Pierwsze pojazdy to nie auta elektryczne

Nie wiadomo od kiedy człowiek myślał o pojazdach, które nie wymagałyby siły mięśni ludzi ani zwierząt, a przez to mogłyby działać dłużej i pewniej.

Za wynalazcę pojazdu mechanicznego uznaje się Francuza Nicolas-Joseph Cugnot, który zaprezentował swój pojazd napędzany silnikiem parowym w roku 1769.

To było pionierskie dokonanie również dla kolei, które od roku 1804 zaczęły wdrażać napęd parowy.

Pierwsze auta elektryczne

Holender Sibrandus Stratingh w 1835 roku wraz ze swoim współpracownikiem Christoperem Beckerem, będącym z wykształcenia twórcą instrumentów muzycznych, stworzyli pojazd z napędem elektrycznym. W rzeczywistości był to wózek, do którego napędu użyto ogniwa Volty.

Pomiędzy rokiem 1832 a 1839 szkocki biznesmen Robert Anderson wymyślił pierwszy pojazd elektryczny przez wmontowanie do powozu silnika i akumulatora. Holenderski profesor Sibrandus Stratingh Groningen zaprojektował elektryczny samochód, którego model wykonał jego asystent Christopher Becker w 1835 roku. Ulepszaniem akumulatorów zajęli się Francuzi Gaston Plante w1865 i Kamil Faure w 1881. Utorowali oni drogę dla rozwoju pojazdów elektrycznych.

Do końca XIX wieku pojazdy elektryczne biły wiele rekordów prędkości i długości przebytych tras. Właśnie pojazdowi elektrycznemu udało się pierwszemu przekroczyć barierę prędkości 100 km/h z kierowcą Camille Jenatz.

Powrót do pojazdów spalinowych, lecz benzynowych

W 1870 roku Austriak Siegfried Marcus skonstruował prototyp pojazdu mechanicznego z silnikiem benzynowym o zapłonie iskrowym. Z kolei Niemiec Karl Benz, zbudował swój trzykołowy automobil w roku 1885, na który uzyskał  patent. W tych samych latach prace w dziedzinie silników spalinowych oraz pojazdów napędzanych takimi silnikami prowadzili wspólnie Wilhelm Maybach i Gottlieb Daimler.

Wprowadzenie do pojazdów spalinowych w 1913 roku rozruszników elektrycznych przez Caddilaca uprościło proces zapłonu silników benzynowych. Kierowca nie musiał już zakręcać korbą, co wymagało nie tylko siły, ale było niebezpieczne powodując częste złamania kończyn. Przyczyniło się to do spadku popularności pojazdów elektrycznych, podobnie jak zastosowanie do silników spalinowych chłodnicy, opracowanej w 1895 roku przez Panharda & Levassora. Chłodnica umożliwiła zwiększenie czasu pracy silnika i zasięgu pojazdów z napędem spalinowym.

Od tego czasu pojazdy elektryczne przeszły w cień spalinowych. Tym niemniej szczególnie po drugiej wojnie światowej konstruowano wiele takich pojazdów, jednak jako prototypy lub pojazdy o znaczeniu drugorzędnym np. tzw. wózki golfowe. Barierą stała się niewystarczająca pojemność akumulatorów i konieczność ich długiego doładowywania. Widoczna też była niechęć do tych innowacji przemysłu zdominowanego przez lobby naftowe.

Poślednia rola aut czy raczej pojazdów elektrycznych

W dalszej części XX wieku napęd elektryczny z akumulatora otrzymywały tylko zabawkowe lub pomocnicze pojazdy. Takim był też polski pojazd Melex, pełniący głównie rolę wózka golfowego. Jego historia rozpoczęła się w 1971 roku w fabryce samolotów WSK PZL Mielec.

Tymczasem amerykański program wypraw księżycowych Apollo został zmuszony panującymi tam warunkami do zastosowania napędu elektrycznego do pojazdu, który miał ułatwić eksplorację księżyca. Konstruktorem owego Wędrowca był polski inżynier Mieczysław Bekker pracujący dla General Motors. Pojazd miał 3 metry długości i 2 metry szerokości. Poruszał się z prędkością 13 km/h przy zasięgu 92 km.

Auta elektryczne wracają do gry

Dopiero w 2004 roku nowa i niewielka kalifornijska firma Tesla Motors rozpoczęła prace rozwojowe nad Tesla Roadster. Ten pojazd dzięki odważnym posunięciom i zdrowym kompromisom można wreszcie nazwać prawdziwym autem elektrycznym. Jego akumulator zbudowano ze znanych z laptopów ogniw litowo-jonowych tyle, że w imponującej liczbie 6 831 ogniw. Natomiast jako silnik zastosowano jednostkę trójfazową o mocy maksymalnej 250 KM.

