Cele trei revoluții ale automobilului electric
0Automobilul viitorului, digitalizat ca un computer de ultimă generație, cu conectivitate multivalentă și, poate, vreodată, pe scară largă, complet autonom, este asociat, în general, atât de către specialiști cât și de publicul larg, cu propulsia electrică.
Ne obligă explozia tehnicii informaționale să creem automobile electrice, sau ne oferă propulsia electrică deja existentă ocazia implementării tuturor funcțiilor din Google și iPhone în automobile? Nici una, nici alta.
Un motor cu ardere internă, fie acela cu piston sau cu turbină este per se compatibil cu toate funcțiile electrice și electronice enumerate. Important este și rămâne cum integrăm un asemenea motor în sistemul de propulsie a automobilului. Motoarele cu ardere internă nu vor împiedica în nici un fel viitoarea evoluție a automobilului digitalizat, multiplu conectat și pe cât se poate de autonom.
Un argument pragmatic în acest sens este oferit de vehiculele cu propulsie hibridă electric-termică, care sunt actualmente foarte la modă: un motor cu ardere internă, fie că este pe benzină sau diesel, livrează cuplu roților în cooperare cu unul sau două motoare electrice. Motorul cu ardere internă nu numai că asigură parțial propulsia, dar, de asemenea, încarcă și bateria care alimentează motorul (motoarele) electric(e), destinate și ele tot propulsiei, cu energie. Opțional, bateria poate fi încărcată parțial și extern, folosind un cablu de încărcare cu care este prevăzut automobilul, din propriul garaj sau de la o stație de încărcare (Plug In). Așadar, energia electrică pentru funcțiile menționate mai sus ar fi disponibilă.
Desigur, propulsia electrică în sine are avantaje remarcabile: prea desele infarcturi ale traficului, în special în zone urbane, ar putea fi diminuate, datorită unei proprietăți fundamentale a motorului electric: cuplul maxim de la prima învârtitură, ceea ce poate asigura reacția mult mai rapidă a vehiculului în desele situații de stop-and-go.
Și dacă tot este vorba de zonele urbane, în care oamenii inspiră și expiră mai nervos, mai sacadat, mai neregulat decât pe câmp sau pe la sat, gazul care este pompat spre și din plămâni este mai degrabă un amestec de otrăvuri plutind prin niște resturi de aer: funingine, particule, monoxid și dioxid de azot, monoxid de carbon, hidrocarburi nearse, toate acestea fiind evacuate, expulzate și propulsate din mii și milioane de țevi de eșapament, și îndeosebi de coșuri și tuburi din centralele termice de apartament, de bloc sau de cartier și din uzinele chimice sau de fabricutele de tot felul care ard întotdeauna câte ceva care infestează aerul curat. Automobilele nu au neapărat cel mai mare aport la acest dezastru pneumologic, dar eliminarea totală a oricărei emisii de gaze din motoarele lor în timpul circulației prin zonele urbane aglomerate ar fi un mare câștig pentru oameni și pentru toate celelalte viețuitoare din zonă.
Automobilul electric pare să întruchipeze o revoluție, dacă nu neapărat în legătură cu digitalizarea sau autonomizarea, cel puțîn în legătură cu dezintoxicarea metropolitană.
Ce deosebește o evoluție de o revoluție?
Undele de șoc ale câte unei evoluții, ca scurte perturbări ale unui curs previzibil, sunt adesea considerate ca revoluții. Să le lăsăm așa, cel puțîn de dragul cărților de istorie.
Dar faptul că nu a existat numai una, ci trei revoluții ale automobilului electric trebuie neapărat menționat în cărțile de istorie: devierea temporară, în general spectaculară, de la o evoluție, dintr-un motiv sau altul, nu înseamnă că respectivă evoluție nu își va găsi sau regăsi făgașul natural.
