Elektromobili
210 km/h na 220 V
Nezahvalno je procenjivati kada će električni automobili preuzeti primat. Neka istraživanja s kraja osamdesetih godina pokazivala su da će do ove godine u Evropi biti oko 40 odsto elektromobila, mada ih danas ima manje od jednog procenta. Međutim, opasnost od ekološke katastrofe počela je da zabrinjava vlade širom sveta, a nafta više nije toliko popularna zbog cene koja je u stalnom porastu
Kad "jugo" izađe iz obližnje garaže i pređe 100 kilometara na otvorenom putu sa manje ili više rupa, sigurno će potrošiti bar 440 dinara sa sve februarskim poskupljenjem cene goriva. Poznato je da najrasprostranjeniji srpski automobil spada među ekonomičnija vozila, ali zamislite automobil koji, da bi prešao istu razdaljinu, potroši manje od 130 dinara. Uz to, za razliku od neuglednog, neudobnog, nepouzdanog i sporog "juga", ovaj kupe kabriolet postiže ubrzanje od 0 do 100 km/h za svega četiri sekunde i razvija brzinu do 210 km/h.
Za sada, njega nećete naći u "Halo oglasima", niti u nekom od domaćih salona, pošto je reč o elektromobilu Tesla Roadster, koji kalifornijska kompanija Tesla Motors trenutno izrađuje samo po narudžbini preko interneta kao model koji "pali gume, a ne benzin". Pritom, on, kao i drugi elektromobili, spada u zelena vozila jer ima takozvanu nultu emisiju, što će reći da životnu sredinu uopšte ne zagađuje izduvnim gasovima.
Roadster zapravo uopšte ne koristi gorivo. Energiju crpi iz litijum-jonskih baterija, suštinski nimalo različitih od onih koje se nalaze u mobilnom telefonu ili laptopu. Zato je postupanje sa ovim automobilom sasvim nalik na punjenje baterije telefona – umesto da sipate benzin, potrebno je da samo povremeno automobil "uštekate" na punjač. A ako to radite noću, u jeftinijoj tarifi, vožnja može da vas košta ne 130 već samo 37 dinara, i to ako se u računu koristi američka cena struje. Sve ovo znači da je elektromobil poput Roadstera ekonomičniji bar deset puta od našeg "juga". U drugim zemljama ćete imati i dodatnih ušteda, poput besplatnih parkinga i porez uobičajene visine iako je reč o, kako navodi proizvođač, luksuznom vozilu.
LUDO I BRZO: Kad baterije napunite do maksimuma, Roadsterom ćete moći da pređete put od Beograda do Zagreba, i da vam pritom preostane još malo energije za razgledanje grada. Zapravo, jedina mana ovakvih automobila jeste to što je nemoguće u kontinuitetu voziti na relacijama dužim od 400 km. Međutim, baterije se u suštini pune prilično brzo. Ako ste na putu, tokom dvočasovne pauze koju možete provesti na ručku, vaš Roadster će se snabdeti energijom dovoljnom za putovanje od još 160 km.
Mada se smatra da još uvek živimo u eri motora sa unutrašnjim sagorevanjem, prodaja električnih vozila poslednjih godina pokazuje da je interesovanje za njih ogromno. Prvih 100 primeraka Roadstera, Tesla Motors prodala je za samo mesec dana, od kraja jula do kraja avgusta prošle godine, a sledećih 200 do oktobra. Do početka februara rezervisano je još 325 automobila koji će kupcima biti isporučeni na jesen.
Koliko košta ovakav automobil? Ukoliko danas naručite osnovni model, u 2008. godini, kada ga dobijete, platićete 70.000 evra. Za prosečnog srpskog vozača, to je ogromna cena, međutim, u poređenju sa konvencionalnim automobilima sličnih performansi, elektromobili nisu skupi: egzotični sportski automobil slične startnosti i izgleda, novi Dodge Viper kupe kabriolet, košta oko 120.000 evra.