Do budowy Roadstera nawiązano współpracę z brytyjskim Lotusem importując większość samochodowych podzespołów Lotusa Elise. Oba pojazdy posiadają dużą liczbę wspólnych części takich jak przednia szyba, poduszki powietrzne jak również elementy deski rozdzielczej oraz zawieszenia. Pierwsze egzemplarze tego samochodu trafiły do odbiorców w 2008. Dwuosobowy pojazd dobrze mieścił się w klasie roadsterów zapewniając swoim użytkownikom zupełnie przyzwite osiągi. To znaczy przyspiesza w 3,9 sekundy do 100km/h, osiąga prędkość maksymalną 201km/h i ma zasięg na jednym ładowaniu 394 km. Wysoka cena(ponad 100tys.dolarów) nie szokowała w tym segmencie pojazdów. Tesla wyprodukowała łącznie 2500 roadsterów sprzedanych co najmniej w 31 krajach świata.

Z pewnością TESLA MOTORS przetarła szlak dla licznych następców np. Mitsubishi iMiEV wyprodukowanego w 2009. Jej udziałowcy nie byli związani z przemysłem naftowym, lecz raczej informatycznym – szefowie Google i Pay Pal. Wprowadzane są też samochody Citroen iOn oraz Peugeot C-Zero jako pokrewne Mitsubishi. W grudniu 2010 rozpoczęła się sprzedaż Nissana Leaf. Natomiast w 2012 weszła do produkcji siedmioosobowa limuzyna o znacznym zasięgu TESLA Model S a od 2015 jest produkowany również crossover Tesla Model X. Mniejszy i tańszy TESLA Model 3 jest produkowany od roku 2017.

Prawdziwe i urojone wady i niebezpieczeństwa

Samochody elektryczne budzą lęk w oczach nie tylko szejków naftowych, którzy jeżeli nie odkładali na czarną godzinę albo rozsądnie nie inwestowali to faktycznie mogą znaleźć się w trudnej sytuacji szybciej niż przypuszczamy. Kolejne grupy zalęknionych to firmy paliwowe, stacje benzynowe, zagorzali zwolennicy benzynowej motoryzacji i wreszcie ludzie szukający dziury w całym. Martwi ich nie tylko utylizacja zużytych baterii, ale nawet problem z dostarczeniem prądu dla doładowujących się samochodów tak by nie pochodził z trujących elektrowni.

Pisano też niedawno, że samochody elektryczne i hybrydowe są niebezpieczne dla przechodniów, zwłaszcza niewidomych, bo są … za ciche. Dla osoby chociaż trochę obeznanej z techniką był to zarzut absurdalny, bo przecież emitować dźwięk jest dużo prościej i taniej niż tłumić hałas. Najnowsze pojazdy wyposaża się już w głośniczki wydające przy małych prędkościach jazdy dźwięk ostrzegający przechodniów.

Wielu ludzi jest też zwyczajnie uprzedzonych nie wierząc, że samochód elektryczny może być pełnowartościowym pojazdem z wszystkimi walorami eksploatacyjnymi. TESLA Roadster i kolejne pojazdy zdają się przełamywać te bariery.

Ekonomika pojazdu elektrycznego

W poniższej tabelce zestawiono koszty różnych elementów pojazdów i porównano ze spalinowymi:

Wyraźnie widać duży potencjał jaki drzemie w pojazdach elektrycznych również do obniżenia kosztów transportu.

Komfort i niewygody

Jednak w obecnej chwili pojazdy elektryczne nie są pozbawione wad, a zwłaszcza wady polegającej na ograniczonym zasięgu wynikającym z dwóch cech pojazdów: ograniczonej i ciągle zbyt małej pojemności pakietów akumulatorów, często zbyt długim czasie ładowania akumulatorów.

Zwiększanie pojemności pakietów akumulatorów napotyka na trudności z fizycznym ich umieszczeniem w pojeździe jak również z ich dużym kosztem istotnie wpływającym na cenę pojazdu. Postęp technologiczny i powiększanie produkcji pakietów akumulatorowych powinien niebawem zmniejszyć tę niedogodność.

Ładowanie pojazdów elektrycznych w czasie jazdy

Czas ładowania ograniczają własności akumulatora oraz moc dostarczana przez ładowarkę. Udało się wykazać, że możliwe jest konstruowanie pakietów akumulatorów ładowalnych w sekundy bez szkodzenia akumulatorom. Jeśli więc te wyniki znajdą zastosowanie w produkcji seryjnej to pozostanie tylko ograniczenie mocy ładowarek, które okazuje się dla bardziej pojemnych pakietów dosyć istotne, bo obecne sieci energetyczne nie dysponują jeszcze takimi mocami dla odbiorcy docelowego i odpowiednio większej w rozdzielniach.