Revoluția Franceză a însemnat abolirea monarhiei (1792), ghilotinarea unui rege (1793), trecerea turbulentă și sângeroasă la republică, avand accente puternice de comunism, pentru ca numai 11 ani mai târziu (1804), Napoleon Bonaparte, la 1792 un neînsemnat co-revoluționar, să devină Împărat al Franței într-o nouă formă de monarhie.
Prima revoluție a automobilului electric (1881 – 1900)
Prima revoluție a mașinilor electrice a avut eroii ei, rămași în istorie, ca Napoleon sau alți mari oameni politici: fizicianul italian Alessandro Volta a inventat prima baterie de acumulatoare (1800), pe care i-a prezentat-o, de altfel, un an mai târziu, lui Napoleon însuși. Un acumulator cu plumb (acumulator acid) a fost dezvoltat de germanul Wilhelm Josef Sinsteden (1854), cu câțiva ani mai târziu (1859) fiind inventat și dezvoltat de către francezul Gaston Planté acumulatorul cu plumb reîncărcabil. Aproape concomitent, germanul Werner von Siemens crea primul motor electric apt pentru propulsie, brevetandu-l inițial ca "dinam" (1866). Având la dispoziție asemenea module funcționale, francezul Gustave Trouvé a devenit un adevărat pionier al globalizării automobilului: Trouvé a îmbunătățit motorul electric al neamțului Siemens (1880), a făcut experimente cu bateria francezului Planté, și le-a integrat pe amândouă în bicicleta englezească pe trei roți "Starley Coventry Lever Tricycle" Pe această bază anglo-franco-germană, Trouvé și-a prezentat vehiculul electric în noiembrie 1881 la Târgul Internațional de Electricitate de la Paris.
Un alt remarcabil pionier al primei revoluții a automobilelor electrice va fi însă Ferdinand Porsche, devenit mai târziu patriarhul automobilelor cu motoare cu ardere internă de mare putere. La Expoziția Mondială de la Paris din anul 1900, Ferdinand Porsche și Ludwig Lohner și-au prezentat automobilul patentat cu patru motoare electrice integrate în roți. Un motor electric de propulsie în fiecare roată a însemnat, în același timp, introducerea tracțiunii integrale în automobil. Autonomia vehiculului prezentat era de 50 de kilometri, viteza maximă de 50 km/h. Bateria cântărea 410 kilograme. La Expoziția Mondială de la Paris exista și un "Palat al Electricității" situat în mijlocul acesteia, și inzorzonat cu 5000 de becuri colorate. De la acest Palat era furnizată în principal energia electrică pentru toate pavilioanele expoziției, dar și pentru bateriile posibilelor automobile electrice, precum cel al lui Porsche. Această configurație pariziană a fost scânteia primei revoluții a electromobilitatii în Europa!
Mai puțin spectaculoasă, dar mai eficientă, a fost implementarea electromobilității pe drumurile Statelor Unite ale Americii: chiar pe timpul Expoziției Mondiale de la Paris, cu spectaculosul automobil electric Porsche-Lohner încărcat sub miile de beculețe, pe străzile americane circulau deja 34.000 de automobile cu propulsie electrică, înregistrate oficial. Nu aveau motoare integrate în roți, ci câte unul central, dar erau foarte la modă: 38% din toate vehiculele americane aveau, în anul 1900, propulsie electrică, această proporție fiind sensibil depășită doar de motoarele cu aburi, care ajunseseră la 40%. Vehiculele cu motoare pe benzină aveau o pondere destul de modestă, de numai 22%.
