Autók iránt érdeklődő embereknek érdemes észrevenni, hogy az akkumulátortechnológia lényegesen gyorsabban fejlődik, jobb ütemben válik hatékonyabbá, mint azt a benzinmotorok valaha is tették ‒ talán a legelső 2 évtizedtől eltekintve. Ennek nagyon egyszerű oka van, mi pedig ezzel foglalkozunk az Auto Check Center szervizhálózat aktuális írásában.
Elágazó fejlődési görbék
A belsőégésű motorral ellátott autó a nagyjából 140 éve alatt elég sokat fejlődött, elég, ha ránézésre összevetjük a Patentwagent mondjuk egy mai, korszerű benzinessel. Bár a fejlődést nem szokás magyarázni, azért nem baj, ha két meghatározó hajtóerővel mégis tisztában vagyunk. Az egyik a szándék, vagyis hogy az emberiség, vagy legalábbis bizonyos, ehhez forrásokkal és képességekkel rendelkező személyek, szervezetek és cégek a fejlesztendő területre koncentrálják energiáikat. A másik az általános technológiai színvonal. Ahogy Benz az 1880-as években a kor technikai lehetőségeiből, anyaghasználatából, általános fizikai és kémiai tudásából tudott csak építkezni, ez bármikor, bármely korszakra igaz. Nyilván nem arról van szó, hogy mindig, minden autóba az elérhető csúcsanyagokat és technológiákat építik be, hanem arról, hogy azok felülről lehatárolják a mindenkori járműipari mérnökök lehetőségeit.
Ezt fejben tartva, ha néhány mondatban áttekintjük a benzines és elektromos autók fejlődését, érdekes jelenséget kell konstatálnunk. A már említett, benzines Patentwagen 1886-ban kapott szabadalmat, míg az első elektromos kocsi indulását nehéz ennyire „patentül” meghatározni, de egy Thomas Parker nevű angol feltaláló 1884-ben már épített egy egészen használható elektromos autót, míg Jedlik Ányos pl. 1828 körül épített egy villanyhajtású járműmodellt, igaz, azt sosem „skálázta fel” a személyszállításhoz szükséges méretre. Kis adalék, hogy az elektromos kocsik az 1880-as években népszerűbbek voltak a benzineseknél, mert egyrészt sokkal megbízhatóbbak voltak (alapvetően ma is így van), másrészt a villanyautót könnyű volt indítani és nem volt büdös, míg a benzinest kurblizni kellett és nehéz volt használni anélkül, hogy az ember ruhája ne lett volna koszos vagy legalább füstszagú. Ehhez képest a villanyhajtás úri mulatság volt, így nem véletlen, hogy New York taxijainak 90%-a is elektromos volt 1899-ben. A technológia ekkor még gyorsan és párhuzamosan fejlődött, 1899-ben egy elektromos autó döntötte meg a sebességi világrekordot.
Innen az lenne logikus, hogy ez a villamos vonal menjen tovább, de a történet elvérzett a hatótávon (akkoriban tipikusan 30-60 km) és a töltési sebességen (ismerős szituáció?), a kor elektrokémiai és fizikai tudása pedig nem nagyon lépett túl az ólomsavas akkumulátorokon. A benzineseknél viszont egymást érték a századforduló mechanikai és fizikai tudásából nagyon is levezethető fejlesztések: önindító, porlasztó, dinamó stb. Ez és a kiapadhatatlannak tűnő kőolajkészletek lényegében kizárólagossá tették a benzines, és (később; 1935, Medcedes-Benz 260D) dízeles kocsik uralmát.
A fordulat
A lassú technológiai fordulatra végül az 1990-es évekig (azaz majdnem 100 évet) kellett várni, ekkor jelentek meg a lítium-ion akkumulátorok a világpiacon, és ezt követően hozta ki a General Motors az EV1-et (1996) és a Toyota a RAV4 EV-t (1997), de akkor még mindkettő marginális maradt.
Mindebből azt kell észrevenni, hogy miközben az általános technológiai fejlődés szinte lineáris volt, az akkumulátortechnológia fejlődése kis túlzással több mint 90 évre megrekedt. Az elején említett két kulcsfeltételből ‒ általános technológiai színvonal és szándék ‒ tehát az egyik rengeteget fejlődött, míg a másik szinte hiányzott. Az akkumulátortechnológia fejlesztése azért nem tartott lépést az általános technológiai színvonallal, mert nem volt olyan jelentős ágazat a piacon, ahol fejlett akkumulátorokra lett volna szükség. Látni kell ugyanis, hogy az autózás az akkutechnológiát leginkább kihívás elé állító terület. Minél nagyobb energiasűrűséget kell elérni a hatótáv miatt (adott tárolókapacitás mellett minél kisebb súly), minél gyorsabb töltési lehetőséget, miközben nagyon nagy teljesítményt kell nagyon gyorsan leadni, lehetőleg kigyulladás nélkül.