KAKO JE PROPAO ELEKTROMOBIL: Razvoj prvih električnih vozila počinje u železnici. Vagone je pokretao minijaturni motor koji je 1835. godine razvio Amerikanac Tomas Davenport. Otprilike u isto vreme Škot Robert Dejvidson konstruisao je prvu električnu lokomotivu, a prvi automobil napravio je Robert Anderson, takođe u Škotskoj. Razvoj nešto uspešnijih modela sa baterijama za jednokratnu upotrebu počinje sledeće decenije u SAD, dok će masovniju proizvodnju doživeti tek na samom kraju XIX veka. Godine 1899. belgijski trkački elektromobil La Jamais Contente postavio je svetski rekord, postigavši brzinu od 110km/h. Prve komercijalne primerke proizvođača Elektrik Keridž end Vegon kompani iz Filadelfije vozili su njujorški taksisti. Model Phaeton je 1902. godine mogao da pređe 30 kilometara brzinom jedva nešto većom od 20km/h. Koštao je 2000 dolara.
Do XX veka na popularnosti su dobijali i parni automobili kao i benzinci, ali je 1900. najprodavaniji ipak bio električni koji za razliku od automobila na benzin nije imao problem sa vibracijom, neprijatnim mirisima i stvaranjem buke. Takođe, kada je jutro bilo hladno, vlasnicima automobila na paru bilo je potrebno oko 45 minuta da zagreju i pokrenu svoje vozilo. A s obzirom na to da su pristojni putevi postojali jedino u gradovima, pa su lokalne vožnje i bile najčešće, mana električnog automobila – ograničen domet – nije dolazila do izražaja. Uz to, dok je viša klasa vozila masivne i 3000 dolara vredne kočije sa luksuzno dizajniranim kabinama, obični električni automobili koštali su ispod 1000 dolara.
Do Prvog svetskog rata pojavilo se više od 100 proizvođača električnih automobila, ali nakon toga, kako su putevi već postajali bolji, a cena benzina padala, poslednji udarac zadao im je Henri Ford sa svojim modelima od 500 dolara. Cena električnih automobila je nastavila da raste, pa su tokom tridesetih godina gotovo nestali. Aktuelizaciju doživljavaju tek od 1960, kada počinju razmatranja o alternativnim gorivima i smanjenju emisije štetnih gasova.
IZ PEPELA: Od tada je bilo bezbroj pokušaja za njihovo konstruisanje. Početkom šezdesetih, kompanija Batronik trak udružila se sa još dva proizvođača automobila i odeljenjem kompanije Elektrik bateri. Napravljen je prvi električni kamion čiji je razvoj nastavljen tokom šezdesetih u fabrici Potomak Edison. Razvijao je brzinu od 40 km/h, imao domet od 100 kilometara i koštao je 2500 funti. Od 1973. do 1983. godine, Dženeral elektrik je u saradnji sa Batronik trakom napravio 175 kombija, a sredinom sedamdesetih i dvadesetak putničkih autobusa. Popularna je bila i kompanija Sebring-Vangard koja je proizvela oko 2000 gradskih automobila čija je baterija mogla da izdrži gotovo 100 kilometara dugu vožnju maksimalnom brzinom od 70 km/h. Elkar korporejšn prodavala je svoj model Elcar, sličnih performansi, za između 4000 i 4500 dolara.
Tokom 1975. Poštanska služba SAD kupila je od Amerikan motor kompanija 350 električnih dostavnih džipova. Ni ovaj model nije imao mnogo bolje karakteristike, a baterije je bilo potrebno puniti deset časova. U mnogim zemljama su individualno razvijani efikasni elektromobili, a nekoliko pokušaja bilo je i u SFRJ (vidi tekst "Jugoslovenski elektromobil").
