ΥΒΡΙΔΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ PART III

 Το πρώτο σας αυτοκίνητο...

...φόραγε μπαταρίες! Όλοι μας θέλω να πιστεύω πως μικροί (ή ακόμα και μαντράχαλοι, βλ. μοντελισμός!) παίζαμε με τηλεκατευθυνόμενα και όχι με κούκλες: η μοναδική πηγή ενέργειας των μικρών μας τετράτροχων τότε, δεν ήταν άλλη από τις μπαταρίες και τον μαγικό χημικό ζωμό που κρύβανε μέσα τους. Όταν μέναμε από μπαταρίες, τέρμα η ενέργεια, τέρμα το παιχνίδι. Και τι δεν θα δίναμε τότε για ένα σετ ολόφρεσκων ηλεκτρικών συσσωρευτών για το καμάρι μας! Μεγαλώνοντας ωστόσο και περνώντας στα... κλίμακας 1:1 κανονικά αυτοκινητάκια, η μπαταρία ως πηγή ενέργειας κίνησης κάπου στη πορεία χάθηκε από το χάρτη και τα υγρά καύσιμα του βενζινά μας άνοιγαν πλέον τους δρόμους (και το πορτοφόλι): όσα αυτοκίνητα με μόνη πηγή ενέργειας τις μπαταρίες (τα αμιγώς ηλεκτρικά με άλλα λόγια) κατάφεραν να δουν το φως της (έστω και περιορισμένης) παραγωγής μέχρι πριν λίγα χρόνια, ήταν μόνο ένα κακόγουστο αστείο και τίποτα παραπάνω. Βαριά, αργά, ακριβά και με αυτονομία επιπέδου «με πάει στο περίπτερο για τσιγάρα, θα φτάσει όμως να γυρίσω?». Μέχρι κάποιο σημείο της ιστορίας, τα μοναδικά αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα που έδειχναν να κάνουν καλά τη δουλειά τους ήταν τα κλαρκ και τα αυτοκινητάκια του γκολφ, οχήματα που, όπως και να το κάνεις, δεν τα λες εύκολα «αυτοκίνητα»! Τους ακριβείς τεχνικούς λόγους που «προβληματίζουν» τα αυτοκίνητα με μπαταρίες ως μοναδική πηγή ενέργειας θα τους δούμε, πιο εμπεριστατωμένα, παρακάτω, αλλά, μισό λεπτό, η σειρά αυτή περί υβριδικών δεν πρόκειται? Τι θα λέγατε λοιπόν αν κρατάγαμε μόνο τα καλά της χρήσης μπαταριών για την κίνηση μας και δίπλα τους κοτσάραμε επιπλέον και ένα ντεπόζιτο με ένα καλό θερμικό μοτόρι?

Η αλματώδης πρόσφατη εξέλιξη των υβριδικών, που ήδη έχουμε περιγράψει στις προηγούμενες συνέχειες λοιπόν, ήταν αυτή που επανέφερε την μπαταρία στο προσκήνιο και αυτή τη φορά όχι για ανέκδοτα, αλλά για πραγματικά σοβαρές επιδόσεις. Η όπως είδαμε δεδομένη ανάγκη για πιο γρήγορα, αποδοτικά και φυσικά προσιτά υβριδικά αυτοκίνητα (οχήματα δηλαδή που συνδυάζουν τα καλά των δύο πηγών ενέργειας, ηλεκτρικού και καυσίμων, εξουδετερώνοντας τα μειονεκτήματα της καθεμίας), είναι αυτή που οδήγησε και συνεχίζει να οδηγεί αφενός στην απτή τεχνολογική εξέλιξη των μπαταριών (που μέχρι πριν 10-15 χρόνια φαινόταν να χτυπάει τέλμα) και αφετέρου στην μείωση των τιμών τους (λόγω οικονομιών κλίμακας από την αύξηση της παραγωγής). Και μία άλλη αφανής, αλλά άκρως ενδιαφέρουσα, πτυχή του θέματος: η απότομη αύξηση στη ζήτηση ηλεκτρικών συσκευών που βασίζονται σε καλύτερες και φθηνότερες μπαταρίες (laptop, κινητά, κάμερες κτλ.) από τα τέλη των '90s και έπειτα, ήταν αυτή που σε μεγάλο βαθμό «έσπρωξε» και τις αυτοκινητοβιομηχανίες μέσω των αντίστοιχων προμηθευτών τους να είναι σε θέση να παρουσιάσουν όλο και περισσότερα «βιώσιμα» υβριδικά / ηλεκτρικά μοντέλα. Ποιος θα το λέγε πριν μια ντουζίνα χρόνια, ότι για την εξέλιξη των μπαταριών π.χ. του συστήματος KERS του μονοθεσίου του Alonso, ο κάθε αγοραστής του -νέου τότε- iPod θα είχε βάλει το λιθαράκι του?