Persze máshol is használnak nagy tételben akkumulátorokat ‒ mobiltelefonok, hordozható szerszámgépek, elektromos kerékpárok és más mikromobilitási eszközök ‒ de ezekkel szemben az elvárások sokkal kisebbek valamilyen szempontból. Csak hogy lássuk: egy komolyabb ütvefúró mondjuk 2 kWh-át használ, de nagyon ritkán megy egy órát egyfolytában, és nagyon könnyű cserélgetni az előre töltött akksikat, ha kell. Egy villanybringa fogyasztása is meg szokott állni 0,7 kWh-nál, az 1 kWh-s darabok már elég komolynak számítanak. Egy elektromos autó fogyasztása viszont 100 km-en használattól függően 15-20 kWh, vagyis kb. 10-szerese a durvább ütvefúrókénak, és akár folyamatosan, órákon át kell, hogy működjön akkumulátorcsere nélkül. Ezért van az, hogy a szerszámokhoz 0,03–0,48 kWh aksikat használnak (ezek általában 1 kg alatt vannak), az autókhoz meg 40–100 kWh kapacitásúakat, ami 300-600 kg. Ha túl sok lenne a mértékegység, íme egy gyors összegzés: egy kisautó akkumulátoráról 100-szor fel tudnánk tölteni egy brutál ütvefúrót, de ugyanazon ütvefúró aksija még egy telefont is csak kb. 30-szor.
Mi van most?
Most van az, hogy a benzines technológia fejlődése túl van az aranykorán, és gazdasági nyelven szólva úgynevezett „csökkenő hozamú” befektetéssé vált. Néhány évtizede viszonylag olcsón lehetett növelni a hatékonyságot, vagyis a teljesítményt azonos fogyasztás mellett. A digitális motorvezérlés, a turbók, injektorok már mind megvannak, mégis: a benzin elméleti energiatároló-képessége és a benzinmotorok hatékonysága között még mindig nagyon nagy a különbség. A legjobb benzines motorok termikus hatásfoka 20-40% közötti, tehát a benzinben tárolt energia 60-80%-a elvész, sőt; szennyez és károsít. Ezen a rossz hatékonyságon biztos lehet(ne) még valamennyit növelni, de a rengeteg segédberendezés, súrlódás, hőveszteség és más, nehezen kikerülhető okok miatt nagy áttörés már nem várható, vagy aránytalanul drága lenne a fejlesztése. Rendben, Lord Kelvin, az egyik legelismertebb brit fizikus és mérnök is azt mondta még 1895-ben, alig néhány évvel a Wright fivérek sikeres repülése előtt, hogy „levegőnél nehezebb repülőgépek lehetetlenek, de azért a tudomány ma már ennél transzparensebb, ritkábbak a semmiből jött csodák.
Ehhez képest a villanymotorok és a mai autóakkumulátorok energiahatékonysága 90-95%-os, és most, hogy van rá igény és technológiai háttér, rohamosan javul. Ez, mint látjuk, iszonyatosan nagy hatékonyságkülönbség. Ez az oka például annak, hogy még benzinmotorral áramot termelni és a kerekeket villannyal hajtani is jobb választás, pl. nagyjából ez a mai hibridek sikerének titka is; kevesebb veszteség = alacsonyabb üzemanyag-fogyasztás.
A mai elektromos autó tehát akkor is hatékonyabb lenne ‒ jobb döntés energetikailag ‒ a mai benzinesnél, ha itt és most mindkét technológia esetében megállna az idő. Ehhez képest a fejlődésben csak a benzines látszik megállni, az elektromos pedig, most, hogy van rá szándék és tudás, épp villámgyorsan felzárkózik korunk elméleti technológiai környezetéhez, anyagtudományi ismereteihez.
Mi lett volna, ha?
Ez a bizonyos történelmietlen kérdés, de talán érdemes eljátszani azzal a gondolattal, mi lett volna, ha a villanyautókat, tehát az eleve sokkal hatékonyabb rendszert fejlesztik tovább, ha folyamatos és töretlen a fejlődésük, és nem „alusszák át” azt a bizonyos 90 évet? Hipotetikus képzelgés következik.
A szilárdtest-akkumulátorok évtizedek óta alapvetőek lennének, a maihoz képest sokszoros hatótávot biztosítva. Nem irreális azt gondolni, hogy egy mai személyautó hatótávja egy töltéssel simán lehetne 1500-2000 kilométer, két tonna alatti tömeg mellett.
A gyártók nem lennének ennyire kiszolgáltatva a ritkaföldfémeknek, az autók ára pedig töredéke lenne a mainak. A kevesebb alkatrész miatt az akkumulátoros kocsik elvben fele annyiba kerülhetnének, mint a mai, azonos kategóriájú benzinesek ‒ persze a piac sokszor dönt másképp.
Az elméleti teljesítménynek és gyorsulásnak csak a tapadás szabna határt, miközben nyilván több G-s erővel gyorsulni és lassulni csak az első néhány alkalommal érdekes.
Már rég kialakultak volna a kezdetben mechanikai alapon (pl. ollós emelővel), ma pedig robotizáltan működő, szabványos akkumulátorcsere-rendszerek (ahogy a benzinkutak is ugyanazt a naftát adják, ugyanolyan töltőpisztolyokkal), de ha nem, akkor sem okozna gondot az általános, 1000 kW feletti töltési teljesítmény, ami 5-10 perces teljes újratáplálást jelent. Talán azzal a különbséggel, hogy néhány éve már fizetni sem kellene bemenni (hacsak egy kávére nem), mint most a kúton, hiszen a mostani gyorstöltő hálózatok is kiválóan működnek enélkül.
Ilyen az, amikor a saját kereteik között racionális döntések sorozata végül mégis vakvágányra visz.