Tokom osamdesetih i devedesetih godina, počinje proizvodnja modela koji su mogli da razviju veće brzine, i sa dometom od 80 do 240 kilometara između punjenja baterije. Iako su zadovoljavali zahteve vozača, bili su previše skupi. Pre deset godina njihova cena se kretala između 30.000 i 40.000 dolara, i pored poreskih olakšica. Iako samo na američkim ulicama postoji oko 56.000 elektromobila, procenjuje se da su među njima retki oni koji mogu da razviju veću brzinu. Pojedine automobilske kompanije planiraju da na tržište izbace električne automobile koji bi bili pristupačniji po ceni i više nalikovali na današnje porodične automobile.
Tokom prošle godine neke kompanije su predstavile ovakve modele električnih automobila. Micubiši izbacuje na tržište Colt EV sa četvoro vrata koji koristi litijum-jonske baterije i ima domet od 150 kilometara, razvijajući maksimalnu brzinu od 150 km/h. Široka prodaja ovog automobila će u Japanu početi 2010. godine, a njegova cena će biti pristupačnih 19.000 dolara.
Kompanija ZAP (Zero Air Pollution), tokom 2006. doživela je proboj na američkom tržištu prodajući modifikovanu verziju Smarta, mikroautomobila koji se može videti i na srpskim ulicama, uspevši da za prvih devet meseci proda više od 300 vozila. Ova kompanija je nedavno lansirala model XEBRA (kao porodični automobil sa četiri sedišta i dvosed pikap) za koji tvrdi da je prvi 100 odsto električni automobil koji može da razvije veće brzine (maksimalna je 65 km/h) i košta manje od 10.000 dolara.
NAJZELENIJI AUTO: Mada nisu u širokoj upotrebi, zeleni automobili su budućnost. Prema godišnjem izveštaju američke vlade, "Enjual enerdži rivju", saobraćaj učestvuje sa čak 63 odsto u sadašnjoj potrošnji nafte. Posle četvrtog izveštaja Međuvladinog panela za klimatske promene (IPCC) koji je početkom februara izazvao veliku pažnju, postalo je jasno da je za globalno zagrevanje odgovorna potrošnja fosilnih goriva, a da će do kraja veka doći do ozbiljnih klimatskih promena. Mnoge vlade, uključujući i Evropsku uniju, najavile su da će u narednoj deceniji smanjiti emisiju ugljen-dioksida za 20 odsto, što će umanjiti i broj motora sa unutrašnjim sagorevanjem.
Zato, uporedo sa razvojem novih tehnologija, polako počinje rat i za osvajanje tržišta električnih vozila. U međuvremenu, velike automobilske kompanije, poput Honde, Tojote i Folksvagena, počele su sa komercijalnom proizvodnjom automobila koji su samo delimično električni, a čija se cena kreće oko 20.000 evra. To su takozvani hibridi.
Osim na konvencionalna goriva, poput "juga" ili na baterije, poput Tesla Roadstera, automobili mogu da se pokreću na biodizel, etanol ili da koriste vodonik i sve napredniju tehnologiju gorivnih ćelija (vidi tekst "Gorivne ćelije"). Međutim, trenutno su najpopularniji hibridni automobili, koji se pokreću kombinovano i za nijansu su skuplji.
Zbog ekonomičnosti u potrošnji goriva i ekoloških pogodnosti, ovi automobili su sve omiljeniji. Prema istraživanju Američkog saveta za energetski efikasnu ekonomiju (ACEEE), u SAD je više od 20 odsto vozača spremno da plati 4000 dolara više za hibridno vozilo. Vrlo popularan hibridni model kompanije Honda je Civic GX. Košta 25.000 dolara, a na godišnjoj listi ACEEE-a proglašen je za "najzeleniji auto" u 2007. godini.
HIBRIDI I ĆELIJE: "Hibridi su prelazni oblik do gorivnih ćelija", smatra američki naučnik Robert Rouz sa Instituta za nove tehnologije u studiji o gorivnim ćelijama američkog ministarstva energetike. "Hibridni automobili su već u komercijalnoj proizvodnji dok vozila sa gorivnim ćelijama trenutno postoje samo kao prototipi." Većina današnjih automobila sa gorivnim ćelijama su i sami hibridi, a kako kaže Rouz, oni su za sada opcija koja je prihvatljiva za realni svet jer omogućuju da se kontroliše "naša ovisnost od benzina". Međutim, Rouz smatra da su jedino gorivne ćelije i vodonično gorivo "pravi lek".
