială a acumulatoarelor, legate de deşeurile de fabricaţie şi de lenta perisabilitate a elementelor poluante, dar acest aspect nu  distinge semnificativ situaţia automobi-lului electric faţă de cea a  automobilului clasic cunoscut.
Un raport documentat al unui institut american de prestigiu - este vorba de MIT-Massachusetts Inst.of Techn.- în care lucrează şi au activat  numeroase somităţi ale tehnicii americane, sugerează că până în anul 2035 automobilul electric integral, chiar limitat la o autonomie de până la 350 km, nu va deveni competitiv, acesta rămânând avantajos doar în trafic urban.  
Din punct de vedere tehnologic, soluţia unanim acceptată pentru creşterea autonomiei, dar şi a altor numeroase performanţe ale automobilului electric, a fost legată de hibridizare (realizarea unui vehicul combinat, electric în traficul urban şi periferic şi mixt în cel interurban). Acesta îmbină performanţele celor două vehicule: electro/termo fără a-i diminua în mod expresiv avantajul celui electric în parcursul urban. Performanţele unui astfel de vehicul îl fac identic cu cel electric în traficul urban şi periferic, în care funcţionează doar pe bateriile de acumulatoare şi îi  asigură o netă superioritate în traficul interurban, unde, cu un singur plin de combustibil, poate avea o autonomie de ordinul a 1000 km prin funcţionarea alternativă a celor două categorii  de acţionari. Motoarele electrice folosite la acest hibrid vor fi, evident, reversibile, în timpul frânărilor şi al funcţionării clasice generând energie electrică ce se înmagazinează în baterii, recuperând 80 % din energia dezvoltată. Ele sunt ajutate, în cazul când este necesară o putere suplimentară instantanee (la depăşiri), de un supercondensator, ce compensează răspunsul lent al acumulatoarelor la acest regim. Motoarele folosite au în jur de 50 kW şi realizează performanţe notabile ce depăşesc 1 kW/kg.
  
Un alt element important şi posibil din componenţa unui automobil electric hibrid, este un panou cu celule  fotoelectrice evoluate care, pe lângă alimentarea aparaturii electronice de la bord încarcă, în mare parte a timpului de parcurs sau funcţionare, bateria maşinii. De la această componentă se aşteaptă evoluţii spectaculoase ale performanţelor acestui vehicul în viitor.   

Limitările cunoscute ale bateriilor clasice de acumulatoare şi mai ales, după cum s-a văzut,

                    Fig.2

preţul acestora, intensifică preocupările pentru perfecţionări tehnologice în acest domeniu, ce vor face ca  pânâ în 2020 costurile cu acest ansamblu să se reducă la o treime din cel actual, fapt ce va duce la un nou impuls în creşterea interesului pieţei pentru noul vehicul. In acest sens, atenţia constructorilor s-a îndreptat spre dezvoltarea unor acumulatoare superioare, mai performante, direcţie bazată  pe o nouă tehnologie, utilizând materiale noi, atât pentru electrozi, cât şi pentru sistemele de electrolit. Între elementele ce asigură performanţe semnificative batriilor de acumulatoare sunt solosirea acumulatoarelor Nichel-metel-hidruri cu capacitate de îmagazinare în jur de 130Wh/kg şi durată de viaţă de peste 1000 de cicluri încărcare/descărcare convenţională şi acumulatoare de tip Litiu-Ion-polimer membrană cu capacitate de înmagazinare şi durată de voaţă duble. O altă problemă deosebită şi căreia i s-a acordat o atenţie însemnată o constituie greutatea proprie a bateriilor de acumulatoare care conduce la o cheltuire  deloc neglijabilă de lucru mecanic neutil. Soluţia magică pentru moment,  aproape generalizată la nivelul constructorilor, rămâne însă fără îndoială, promovarea hibridului, auto/electro-termo.

