O istorie verde: povestea masinilor prietenoase cu mediul

Japonia da tonul

Parcursul este anevoios si lent, caci schimbarea parcului auto mondial reprezinta, prin definitie, un „razboi” de uzura, insa putem vorbi deja despre autoturismul ecologic si chiar despre o istorie a sa.

• Telescopul Webb a găsit o populație neobișnuit de mare de asteroizi între Jupiter și Marte
• Un nou studiu dezvăluie cum au jucat cometele un rol „major” în apariția vieții pe Pământ

In urma celui de-al doilea razboi mondial, urmand exemplul Germaniei, Japonia avea sa lanseze proiectul de realizare a masinii accesibile omului de rand. Anul 1958 va marca lansarea pe piata a masinilor mici de catre un numar mare de producatori auto niponi, cele 480.000 de autoturisme vandute in Japonia in 1960 transformandu-se in 5.3 milioane vandute pana in 1970. De aici a mai ramas doar un pas pana cand, in Tara Soarelui Rasare, impactul negativ asupra mediului a inceput sa se resimta, in special cel de poluare a aerului. Emisiile au cauzat o crestere simtitoare a cazurilor de astm, care au culminat cu un incident din 1970, atunci cand mai multi elevi ai unui liceu din Tokyo au acuzat ameteli si migrene ca rezultat al inhalarii emisiilor de gaze esapate de masini. Evenimentul a stimulat constientizarea problemei poluarii aerului atat in capitala Japoniei, cat si in alte mari orase „populate” de autoturisme.

O problema asemanatoare aveau deja majoritatea tarilor industrializate ale vremii, intre care si SUA. „Actul pentru aer curat”, emis aici in 1970 sub denumirea „Actul Muskie”, stipula reducerea cu 90% a hidrocarburilor, a dioxidului de carbon si a oxidului de azot din componenta gazelor de esapament, in termen de 5, respectiv 6 ani. Calcand pe aceleasi urme, guvernul nipon a promulgat la 1972 „Actul pentru prevenirea poluarii mediului”. Criteriile ce priveau procentele acceptabile de noxe eliminate de autoturisme deveneau tot mai severe, in urma reglementarilor ulterioare, ajungandu-se la un prag admis de 0.25 grame/km emisii de noxe.

Contextul istorico-economic de la acea data incuraja aceste initiative, deoarece lumea se refacea inca dupa criza petrolului din 1973, producatorii de masini niponi fiind precauti, mai ales din acest motiv, cu privire la consumul de carburanti. Dar problema de mediu i-a determinat pe industriasii automobilistiti din intreaga lume sa fie atenti la realizarea practica a noilor standarde. S-au folosit astfel cele mai noi descoperiri tehnologice, precum reactoarele termice, pompele de injectie electronice, noile elemente de proiectare a motoarelor si catalizatoarelor, pentru a minimaliza cantitatile substantelor toxice emise prin esaparea gazelor de catre autovehicule.

Un rezultat faimos al implementarii tuturor acestor tehnologhii este modelul Honda Civic, aparut in decembrie 1973. Acesta era echipat cu un motor CVCC (controlul amestecului de combustibil) si a devenit primul model din lume ce reusea sa se alinieze practic standardelor stipulate in „Actul Muskie”. Evenimentul a dovedit verosimilitatea reducerii noxelor, sporind in acelasi timp reputatia producatorilor niponi de autoturisme. A fost episodul care a marcat o schimbare majora in istoria automobilistica, deoarece marii producatori aveau sa se alinieze noilor tendinte cu tenta ecologista.

Pasi mici si nesiguri

In urma embargoului din 1973 asupra petrolului arabesc, pretul benzinei a crescut, fenomen ce a nascut un interes major pentru vehiculele electrice. Departamentul American de Energie a coordonat teste asupra multor vehicule electrice si hibride, produse de manufactori diferiti, intre care s-a numarat si modelul „VW Taxi”, produs de Volkswagen in Wolfsburg, Germania. „Taxi”-ul, ce folosea o configuratie hibrida paralela, care permitea o comutare flexibila intre motorul pe benzina si cel electric, a fost rulat pe o distanta de 13.000 de kilometri pe drumurile publice, fiind prezentat in showroom-urile auto din Europa si Statele Unite.