Da li je razvoj gorivnih ćelija zaista budućnost energetskog sektora? "To je pitanje na koje niko u ovom trenutku ne može dati precizan odgovor", kaže za "Vreme" doktor Vojislav Stamenković, koji se bavi istraživanjima sistema za konverziju energije u američkoj nacionalnoj laboratoriji Argon. "Koncept ove tehnologije zavređuje istraživačke napore koji bi doveli do eventualne masovne primene. To bi imalo globalni uticaj na energetski sektor, ekonomiju i životnu sredinu, pošto je jedini produkt vodena para."
Na poslednjem auto-sajmu u Los Anđelesu, kompanija Honda predstavila je model FCX, koji za svoj pogon koristi vodonik i tehnologiju baziranu na upotrebi gorivnih ćelija. Njegov domet je 570 kilometara, brzina 160 km/h, a prema najavama iz Honde, ograničena prodaja počeće već 2008. godine u Japanu i SAD. Honda posebno planira i mali porodični električni automobil pod nazivom Spalinos.
Nezahvalno je procenjivati kada će električni automobili preuzeti primat. Neka istraživanja s kraja osamdesetih godina pokazivala su da će do ove godine u Evropi biti oko 40 odsto elektromobila, mada ih danas ima manje od jednog procenta. Međutim, opasnost od ekološke katastrofe počela je da zabrinjava vlade širom sveta, a nafta više nije toliko popularna zbog cene koja je u stalnom porastu zbog ratova na Bliskom istoku. Kako se svetske zalihe budu smanjivale u narednim godinama, njena cena će još više rasti. No, uporedo će se smanjivati broj benzinskih pumpi i motora. Možda zaista nije daleka budućnost kad će umesto "juga" u obližnjoj garaži biti parkiran elektromobil.
Gorivne ćelije
Prošlog meseca je veliku pažnju i u Srbiji izazvao jedan proboj u tehnologiji gorivnih ćelija. Naime, dva srpska naučnika, doktori Nenad Marković i Vojislav Stamenković, učestvovali su u radu šestočlanog naučnog tima iz nacionalne laboratorije Argon iz okoline Čikaga u SAD, koji je otkrio 90 puta aktivniju površinu od postojećih katalizatora kakvi se testiraju u gorivnim ćelijama.
Ovo otkriće je objavljeno u uglednom listu "Sajens", a moglo bi da dovede do masovne primene gorivnih ćelija i komercijalizacije automobila koji se pokreću na vodonik. Kako je najavljeno u domaćim medijima, to je "otrkiće koje bi moglo da reši problem globalnog zagrevanja".
"To zavisi isključivo od razvoja materijala koji bi uspešno katalisali katodnu reakciju redukcije kiseonika", kaže za "Vreme" dr Vojislav Stamenković iz nacionalne laboratorije Argon u SAD. "Trenutni zahtev industrije je da ova rekacija mora da se ubrza najmanje četiri puta koristeći istu količinu platine, kako bi tehnologija bila komercijalno opravdana".
ĆELIJE: Gorivne ćelije pretvaraju hemijsku u električnu energiju. Za razliku od motora sa unutrašnjim sagorevanjem u kojima se oslobađa energija iz benzina, sofisticirani uređaji poput gorivnih ćelija kao gorivo koriste vodonik. U njima se na elektrodama molekuli vodonika i kiseonika pretvaraju u vodu, a kroz kolo počinje da teče električna struja. Princip rada gorivnih ćelija poznat je još od 1838. godine kad ga je otkrio nemački hemičar Kristijan Fridrih Šenbajn, da bi samo nekoliko godina kasnije prvu primitivnu gorivnu ćeliju razvio velški naučnik Vilijam Robert Grouv.