Εν αρχή ...μόλυβδος

Οι πιο «πρωτόγονες» μπαταρίες για την κίνηση υβριδικών ή αμιγώς ηλεκτρικών powertrains, είναι οι γνωστές μας «μολύβδου-οξέως» (lead-acid), ή αλλιώς ο τύπος μπαταρίας που 99,999% (αν έχετε 911 GT3 RS πάω πάσο) διαθέτει σε κλασική 12βολτη εκδοχή και το συμβατικό τουτούνι σας, όχι για την κίνηση του, αλλά κατά βάση για την εκκίνηση του. Οι μπαταρίες αυτές αποτελούνται από ξεχωριστές πλάκες μολύβδου και πλάκες διοξειδίου του μολύβδου, οι οποίες είναι βυθισμένες μέσα σε διάλυμα ηλεκτρολύτη («υγρά μπαταρίας») σύστασης κατά 25% θειικού οξέως και 65% νεράκι. Ο συνδυασμός αυτών δίνει χημική αντίδραση κατά την οποία απελευθερώνονται ηλεκτρόνια, τα οποία μέσω της ροής τους σε αγώγιμο υλικό παράγουν ηλεκτρική τάση. Κατά την εκφόρτιση τους το οξύ του ηλεκτρολύτη μετατρέπει τον μόλυβδο των πλακών σε σουλφίδιο του μολύβδου και αντίστροφα, κατά την φόρτιση, το σουλφίδιο ξαναγίνεται μόλυβδος και διοξείδιο του μολύβδου. Οι μπαταρίες αυτές μπορεί να είναι με τον ηλεκτρολύτη σε υγρή μορφή όπως είδαμε ("flooded", όπου οι πιο παλιές, όπως ξέρετε, ανοίγονταν κιόλας για την συντήρηση τους με τα ειδικά υγρά, πριν επικρατήσουν οι ερμητικά σφραγισμένες κλειστού τύπου) ή τύπου «VRLA», με πιο γνωστές υποκατηγορίες τις AGM (Αbsorbed Glass Mat, οι οποίες μεταξύ άλλων εξοπλίζουν και πολλά τελευταία μοντέλα της BMW) και τις «gel cell», που στηρίζουν την λειτουργία απορρόφησης του ηλεκτρολύτη τους σε υπόστρωμα γυαλιού και ειδικής σκόνης αντίστοιχα. Μπαταρίες μολύβδου σε 6V ή 12V εκδοχή (όπου με εν σειρά σύνδεση μπορεί να ανεβαίνει το συνολικό βολτάζ εξόδου στα 24, 36, 48V κ.ο.κ.) εξόπλιζαν κυρίως τα παλαιότερης γενιάς ηλεκτρικά οχήματα ή συνεχίζουν να βρίσκουν εφαρμογή ακόμα και σήμερα σε πιο lowbudget εφαρμογές, όπως το λιλιπούτειο αυτοκίνητο πόλης G-Wiz.

Ο εν λόγω τύπος μπαταριών προσφέρει σχετικά άσχημη πυκνότητα ενεργείας, δηλαδή του μεγέθους που φανερώνει την σχέση αποθηκεύσιμης ηλεκτρικής ενέργειας ως προς την μάζα (ή τελικά τον όγκο) της μπαταρίας: απαιτούνται πολλές και ογκώδεις μπαταρίες τέτοιου είδους για να κινηθεί το όχημα, όπου τελικά καταλήγουμε να έχουμε πάνω από ένα τρίτο της συνολικής μάζας του οχήματος προερχόμενο από τις μπαταρίες και μόνο.

Το μοναδικό ουσιαστικό πλεονέκτημα τους είναι ότι έχουν πολύ καλή σχέση πυκνότητας ισχύος, δηλαδή του ρυθμού απόδοσης της ενέργειας προς την μάζα (Watt / kg): αυτός είναι και ο λόγος που περισσότερο έχουν επικρατήσει να τροφοδοτούν τις μίζες κατά την εκκίνηση του κινητήρα παρά ολόκληρο όχημα (έχουν με άλλα λόγια καλό cranking amp μέγεθος, για δεδομένα αμπερώρια χωρητικότητας).