Această situație s-a schimbat însă foarte repede: pe de o parte, la începutul anului 1900, prețul petrolului pe baril (un baril = 159 litri) a scăzut sub 2 dolari americani. Pe de altă parte, dezvoltarea motoarelor cu ardere internă pentru automobile, mai ales după înființarea celebrei Ford Motor Company (1903), a avut un parcurs strălucit: ca exemplu, un singur tip de bază, Ford T Modell, a fost produs între anii 1908 - 1927 în 15 milioane de exemplare, dețînând, până în anul 1972 recordul de cel mai vândut automobil din lume. Bineînțeles că pe baza parteneriatului și prieteniei dintre Henry Ford și Thomas Alva Edison, cunoscut ca inventator al becului electric, au existat și încercări de electrificare a acestui automobil de mare succes, care au avut ca rezultat doar două prototipuri, în 1913 și 1914, eșecul proiectului datorându-se, în bună măsură, și concurenței făcute de John Rockefeller, co-fondatorul Standard Oil Company. Acesta a lansat ca produs petrolier benzina, chiar în timpurile în care Henry Ford își „hrănea” încă motoarele cu piston din automobile cu etanol. În anul 1929 nu mai puțin de 23 de milioane de vehicule din Statele Unite funcționau cu motoare pe benzină!
Automobilele electrice produse de Baker Electric (1899-1915) și, mai ales, de Detroit Electric (1907-1939) au ținut pasul atât cât au putut, clienții fiind îndeosebi doamne și medici! Parcă ceva ne duce cu gândul la zilele de azi!
Automobilul electric, altfel silențios și nepoluant în perimetrul lui de acțiune, a pierdut prima sa revoluție din cauza autonomiei prea scăzute și a prețului mult prea mare în comparație cu mașinile cu motoare termice. Parcă iar ne duce gândul spre zilele noastre!
A doua revoluție a automobilului electric (1992 - 2005)
Marea criză economică a lumii, declanșată de prăbușirea bursei de acțiuni din New York (29 octombrie 1929), a dus, timp de aproximativ un deceniu, la o prăbușire dramatică a activităților industriale, comerciale și financiare de pe mapamond. Dar, în mod surprinzător, această criză nu a provocat și o creștere a prețului petrolului ca "hrană" pentru transport, industrie și încălzire, ci, dimpotrivă, o scădere la 0,65 dolari americani pe baril (1931). Petrolul a devenit apoi resursă energetică strategică în cel de-al Doilea Război Mondial, asigurând combustibilul tuturor motoarelor cu ardere internă în vehiculele militare terestre, aeriene și navale. Chiar și în faza de reconstrucție de după cel de-al Doilea Război Mondial, prețul petrolului a rămas destul de stabil, la o medie de 2 dolari pe baril. În anii 1960, cererea de țiței a crescut rapid, oferta devenind însă, în acea perioada, abundentă. Ca urmare, prețul petrolului a scăzut la 1,80 dolari americani pe baril!
A urmat o catastrofă mondială, ceva cam între cutremur și tsunami: un val gigantic a lovit, pe neașteptate, necruțător piața prețului petrolului, la nu mai puțin de 120 de ani de la primele extracții, în anii 1850, din Baku/Azerbaidjan și Titusville/Pennsylvania! Legătura dintre cauză și efect a fost, în acest caz, mai mult sau mai puțîn previzibilă: Egiptul, Siria și câteva alte state arabe au lansat în 1973, pe 6 octombrie, adică exact în ziua sărbatorii evreiești Yorn Kippur, un atac surpriză, sau mai degrabă un război, împotriva Israelului, pe care l-au pierdut însă după numai 20 de zile. Ca răspuns la acest fiasco pe câmpul de luptă, Organizația Țărilor Exportatoare de Petrol (OPEC), în care sunt reprezentate majoritatea țărilor arabe, a redus drastic producția de petrol, pentru a pedepsi națiunile industrializate, pentru alianțele lor politice, favorabile adersarilor. Parcă am mai auzit asta, de curând, în contextul care este, din păcate, la ordinea zilei în Europa! Terții producători de petrol, care nu erau membri ai OPEC, nu au reușit să compenseze în timp util acea teribilă reducere a producției. Ca urmare, prețul barilului de petrol a sărit imediat peste 5 dolari, ajungând cu un an mai târziu la 12 dolari americani. Aceasta a fost prima criză a prețului petrolului (1973). Doar patru ani mai târziu, Șahul Iranului, Mohammad Reza Pahlavi, a fost răsturnat, ceea ce a dus la o scădere uriașă a producției de petrol a țării. Astfel a fost declanșată cea de-a două criză a prețului petrolului (1979), un baril ajungând la aproape 37 de dolari americani!