"Konverzija energije se odvija na materijalu kao što je platina, pri čemu se na anodi dešava reakcija oksidacije vodonika, odnosno iz svakog atoma vodonika se oslobađa elektron", objašnjava Nenad Marković za "Vreme". "Elektroni preko spoljašnjeg električnog kola prolaze do katode na kojoj se dešava reakcija redukcije kiseonika iz vazduha. Kod ove reakcije kiseonik prima elektron od katode. On dalje reaguje sa protonom koji je nastao kao produkt anodne reakcije i daje molekul vode kao krajnji rezultat."
Elektrode su razdvojene membranom koja je provodna za protone, ali ne i za elektrone. "Gorivne ćelije na platinskim elektrodama pretvaraju molekulski vodonik i kiseonik u vodu, pri čemu kroz spoljašnje električno kolo teče struja koja može da se upotrebi u bilo koje svrhe", kaže Stamenković. Pošto se koristi vodonik kog ima svuda u prirodi, ovako dobijena struja je jeftina i "ekološki čista" jer nema izduvnih gasova, a oslobađa se samo vodena para.
OGRANIČENJA: Postoji više tipova gorivnih ćelija. Najčešće se koriste membrane na bazi specijalnih polimera zbog čega se ovakve gorivne ćelije nazivaju PEM (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells). Poslednjih desetak godina se PEM intenzivno istražuju zbog mogućnosti masovne primene u saobraćaju, ali i za agregate za napajanje eletričnom energijom ili upotrebu u mobilnim telefonima i računarima. PEM gorivne ćelije mogu da proizvedu od 100 W do 500 kW, a njihova efikasnost je velika – između 30 i 50 odsto.
Uprkos relativno prostom principu rada gorivnih ćelija, postoji niz tehnoloških ograničenja. "Ove limitacije se odnose na fundamentalne osobine materijala koji se koriste kao katalizatori i naročito su izražene za katodnu reakciju redukcije kiseonika", objašnjava Marković.
Najveći problem u ovoj tehnologiji jeste kako da se prevaziđe postojeća kinetička barijera, a da se pri tome smanji ukupna masa platine u sistemu. To je važno da bi ceo sistem imao pristupačniju cenu za masovnu primenu. Stamenković dodaje i da je problem nestabilnost platine, koja se vremenom rastvara i gomila na membrani "pri čemu ceo sistem gubi na efikasnosti i snazi".
POVRŠINA: Međutim, istraživanje u kome su učestvovali Marković i Stamenković omogućuje da se prevaziđu neka od ovih ograničenja. Njihov rad se odnosi na poboljšanje reakcije redukcije kiseonika na površini specifično označenoj kao Pt3Ni(111). "Takva površina je čitavih devedeset puta aktivnija od postojećih katalizatora koji se trenutno testiraju u gorivnim ćelijama" kaže Stamenković, objašnjavajući da je ovaj materijal legura platine i nikla "tačno definisanog sastava sa precizno definisanom kristalografskom strukturom površine".
Zašto je ova površina toliko puta aktivnija od drugih, kao što je, recimo, površina od čiste platine? "Ovaj materijal ima površinu sa jedinstvenim elektronskim osobinama koje u sprezi sa geometrijskim rasporedom površinskih atoma uzrokuju da se atomi platine ponašaju sasvim drugačije za reakciju redukcije kiseonika", odgovara doktor Stamenković.
Atomi nikla koji se nalaze u drugom atomskom sloju modifikuju platinu u željenom smeru. Kako kaže Marković, "oni doprinose da atomi platine postanu inertniji prema molekulskim vrstama koje blokiraju ovu reakciju i time doprinose da površina ima veći broj aktivnih mesta za reakciju sa kiseonikom".
