2009-10-13, ostatnia aktualizacja 2009-10-13 09:28

Globalne ocieplenie

Czy ocieplenie klimatu wpłynie na konstrukcje przyszłych samochodów?

Fot. Chrysler, Peugeot, BMW, Fiat

Czy ocieplenie klimatu wpłynie na konstrukcje przyszłych samochodów?

Anomalie pogodowe obserwowane w ostatnich latach uważa się za zapowiedź klimatycznego kataklizmu o glo- balnej skali. Czy ocieplenie klimatu wpłynie na konstrukcje przyszłych samochodów?

Średnia temperatura na ziemskim globie wzrosła od końca XIX wieku do początku XXI wieku o 0,7oC. Ostatnie prognozy powołanego przez państwa grupy G8 Międzyrządowego Zespołu do Spraw Zmian Klimatu (IPCC) mówią, że pomiędzy 1990 a 2100 rokiem nastąpi dalsze ocieplenie w granicach od 1,4 do 5,8oC. Większość geofizyków uważa to zjawisko za skutek cywilizacji, a tylko nieliczni tłumaczą je naturalnymi procesami przyrodniczymi. W obu jednak wypadkach przy obecnym stanie techniki przyczyn wyeliminować się nie da, można jedynie myśleć o sposobach przystosowania się ludzi do skutków zachodzących zmian. Ich obiektywny wymiar może się na pozór wydawać niewielki, ale jest to wartość średnia, czyli abstrakcyjna. Praktyczne skutki wywołują składające się na tę średnią ekstremalne zjawiska o mniejszym zasięgu. Poza tym reakcje przyrody na wzrost lub spadek temperatury nie są, bynajmniej, proporcjonalne do różnic mierzonych w stopniach. Dotyczy to zarówno przemieszczeń mas powietrza i ruchów skorupy ziemskiej, jak i rozwoju lokalnej flory i fauny (w tym także upraw i hodowli). W znacznej mierze subiektywne jest także ludzkie poczucie zimna, chłodu, ciepła i gorąca. 

Kabriolet, wbrew pozorom, nie jest już dobrym pomysłem na prawdziwe upały

Samochód i klimat

Uzależnienie konstrukcji samochodu od warunków klimatycznych towarzyszących jego eksploatacji nastąpiło stosunkowo późno, bo mniej więcej w połowie XX wieku. Wtedy właśnie pojawiły się rozwiązania techniczne służące z jednej strony stabilizacji temperatury pracy silnika spalinowego, z drugiej zaś - poprawie komfortu podróżowania. Wcześniej kierowcy i pasażerowie uważali za sprawę normalną gotowanie się wody w chłodnicy podczas letnich upałów, konieczność jej ochrony przed zamarzaniem specjalnymi matami, brak instalacji grzewczych (nawet w pojazdach użytkowanych w Skandynawii, Rosji i Kanadzie) oraz chłodzenie wnętrza kabin przez wentylacyjne klapki lub otwierane przednie szyby.

Potem nastały czasy regionalnej specjalizacji. To właśnie ze względów klimatycznych w ciężkich pojazdach użytkowych amerykańskich i radzieckich silniki benzynowe bardzo długo wygrywały w konkurencji z wysokoprężnymi. W krajach północnych autobusy miały podwójne szyby boczne. Nad Morzem ĺródziemnym i w nadmorskich południowych stanach USA ogromną popularnością cieszyły się nadwozia odkryte, a samochody jeżdżące po prażonych słońcem pustyniach i stepach miały z reguły mocowane na stałe dachy brezentowe.

Rys.: Kabriolet, wbrew pozorom, nie jest już dobrym pomysłem na prawdziwe upały

Dziś, w czasach masowej transkontynentalnej turystyki samochodowej, autobusów i ciężarówek kursujących regularnie między Norwegią a Sycylią, Portugalią a Uralem, tak podróżować nie sposób. Każdy współczesny pojazd pracuje niezawodnie we wszystkich klimatycznych strefach, ma wydajną instalację grzewczą i coraz częściej też klimatyzacyjną, więc wydaje się być równie dobrze przystosowany do chwilowych, jak i globalnych zmian klimatu.