De la 1.80 dolari la 37 dolari în doar zece ani, acest șoc a fost resimțit în întreaga lume, atât în industrie, cât și în transporturi. Așa a fost pusă sub semnul întrebării însăși utilizarea motoarelor cu ardere internă, în general. Între timp, însă, au fost dezvoltate noi zone de producție în țările ne-membre ale OPEC, determinând o supraproducție la nivel global. Mulți membri ai OPEC au fost forțați să reducă prețul petrolului, chiar până la jumătate, ceea ce a determinat supraviețuirea motoarelor cu ardere intern la nivel mondial.
A urmat însă un alt tsunami: pe 2 august 1990, Kuweitul a fost pur și simplu anexat de Irak. Parcă e tot din zilele noastre! În ianuarie 1991, o coaliție condusă de SUA a început ostilitățile pentru a elibera Kuweitul. Situația dintr-o regiune extrem de bogată în petrol a devenit brusc aproape imposibil de gestionat: pentru prima dată, două state arabe purtau război unul împotriva celuilalt, ambele numărându-se printre cele mai mari exportatoare de petrol din lume. Trei state non-arabe din regiune – Iran, Israel și Turcia – au fost afectate indirect și direct, iar participarea activă a americanilor a fost privită critic, în ciuda mandatului ONU. Posibilele reacții ale producătorilor de petrol din regiune, la fel ca în timpul primei și celei de-a doua crize a prețului petrolului, nu au putut fi trecute cu vederea: statele industrializate se așteptau, așadar, la o a treia criză a prețului petrolului. Această criză nu s-a produs, dar țările industrializate au reacționat clar: baza noastră energetică, de la industrie până la transporturi, trebuie să devină cât mai rapid independentă de petrol!
Astfel au fost create condițiile pentru o a doua revoluție a automobilului electric!
Evoluțiile se desfășoară, în marea lor majoritate, după o logică deterministă, mecanică. Revoluțiile, însă, au un caracter eminamente fenomenologic: o scânteie fără o legătură directă cu un anumit sistem poate schimba brusc și complet evoluția pretins previzibilă a acestuia.
Prima revoluție a automobilului electric a fost aprinsă așadar de inventarea tricicletei electrice Trouvé (1881), a doua revoluție de marșul trupelor irakiene în Kuweit într-o zi de vară (1990).
În toate sectoarele industriale și economice, a început în anii 1990 o căutare febrilă de alternative la motoarele termice care foloseau țițeiul ca sursă de energie.
Așa a fost și în industria autovehiculelor.
Vehicule electrice au mai fost construite, bineînțeles, și după eșuarea primei revoluții a automobilelor electrice, până în anul 1990, dar ca soluții de nișă. Așa au fost camionetele Mercedes cu sistem de schimbare a bateriei, vehiculele electrice de pe insula Capri sau electrocarele din gări și din halele fabricilor din toată lumea.
După 1990 s-a pus în mișcare un mare val internațional de electrificare a automobilelor. În 1992, City Stromer de la Volkswagen, bazat pe automobilul de mare succes Golf III, a fost construit în colaborare cu Siemens. Până în 1996 au fost produse 120 de vehicule de serie de acest tip. Autonomia vehiculului era, cu 90 de kilometri, mulțumitoare, dar fără să o depășească pe cea a automobilelor electrice de prima generație, din anii 1900. E adevărat, condiția de bază era ca viteza de deplasare a vehiculului să rămână în jur de 50 km/h. Volkswagen a electrificat și câteva furgonete de tip VW Transporter T3 și T4. BMW, Mercedes și Opel au urmat îndeaproape exemplul companiei Volkswagen. Valul s-a pus în mișcare.
