Παρά το γεγονός ότι αναπτύχθηκε συνεχώς τον περασμένο αιώνα για να γίνει μια μονάδα ισχύος υψηλής απόδοσης καυσίμου, ο κινητήρας ντίζελ απειλείται τώρα όσο ποτέ άλλοτε. Λοιπόν, «ποιο είναι το μέλλον του κινητήρα ντίζελ;» ήταν το θέμα των ερωτήσεων που τέθηκαν στον Δρ. Staffan Lundgren, Ανώτερο Σύμβουλο Τεχνολογίας για τα συστήματα ισχύος στον Όμιλο Volvo.
Γιατί το ντίζελ παραμένει μια τόσο δημοφιλής πηγή ενέργειας;
Η καύση διάχυσης - όπου η καύση συγκεντρώνεται γύρω από την ανάφλεξη και το οξυγόνο διαχέεται γύρω από την περιοχή καύσης - είναι πολύ αποτελεσματική. Έχει ελάχιστες απώλειες ενέργειας στα τοιχώματα του κινητήρα μέσω ακτινοβολίας ή μεταφοράς - πολύ μικρότερη από έναν βενζινοκινητήρα. Ο βασικός κινητήρας ντίζελ είναι πολύ δυνατός και μπορεί να αντέξει πολύ υψηλές πιέσεις.
Πόσο αποτελεσματικό είναι;
Έχουν σημειωθεί μεγάλες βελτιώσεις – άλμα από περίπου 35% απόδοση τη δεκαετία του 1980 σε σημερινή απόδοση 50%. Αυτό σημαίνει ότι το ήμισυ του καυσίμου χρησιμοποιείται τώρα σε χρήσιμη μηχανική εργασία. Για αναφορά – ένας βενζινοκινητήρας είναι περίπου 35% αποδοτικός. Αυτά τα κέρδη προήλθαν από τα συστήματα έγχυσης καυσίμου υψηλής πίεσης Common Rail, την υπερφόρτιση και την εισαγωγή υπολογιστικής ισχύος για τον ακριβή έλεγχο της καύσης και των συστημάτων διαχείρισης μετεπεξεργασίας.
Είναι η Νο. 1 ζήτηση των πελατών για την αύξηση της απόδοσης καυσίμου;
Ναι, η καλή απόδοση καυσίμου είναι το πιο σημαντικό στοιχείο, αλλά οι πελάτες απαιτούν επίσης καλή απόδοση και ανθεκτικότητα του κινητήρα. Τότε πρέπει
να είναι ανθεκτικά και να πληρούν τις απαιτήσεις εκπομπών – και αυτές μερικές φορές ανταγωνίζονται μεταξύ τους.
Γίνονται και οι κινητήρες πιο ισχυροί;
Υπάρχει μια ανοδική τάση - οι πελάτες μετακινούν μεγαλύτερα φορτία και αυτό απαιτεί μεγαλύτερη ισχύ. Η μεγαλύτερη ισχύς του Ομίλου Volvo είναι τώρα 1,000 ίπποι. Αλλά σε σύγκριση με τα επιβατικά αυτοκίνητα, όλες οι εφαρμογές βαρέως τύπου εξακολουθούν να είναι (σχετικά) υποτροφοδοτούμενες.
Ο κινητήρας ντίζελ κατηγορείται ότι είναι μη φιλικός προς το περιβάλλον. Μπορεί να καθαρίσει την πράξη του;
Το να γίνουν οι κινητήρες ντίζελ πολύ καθαροί είναι δυνατό και αυτό είναι κάτι στο οποίο η βιομηχανία βαρέων καθηκόντων έχει σημειώσει μεγαλύτερη πρόοδο από τον τομέα των ελαφρών επαγγελμάτων. Εν μέρει ο λόγος για αυτό είναι ότι η απόδοση που απαιτούν οι πελάτες στον τομέα των βαρέων καθηκόντων είναι πολύ υψηλότερη.
Πόσο δύσκολο ήταν να αυξηθεί η απόδοση, ενώ ταυτόχρονα να μειωθούν οι εκπομπές;
Ήταν μια πρόκληση να βελτιωθεί η θερμοδυναμική διαδικασία για να αντισταθμιστεί το βάρος της προσθήκης του συστήματος μετεπεξεργασίας SCR. Τώρα όμως επιστρέφουμε στον δρόμο για να αυξήσουμε την αποτελεσματικότητα βήμα προς βήμα.
Πόσο παραπέρα μπορείτε να πάτε - μηδενικές εκπομπές;
Εξαρτάται τι εννοείς με τον όρο εκπομπές. Εάν προωθήσετε τον κινητήρα με καύσιμο που δεν έχει άνθρακα και τον συνδυάσετε με μια αποτελεσματική διαδικασία καύσης που δεν δημιουργεί αιθάλη, τότε είναι δυνατές μηδενικές εκπομπές. Εργαζόμαστε για τη χρήση μεθανίου και DME (διμεθυλαιθέρα) ως καθαρές εναλλακτικές λύσεις αντί του ντίζελ. Αυτή δεν είναι μια νέα ιδέα, το 1900 ο κινητήρας ντίζελ λειτουργούσε με επιτυχία με φυστικέλαιο. Το πρόβλημα δεν έγκειται στην τεχνολογία για να λειτουργήσουν τα καθαρά καύσιμα, αλλά στη διαθεσιμότητά τους. Αλλά εάν μπορεί να λυθεί το ζήτημα της προμήθειας ανανεώσιμων καυσίμων, τότε είναι δυνατό οι κινητήρες ντίζελ να λειτουργούν 100% χωρίς CO2.
