Идва нова епоха в автомобилостроенето - на ток и водород

На фона на решенията на политиците в Европа за тотална електрификация на автомобилната индустрия с голяма доза сигурност може да се предположи, че след 30 години поне в Стария свят ще се движат само електрически автомобили.

Компаниите и учените не спират да търсят решения как точно да осъществят амбициозните идеи за пълно премахване на двигателите с вътрешно горене. Мнозина обаче са убедени, че това изобщо няма да се случи, защото проблемите, свързани с производството на наистина достатъчно екологично създадена електрическа енергия за тяхното зареждане, нейното транспортиране, както и самото им производство, със съвременните литиево-йонни батерии, изобщо не са малки и не могат така лесно да се решат. Немалка част от автомобилните експерти предвиждат, че по-скоро ще има разнообразие от начини на задвижване на автомобилите. Ако в градовете наистина ще има само електроавтомобили, извън тях транспортът ще бъде със синтетични горива и вероятно водород, пише Капитал.

В подкрепа на предвижданията, че електроавтомобилите ще стават все по-достъпни, е статистиката, че от появата на първата литиево-йонна батерия на Sony през 1991 г. разходите по производството на този тип клетки са спаднали 18 пъти, а ефективността им се е увеличила 4 пъти. Само от 2010 г. до края на миналата производството на литиево-йонни батерии се увеличило два пъти при 90% спад на разходите. Развитието на тази техника като цяло е наистина изключително бурно, но проблемите с производството на ток, материалите за самите батерии и начинът на тяхното извличане са сериозни. Цените са високи и въпреки увеличаването на търсенето то е далеч от желаните нива. Затова всички големи автомобилни компании работят както изключително интензивно по създаването на алтернативи на сегашните батерии, така и по решения, които не са свързани с тях.

Китайският гигант в производството на батерии CATL, който определя модата в бранша, вече е готов с нова батерия. Технология, наречена M3P, трябва да донесе по-висока енергийна плътност и значително по-голям пробег.

Проблемът с теглото на сегашните батериите е сериозен. Той води до загуби, които всички се опитват да избегнат, не само при автомобилите, но и евентуално в авиацията и транспорта като цяло. Поради тази причина Renault Group и Airbus обявиха, че обединяват усилия в търсенето на алтернативен тип много по-леки батерии за автомобили и самолети. В тях трябва да бъде постигнат напредък от днешната клетъчна химия, базирана на литиеви йони, към твърдотелни батерии. С тази технология и двата партньора очакват да могат да постигнат два пъти по-висока енергийна плътност в сравнение с днешните батерии най-късно до 2030 г. с много по-ниско тегло и обем. Те освен това обявяват и че ще изследват целият жизнен цикъл на бъдещите продукти. От производството до рециклируемостта спрямо въглероден отпечатък.

Шведската компания Northvolt, производител на батерийни клетки за електрически автомобили, се споразумя от своя стана за сътрудничество в развойна дейност с финландската група Stora Enso. Целта е да се произвежда аноден материал за литиево-йонни батерии от горска дървесина. Northvolt доставя клетки на стойност над 55 милиарда долара и работи за BMW, Volvo и VW, като последните притежават 20% от нея.

Stora пък е един от най-големите собственици на гори в света и произвежда хартия, опаковки и нарязан дървен материал. Друг продукт на Stora Enso обаче е твърд въглерод, наречен Lignode, който се извлича от лигнина на преработваните дървета. В повечето съвременни литиево-йонни батерии се използват предимно графитни аноди. Графитът се добива с естествен произход главно в Китай или се произвежда синтетично от суровини като въглища и петрол.

Компанията Graphene Manufacturing Group (GMC) пък предложи алуминиево-йонна батерия. Тя е базирана на изследователската работа на Университета в Куинсленд в Австралия. Клетките на GMC обещават възможности за зареждане със 70 пъти по-висока скорост от тази при средностатистическите литиево-йонни клетки. Същевременно с това алуминиево-йонните батерии са по-чисти, по-надеждни, производството им е с по-високо ниво на опазване на околната среда и имат по-голяма изходна мощност. На практика скоростта им на зареждане и разреждане е почти като при суперкондензаторите. Технологията на компанията по същество заменя скъпия литий ($13 000 на тон) с алуминий ($2000), като едновременно с това осигурява значителен ръст на енергийната плътност.