Ca parte a Programului Federal de Indemn la Masini Curate, inginerii Victor Wouk si Charlie Rosen au creat un prototip de vehicul gaz-electric, folosind caroseria unui Buick Skylark. Agentia Americana de Protectie a Mediului (EPA) a testat vehiculul, certificat ca urmand intocmai regulile trasate de programul auto de aer curat al EPA, dar l-a respins, in 1974.

In 1975, AM General, o divizie a American Motors, a inceput distribuirea a 352 de camionete electrice Serviciului Postal al SUA, pentru a le testa. In acelasi an, Administratia de Cercetare si Dezvoltare in Energie din State a inceput derularea unui program guvernamental de avansare a tehnologiei electrice si hibride pentru vehicule.

In 1976, Congresul Statelor Unite a promulgat Legea Publica 94 – 413, Actul pentru Cercetare, Demonstrare si Dezvoltare a Vehiculelor Electrice si Hibride. Printre obiectivele acestei legi se numarau imbunatatirea performantelor bateriilor, motoarelor, regulatoarelor si a altor componente hibrid-electrice. General Electrica a fost aleasa pentru a construi un sedan hibrid, iar Toyota a dezvoltat si ea primul hibrid – un mic autoturism sport cu turbina pe carburant, ce alimenta cu energie un motor electric.

General Motors a cheltuit peste 20 milioane de dolari in dezvoltarea si cercetarea unei masini electrice, raportand ca vehiculele de acest fel ar putea intra in productie de serie pana la mijlocul anilor ’80.

In 1979, Dave Arthurs din Springdale, Arkansas, a transfortmat un Opel GT standard intr-o masina hibrida, ce consuma aproximativ 3 litri de combustibil la suta de kilometri, folosindu-se de motorul de 6 CP al unei masini de tuns iarba, de un motor electric de 400 amperi si de un set de baterii de 6 volti.

In 1980, „Briggs si Stratton”, companie cunoscuta pentru manufacturarea motoarelor masinilor de tuns iarba, a dezvoltat o masina hibrida pusa in miscare de un motor pe benzina cu doi cilindri gemeni, de 16 CP si de un motor electric – insumand un total de 26 cai-putere. Motorul hibrid a servit unei caroserii de vehicul in doua usi si cu sase roti – doua in fata si patru in spate.

Tocmai in 1989, Audi avea sa isi dezvaluie prima generatie de vehicule experimentale Audi Duo, bazate pe Audi 100 Avant quattro. Masina avea un motor electric de 12.6 cai-putere, ce puneau in miscare rotile din spate. O baterie cu nichel-cadmiu asigura energia necesara. Rotile din fata erau miscate de un motor de 2.3 litri, in cinci cilindri, cu o putere de 136 cai-putere. Doi ani mai tarziu, Audi si-a prezentat cea de-a doua generatie Duo, bazata de asemenea pe Audi 100 Avant quattro.

Anul 1991 va aduce in prim-plan lansarea de catre Consortiul Avansat al Bateriilor din SUA (USABC) a unui program major de producere a unei „super-baterii”, capabile sa aduca in cel mai scurt timp cu putinta pe drumurile publice vehicule electrice viabile. USABC avea sa investeasca mai mult de 90 milioane de dolari in bateria hibrida cu nichel (NiMH). Aceasta poate accepta de trei ori mai multe cicluri de incarcare decat bateria cu plumb-acid si functioneaza mai bine la temperaturi atmosferice scazute.

