čtvrtek 12. prosince 2013

Proč ještě nejezdíme "za litr"

Nadpisem jsou myšlena auta, která by měla spotřebu kolem jednoho litru na sto kilometrů, tedy méně než 1/5 spotřeby současných přibližovadel.
Pochopitelně, existují superlehká vozítka, tažená motorkem z mopedu, která jsou skutečně schopna se ke kýžené spotřebě dostat. Ta však nemají žádný praktický význam, protože uvezou sotva řidiče, a to ještě pokud možno trpícího mentální anorexií. Navíc neunesou žádné bezpečnostní prvky a v běžném provozu by jejich osádka při střetu s normálním autem dopadla (vzhledem k umístění těsně nad vozovkou) hůř než cyklista.
V prototypech skutečně existují motory, schopné při spotřebě kolem jednoho litru na sto km utáhnout automobil běžných parametrů, tedy např. zavézt na rodinnou chatu celou rodinu i se psem, kanárkem (v kleci) a morčetem (v teráriu).
Můžeme si tedy položit otázku, proč ještě taková auta nejezdí, a zda za tím nejsou "zlé lobby" naftových těžařů.
Hlavním problémem, na který by takováto auta narazila, a důvodem, proč zůstávají jen v prototypech, je fakt, plynoucí se samé podstaty tepelného motoru. Tím automobilový motor je, lhostejno, zda do něho lijeme benzín nebo naftu. Tyto motory pracují v tzv. Carnotově cyklu (učivo cca 6. třídy Základní školy). Tento cyklus představuje práci vykonávanou změnami teploty a objemu pracovního plynu ve válci. Grafické znázornění uvedeného cyklu představuje smyčka, jejíž plocha je přímo úměrná účinnosti motoru. Velikost plochy smyčky lze zvýšit prakticky pouze tím, že zvýšíme teplotu v zahřívací fázi cyklu. Toto jde, a motory takto konstruované (je nutno zohlednit fakt, že písty i vnitřek válců již nemohou být z kovu, ale musí být z keramických materiálů) skutečně dosahují výše uvedených parametrů. Zásadní průšvih ale spočívá v tom, že při tlacích a teplotách ve válci, spojených se žádoucí účinností motoru, již dochází masívně ke slučování vzdušného dusíku s kyslíkem. K tomuto jevu dochází v malé míře již u standardních motorů a přestože se s kyslíkem sloučí jen nepatrné množství dusíku, je výsledkem masívnějšího výskytu automobilů v určité lokalitě a za vhodných podnebných podmínek fotochemický smog (tzv. Los Angelesského typu), který je charakteristický pro slunnou Kalifornii, nicméně v létě se podmínky ke vzniku smogu blížícího se tomuto typu objevují i na našem území, např. v Pražské kotlině.
Automobily, jezdící "za litr na sto", by tedy produkovaly naprosto neúnosné množství oxidů dusíku, které působí jednak jako takové, jednak se slučují se vzdušnou vlhkostí na odpovídající kyseliny. Jedinou radost z nich by měli zemědělci, protože by mohli v blízkosti silnic omezit používání drahých a nedostatkových dusíkatých hnojiv a okyselení půdy řešit o něco větším vápněním. Pro ilustraci: Kdyby Německo za první světové války nezvládlo výrobu čpavku (a dalších dusíkatých sloučenin) ze vzdušného dusíku, skončila by tato válka podstatně dříve těžkými hladomory na území Centrálních mocností, protože dovoz chilského ledku (do té doby jediné běžně užívané dusíkaté hnojivo) byl blokádou prakticky zcela přerušen. Paralelně by se zhroutila i výroba výbušnin, do nichž jsou dusíkaté látky zapotřebí také.
Můžeme si představit nějaké jímání vznikajících dusíkatých látek (do alkálií, nabízí se vápno jako reletivně levné a dostupné), ale jímače by musely mít značný objem a patrně by musely být i aktivní (promíchávání, přečerpávání apod.), což by spotřebovalo významnou část výkonu motoru a je otázka, zda by zbývající "nadvýkon" stál vůbec za to. I nějaké rozkládání oxidů dusíku velmi vysokou teplotou by narazilo na mnoho problémů (včetně nutnosti zajistit, aby se kyslík a dusík při poklesu teploty opětovně nesloučily).
Separovat za chodu motoru vzdušný dusík od kyslíku také není jednoduché, protože všechny rozumně dostupné systémy, které zachycují dusík, potřebují vzduch předem zbavený kyslíku.