Τι Υδρίδιο, τι Υβρίδιο...

Οι πιο διαδεδομένες μπαταρίες του υβριδικού συστήματος των σημερινών υβριδικών αυτοκινήτων (σχεδόν όλων των «καθημερινών» ή ακόμα και πολλών σπορ  υβριδικών) είναι οι «νικελίου - υδριδίου μετάλλου» (Ni-MH). Το Prius, τα Auris / Yaris Hybrid, το CR-Z, το Insight, το Civic Hybrid, οι Panamera / Cayenne Hybrid, τα υβριδικά Lexus και πολλά άλλα, χρησιμοποιούν μπαταρίες που αποτελούνται από συστοιχίες πολλών μικρότερων Ni-MH στοιχείων (οι μπαταρίες των μικρότερων μοντέλων συνήθως βρίσκονται στο εύρος συνολικού βολτάζ 100-150V, ενώ των μεγαλύτερων στα 250-300V). Αποτελούν ουσιαστικά εξέλιξη των πολύ γνωστών παλαιότερων μπαταριών «νικελίου - καδμίου» (Ni-Cd) τις οποίες, ειδικά όσοι μεγαλώσαμε την δεκαετία του '80, φάγαμε στη μάπα σε τεράστιες ποσότητες, αφού ήταν οι κλασικές «επαναφορτιζόμενες αλκαλικές» ΑΑ ή ΑΑΑ που έβλεπες παντού γύρω σου: παιχνίδια και ηλεκτρονικές φορητές συσκευές κάθε λογής, ασύρματα τηλέφωνα, φακοί, κάμερες, πάσης φύσεως εφαρμογές μοντελισμού και και και... Στα αυτοκίνητα, η πιο γνωστή εφαρμογή τους (σε πολύ μεγαλύτερη μορφή από την ΑΑ...) ήταν στο Peugeot 106 Electrique  που πουλιόταν στο διάστημα 1995-2003 σε πολλές ευρωπαϊκές χώρες (ναι, φίλε με το τσιτωμένο Rallye, σε 'σένα μιλάω, η καρότσα σου έβγαινε και σε ηλεκτρικό!). Είχε τελική 90km/h, η Peugeot δήλωνε αυτονομία 100km, αλλά λόγω και της υψηλής τιμής του, η συνολική παραγωγή δεν ξεπέρασε τα 6.400 κομμάτια.

Σταδιακά οι Ni-Cd έδωσαν στη θέση τους στις Ni-MH οι οποίες προσφέρουν μεγαλύτερη ηλεκτρική χωρητικότητα (2-3 φορές μεγαλύτερη, για ίδιο μέγεθος στοιχείου), σιγά σιγά έφτασαν να έχουν ακόμα μικρότερο κόστος και είναι και λιγότερο τοξικές (όσοι μεγαλώσαμε στα '80s φάγαμε μπόλικο κάδμιο στη μάπα αλλά χαλάλι, γιατί προλάβαμε original Transformers και Αργύρη Καμπούρη 101-103). Στις Ni-MH βλέπετε, το θετικό ηλεκτρόδιο κατασκευάζεται από οξυδροξείδιο του νικελίου (NiOOH) όπως γινόταν και στις Ni-Cd, αλλά στο αρνητικό ηλεκτρόδιο, στη θέση του καδμίου, χρησιμοποιείται κράμα που απορροφά υδρογόνο.

Οι Ni-MH μπαταρίες, συγκριτικά με την μολύβδου-οξέως που είδαμε, είναι λιγότερο αποδοτικές ενεργειακά στην φόρτιση-εκφόρτιση τους, ωστόσο έχουν να επιδείξουν πολύ μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα (είναι επομένως αισθητά ελαφρύτερες για ίδιο ποσό αποθηκευμένης ενέργειας). Η διάρκεια ζωής τους είναι αρκετά καλή (αν και αυτό είναι σχετικό, όπως θα δούμε παρακάτω), αλλά δεν τα πάνε και πολύ καλά με τα πολύ ψυχρά κλίματα και έχουν αυξημένη τάση για «αυτοεκφόρτιση» (απώλεια ηλεκτρικής ενέργειας όταν η μπαταρία δεν είναι καν συνδεμένη στο κύκλωμα, όπου μέσω αυτού μπορούν να χάσουν έως και το 20% της φόρτισης τους την πρώτη μέρα και 4% αυτής κάθε επόμενη). Οι Ni-MH με τη σειρά τους, παραδίδουν σταδιακά το θρόνο σε όλες τις high-end εφαρμογές υβριδικών οχημάτων (υβριδικά supercars, αλλά πλέον και σε πολλά premium υβριδικά μοντέλα) στις πολύ αποδοτικότερες, αλλά και ακριβότερες, μπαταρίες...