In 1992, Corporatia Toyota Motors anunta „Earth Charter”, un document in care se stipulau obiectivele de dezvoltare si comercializare a vehiculelor cu cele mai mici emisii posibile. In 1993, Administratia Clinton anunta o initiativa de guvern, denumita Parteneriatul pentru Noua Generatie de Vehicule (PNGV). In cadrul acestui program, guvernul lucra cu industria auto americana pentru dezvoltarea unui vehicul curat, cu un consum de sub 4 litri la suta de kilometri. Cativa ani si cu un miliard de dolari mai tarziu, PNGV a iesit in fata cu trei prototipuri ce satisfaceau aceasta cerinta. Fiecare dintre ele era un hibrid. Excluderea din PNGV a Toyota l-a determinat pe directorul Eiji Toyoda sa creeze un proiect secret denumit G21, Masina Globala pentru Secolul 21. In anul urmator, Toyota si-a depasit telul initial, acela de a imbunatati eficienta de consum a masinilor sale cu 50%.

In 1997, Toyota Prius a fost introdusa pe piata japoneza, cu doi ani inaintea lansarii sale internationale si chiar inaintea protocolului de la Kyoto privind conferinta asupra incalzirii globale, din decembrie. Vanzarile in primul an s-au ridicat la aproximativ 18.000 de vehicule. Tot in 1997, Audi devenea primul manufactor din Europa care ducea vehiculul hibrid in productia de serie: Audi duo bazat pe platforma A4 Avant. Masina dezvolta o putere de 119 CP, prin conjunctia unui motor de 1.9 litri turbo-diesel de 90 CP si a unui motor electric de 29 cai-putere. Ambele surse de putere puneau in miscare rotile frontale. O baterie cu gel-plumb din spatele masinii, stoca energia electrica. Duo nu a fost un succes comercial si de aceea productia sa a fost intrerupta, determinandu-i pe producatorii europeni de masini sa se concentreze pe investitiile in motoare diesel.

Intre 1997 si 1999, o mica colectie de masini in intregime electrice de la marii producatori – Honda, General Motors, Ford si Toyota – a fost introdusa in California. Dincolo de entuziasmul primilor adepti, masinile electrice au esuat in a atrage mai mult de cateva sute de soferi pentru fiecare dintre modele. In catvia ani, programele de masini in intregime electrice au fost abandonate.

In 1999, Honda a eliberat modelul in doua usi Insight, prima masina hibrida care sa ia cu asalt piata din Statele Unite. Insight a castigat numeroase premii si a primit cotele de consum de 4.5 la suta in oras si 4 la suta in afara orasului. In 2000, Toyota a lansat Prius, primul sedan in patru usi hibrid, disponibil in Statele unite.

In 2002 a fost intrudusa Honda Civic Hybrid, a doua masina hibrida, disponibila comercial. Aspectul si manevrabilitatea Hibridului Civic erau si mai sunt inca identice cu cele ale Civic-ului conventional. In 2004, Toyota Prius II a castigat Premiul pentru Masina Anului de la revista Motor Trend si de la Auto Show-ul nord-american. Toyota era surprinsa de cererea mare si si-a supraalimentat productia de la 36.000 vehicule la 47.000 pentru piata din SUA. Cumparatorii interesati au asteptat pana la 6 luni pentru a intra in posesia Prius-ului in 2004. Presedintele de vanzari Toyota in SUA, Jim Press, a numit modelul „cel mai fierbinte de pana atunci”.

O initiativa veche

Desigur, daca este sa ne gandim la istoria masinii ecologice de la inceputurile ei si pana astazi, primul demn de trecut in revista este chiar cel dintai model de vehicul electric cu patru roti, si anume trasura electrica, realizata intre 1832 si 1839, de scotianul Robert Anderson. De asemenea, o masina electrica la scara mica a fost proiectata de profesorul Strating din Groningen, Olanda, si construita de asistentul sau Christopher Becker in 1835. Francezul Gaston Plante a inventat un model propriu cu acelasi principiu de functionare in 1865, iar partenerul sau Camille Faure a imbunatatit capacitatile de stocare ale bateriei utilizate de vehicul in 1881. Totodata, prima masina mai „serioasa”, cu combustie strict electrica a fost inventata in 1902 si se numea Buick Phaeton, model care a devenit mai tarziu, in 1916, hibrid, functionand atat cu un motor electric cat si prin combustie interna.