Подобни примери могат да се изброяват десетки и със сигурност ще дадат нов тласък на електроавтомобилите, които да правят пробег, дори и по-голям от сегашните с вътрешно горене. Въпреки това има доста анализатори, които смятат, че цената на екологичния ток и изграждането на огромната инфраструктура за зареждане, рециклирането и съхранението на отработените батерии ще запазят високите цени при използване на електроколите.

Една от алтернативите на бензина, дизела и електричеството е водородът. Горивните клетки, използващи "зелен" (добит чрез ВЕИ) водород, изглеждаха само допреди двайсетина години много примамливо решение със своята принципна неутралност по отношение на парниковите газове и с възможността за зареждане по познатия от фосилните горива способ на "бензиностанция". Когато горивото свърши, просто отивате до водородната станция и в рамките на минути имате на разположение пробег от стотици километри. Техническите пречки по реализацията на тази схема също изглеждаха преодолими - в края на краищата първият автомобил с горивни клетки е представен още в далечната 1966 г.

Досега гласовият асистент се ограничаваше до предварително зададени задачи и отговори, например за управлението на автомобила, спортните резултати, времето или заобикалящата среда. Компанията обаче отива и още по-напред, като представи един от своите поредни прототипи с мозъчно-компютърен интерфейс (Brain Сomputer Interface), който позволява мислено превключване на радиостанциите, климатика и т.н.

Съхранението на водорода се смята за сигурно с нови материали и методи на заваряване. Проблемите с него обаче също не са малко и трябва да бъдат решени. Енергийният разход на колите с водородни клетки е четири пъти по-висок от тези при електромоделите. Ако при електроавтомобилите 70% от енергията достига до задвижващите колела, при водородните този дял е до 20%. При това в общата сметка не се включва генерирането и транспорта на водорода от мястото със слънчев или ветровит климат, където теоретично може да се предположи излишък от зелена електроенергия до мястото на потребление. Оказва се също така, че зарядните колонки на доста скъпите за изграждане водородни станции са в състояние да заредят до 3 автомобила в рамките на 15 минути. Тоyota, Honda, BMW опитаха с частичен успех на пазари в отделни региони, но пробив в тази област се смята за възможен само при влагане на още повече ресурси за изследвания и развитие, каквито Renault реши да отдели например.

Накрая, но не на последно място, идват синтетичните или е-горива, които се създават чрез извличане на въглероден двуокис от атмосферата. Най-известният проект в това отношение е заводът на Porsche в Чили. Той изсмуква въглероден двуокис от въздуха. Разгражда го на чист кислород, който отново връща в природата, и въглероден окис.

Процесите на Фишер-Тропс са познати от десетилетия и чрез тях Германия произвежда бензин от въглища за танковете си по-време на Втората световна война. Въглеродният окис се свързва в желани вериги във водород, който пък се извлича от океана чрез електролиза. При нея отново в атмосферата се отделя чист кислород. Всичко отново изисква голямо количество електроенергия, която в случая се набавя от силните ветрове по бреговете на Чили, но е възможно да бъде и с друг произход, примерно от ядрени централи, от които би идвал и токът за електроавтомобили, ако изобщо ядрената енергетика бъде призната от политиците за "чиста".

При въпросните процеси на синтез би могло да се получат горива с най-различни качества, които при съчетаване на усъвършенстване още на сегашните двигатели с вътрешно горене може да направят процесите суперефективни, вредните емисии - нищожни, с пъти по-ниски спрямо "поеманите" количества въглероден двуокис от въздуха.