Z pewnością inne zalety napędu elektrycznego pierwsi dostrzegą uczący się jazdy. Nie będą bowiem mieli żadnych problemów z gaśnięciem silnika. Zniknie również dźwignia zmiany biegów i pedał sprzęgła. Natomiast najprawdopodobniej pedał przyspieszania zyska dodatkową własność. Jego puszczenie bowiem będzie się wiązało z rozpoczęciem już dosyć intensywnego hamowania. Będzie to jednak hamowanie z odzyskiwaniem energii za pośrednictwem pracujących jako prądnice silników napędowych. Oddzielny pedał hamulca będzie uruchamiał tradycyjne klocki czy tarcze hamulcowe. Dzięki tym rozwiązaniom wyprzedzanie znacznie się uprości i będzie bezpieczniejsze, bowiem pojazd będzie miał łatwe do wykorzystania duże przyspieszenie i czas wyprzedzania będzie można znacząco skrócić. Powinno być bezpieczniej przy założeniu, że kierowcy nie przecenią możliwości samochodu.

Tradycyjne ładowanie samochodu polega na włożeniu wtyczki z ładowarki w odpowiednie gniazdko w samochodzie. Okazuje się jednak, że dużo wygodniejsze jest ładowanie bezstykowe.  Polega ono na współpracy cewki nadawczej zatopionej w ulicy z cewką odbiorczą umieszczoną w podłodze pojazdu. Badane są już nie tylko możliwości  takiego ładowania na postoju, ale również w ruchu. Ocenia się, że to ostatnie będzie kosztowne zarówno ze względu na wyposażenie ulicy (koszty rzędu 1mln złotych na km) jak straty z takiego przekazywania energii (sprzeczne dane mówią o wielkości od 10% do 90%). Tym niemniej powszechne zastosowanie tych technologii wraz ze zautomatyzowanym systemem naliczania opłat powinno pozwolić na znaczne podniesienie komfortu korzystania z samochodu.

Wpływ samochodu elektrycznego na środowisko

Samochód elektryczny w czasie swojej eksploatacji nie wytwarza żadnych zanieczyszczeń, jednak trzeba wziąć pod uwagę zanieczyszczenia jakie powstają przy produkcji prądu elektrycznego, a także w procesie produkcji i utylizacji pojazdu. Poniższe porównanie z pojazdami spalinowymi i hybrydowymi to uwzględnia:

Jak widać mimo wszystko pojazdy elektryczne wygrywają również w tej konkurencji. Pomimo, że przy produkcji prądu powstają zanieczyszczenia to są one mniejsze oraz łatwiej z nimi walczyć np.  tłocząc skroplony CO­­₂ do zamkniętych kopalni. Liczyć też można na czyste ekologicznie elektrownie jądrowe i technologie odnawialne, które gdy zostaną w pełni zastosowane wyzerują rubrykę „Źródla energii” i pomniejszą rubrykę „Razem” samochodów elektrycznych do 8800 kg CO­­₂.

Dla kogo auta elektryczne

Przyjmuje się, że w początkowym okresie rozwoju pojazdów elektrycznych będą one szczególnie atrakcyjne dla posiadaczy garażu lub wiaty w ogródku z zasilaniem elektrycznym. Dzięki temu użytkownik może się wyposażyć w stanowisko ładowania i po całym dniu jeżdżenia będzie mógł ładować pojazd nocą, na dodatek tańszą energią.

Pojazdy elektryczne zaczynają mieć sens ekonomiczny i praktyczny tylko dla tych, którzy przejeżdżają dziennie nie więcej niż 150km(przez co nie muszą doładowywać w drodze) i jednocześnie nie mniej niż 40tys.rocznie(przez co oszczędności na kosztach paliwa sięgają 15 tys.zł rocznie)

Na razie też trzeba uwzględnić ograniczenie do poruszania się w promieniu 80km wokół garażu lub po trasach wyposażonych w szybkie ładowarki. Na pewno też łatwiej będą akceptowane w krajach, które je dotują(przykład w ramce).

Jak najtaniej kupić samochód elektryczny?

Nissan Leaf w USA:

·      cena producenta 32 780 USD

·      dopłaty/ulgi w USA 7 500 USD

·      dopłata Kalifornii 5 000 USD

·      rabat powiatu 3 000 USD

·      dopłata dla pracownika Sony 5 000 USD

·     cena konsumenta 12 280 USD

Jednak w dalszej perspektywie należy oczekiwać ogromnej i szybkiej ekspansji (wykres).

Bibliografia

Wikipedia „Historia samochodu”, https://pl.wikipedia.org/wiki/Historia_samochodu

Jack Challoner „1001 wynalazków, które zmieniły świat”, Wydawnictwo: Elipsa, Warszawa, 2011.

Hamish McKenzie „Tesla, czyli jak Elon Musk zakończy epokę ropy naftowej”, Wydawnictwo: Znak, Warszawa, 2020.

Agnieszka Ludwig-Słomczyńska „Mieczysław Bekker. Inżynier pojazdu księżycowego”, Wydawnictwo Czarna Owca, Warszawa, 2021.

Ashlee Vance „Elon Musk. Biografia twórcy PayPala, Tesli i SpaceX”, Wydawnictwo: Znak Horyzont, Warszawa, 2016.

„Autobusy akumulatorowe” https://andrzeju.pl/autobusy-akumulatorowe/

„Elektryczne pływadełka” https://andrzeju.pl/elektryczne-plywadelka-zmienia-transport-wodny-na-niewielkie-odleglosci/