Τα καθαρά καύσιμα δεν έχουν επίσης τις δικές τους περιβαλλοντικές προκλήσεις;
Η παραγωγή βιοκαυσίμων δεν θα πρέπει να ανταγωνίζεται την παραγωγή τροφίμων – αλλά υπάρχουν και άλλα καύσιμα όπου αυτό δεν αποτελεί πρόβλημα. Τα ηλεκτροκαύσιμα (E-fuels) χρησιμοποιούν ηλιακή ή αιολική ενέργεια για να «σπάσουν» το νερό και να το συνδυάσουν με CO2 από μεθάνιο – και αυτά τα καύσιμα έχουν αρκετά υψηλή απόδοση – έως και 80% σύμφωνα με ισχυρισμούς. Αυτό θα μπορούσε να είναι ένα ενδιαφέρον συμπλήρωμα της ηλεκτροκίνησης.
Πώς επηρεάζουν τα διαφορετικά καύσιμα την καύση;
Από την άποψη της απόδοσης, ο κινητήρας δεν ενδιαφέρεται αν το μόριο του καυσίμου προέρχεται από ορυκτό ή ανανεώσιμη πηγή. Έτσι, με επενδύσεις στον σωστό τύπο ανανεώσιμων καυσίμων, η μετάβαση στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας θα πρέπει να είναι απλή.
Πώς λοιπόν θα μειώσουμε περαιτέρω την κατανάλωση καυσίμου;
Το επόμενο μεγάλο βήμα στην αύξηση της απόδοσης του κινητήρα/μείωση της κατανάλωσης καυσίμου είναι ο συνδυασμός του με την ηλεκτροκίνηση. Η ζήτηση για κινητήρες στο μέλλον δεν θα ποικίλλει τόσο πολύ όσο σήμερα. Υπάρχει διαφορά μεταξύ του πόσο αποδοτικός είναι ένας κινητήρας στη «γλυκιά του θέση» και του πόσο αποδοτικός είναι σε ολόκληρο το πραγματικό εύρος λειτουργίας. Η συνεργασία κινητήρων με ηλεκτρικούς κινητήρες, όπως και στα παράλληλα υβριδικά, επιτρέπει στον κινητήρα να λειτουργεί στο πιο αποδοτικό του επίπεδο. Χωρίς αμφιβολία, η ηλεκτροκίνηση θα αποτελέσει μέρος της μελλοντικής λύσης μετάδοσης καύσης.
Μπορεί άλλη τεχνολογία να βοηθήσει στη μείωση των λογαριασμών καυσίμων;
Παραδείγματα είναι η τεχνολογία stop/start και τα ηλεκτρικά συστήματα 48V που τροφοδοτούν βοηθητικά εξαρτήματα ηλεκτρικά και όχι μηχανικά. Όλα αυτά μπορεί να έχουν μελλοντικές χρήσεις σε εφαρμογές βαρέως τύπου, εφόσον αποδειχθεί η στιβαρότητά τους. Αλλά μια άλλη σημαντική πηγή μεγαλύτερης απόδοσης είναι η ανάκτηση θερμότητας. Αυτό δεν είναι εύκολο έργο για κινητήρες βαρέως τύπου, καθώς λειτουργούν με σχετικά κρύες εξατμίσεις, αλλά υπάρχει ακόμα ελπίδα να το συλλάβουμε και να το κάνουμε εμπορικά βιώσιμο.
Ποια είναι η μέγιστη απόδοση που μπορεί να επιτύχει ένας κινητήρας;
Ο κινητήρας ντίζελ έχει θεωρητική απόδοση συστήματος μεταξύ 55-60%. Για αναφορά, οι καλύτεροι σταθμοί παραγωγής ενέργειας λειτουργούν με 50-55% απόδοση και οι κυψέλες καυσίμου είναι επίσης περίπου 50%+ αποδοτικές – έτσι οι κινητήρες ντίζελ μπορεί να είναι απίστευτα αποδοτικοί. Αυτό, προστιθέμενο στο γεγονός ότι οι κινητήρες που λειτουργούν με ηλεκτροκίνηση θα έχουν συχνά χαμηλότερη ζήτηση ισχύος, θα σημαίνει ότι η χρήση καυσίμου πρόκειται να μειωθεί στο μέλλον.
Πόσο καιρό μπορεί να επιβιώσει ο κινητήρας ντίζελ;
Ο κινητήρας καύσης ντίζελ παραμένει μια πολύ οικονομική λύση για τη δημιουργία μηχανικής ενέργειας. Τούτου λεχθέντος, η νομοθεσία, ειδικά στην Ευρώπη, πιέζει πολύ έντονα προς την ηλεκτροκίνηση και αυτό μπορεί να επηρεάσει άμεσα τη μακροζωία του κινητήρα εσωτερικής καύσης. Η αίσθησή μας είναι ότι η χρήση του θα βασίζεται σε εφαρμογές και ότι θα συνεχιστεί για μεγάλο χρονικό διάστημα σε χρήσεις μεγάλων αποστάσεων, όπως ποντοπόρα πλοία και φορτηγά μεγάλων αποστάσεων. Αλλά ακόμη και εδώ θα υπάρχει πιθανώς ένα μείγμα τεχνολογιών σε χρήση.
Είναι το ντίζελ μέρος του μέλλοντος;
Ο κινητήρας ντίζελ – σε τροποποιημένη μορφή – μπορεί να είναι πολύ καθαρός και αποδοτικός. Παίζει καλά και με την ηλεκτροδότηση. Ως κατασκευαστής πρέπει να βρούμε την καλύτερη λύση, με βάση τις αποφάσεις που παίρνει η κοινωνία. Όποια κι αν είναι αυτά, πρέπει να είμαστε προετοιμασμένοι.