Ιόντων Λιθίου (ή Ηλιθίου?)!

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου (Li-ion και οι, ένα βήμα πιο εξελιγμένες, «Lithium-ion polymer») αρχικά έγιναν γνωστές μέσω της κυριαρχίας τους σε εφαρμογές όπως τα laptop και τα κινητά τηλέφωνα και πολύ αργότερα αρχίσαμε να συζητάμε για την χρήση τους σε αυτοκίνητα. Όπως συνέβη και με τα ηλεκτρονικά (αρχικά εξόπλιζαν τα ακριβά μοντέλα και στη συνέχεια εδραιώθηκαν ευρύτερα στις κατηγορίες μικρότερων βαλαντίων), παρόμοιο δρόμο ακολούθησαν και στα υβριδικά / φουλ ηλεκτρικά αυτοκίνητα: μέχρι σχετικά πρόσφατα, για εγκατάσταση μπαταρίας Li-ion μιλούσαν οι κατασκευαστές μόνο για την άνω ελίτ των μοντέλων τους, αλλά τα δύο-τρία τελευταία χρόνια ο πήχης κατέβηκε και σε πιο «ανθρώπινα» μοντέλα, όπως είναι π.χ. όλα τα τελευταία υβριδικά μοντέλα της BMW και της Mercedes, ενώ και η Toyota στο νέο Prius προσφέρει αντίστοιχη τεχνολογία.

Τα τρία βασικά μέρη κάθε μπαταρίας Li-ion (ή καθενός από τα στοιχεία της) είναι το αρνητικό ηλεκτρόδιο (που κατασκευάζεται συνήθως από άνθρακα σε κατάσταση γραφίτη), το θετικό ηλεκτρόδιο (από κάποιο οξείδιο λιθίου / μετάλλου) και ο ηλεκτρολύτης, που είναι άλας λιθίου μέσα σε οργανικό διαλύτη.

Τα κυριότερα πλεονεκτήματα του τύπου αυτού είναι η κορυφαία ενεργειακή πυκνότητα, που όπως είδαμε αποφέρει τεράστια κέρδη σε απαιτούμενο βάρος και όγκο, πολύ μικρά ποσοστά αυτοεκφόρτισης (μόλις 5-10% απώλεια ανά μήνα) και η δυνατότητα μορφοποίησης τους σε ποικίλα σχήματα ανά εφαρμογή.

Υπάρχουν όμως και μειονεκτήματα στις μπαταρίες ιόντων λιθίου που εκτείνονται και πέρα από την τιμή τους: είναι αρκετά ευαίσθητες στις μεταβολές της θερμοκρασίας υπό την οποία λειτουργούν ως προς τις επιδόσεις τους, έχουν σχετικά μικρή διάρκεια ζωής, όπως αυτή εκφράζεται τόσο από την ηλικία τους καθεαυτή όσο και από το ρυθμό φθοράς τους μετά από ορισμένους εκατοντάδες ή λίγες χιλιάδες κύκλους πλήρους φόρτισης-εκφόρτισης, οι οποίοι αυξάνουν το μέγεθος της εσωτερικής αντίστασης της μπαταρίας (αν και συνεχώς παρουσιάζονται νέες παραλλαγές πάνω στην τεχνολογία, από διάφορους κατασκευαστές, που υπόσχονται παρατεταμένη μακροζωία) και τέλος, αν τυχόν υπερφορτιστούν ή υπερθερμανθούν, μπορούν, λόγω της φύσης της κατασκευής και της σύστασης τους, πολύ απλά να ...σκάσουν και να «εκραγούν θεαματικά»: πολλοί κατασκευαστές τέτοιων μπαταριών μάλιστα, ανά καιρούς έχουν ανακαλέσει πίσω ολόκληρες «επιρρεπείς» παρτίδες για ποιοτικούς λόγους (πλάκα πλάκα τώρα που το σκέφτομαι, είχα ένα back-up κινέζικο κινητό με Li-ion, όπου μια ωραία μέρα δεν έκλεινε το πίσω καπάκι του, κοιτάω και είχε φουσκώσει η μπαταρία λες και είχε μαγιά μέσα!). Προς αποφυγήν τέτοιων «δυσάρεστων καταστάσεων» μάλιστα, οι κατασκευαστές ενσωματώνουν διάφορες κατασκευαστικές δικλείδες ασφαλείας στα στοιχεία των Li-ion μπαταριών τους, όπως είναι διάφοροι τύποι εσωτερικών διαχωριστών και μικροαγωγών εξαέρωσης οι οποίοι αναλαμβάνουν το ρόλο του «πυροσβέστη» και του εκτονωτή των εσωτερικών πιέσεων που αναπτύσσονται σε ενδεχόμενη υπερφόρτιση ή υπερθέρμανση. Οι υποκατηγορίες των Li-ion είναι πραγματικά δεκάδες, και συνεχώς αναπτύσσονται νέες με σκοπό να βελτιωθεί τόσο η απόδοση τους, όσο και οι προαναφερθείσες «ευαισθησίες» τους.