Jedinou technicky schůdnou cestou by bylo oddělení dusíku a kyslíku ze zkapalněného vzduchu destilací, tj. do auta by se čerpal nejen benzín, ale i kapalný kyslík nebo vhodné okysličovadlo (nabízí se peroxid vodíku nebo kyselina dusičná, jaké se používaly nebo používají v kapalinových raketových motorech). Zdrojem by mohly být např. jaderné elektrárny, které by po některých technických úpravách mohly vzduch zkapalňovat pomocí energie přímo z turbíny (a obejít tím výrobu elektřiny a následné pohánění zkapalňovače elektrickou energii, které ji dvojí konverzí energie činí málo efektivní), dokonce by zkapalňovače mohly pracovat i s energií, kterou běžně Dukovany i Temelín (ale i uhelné elektrárny) pouštějí do vzduchu.
Motor by dostával čistý kyslík a produkoval by tedy pouze oxid uhličitý a vodu.
Zádrhele jsou zde dva:
1. V automobilu by musela být vedle benzínové nádrže ještě přibližně čtvrtinová nádrž, obsahující kapalný kyslík (tudíž patřičně vybavená na kombinaci tlaku a teplotní izolace), nebo nádrž o něco větší, obsahující 30% peroxid vodíku.
2. Jak kapalný kyslík, tak i drastická okysličovadla v koncentrované podobě jsou materiály obhospodařované ve zvláštním režimu, protože jsou "zajímavé" z hlediska výroby náloží a podobných zdrojů radosti a obveselení.
Je třeba si uvědomit, že řada "potenciálně problematických" materiálů není regulována jednoduše proto, že jejich používání širokou veřejností je dlouhodobě tradiční a jejich restrikce na úroveň materiálů srovnatelné nebezpečnosti, které podobně tradičně užívány nejsou, by vyvolala celospolečenské zmatky a rozsáhlý odpor (např. kdyby benzín byl restringován jako jiné podobně hořlavé a toxické látky).
Z uvedeného důvodu bude zcela jistě protitlak "bezpečnostních" složek proti tomu, aby se okysličovadla, případně kapalný kyslík, dostala do režimu běžné spotřeby širokou veřejností.