Dar toate acestea marcheaza, daca se poate spune asa, pionieratul inconstient, experimental al industiei auto ecologice. Autorii acestor inventii doar dadeau curs ambitiei de a face si altfel, de a arata ca se poate si o abordare diferita a problematicii automobilistice, nu aveau intentia pornirii unei mode de menajare a naturii. Daca am merge pe acest fir, am putea spune ca autoturismele s-au nascut ecologice, pentru ca primele automobile, create in 1769, functioneau pe principiul energiei produse de aburi. In realitate, proiectul masinilor ecologice a inceput timid cu modelul Honda Civic din 1973, mai sus mentionat, si, ca sa fim foarte rigurosi, a demarat efectiv in urma Protocolului de la Kyoto al Natiunilor Unite. Este vorba despre un amendament pe marginea tratatului international asupra schimbarilor climatice, care a avut loc in Kyoto, Japonia, in 1997. Cele 40 de tari dezvoltate plus „Comunitatea Europeana”, care au ratificat protocolul, s-au pus de acord sa isi reduca emisiile colective de dioxid de carbon cu cel putin 5%. Acest obiectiv urma sa fie atins pana in intervalul 2008 – 2012. Pana la mijlocul lui 2007, si alte 149 de tari, mai putin dezvoltate, s-au raliat protocolului, chiar neavand obligatii de reducere a emisiilor. In 2006, protocolul acoperea peste 55% din emisiile globale de gaze cu efect de sera. Chiar in aceste zile, protocolul de la Kyoto este inlocuit de o rezolutie a summit-ului despre incalzirea globala care se desfasoara la Copenhaga; rezolutie ce va aduce standarde mult mai aspre cu industriile poluante si, in acelasi timp, mai prietenoase cu mediul inconjurator.

Practic aceasta oficializare a luptei cu poluarea a insemnat startul indreptarii industriei auto catre o devenire ecologista, prietenoasa cu natura, iar masina eco a rodit atat in mintile marilor industriasi cat si in cele al ambientalistilor.

Asa-zisele „masini verzi” sunt proiectate sa produca niveluri reduse sau inexistente de gaze cu efect de sera, in special dioxid de carbon, metan si oxid nitros. Acest lucru se poate obtine prin construirea unor masini functionale pe baza altor mijloace energetice decat combustibilii fosili, benzina sau motorina. Este vorba despre surse de energie alternativa si regenerabila, care, in privinta masinilor cel putin, pot imbraca forma de celule de cobustie, bazate pe biocombustibil (etanol, butanol, metanol), hidrogen, alimentare fotovoltaica, baterii sau supercapacitoare.

Mai multe piste

Prin urmare, strategia transformarii pietei auto internationale, s-a desfasurat pe mai multe planuri, toate avand aceeasi destinatie, un mijloc de transport personal, eficient si autonom, prietenos cu mediul si accesibil la preturi similare celor ale autoturismelor conventionale.

Masina cu propulsie pneumatica foloseste un motor pe pistoane cu emisii zero care intrebuinteaza aerul comprimat ca sursa de energie. Eficienta operarii lui vine prin utlizarea caldurii ambientale la temperaturi normale pentru a incalzi aerul expandat altfel rece din rezervorul de stocare. Aerul este apoi livrat catre motor printr-un sistem de injectie conventional.

Vehiculele electrice cu baterie isi extrag puterea din energia chimica a diferitelor tipuri de baterii, dispuse in lacase speciale. Modelele de baterii variaza si includ: pe cele cu acid si plumb, nichel-metal, litiu-ion, litiu-polimmer, zinc-aer si altele. Aceste masini mai sunt cunoscute si sub denumirea de vehicule cu emisii zero, caci nu produc niciun fel de emisii in timp ce merg. Vehiculele pe baterii electrice dateaza din anii ’50, dar costurile lor ridicate, performantele scazute si autonomia insuficienta le-au facut nepractice.