Υπερπυκνωτές για υπεραυτοκίνητα με υπερεπιδόσεις

Γενικώς, μία μπαταρία μπορεί να αποθηκεύσει μεγάλες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά σε σχέση με άλλου τύπου «αποθήκες» (όπως είναι π.χ. οι ηλεκτρομηχανικοί σφόνδυλοι των KERS, που είδαμε τον προηγούμενο μήνα) υστερεί: δεν μπορεί να αποδώσει την όλη αποθηκευμένη ενεργεία «μπαμ κι έξω» όταν το ζητήσουμε, υπάρχει κάποιο «lag στο spoolάρισμα» της από την στιγμή της εντολής εκφόρτισης μέχρι να φτύσει και το τελευταίο ηλεκτρόνιο από μέσα της. Εδώ στο παιχνίδι μπαίνει λοιπόν ένα άλλο ηλεκτρικό στοιχείο, ο πυκνωτής, μία διάταξη που, όπως μάθαμε αρχικά στο σχολείο, αποτελείται από δύο επιφάνειες, ανάμεσα στις οποίες παρεμβάλλεται μία μεγάλη αντίσταση-μονωτή (όπως είναι ο αέρας ή το κενό) με την δική της «διηλεκτρική σταθερά»: φορτίζοντας τις δύο πλάκες, τα ηλεκτρόνια συσσωρεύονται και αναπτύσσεται έτσι διαφορά δυναμικού εκατέρωθεν του μονωτή, χωρίς ωστόσο να μπορεί να υπάρξει και ροή (κλειστό κύκλωμα). Αν καταφέρουμε να ελέγξουμε το πότε θα αποφορτιστεί ο πυκνωτής, συγχαρητήρια, κερδίσατε πανγρήγορη και μαζεμένη παροχή ενέργειας.

Πηγαίνετε ένα βήμα παραπέρα: παίζοντας με μη συμβατικές διηλεκτρικές σταθερές και «μυστήριες» ηλεκτροχημικές μικροδιατάξεις ανάμεσα στα ηλεκτρόδια, μόλις αποκτήσατε έναν υπερπυκνωτή (super ή ultracapacitor).

Οι supercapacitors έχουν την υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα από όλα τα είδη πυκνωτών (μέχρι και 10.000 μεγαλύτερη από έναν συμβατικό), αλλά και πάλι αυτή η πυκνότητα είναι το 10% περίπου που μπορεί να πετύχει μία μπαταρία: ακόμα και ίδια μάζα δηλαδή να έχει ένας υπερπυκνωτής με μία μπαταρία, θα μπορεί να αποθηκεύσει δέκα φορές λιγότερη ενέργεια. Γιατί λοιπόν όλος αυτός ο ντόρος? Γιατί εκεί που οι υπερπυκνωτές δεν πιάνονται είναι στην πυκνότητα ισχύος, δηλαδή στην ταχύτητα παροχής της αποθηκευμένης ηλεκτρικής ενέργειας: εδώ οι μπαταρίες υπολείπονται συγκριτικά κατά 10 με 100 ολόκληρες φορές.