Automobilul hibrid pare, la prima vedere, o întoarcere în trecut; în realitate, soluţia hibridizării e un salt calitativ. El  asigură nu doar cerinţele de protecţie a mediului ci şi avantaje economice notabile. Hibridul este strict dimensionat ca tracţiune electrică pentru trasee urbane şi are suplimentar un motor termic performant pentru traseele lungi. Automobilul hibrid, prezentat cu mult fast la salonul  auto de anul trecut dela Geneva, a întrunit opţiunile de perspectivă ale vizitatorilor. Trebuie subliniate, după opiniile noastre, câteva aspecte privind conexiunile realizării noului vehicul. Pentru atingerea dezideratului reclamat de politica europeana “20/20/20 până în 2020”, energia necesară încărcării bateriilor noului vehicul va trebui produsă de preferinţă pe surse regenerabile, altfel performanţele privind poluarea nu vor avea  succesul aşteptat. Măsura este pur teoretică, având în vedere că, pentru creşterea independenţei lor, aceste autovehicule hibrid vor trebui să aibă posibilitatea de alimentare, atât electric (printr-o simplă priză electrică), cât şi pe carburant clasic, de la orice staţie şi nu trebuie gândite staţii specifice, alimentate cu energie obţinută din surse regenerabile. Apoi, psihologia multor automobilişti, ar trebui, în mod rezonabil, modificată. Dorinţa multora de a folosi “Merţane” arătoase  sau SUV-uri voluminoase  de zeci de mii de cm3 doar pentru scopuri expoziţionale pe “Dorobanţi” sau la cumpărarea cu aroganţă a pâinii din colţul străzii, ar trebui convertită în mai multă responsabilitate pentru viitorul comun al planetei. O asemenea idee s-a desprins, de altfel, şi din recentul Salon auto din Detroit la care s-a observat tendinţa tuturor constructorilor, inclusiv a celor americani, spre miniaturizare, reducerea volumului şi a capacităţii motoarelor, cu scopul reducerii consumului. În definitiv, tocmai aceasta, se pare, va fi problema principală, ştiind că mutaţiile în idei şi concepţii sunt mult mai lente decât cele în tehnologie. Şi iată, în acest din urmă domeniu vom înregistra, încă din 2010, primul autoturism de serie propulsat exclusiv cu motor electric, cu posibilitatea încărcării directe la o priză clasică de tensiune alternativă de 230 V. Acest vehicul (Fisker Karma, sau respectiv Chevy Volt) este astfel conceput încât posesorul să-l folosească în traficul urban, iar în timpul cât este ocupat la propriul loc de muncă, în parcarea special amenajată, bateria maşinii să se poată reîncărca prin simpla cuplare la reţeaua electrică. Nu mai vorbim de faptul că tehnologia sistemelor hibride (maşini parţial electrice) poate fi considerată deja clasică datorită modelului Toyota Prius, produs în serie încă din 1997. La automobilul propulsat exclusiv electric, motorul termic (cu ardere internă) se rezumă la un mic generator electric, înghesuit undeva în arhitectura caroseriei, care nu face altceva decât să încarce bateria. Între factorii favorizanţi ai grăbirii progresului în dezvoltarea unor asemenea vehicule enumerăm doar doi: pe de o parte volatilitatea preţurilor la carburanţii pe bază de hidrocarburi, iar pe de altă parte, criza care a lovit puternic pe giganţii fabricanţi de autovehicule. În aceste condiţii apreciem că electrificarea totală a automobilelor devine inevitabilă. Deocamdată, toţi marii producători precum BMW, Audi, Volksvgen, Ford, Peugeot au devenit, încă de pe acum, concurenţi acerbi ai firmei Toyota, aruncând pe piaţă, încă din 2010, maşini cu
propulsiehibridă.

Marile „hibe” de moment ale automobilului electric (autonomie redusă, timpul relativ mare de reîncărcare, preţul ridicat) nu descurajează mamuţii producţiei de autovehicule, conştienţi şi de marile avantaje (ce vor deveni precumpănitoare în viitorul destul de apropiat) între care deloc de neglijat se înscriu consumul maşinii în modulul hibrid care este de sub 2l/100km şi emisiile de CO2 care nu depăşeşte 42gCO2/km. Spre confirmarea celor de mai sus, prezentăm în final lista

                       Fig.3

automobilelor ce vor concura, chiar din 2010, pe piaţa auto. Astfel, pe lângă Toyota cu al său Prius, precum şi cu modelele Insight şi Highlander (de capacitate şi caracteristici SUV) se vor impune Karma (produs al firmei BMW), Chevy Volt (General Motors), Zap Xebra (100% electric), Mercury Milan Hybrid ş.a. De remarcat şi faptul că, în politica sa, guvernul francez îşi propune de a face din Franţa şi din industriile energetică şi auto franceze lider mondial, având ca obiectiv realizarea a două milioane de vehicule hibride şi/sau electrice. În acest sens se va realiza în Franţa, prin Renault, şi o infrastructură de încărcare a bateriilor automobilelor electrice. Este un semnal bun şi pentru România, în perspectiva dezvoltării unor aplicaţii la uzina de la Mioveni şi, de ce nu, la uzina Ford de la Craiova.
 

Bibliografie: 
EcaterinaProcopov: Topul Maşinilor „verzi” din 2010
Andreea Iatagan şi Silviu Ştefănescu:  Automobilul îşi schimbă ADN-ul
Ulm I.Paunel: Automobilul electric de azi şi de mâine