La 2 octombrie 1992, sub egida guvernului federal german, pe insula Rügen, a fost lansat un test la scară largă cu mașini electrice, care a fost desfășurat până în 1996. Au fost implicate până la 60 de vehicule electrice ale mărcilor BMW Seria 3, Fiat Panda, Mercedes 190, Neoplan, Opel Astra, VW City Stromer și VW T4, fiecare dintre acestea rulând între 25.000 și 40.000 de kilometri în condiții de multe ori severe. Aceste vehicule au parcurs, însumând toate distanțele, 1,3 milioane de kilometri. Așa s-a ajuns la o bază de date consistentă și reprezentativă pentru analiza comportamentul automobilelor electrice dezvoltate în acea perioadă. Câteva exemple pot fi edificatoare:
Tipul bateriilor folosite nu a fost unic, ci a variat în funcție de respectiva marcă auto: au fost folosite baterii cu gel de plumb, sodiu-sulf, nichel-metal-hidrid dar și litiu-ioni. Rezultatele acestor experimente nu au ajuns însă la nivelul așteptărilor. Bateriile erau încărcate cu un mix de energie electrică în care, așa cum erau condițiile în Germania în acea perioadă, o parte semnificativă din producția de electricitate era generată în centrale pe bază de cărbune. De-a lungul lanțului energetic, de la producția de energie electrică la lucrul mecanic generat la roțile vehiculelor, mașinile electrice emiteau clar și fără îndoială mai mult dioxid de carbon decât vehiculele cu motoare pe benzină și diesel echipând vehiculele acelorași mărci (cu lanțul energetic calculat pentru motoarele cu combustie similare mașinilor electrice, de la extracția și rafinarea petrolului până la roata vehiculului).
În mod similar, după cum era de așteptat, dată fiind legătură dintre arderea unei hidrocarburi și emisia de dioxid de carbon rezultată din aceasta, consumul total de energie al mașinilor electrice a fost cu 25% mai mare decât cel al motoarelor pe benzină și motorină. În cadrul acestui experiment la scară largă a fost analizată chiar și emisia acustică. De așteptat ar fi fost un avantaj evident al mașinilor electrice, ale căror motoare nu fac nici un zgomot. La viteze de până la 50 km/h, mașinile electrice au avut într-adevăr, un avantaj, chiar țînând cont de zgomotul de rulare al anvelopelor pe suprafața drumului. La viteze mai mari însă, zgomote de rulare au devenit foarte puternice, datorită bateriilor grele, acoperind chiar și emisiile sonore ale vehiculelor cu motoare cu ardere internă. Respectiv la tipul bateriei, fiecare producător avea preferințe proprii: cele mai fiabile erau bateriile cu gel de plumb, dar acestea erau și cele mai grele. Bateriile sodiu-sulf au demonstrat o capacitate de încărcare (densitate energetică în kilowați-oră pe kilogram) de 5 ori mai mare decât acumulatorii cu plumb, având însă un electrolit lichid la o temperatură incomparabil mai înaltă, de aproximativ 350° Celsius. Unul dintre producătorii implicați în aceste experimente a avut, chiar în propriile hale, o experiență foarte neplăcută: explozia unei asemenea baterii a dus la scurgerea unui gaz fierbinte, otrăvitor, determinând evacuarea completă a halelor respective și a clădirilor adiacente într-un timp record.
Rezultatele nemulțumitoare ale experimentelor cu autovehicule electrice pe insula Rügen din Germania, de-a lungul a 4 ani, au fost confirmate de utilizarea unor astfel de vehicule și pe alte drumuri din țară.
A două revoluție a automobilelor electrice s-a împotmolit așadar, în Germania, în mod lamentabil!