Výše uvedené zádrhele bude zcela jistě nadhodnocovat a udržení současného stavu spotřeby podporovat i část producentů ropy a ropných derivátů.
Není důvod domnívat se, že by tak činili kvůli ztrátě odbytu. Rostoucí ekonomiky zemí třetího světa, zejména Indie a Číny, by patrně nárůstem automobilismu byly s to "nadbytečné" množství naftových derivátů vstřebat. Je však jasné, že cena ropy by šla na řádově léta dolů a omezily by se současné naprosto nehorázné zisky producentských zemí. "Nadzisk" z produkce ropy přitom drží ekonomicky nad vodou řadu diktátorských a semidiktátorských režimů, experimentujících s marxismem a podobnými totalitními ideologiemi. Ty by musely přejít k funkčnější ekonomice nebo otevřeně zavést polootrokářské podmínky pro život svých obyvatel, jaké panují např. v Severní Koreji. Podobně by došlo k silnému přiškrcení finančních toků do pokladen teroristických organizací, především islámských, které opět žijí z toho, že jsme nuceni za ropu, kterou si sami vytěžíme na území islámských států, zaplatit naprosto nehorázné peníze.
Uvedené totalitní režimy jsou většinou současně hráči tzv. "ropnou kartou", tedy sázející na možnost vydírání spotřebitelských zemí přiškrcením nebo ukončením dodávek, většinou v souvislosti s politickými požadavky. Zde by došlo zavedením úsporných motorů ke dvěma efektům:
a- dramaticky by narostla doba, po kterou by byly jednotlivé spotřebitelské země schopny vyžít ze strategických zásob (z několika měsíců na více než jeden rok)
b- daleko větší podíl dopravy by bylo možno pokrýt z dodávek zemí, které se vydírání neúčastní, případně i z vlastních zdrojů
Např. Česko by bylo s to při včasném zavedení rozumného přídělového systému vyjít se zásobami + s dodávkami z moravských naftových dolů déle než jeden rok a za tu dobu by bylo možné alespoň částečně jednak zprovoznit výrobu umělého benzínu, jednak náhradou nesmyslné řepky cukrovkou pokrýt významnou část spotřeby etanolem (další možností by byla výroba metanolu, který se dá po úpravě karburátoru a řídící jednotky v motorech podobného typu spalovat taky, nebo jím rovněž, spolu s etanolem, ředit benzín) a po překlenutí určitého nouzového období se zcela odtrhnout od dodávek ropy ze zahraničí, případně by vystačilo s ropou dováženou ze zemí stojící mimo ropné vyděrače.
Pravděpodobně by se obecně vyplatila výroba biopaliv, u nichž je v současné době záporná bilance (= při pěstování, sklizni a zpracování, včetně dopravy mezi jednotlivými fázemi výroby spotřebují zhruba o 1/4 - 1/2 víc paliva, než kolik se jich vyrobí), tedy že by se palivo skutečně z polí "sklízelo" a nikoli se jen zbytečně a nesmyslně spotřebovávala nafta a energie, aby se účetními triky vykázal "vyšší podíl spotřeby biopaliv". A, co je ještě důležitější, celé by to mohlo fungovat bez dotací, stačily by garance státu, že bude chránit výrobce před naftovými deriváty, vypuštěnými na trh za dumpingové ceny.
Oba efekty jsou tedy pro spotřebitelské země vysoce výhodné, protože by výrazným způsobem snížily závislost na dovozu ropy všeho druhu, nicméně právě proto budou producentské státy, včetně jimi placených "trojských koní", jako jsou různé humanrightistické a ekologistické organizace a politické strany, bojovat jako lvi, aby k něčemu podobnému nedošlo.

6 komentářů:

  1. Ano, až na ten problém s odstraněním či nevznikáním kysličníků dusíku, tedy třeba zavedením nádrží s okysličovadly, což by všechny automobilisty dostávalo do podobných problémů, jako piloty německých raketových stíhaček z konce 2. sv. války, kteří byli při havárii sežráni peroxidem během okamžiku až na kost, a pod, je tu celá halda problémů technologicko-ekonomických, kterými by se bylo zapotřebí vážně zabývat, zejména dík debilitě účastníků silničního provozu. No ale vzhledem ke všem výhodám, které by z toho plynuly, to stojí přinejmenším za úvahu. Nebyly zmíněny řasy, schopné produkovat jak líhy, tak oleje podobné motorové naftě. Lihové bakterie se zkoumají a vyvíjí u nás, a myslím, že i v Německu. Ty olejovo naftové možná i u nás, ale určitě ve Španělsku. Němci se tím zabývají také, pokud vím. Mě by tahle cesta připadla jako schůdnější, kdyby se to dalo zvládnout bez nějakých velkých harakiri peroxidového rázu. Mělo by to ten půvab, že čerpací stanice by mohly vesměs zůstat jak jsou a motory skoro také, což je také nezanedbatelný přínos. Čím méně se toho musí měnit, tím snadnější je to provést.

