Mi hajtsa a járműveket? 2. rész: Az elektromos hajtás

Egy nemrég publikált cseh kutatás számba vette és részletesen elemezte a közlekedés területén üzemanyagként felhasználható különböző energiaforrásokat. Tényleg olyan jó a CNG, mint amilyennek beállítják? Mit hozhat a jövő? Földgáz, CNG, dízel, és ami mögöttük van.

Sorozatunk első részében megállapítottuk, hogy a közlekedés fenntartásához mindenképp szükségesek energiaforrások, melyeket jelenleg alapvetően fosszilis energiahordozók formájában találunk meg. Ezeket az energiaforrásokat azonban nemcsak közvetlenül lehet felhasználni: villanyáramot is elő lehet belőlük állítani.

Napjainkban zajlik az úgynevezett negyedik ipari forradalom, mely a gyártási technológiák terén végbemenő automatizálást és adatcserét jelenti. Ennek a forradalomnak természetes része a fosszilis tüzelőanyagoktól való függés csökkentése is, melyet átvett a modern ipari szemlélet, ösztönösen függetlenedve a drága és bizonytalan ráfordításoktól. A nem környezetbarát energiaforrásokat az innovációk pedig egyre inkább kiszorítják a termelési folyamatból. A megújuló energiaforrások – vagyis a nap, a szél, a víz vagy a biomassza – a közlekedésben üzemanyagként történő felhasználása gyakorlatilag lehetetlen, villanyáramot azonban mindegyik segítségével elő lehet állítani, a felhasználási helyre lehet továbbítani. Vagyis az elektromosság alapvető fontosságú a tiszta, környezetbarát közlekedési rendszerek számára.

Az elektromosság számos előnnyel bír. Egyik pozitívuma, hogy a megújuló energiaforrások villamosenergiává való átalakítása automatikusan megy végbe, nincs szükség hozzá rendszeres emberi munkára vagy ellenőrzésre, ellentétben a bioüzemanyagok finomításával és előállításával. Ez a folyamat sokkal hatékonyabb a bioüzemanyagok energialáncánál, mely a fotoszintézist előidéző napsütéstől indul körülbelül 0,1 százalékos hatékonysággal, és az üzemanyag belsőégésű motorokban történő, 30 százalékos hatékonyságú felhasználásáig tart. A teljes folyamat mindössze 0,03 százalékos hatékonyságot nyújt. Másik előnyös oldala, hogy a villamosenergiát nagyobb távolságokra is el lehet szállítani, minimális veszteséggel. A villamosenergia járművek hajtására szolgáló mechanikus energiává alakítása bevált technológiának számít, ráadásul folyamatosan jelennek meg újabb és újabb innovációk. Az átalakítási folyamat magas hatékonyságot és megbízhatóságot garantál, miközben alacsony a karbantartási igénye és könnyen szabályozható. A járművek hajtására fordított elektromos energia részben vissza is nyerhető: az úgynevezett visszatápláló fékezést lejtős szakaszon történő lassításhoz, de akár megálláshoz is fel lehet használni. A visszatápláló fékezésnek köszönhetően jóval kevesebb a jármű átlagos energiafogyasztása. Az sem hagyható figyelmen kívül, hogy az energiaellátó technológiák is folyamatosan fejlődnek, a rendszereket pedig szabványosították a nagyvasúti, a villamos-, metró-, és részben a trolibusz-hálózatok számára is. Ezeket a technológiákat már évtizedek óta használják a gyakorlatban és folyamatosan fejlesztik. Jól megfigyelhető eredménye ennek, hogy Európában a tehervonatok nagy részét villamos mozdonyok vontatják.

Persze mint szinte mindennek, a villamosenergia használatának is vannak hátrányai. A legfontosabb hátulütő, hogy nehéz tárolni, ráadásul a tárolóeszközök legnagyobb része nagy, nehéz, drága és nem éppen tartós. Bár a tárolás terén is történtek már jelentős előrelépések. A huszadik században csak az ólom-savas, másnéven lúgos akkumulátorok voltak elérhetőek, melyek körülbelül 25 kWh/t teljesítményt voltak képesek leadni, és azt is csak nehezen lehetett fenntartani. Manapság viszont a legtöbb járműben már karbantartást nem igénylő, 100 kWh/t-ás lítium-ion akkumulátorok szolgálnak. Ez azonban még mindig jóval alacsonyabb, mint a folyékony szénhidrogén-üzemanyagoknak a belsőégésű motorok mechanikai munkája során előállított 4500 kWh/t teljesítménye. A lítium-ionos akkumulátorok tömeg-teljesítmény aránya jobb, mint a szén és víz által hajtott gőzmozdonyok 70 kWh/t-ja. Ebből következően a fosszilis üzemanyagoktól mentes fenntartható mobilitás leginkább elektromos energia használatával érthető el, főleg a vasúti szállítás terén, ami elviekben kifejezetten energiakímélő. Vagyis ahol sok a potenciális utas vagy a szállítandó áru, ott megéri a vasúti rendszereket betáplálással ellátni. A fejlesztés előtt ráadásul hatalmasak a lehetőségek: az EU tagállamaiban a közlekedés 96 százalékánál szénhidrogén üzemanyagokat használnak, az elektromos hajtás csak négy százalékot tesz ki.

A folyékony tüzelőanyagok közvetlen használatának elektromos hajtásra való cseréléséhez bővíteni kell az infrastruktúrát, például a villamos vontatási rendszerekhez alállomásokból és felsővezetékekből álló energiaellátó-rendszer szükséges. Nagysebességű vasút létrehozásához külön pályát kell építeni. A nem villamosított vonalakat vagy vonalszakaszokat használó elektromos vontatási rendszerek esetében a járművekre kell telepíteni az elektromosságot tároló akkumulátorokat, továbbá a töltőállomásokat is ki kell építeni. Az elektromos üzemű járműveket használó közlekedési rendszerek kibővítéséhez is szükséges néhány, aránylag kis fejlesztés. Viszont mivel ezek a járművek képesek a visszatápláló fékezésre, a költségek egy része visszatérül a kinetikus és a helyzeti energia újbóli felhasználásának köszönhetően.

A következő részben a különböző fosszilis üzemanyagokat vizsgáljuk meg részletesen.

* * *

Indóház Online – Hivatalos oldal: hogy ne maradj le semmiről, ami a földön, a föld alatt, a síneken, a vízen vagy a levegőben történik. Csatlakozz hozzánk! Klikk, és like a Facebookon!