Ogniwo paliwowe zasilane wodorem (z prawej) w porównaniu z klasycznymi akumulatorami ołowiowymi Wlew wodorowego paliwa musi być tak skomplikowany z powodu wysokiego ciśnienia sprężonego gazu
Rys.: Ogniwo paliwowe zasilane wodorem (z prawej)
w porównaniu z klasycznymi akumulatorami ołowiowymi
Rys.: Wlew wodorowego paliwa musi być tak skomplikowany
z powodu wysokiego ciśnienia sprężonego gazu

Dla zachowania tej jego uniwersalności trzeba jednak uwzględniać coraz większe zakresy temperatur użytkowania, zwłaszcza tych dodatnich. W odniesieniu do silników spalinowych oznacza to konieczność stosowania bardziej wydajnych układów chłodzenia, zwłaszcza że współczesne zasady organizacji procesów spalania wymuszają znaczne (do ok. 70 z dawniejszych ok. 100oC) obniżenie temperatur roboczych. Wydajność tę tylko częściowo można poprawiać przez zwiększanie owiewanej powietrzem powierzchni chłodnicy, przede wszystkim zaś intensywniej muszą pracować: wentylator nadmuchowy i pompa płynu chłodniczego. To wymaga dodatkowej energii pobieranej z silnika spalinowego, a więc wzrostu jego mocy, czyli jeszcze wydajniejszego chłodzenia. Podobnie ma się sprawa z mocą samochodowych klimatyzatorów, również pochodzącą z silnika, a więc ze spalania paliwa.

Konieczność radykalnych zmian

Spalanie wszelkich konwencjonalnych paliw wiąże się z emisją dwutlenku węgla do atmosfery. Zgodnie z ustaleniami większości uczonych to właśnie rosnące stężenie tego gazu jest główną przyczyną ocieplania się globalnego klimatu. Chłodzenie silników i wnętrz kabin pojazdów ziemską atmosferę dodatkowo podgrzewa. Zjawisko to mogłaby zredukować poprawa energetycznej sprawności silników, ale w całej epoce masowej motoryzacji odnotowano zaledwie kilkunastoprocentowy postęp w tej dziedzinie i raczej nie ma tu nadziei na jakieś przełomowe rozwiązania.

Porównywalną sprawność energetyczną mają układy napędowe złożone z silników elektrycznych i ogniw paliwowych, których odmiana zasilana wodorem nie emituje dwutlenku węgla, lecz tylko parę wodną. Podobne efekty przynosi spalanie wodoru w silniku tłokowym, ale w spalinach opuszczających cylindry oprócz pary wodnej pojawiają się tlenki azotu wymagające dodatkowego przetworzenia. Główny problem polega jednak na tym, że w przyrodzie występują bardzo niewielkie ilości czystego wodoru, a jego pozyskiwanie z rozmaitych związków chemicznych (np. wody) jest procesem energochłonnym. Kłopotliwa jest także dystrybucja i przechowywanie wodoru w postaci sprężonej. Niewątpliwą zaletą jest natomiast fakt, że do wytwarzania wodoru można wykorzystywać energię pozyskiwaną nie z procesów spalania, lecz z innych źródeł, mniej uciążliwych dla środowiska naturalnego. Należą do nich ogniwa fotoelektryczne, reaktory atomowe, elektrownie wiatrowe itp.

Jeszcze bardziej zachęcająco przedstawia się perspektywa bezpośredniego wykorzystywania w pojazdach tak pozyskanej energii elektrycznej. Samochody akumulatorowe przegrały kiedyś w rywalizacji ze spalinowymi z powodu nadmiernego ciężaru tradycyjnych akumulatorów ołowiowych. Teraz mamy do dyspozycji akumulatory niklowo-kadmowe i litowo-jonowe o znacznie korzystniejszym stosunku pojemności do masy. Ciężkie, komutatorowe silniki prądu stałego można zastępować bezszczotkowymi, wielofazowymi, zasilanymi z inwertorowych przetworników. Gdy takie silniki napędzają indywidualnie poszczególne koła, niepotrzebna staje się skrzynia biegów, mechanizmy różnicowe, układ hamulcowy i wielka, emitująca ciepło, chłodnica.

Instalacja zasilania wodorowego w samochodzie Fiat Panda
Rys.: Instalacja zasilania wodorowego w samochodzie Fiat Panda
Zakład produkcji paliwa wodorowego zużywa znaczne ilości energii, ale...
Rys.: Zakład produkcji paliwa wodorowego zużywa znaczne ilości energii, ale...
... można ją uzyskiwać ze źródeł odnawialnych lub elektrowni jądrowych
Rys.: ... można ją uzyskiwać ze źródeł odnawialnych lub elektrowni jądrowych


Wasi dostawcy

Podobne

Polecane