    OdpovědětVymazat
  2. Nejsem v oblasti spalovacích motorů zcela v obraze, ale pokud pomineme riziko explozí po havárii, jeví se mi docela schůdnou cestou obejití problému spalovacích motorů systémem palivový článek - elektromotor. Elektromotory jsou už tak kvalitní, výkonné a lehké, že fungují léta v nábojích kol (všechny "marsochody"), palivové články "vodík-kyslík" se používaly tuším poprvé v měsíčním roveru v programu Apollo. Poněkud laxnější start článků a jejich malá energetická pružnost (nutnost zahřívání) by se zcela určitě dala vyřešit výkonným vyrovnávacím akumulátorem. A výroba vodíku a kyslíku z vody pomocí el. proudu a katalyzátoru je už také v poloprovozním stavu. Dostatek proudu by zajistily jaderné elektrárny a navíc - tohle je pole pro alternativní zdroje - slunce a vítr. Výstup, rozložená voda, je totiž skladovatelný.
    Problém je v bezpečnosti takových skladů a hlavně v nádržích v provozu. Pokud jsem četl, už ale jsou konány pokusy s vodíkem v nějaké "kovové houbě", takže se při poruše těsnosti nádrže nerozšíří do okolí a nevytvoří na místě auta, které srazilo s jiným nebo převrátilo do škarpy malý "atomový výbuch". A odpadem by byla čistá H2O. To by byla rána Zeleným i naftobaronům. [;>)
    Skutečně revolučním počinem by ale byl klasický chemický akumulátor s cca pěti násobnou kapacitou na jednotku váhy a přijatelnou cenou. Za deset let by benzín zcela zmizel z repertoáru vozidel. Jenže (a zase je to jen POCIT), nikdo nemá chuť napřít výzkum právě tímto směrem. Znamenalo by to totiž konec petrochemického průmyslu, klasických vozidel, distribuce paliva (a jeho neslušné zdaňování) a hlavně konec vlivu států, "sedících na ropě". Změna světových poměrů takřka z gruntu. A do toho se nikomu ze zainteresovaných nechce.

    Cesta vylepšování spalovacích motorů je také možnost, ale mám POCIT, že dnes už je poněkud slepá. Jako bychom chtěli zvyšovat výkon parních strojů. (Slyšel jsem o skutečně létajícím modelu letadla s parní turbinou a vzpomněl na bájného ruského vynálezce Mojžajského, který údajně také parní letadlo postavil. Heroické doby...)

    OdpovědětVymazat
    Odpovědi
    1. Ona jakákoli alternativa za ropu znamená konec států "sedících na ropě".
      U vodíku je opravdu hlavním problémem jeho špatná skladovatelnost a snadné úniky, akcentované skutečností, že z hořlavých plynů má daleko největší rozsah poměrů směsí se vzduchem, které vybuchují: Od několika málo procent do více než devadesáti. Takže úniky, které jsou u benzínu (o naftě ani nemluvě) naprosto nevýznamné, by už vedly k pyrotechnickým efektům.
      O výhodách vodíku se ví už dávno, jen se nepodařilo nikdy překonat příslušná technická omezení a problémy.
      IMHO je-li laciný zdroj vodíku, mohou se snadno vyrobit analogy benzínu, ať už z uhlí (jako Němci za války, nebo třeba i z biomasy (možná i z té Kačenčiny mrkve by to šlo). Výhodou je, že by se to po relativně malých úpravách, některá auta možná jen nahrátím jiného SW do počítačů, ovládajících motor, dalo spalovat v současných autech a pasírovat to přes současnou distribuční síť na paliva.

      Vymazat
    2. Nikoliv, palivové články trpí řadou praktických i technických omezení a cena vodíku bude vždy asi dvojnásobná oproti benzínu (ujetý kilometr daným modelem a bez daní). Vodík tedy totálně nemá šanci. Velice brzo se pravděpodobně díky snížení hmotnosti prosadí elektrická vozítka (plně autonomní).

      Vymazat
    3. Pokud dojde ropa, tak by vodík šanci měl, resp. jeho cena by se moc nejišila od syntetických uhlovodíků (vyráběných třeba cestou karbid + voda -> acetylén -> polyetylén -> uhlovodíky se vhodnou délkou řetězce.
      Pak by rozhodlo zvládnutí nebo nezvládnutí technologie jeho bezpečného skladování.

      Jinak byly vyvinuty palivové články na metanol (uvažuje se jejich použití pro mobily notebooky apod.), "dobíjely" by se jen vstříknutím další dávky metanolu.

      Vymazat
  3. Zdeněk Žíkovecký19. prosince 2013 v 1:58

    A co třeba trolejmobily? Kdyby se nad dálnicemi natáhly troleje, tak by na zbytek cesty stačily i méně kapacitní akumulátory.

    OdpovědětVymazat