RAZVOJ: Doktori Nenad Marković i Vojislav Stamenković se već dugo bave istraživanjem ovakvih materijala i sistema za konverziju energije. Obojica su studirali, radili i doktorirali na Univerzitetu u Beogradu – Stamenković na Fakultetu za fizičku hemiju, a Marković na Tehnološko-metalurškom fakultetu, ali je deo naučne karijere proveo u Institutu za elektrohemiju u Beogradu. Stamenković je u Americi od 1999, a Marković od 1991. godine. Obojica su radili u Nacionalnoj laboratoriji Lorens Berkli u Kaliforniji, da bi 2005. godine prešli u Čikago.
Sve donedavno, najjači centar za istraživanja materijala kakvi se koriste u gorivnim ćelijama nalazio se u nacionalnoj laboratoriji "Lorens Berkli" u Kaliforniji. Međutim, tokom prošle godine, nacionalna laboratorija Argon je uložila znatna sredstva u opremu i transfer vodećih istraživača, čime je preuzela prvenstvo u ovoj dinamičnoj naučnoj oblasti. To je bio povod i da Stamenković i Marković pređu u nacionalnu laboratoriju Argon.
Zahvaljujući radu mnogih istraživača poput njih, tehnologija gorivnih ćelija se sve više razvija. Ograničenja se ubrzano prevazilaze i može se očekivati da će ubrzo doći i do njihove masovne primene, pre svega u automobilskoj industriji.
Jugoslovenski elektromobil
U hladnoj noći 1. decembra 1976. godine beogradske ulice Knez Danilova, Dalmatinska i Stanoja Glavaša zatvorene su za saobraćaj. Padao je sneg, a temperatura vazduha bila je niža od dva stepena ispod nule. Oko 23 sata, od Mašinskog fakulteta uzbrdo Ivankovačkom ulicom, prvi jugoslovenski elektromobil krenuo je na probnu vožnju. Vozilo je prešlo 5,3 kilometara, a onda je došlo do pregorevanja tiristorskih osigurača.
Ovo takozvano Autonomno električno vozilo, zapravo je spolja izgledalo kao u to doba rasprostranjen kamion TAM 2001, čiju je šasiju koristilo. Kako u tekstu "Razvoj elektromobila u Jugoslaviji", objavljenom u "Flogistonu br. 3" 1996. godine pišu Zoran Nikolić i Zoran Stojiljković, rad na projektovanju ovog vozila započeo je 1972. godine pod rukovodstvom akademika Aleksandra Despića. Projekat je nekoliko godina kasnije pod okriljem Biroa za autonomna električna vozila Instituta tehničkih nauka SANU okupio šest naučnih instituta i sedam domaćih fabrika.
TAM 2001 je bilo rashodovano vozilo za prevoz hleba, koje je Mlinsko-pekarska industrija poklonila izvođačima projekta da bi oni zamenili oko 90 odsto opreme na njemu. U kamion je ugrađen jednosmeran elektromotor snage 27kW. Posle neuspeha u prvoj vožnji Ivankovačkom ulicom, izvršeno je još nekoliko testova na poligonu.
Pored ovog eksperimentalnog "pekarskog" elektromobila, u leto 1980. godine, na beogradskim ulicama se pojavio jedan Trabant na struju sa registraskim tablicama BG-119-379. Ovo vozilo je projektovao i atestirao Zoran Stojiljković sa Instituta za hemiju, tehnologiju i metalurgiju. Njegova snaga je bila samo četiri kilovata, ali je električni Trabant mogao sa jednim punjenjem olovnih baterija da pređe 70 km.
Prvo domaće komercijalno električno vozilo proizvela je 1995. godine firma Melbat. To je specijalno konstruisana crna Lada Niva, snage 5 kilovata, napravljena isključivo za potrebe beogradskog Novog groblja. Zbog sumnje da se pri sklapanju ugovora radilo o nameštaljci, nakon što je vozilo predato korisnicima, vozili su ga svi vozači koji su to želeli, a Lada se pokazala kao pouzdana. Na kraju su napravljene dve crne električne Lade, a pored njih, konstruisana je i jedna bela, koja je korišćena na Adi Ciganliji.