На практика това е пътят, по който реши да върви Формула 1, в съчетание и с електрозадвижване. Той е смятан за наистина перспективен въпреки настоящите малки количества произвеждан подобен бензин и високата му цена. Любопитно е още, че най-големият производител на петрол в света, гигантът от Саудитска Арабия Аramco, работи изключително интензивно по подобен тип е-горива. Вече 50% от бензина, който компанията доставя на съпътстващите състезания във Формула 2 и Формула 3, е точно с такъв състав. Експерти твърдят, че вероятно е-горивата ще се използват по-масово в авиацията и корабната индустрия, както и в транспорта на дълги разстояния в слабонаселени региони, където изграждането на зарядни станции би било неизгодно.

Задвижването съвсем не е единствената област обаче, в която се развиват и ще се променят автомобилите в следващите 30 години. Почти сигурно е, че в края на този период колите ще се движат автономно. Човекът просто ще задава мястото, на което ще иска да отиде, и те ще го закарат. Технологично голяма част от компаниите и сега имат възможност да правят далеч по-самостоятелно движещи се превозни средства. Свързаността им с околния свят е пълна, комуникацията между тях - възможна. Но пречките за масовото им навлизане са предимно морални и юридически. С голяма доза сигурност обаче може да се предвиди, че в следващите десетилетия те ще бъдат премахнати и ще бъде развита инфраструктурата за движение, при която всички максимално ще бъдат улеснени.

Самата комуникация с автомобила със сигурност ще бъде много по-пълно от сегашната. Mercedes вече изпитва на пазара в Съедините щати добавяне в инфо-развлекателната система MBUX на изкуствен интелект чрез услугата Azure Open-AI на Microsoft. ChatGPT ще осигурява по-естествена гласова комуникация между хората и автомобила. По този начин би трябвало да е възможно не само да се предават команди, но и да се водят истински разговори. Досега гласовият асистент се ограничаваше до предварително зададени задачи и отговори, например за управлението на автомобила, спортните резултати, времето или заобикалящата среда. Компанията обаче отива и още по-напред, като представи един от своите поредни прототипи с мозъчно-компютърен интерфейс (Brain Сomputer Interface), който позволява мислено превключване на радиостанциите, климатика и т.н. Системата засега работи, като човек се концентрира върху няколко символа на таблото, мозъчната кора реагира по определен начин и устройство на главата разчита желанието за промяна! Вниманието трябва да е насочено към желания символ в рамките на около минута. След 30 години това време изобщо няма да е същото. BMW от своя страна са готови с технология AWF за маневриране на автомобилите в завода без шофьор. Това ще повиши производителността и ще намали разходите.

Големят проблем, около който не се шуми обаче, е как всъщност ще се организира трафикът, при положение че населението на Земята - и най-вече в големите градове, ще се увеличи още, ще има още по-големи възможности и какъвто и автомобил да има, колкото и да е по-скъп, той трябва някъде да се движи и паркира. Групата Renault разработва обща софтуерна среда заедно с различни други телекомуникационни и обществени структури, в която да се регулира цялата мобилност. Според много прогнози тя ще е в голяма степен споделена. Германските гиганти BMW и Mercedes се обединиха в общ проект в тази насока - създаване на общи услуги за устойчива градска мобилност. Те ще инвестират повече от 1 млрд. евро за развитие и по-тясно обвързване на техните предложения за споделяне на автомобили, пътуване, паркиране, зареждане на електромобили и мултимодален транспорт. Хората наистина все по-малко ще използват частни превозни средства и ще комбинират различните форми на екологичен транспорт. Но въпреки всичко за 30 години желанието на мнозина да притежават и да се движат със собствена кола едва ли ще изчезне.

Ужасната ситуация в забогателия Китай, който е най-големият автомобилен пазар в света, само потвърждава нуждата от търсене на решения в тази посока. Ясно е, че изграждането на нова пътна инфраструктура, вероятно над настоящата, е задължително, както и създаването на нови зони за паркиране, както и приложения за тяхното използване. Вдигането още и още на цената за притежаване и използване на кола също може да помогне, но доколко е спорен въпрос. Вариантът с превозни средства, които се движат във въздуха, също съществува, но това няма да са автомобили. Този тип техника всъщност може и да изчезне, но едва ли след 30 години.