Που χρειαζόμαστε κάτι τέτοιο στα δικά μας αυτοκινητιστικά χωράφια? Μα φυσικά στους αγώνες. Δεν έχει υπάρξει ακόμα αυτοκίνητο δρόμου με υπερπυκνωτές αντί για μπαταρία, αλλά στους αγώνες, οι Ιάπωνες της Toyota το έχουν πάει αρκετά μακριά το θέμα: στο σύστημα ανάκτησης ενέργειας της υβριδικής Supra HV-R, χρησιμοποιήθηκαν supercapacitors στον 24ωρο Αγώνα Αντοχής του Tokachi τον Ιούλιο του 2007, καθιστώντας την συγκεκριμένη Supra το πρώτο υβριδικό αυτοκίνητο στην ιστορία που κερδίζει αγώνα τέτοιου είδους. Τα γιαπώνια συνέχισαν και φέτος να χρησιμοποιούν την τεχνολογία στις 24 Ώρες του Le Mans στο αγωνιστικό που κατέβασαν (Toyota TS030 HYBRID LMP1), το οποίο μάλιστα μέχρι να εγκαταλείψει (για λόγους άσχετους με το υβριδικό σύστημα) κινούνταν στον ίδιο ρυθμό με το νικητήριο Audi R18 e-tron quattro (που ήταν εξοπλισμένο με μηχανικό πυκνωτή). Η FIA, για την Formula 1, από το 2007 έχει δώσει κίνητρα και κατευθύνσεις για την χρήση τέτοιων συστημάτων, με την μορφή μάλιστα των λεγόμενων "superbatteries", που αποτελούν συνδυασμό μπαταρίας και supercapacitors σε μία κοινή μονάδα.

Χημικός Πόλεμος: «Μπαταρία» εναντίον «Βενζίνας»

Τόση ώρα συγκρίνουμε τα διάφορα είδη μπαταριών μεταξύ τους και αναφέρουμε που υπερισχύει η μία και που η άλλη. Ήρθε η ώρα όμως για το απόλυτο τεστ μίας μπαταρίας, την σύγκριση που θα την φέρει πραγματικά προ των ευθυνών της και η οποία θα δείξει «πόσα απίδια πιάνει ο σάκος»: την σύγκριση της με την άλλη πηγή ενέργειας του υβριδικού μας, δηλαδή την δεξαμενή με το υγρό καύσιμο λίγο παραδίπλα. Ξέρουμε πως τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα σε γενικές γραμμές δεν έχουν καλή αυτονομία, πενήντα-εξήντα, εκατό το πολύ χιλιόμετρα (και αυτά με ήρεμη οδήγηση) και μετά πάπαλα. Ομοίως, τα υβριδικά δεν μπορούν να λειτουργήσουν για μεγάλα διαστήματα σε «EV / zeroemissionsmode» και μετά από λίγα χιλιόμετρα ο κινητήρας εσωτερικής καύσης θα πρέπει να μπει μπροστά για να ξαναφορτίσει τις μπαταρίες ή/και να κινήσει ο ίδιος το όχημα. Υπάρχει μάλιστα και μία παλιά ρήση ενός υψηλά ιστάμενου μεγάλης αυτοκινητοβιομηχανίας, ο οποίος, απογοητευμένος παντελώς από την πραγματική αυτονομία των ηλεκτρικών οχημάτων σε σχέση με την θεωρητική / εργαστηριακών συνθηκών που συνηθίζουν να υπόσχονται οι προμηθευτές μπαταριών, είχε πει «υπάρχουν ψεύτες, υπάρχουν μεγάλοι ψεύτες, υπάρχουν και οι κατασκευαστές μπαταριών». Γιατί όλα αυτά όμως, μετά από τόσα χρόνια εξέλιξης και άπειρων κονδυλίων από τους κατασκευαστές μπαταριών? Έχουν καταφέρει άλλα κι άλλα, τι έχει πάει σε τέτοιο βαθμό στραβά με τις μπαταρίες και ο θερμικός κινητήρας κρατιέται ακόμα κραταιός, τη στιγμή που όλοι οι πολιτικοί και οι οικολόγοι φαίνεται να του έχουν κηρύξει ακήρυχτο πόλεμο?