La inceputul anilor 1900, cea mai comuna modalitate de a conduce un vehicul avea sa fie, credeau specialistii, prin utilizarea energiei electrice. Se preconiza ca vehiculele electrice vor inlocui in scurt timpe pe acelea bazate pe carburant. Apoi, un mod mai ieftin de a produce petrol a luat nastere. Acest lucru a condus la disparitia masinilor electrice de pe strazi. Iar acum, ca pretul petrolului si poluarea sunt la cele mai inalte cote istorice, revenim la alternative din trecut spre a ne pune in miscare vehiculele.

Una dintre aceste alternative este cea a masinilor solare potentate de energia solara obtinuta cu ajutorul panourilor fotovoltaice amplasate pe suprafata vehiculelor. Acumulatorii si produsele de energie solara pentru masini sunt necesare pentru mentinerea performantelor acestor masini cu energie alternativa. Aceste autovehicule sunt adesea utilizate in competitii de viteza, precum World Solar Challenge si North American Solar Challenge.

Desi amoniacul este o substanta cu toxicitate inalta, el este folosit pentru alimentarea unor motoare si nu este considerat mai primejdios decat petrolul. Iar, de vreme ce poate functiona atat in cazul motoarelor cu aprindere prin scanteie, cat si pe motoarele diesel cu numai cateva modificari, a fost propus ca un combustibil alternativ viabil. Amoniacul poate fi extras din electricitate regenerabila si, avand jumatate din densitatea benzinei sau a motorinei, poate fi transportat cu usurinta in cantitati suficiente, in vehicule. Atunci cand este ars, singurele lui emisii sunt nitrogenul si vaporii de apa.

Atat etanolul cat si metanolul au fost folosite cu functia de combustibili auto pentru masinile functionale cu energie alternativa. Etanolul, insa, a primit o mai mare atentie datorita faptului ca este considerat o sursa regenerabila, usor obtinuta din zahar sau culturi agricole. Suportul pentru etanol vine din faptul ca este un combustibil care se adreseaza emisiilor de gaze cu efect de sera si schimbarilor climatice. Are, de asemenea, o mai mare cifra octanica, ceea ce este in beneficiul unei mai bune rate a compresiei motoarelor, fiind, in acelasi timp, mai toxic.

Masinile cu hidrogen folosesc, desigur, hidrogenul ca principala si chiar singura sursa de putere. Hidrogenul poate fi utilizat in cazul autovehiculelor in procese de combustie (hidrogen ars in motor) sau in procesele de conversie a combustibilului (hidrogenul este transformat in energie electrica ce pune in miscare un motor electric). Cea mai buna parte a folosirii hidrogenului este ca rezultatul colateral al utilizarii lui este apa. Totusi, combustibilul hidrogen nu apare in mod natural pe Pamant si ca atare nu este o sursa de energie, ci o cariera de energie. Poate fi obtinut din mai multe surse, in prezent fiind cel mai frecvent extras din metan sau alti combustibili fosili. Producerea de hidrogen prin electroliza apei este in general ineficienta si scumpa, fiind ca atare folosita foare rar.

Mai exista, desigur, cele mai populare in prezent, masinile hibride. In zilele noastre, termenul de masina-hibrid este in general folosit pentru a descrie o masina ce combina un motor de combustie interna alimentat de gazolina si un motor electric, pus in miscare de o baterie. Pana de curand, acesti hibrizi erau relativ rari, insa succesul rasunator al unor modele ca Toyota Prius a atras atentia publica asupa vehiculelor economice si a condus la aparitia in peisaj a unor manufacturi similare de la Honda (Insight) si Ford (Fusion Hybrid) sau unei eficientizari la sange a consumului de carburant la Opel Insignia (EcoFLEX). De fapt, aceste vehicule eficiente din punct de vedere al consumului de carburant reprezinta unul dintre segmentele cel mai rapid dezvoltate din industria auto. Ne ajuta sa materializam ideea „sofatului verde”.