Francezii au fost, evident, foarte atenți de la începuturile acestor experimente pe scară largă în Germania. Respectiv la mobilitatea electrică, francezii aveau un atu considerabil: peste 70% din energia electrică era produsă în Franța, în acea perioadă, în centrale nucleare, ceea ce însemna zero emisii de dioxid de carbon. PSA Peugeot-Citroen, de exemplu, a fabricat nu mai puțin de 10.000 de mașini electrice între 1995 și 2005! Au existat și clienți pentru asemenea vehicule? Nicio problemă! În Franța, de la Napoleon încoace, administrația de stat a fost structurată în mare măsură cu ierarhii centralizate, cu sediile principale, în general, la Paris. Primării, oficii poștale, poliție, multe din reprezentatele statului francez au fost echipate, de voie, de nevoie, cu astfel de vehicule electrice. Un exemplu edificator: un Citroen Saxo Electrique avea, pentru propulsie, un motor de curent continuu cu o putere de 20 kilowați și o era echipat cu o baterie nichel-cadmiu cântărind nu mai puțîn de 240 kg, ceea ce a condus la creșterea greutățîi vehiculului la 1085 kg. Autonomia a rămas și în acest caz, ca la mașinile electrice din prima revoluție, în jurul anului 1900, sub 100 de kilometri, în cele mai dese cazuri de exploatare chiar 75 de kilometri!
Într-o bună zi, în biroul din Germania al autorului acestor rânduri și-au făcut apariția doi manageri ai Concernului Francez PSA (Peugeot, Citroen). Nu erau mulțumiți de autonomia mult prea redusă a mașinii lor electrice. Își doreau mult mai mult, o autonomie ca a modelului clasic din producția lor de serie,cu motor pe benzină, adică Citroen Saxo. Idea era clară: numai un motor cu ardere internă pe post de generator de curent la bord ar putea rezolva problema. Este adevărat, acest rol îi revine, în scenariile clasice, pilei de combustie, problema era însă prețul exorbitant al acesteia. Așadar, trebuia creat un motor termic care să nu cântărească mai nimic, să nu ocupe decât un spațiu infim și, bineînțeles, să aibă un preț derizoriu.
Așa a fost dezvoltat, în anul 1999 un motor în doi timpi foarte compact (25x25x25 cm, cântărind 8 kilograme), cu injecție directă de benzină sau, opțional, de etanol. Autonomia vehiculului propulsat cu motor electric, care își primea energia cu ajutorul unui minuscul generator electric, a ajuns în această configurație la 420 km! Piticul care ardea combustibil în doi mici cilindri încărca bateria de la bord în regim staționar (fără să aibă vreo legătură cu roțile!), doar în cazurile în care tensiunea din aceasta scădea sub un voltaj prestabilit: mai întâi 3 minute, apoi o pauză mai lungă, în care lucra doar motorul electric de propulsare a mașinii, apoi, din nou, 3-4 minute, până când beculețul bateriei semnaliza verde. Așadar, prin centrul orașului vehiculul circula practic cu grupul motor termic/generator oprit, în afară pornit. Așa s-a ajuns la un consum de benzină în ciclu urban de 2,4 litri la 100 de kilometri și la o emisie de dioxid de carbon de 60 grame pe kilometru (comparativ, un automobil modern de putere medie emite peste 180 de grame la kilometru). Dar timpul acestei configurații de propulsie electrică, având un mic motor termic cu funcția de generator de curent la bord, nu venise încă. Vom trăi și vom vedea!
Renault a lansat pe piață, în aceeași perioadă, mai multe variante electrice de Clio, Kangoo și Express și un model monopost foarte compact, Zoom, cu o lungime de 2.30 metri.
În Statele Unite, între anii 1996 – 1999, General Motors a dezvoltat și construit 1117 mașini electrice de tip EV1, fiecare cu câte două locuri, care nu au fost însă oferite spre vânzare, ci doar pentru leasing. Motorul electric de propulsie avea o putere de 102 kilowați, iar bateria cu gel de plumb o capacitate de 18 kilowatt-oră. În 2003, toate aceste vehicule au fost retrase de pe piață și distruse, cu excepția câtorva exemplare pentru Muzeul General Motors din Detroit, SUA.
Sic transit gloria mundi.
Va urma.
Se încarcă comentariile...