Το πρόβλημα είναι στη φύση αποθήκευσης των δύο πηγών ενέργειας (του ντεπόζίτου και της μπαταρίας) και πιο συγκεκριμένα στην πυκνότητα ενέργειας που αναφέραμε πολλάκις πιο πάνω, αλλά μόνο σε ποιοτικό επίπεδο. Ας το δούμε ποσοτικά τώρα. Η πυκνότητα ενέργειας, κατά τον πιο προσφιλή τρόπο, μετριέται σε ποσό ενέργειας / μονάδα μάζας, π.χ. σε MJ/kg. Ένά κιλό βενζίνης ή diesel με την καύση του μας αποδίδει ιδανικά περίπου 45MJ ενέργειας, τόση θερμοδυναμική ενέργεια περιέχει ένα κιλό υδρογονάνθρακες αυτής της σύστασης. Πόση ενέργεια μπορεί να αποθηκεύσει από την άλλη ένα κιλό μπαταρίας ιόντων λιθίου, δηλαδή ότι καλύτερο έχουμε σήμερα από πλευράς μπαταριών στα αυτοκίνητα? Η απάντηση κάνει το βρωμερό, αλλά παντοδύναμο, ορυκτό πετρέλαιο να πέφτει κάτω από τα γέλια: μόλις 0,72MJ σε ένα κιλό μπαταρίας είναι η απάντηση, δηλαδή πάνω από εξήντα φορές λιγότερο. Τα πράγματα είναι ακόμα χειρότερα για μία Ni-MH μπαταρία, αφού αυτή δεν φτάνει ούτε το 0,3MJ/kg, ενώ μία παραδοσιακή μπαταρία μολύβδου δεν ντρέπεται να δηλώνει 0,1MJ/kg.

Σωστά θα πει κάποιος εδώ, ότι τα MJ της μπαταρίας θα φτάσουν στον ηλεκτροκινητήρα με πολύ πιο μικρές ενεργειακές απώλειες από ότι τα MJ της βενζίνης ή του diesel στο βολάν του στροφάλου. Θα έχει δίκιο, αλλά ακόμα και αυτό να συμπεριλάβουμε στους υπολογισμούς μας, πάλι το ορυκτό καύσιμο έχει για τα καλά το πάνω χέρι: αν ψεκάσουμε τα 45 MJ ενός κιλού βενζίνης στους κυλίνδρους θα πάρουμε με 30% συντελεστή απόδοσης βενζινοκινητήρα 45*0,3=13,5MJ ενέργειας στο βολάν και περίπου 18MJ ενέργειας αν αυτό το κιλό είναι diesel. Με άλλα λόγια και πάλι πάνω από 25 φορές περισσότερο από την καλύτερη μπαταρία Li-ion. Για να κουβαλήσουμε, με άλλα λόγια, την ίδια ποσότητα δυνητικής κινητικής ενέργειας σε ένα όχημα (για δεδομένη αυτονομία δηλαδή) μόνο με μπαταρίες, σε σχέση με ένα με σκέτο ντεπόζιτο, το πρώτο θα πρέπει να «σέρνει» πολλά παραπανίσια κιλά. Από τα παραπάνω νούμερα θα έβγαζε κανείς εύκολα το συμπέρασμα πως 10 κιλά diesel θα μας έδιναν ίδια ενέργεια με περίπου 250 κιλά μπαταρίας ιόντων λιθίου, δηλαδή έχουμε ένα όχημα κατά 240 κιλά βαρύτερο. Δεν είναι ακριβώς έτσι όμως, γιατί συνολικά κινητήρας-μετάδοση-σασμάν-περιφερειακά παρελκόμενα κτλ. σε ένα αυτοκίνητο με θερμικό μοτέρ είναι βαρύτερα από τον ηλεκτροκινητήρα ενός ηλεκτρικού.

Πόσο μας στοιχίζει τελικά σε πραγματικό κόστος χρήσης ένα υβριδικό ή ηλεκτρικό?

Τα τμήματα μάρκετινγκ και οι διαφημίσεις ενός υβριδικού ή ηλεκτρικού αυτοκινήτου θα θέλουν όλο και περισσότερο να σας πείσουν ότι, ναι μεν αυτά τα οχήματα είναι πιο ακριβά στην αγορά τους, αλλά στη συνέχεια τα κόστη μετακίνησης, χρήσης και συντήρησης θα «τείνουν στο μηδέν». Ποια είναι η αλήθεια, και γιατί ακόμα και σε ένα αμιγώς ηλεκτρικό όχημα θα δείτε να δηλώνονται τιμές κατανάλωσης «x λίτρων καυσίμου στα 100km/h (η x MPG στα αγγλοσαξονικά)» αφού δεν καίμε καύσιμο? Πρόκειται πολύ απλά για το μέγεθος «ισοδύναμα λίτρα ανά 100km/h (ή MPGe)» το οποίο φανερώνει πόσα λίτρα καύσιμου στα 100km θα απέδιδαν την ίδια ενέργεια με την ηλεκτρική που έκαψε ένα ηλεκτρικό όχημα στην ίδια απόσταση. Πιο συγκεκριμένα, οι κρατικοί οργανισμοί πιστοποίησης ανά τον κόσμο για τα ηλεκτρικά οχήματα πλέον μετράνε πόση ηλεκτρική ενέργεια (μετρούμενη στο σύνολο της από την πρίζα στο τοίχο μέχρι τους τροχούς, το λεγόμενο «wall-to-wheel») χρειάζεται το όχημα για να κινηθεί π.χ. ανά μίλι, το διαιρούν με την θερμογόνο του ορυκτού καύσιμου και βγάζουν έτσι ένα αντίστοιχο μέγεθος το οποίο ο καταναλωτής μπορεί άμεσα να το συγκρίνει με τα αντίστοιχα Miles Per Gallon ενός βενζινοκίνητου. Έτσι φτάνουμε να λέμε ότι το (αμιγώς ηλεκτρικό) Nissan Leaf έχει ενεργειακή ισοδύναμη κατανάλωση περίπου 2,4λίτρων/100km ("99 Miles per Gallon Equivalent") χωρίς να έχει κάψει σταγόνα σε ορυκτό καύσιμο (αλλά έτσι μπορούμε να το συγκρίνουμε πιο εύκολα με το βρωμόγκαζο σας, που καίει 25 λίτρα/ 100km!).