Ce e azi si ce se va intampla maine?

Din 2004 si pana in prezent, industria auto mondiala nu s-a odihnit in incercarile de a gasi, a perfectiona si a promova alternativele ecologice ale autovehiculelor conventionale. Metode diferite de cele descoperite pana in 2004 au mai fost cel mult vehiculate, insa concret, nu s-au produs oficial motoare cu principii noi de functionare. Cu toate acestea, directiile deja trasate pentru planul masinilor prietenoase cu mediul au fost urmate indeaproape, eficientizate si dezvoltate. S-a ajuns astfel, in 2009, la bolizi ecologici cu sute de cai putere, cu motoare electrice sau hibride, ce rivalizeaza ca performante cu cele mai impresionante „supercar”-uri pe combustie interna. Este vorba despre modele ca Shelby Aero, Wrightspeed X1, L1X-75, Tesla Roadster, Rinspeed iChange, capabile sa atinga 100 km/h in 4 pana la 2.5 secunde.

Lentoarea miscarii acestor demersuri este insa evidenta si exista voci care acuza chiar existenta unor conspiratii la baza fenomenului. Mai mult sau mai putin indreptatite, aceste persoane sustin ca marii petrolisti, cei pe care autoturismele conventionale i-au imbogatit, ar fi sabotat si ar mai sabota inca, prin actiuni de diferite naturi initiativa „verde”. Intr-adevar, nu trebuie sa fii un geniu economic ca sa iti dai seama ca o renuntare, la nivel planetar, la combustibilii fosili pentru punerea in miscare a autoturismelor ar leza grav interesele celor care si-au creat imperii financiare din exploatarea si comercializarea acestor zacaminte. Motivul l-ar avea; cu siguranta ar dispune de mijloacele financiare si de orice alta natura; asadar, macar teoretic, dincolo de dificultatile tehnologice si stiintifice, ne putem gandi ca amanarea si progresul lent inregistrate de industria masinilor eco au o tangenta mai mica sau mai mare si cu mogulii titeiului.

Astazi, ambientalistii si producatorii de masini sustin ca viitorul apartine sau ar trebui sa apartina masinilor functionale pe principiul consumului de hidrogen. Autovehiculele cu hidrogen, care emana in atmosfera doar vapori de apa, par a fi cea mai buna solutie pentru circulatia rutiera din anii care urmeaza. Totusi, desi ideea poluarii zero este foarte atragatoare, performantele acestor masini sunt inca sub asteptari. Nu este de dorit o masina cu demaraj lent, greu de alimentat si care nu inspira foarte multa incredere.

Pomparea hidrogenului in camerele de ardere ale motoarelor obisnuite conduce la deteriorarea acestora, din cauza exploziei violente a gazului in urma incingerii motorului. Pentru un mai bun control asupra procesului de ardere, tehnicienii au preferat celulele (sau pilele) de combustie pe baza de hidrogen. Acestea alimenteaza cu energie motorul electric al masinii, dar cel mai mare obstacol in calea noilor motoare este chiar… hidrogenul. El poate fi extras prin procedee termochimice din gaze naturale, poate fi produs de bacterii „cultivate” special pentru asta, extras prin termoliza din biogazul obtinut prin putrefactia deseurilor sau prin electroliza apei. Din pacate, toate aceste tehnologii sunt inca foarte costisitoare, rentabilizarea lor fiind cel mai important pas de facut in viitorul apropiat.

Totusi, avand in vedere gravele probleme de mediu si schimbarile climatice accentuate in ultimii ani, daca grupul tarilor puternic industrializate doresc cu adevarat reducerea poluarii, cel putin una dintre metodele de energie alternativa pentru masini va trebui adoptata pentru productia in serie a autovehiculelor „verzi”.

________________________________________________________________________

Articol sustinut de OPEL

CITESTE SI:

• Cateva mici secrete pentru a conduce economic
• Top 10 cele mai rapide masini electrice
• Transportul viitorului: de la zburatorul personal la hybrizii de familie