Για να βγάλεις το αντίστοιχο κόστος ηλεκτροκίνησης σε χρήματα, δεν υπάρχουν fixed τιμές μιας και για αυτό χρειάζεσαι το κόστος κιλοβατώρας που χρεώνει ο εκάστοτε πάροχος ηλεκτρικής ενέργειας κάθε χώρας. Στα υβριδικά οχήματα, η συνολική ενεργειακή κατανάλωση σε λίτρα ανά χιλιόμετρο είναι ένα συνδυασμός των αντίστοιχων των δύο πηγών ενέργειας δηλαδή «πραγματικών λίτρων καύσιμου ισοδύναμων ηλεκτρικών / 100km».

Το άλλο «κρυφό» κόστος χρήσης όλων των αυτοκινήτων με μπαταρία είναι το κόστος αντικατάστασης της μπαταρίας καθαυτής: η εμπειρία (αλλά και οι εκτιμήσεις πολλών κατασκευαστών) λέει ότι δύσκολα μία μπαταρία υβριδικού αυτοκινήτου θα βγάλει -χοντρικά- πάνω από 10 χρόνια ή 200.000km ζωής. Δεδομένου ότι οι μπαταρίες αυτές είναι πανάκριβες (υπολογίστε 3.000-4000 ευρώ για μία τυπική Ni-MH, δηλαδή περίπου το 20-25% της συνολικής αξίας του οχήματος), συμπεραίνει κανείς ότι στο κόστος χρήσης ενός ηλεκτρικού ή υβριδικού (αν χρειαστεί αλλαγή στα π.χ. 200.000km) προστίθεται περίπου 1,5-2 ευρώ / 100km. Δεν θέλετε να ανάψει προειδοποιητική λυχνία μπαταρίας σε ένα τέτοιο όχημα μετά το πέρας της εγγύησης...

Ειρήνη υμίν!

Σταματήστε τις εχθροπραξίες! Δεν έχει και τόσο νόημα στο τέλος της ημέρας να συγκρίνουμε άμεσα σε θερμοδυναμικό και ενεργειακό επίπεδο «ένα κιλό μπαταρία, με ένα κιλό βενζίνη», αφού όσον αφορά τουλάχιστον τα σπορ οχήματα που μας ενδιαφέρουν, στη πράξη όχι μόνο δεν καλούμαστε να επιλέξουμε ένα μεταξύ των δύο, αλλά τελικά τα παντρεύουμε και συνδυάζουμε τα υπέρ καθενός σε ένα συνολικά ιδανικό πακέτο: αυτός ακριβώς είναι ο ρόλος ενός υβριδικού αυτοκινήτου που σέβεται τον εαυτό του, να φτιάχνει ένα «έξυπνο» ενεργειακό μείγμα ανά πάσα στιγμή και βάσει των απαιτήσεων που ορίζονται από το δεξί μας ποδάρι. Σε αυτή την κατεύθυνση, στο τέταρτο και τελευταίο μέρος της σειράς μας τον επόμενο μήνα, θα δούμε αναλυτικά πιο δρόμο φαίνεται να ακολουθεί ο κάθε κατασκευαστής για τα προσεχή γρήγορα μοντέλα του (που μην έχετε καμία αμφιβολία ότι βρίσκονται προ των πυλών), τι κερδίζει και τι χάνει από την κάθε υλοποίηση και εν τέλει με τι ακριβώς θα έχει να ασχοληθεί ο βελτιωτής σας λίαν συντόμως.