Zwykle wierzymy, że przyszłość przemysłu motoryzacyjnego jest ściśle elektryczna. Paliwa kopalne odchodzą w zapomnienie, władzę przejmują baterie. To jest właśnie narracja, która jest nam narzucana. Jednak niewielka grupa inżynierów i entuzjastów uważa, że źle patrzymy na historię. Mają pewność, że rozwiązaniem nie są nowe technologie, ale stare, doprowadzone do perfekcji. Szczególnie w parach.
Brzmi jak żart. Relikt. Ale pomysł nie jest martwy; ona po prostu spała.
Historia napisana na platformie Steam
Koncepcja napędu parowego nie jest wynalazkiem nowoczesnym. Pochodzi z XVII wieku. W 1672 roku jezuita ksiądz Ferdynand Verbitzt naszkicował projekt małego pojazdu o napędzie parowym na chińskim dworze cesarskim. Nie jest jasne, czy rzeczywiście go zbudował. Nie mamy żadnych dowodów.
Ale Nicolas-Joseph Cugnot tego dokonał. W 1769 roku zbudował wagon parowy. Była powolna. Para w nim uleciała niemal natychmiast. Według współczesnych standardów był wielkości małego domu. Udowodniła jednak, że koncepcja działa.
Pod koniec XIX wieku para była poważnym konkurentem na drogach. Amerykańska firma Stanley Motor Carriage Company produkowała samochody zwane „latającymi czajnikami” ze względu na ich charakterystyczne kotły. Byli szybcy na swój czas. Zaczęli łatwo na mrozie. Były popularne na początku XX wieku.
Następnie spalanie wewnętrzne (ICE) objęło prowadzenie. Dlaczego? Rozmiar i wydajność. Silnik spalinowy spala paliwo wewnątrz cylindra. Eksplozja popycha tłoki. Jest kompaktowy. To skuteczne. Para wykorzystuje spalanie zewnętrzne. Ogrzewasz wodę na zewnątrz silnika, aby wytworzyć ciśnienie. Mechanizmy były kłopotliwe. Były cięższe. Rynek zagłosował portfelami.
Zamknięta pętla innowacji
Ta dynamika się zmienia. Nie dlatego, że chcemy nostalgii, ale dlatego, że chcemy wydajności.
Na scenę wchodzą Harry Scholl i Cyclone Power Technologies. Scholl nie próbuje odnawiać XIX-wiecznego kotła. Buduje silnik parowy mieszczący się w przestrzeni standardowego silnika benzynowego. Kluczem jest zamknięty system. W sposób ciągły podgrzewa i chłodzi wodę. Zmniejsza to straty. To znacznie poprawia efektywność cieplną.
Para staje się tak gorąca i pod wysokim ciśnieniem, że zachowuje się bardziej jak ciecz niż gaz. Pozwala to na gęstszy transfer energii. Większa moc w mniejszym opakowaniu.
Cena złożoności
W tym miejscu porównanie staje się szczególnie interesujące. Silnik spalinowy wymaga skrzyni biegów. Aby spełnić wymogi przepisów dotyczących emisji, potrzebny jest katalizator. Potrzebuje tłumika, żeby stłumić eksplozje. Potrzebuje wymiany oleju.
Silnik parowy tego nie potrzebuje.
Brak transmisji. Brak katalizatora. Brak tłumika. Żadnego oleju.
Profil usługi jest znacznie prostszy. Poniżej numer części. Powinno to oznaczać niższe koszty produkcji. I niższe długoterminowe koszty utrzymania.
Niezależne od paliwa
Być może najsilniejszym argumentem za ożywieniem pary jest elastyczność w wyborze paliwa. W silniku spalinowym jesteś przywiązany do właściwości chemicznych benzyny lub oleju napędowego. Potrzebujesz określonych właściwości spalania.
Pary to nie obchodzi.
Spalasz dowolne paliwo, aby podgrzać wodę. Benzyna. Diesel. Biopaliwo. Gaz ziemny. Nawet stała biomasa. Dla silnika liczy się tylko ciepło. Oddziela to pojazd od źródła paliwa. Umożliwia to przełączanie pomiędzy rodzajami paliwa w zależności od dostępności i ceny, bez zmiany układu napędowego.
Czy to sprawia, że jest on opłacalny do masowej produkcji? Czy może konkurować z istniejącą infrastrukturą pojazdów elektrycznych i hybrydowych?
Technologia istnieje. Mechanika działa. Pytanie brzmi, czy branża przyjmie 200-letni pomysł, który w jakiś sposób wydaje się zupełnie nowy.
Nowoczesna para: Szybki rozruch i czyste spalanie
Zapomnij o eksplozjach. To pierwszy mit, który należy pogrzebać. Nowoczesne wysokociśnieniowe silniki parowe nie eksplodują jak rekwizyty w starych filmach. Głównym powodem, dla którego ludzie się wahają, jest czas nagrzewania. Czy naprawdę zamierzasz stać na podjeździe przez dwadzieścia minut i patrzeć, jak syczy para?
Nie.
Silnik parowy Cyklon uruchamia się za 10-15 sekund. Pełna moc jest dostępna w mniej niż minutę. Jest to szybsze niż osiągnięcie temperatury roboczej przez nowoczesny silnik wysokoprężny. Nie jest powolny. On jest po prostu inny.
Elastyczność paliwowa a pułapka hybrydowa
Główną korzyścią jest nie tylko wydajność, ale także to, co wlewasz do zbiornika. Pierwsi producenci samochodów nie martwili się szczytowym poziomem oleju. Teraz się martwią. Silniki parowe nie dbają o to, czy zasilasz je etanolem, biodieslem, paliwem do silników odrzutowych czy zwykłą benzyną. Ta elastyczność jest strategicznym atutem w świecie zdławionym uzależnieniem od paliw kopalnych.
Ale jak samochód parowy faktycznie wypada w porównaniu z dzisiejszymi liderami zielonej energii? Hybrydy i pojazdy elektryczne to niezbędne etapy, ale nie meta.
Hybrydy nadal spalają benzynę. Po prostu spalają go mniej. Nadal uwalniają zanieczyszczenia, tylko w mniejszych ilościach. Samochody elektryczne? Ich czystość zależy od sieci energetycznej. Jeśli Twoja lokalna elektrownia spala węgiel, Twój samochód elektryczny to po prostu kolejny rodzaj komina.
Steam zmienia równanie.
System Cyclone spala paliwo dłużej i w wyższej temperaturze. To całkowite spalanie niszczy cząstki stałe, zanim opuszczą one rurę wydechową. Emisje są znacznie niższe niż w przypadku konwencjonalnych silników spalinowych (ICE). A dzięki elastyczności źródła paliwa ślad węglowy zmniejsza się jeszcze bardziej w miarę udostępniania czystszych paliw. To silnik, który staje się bardziej ekologiczny, gdy sieć staje się bardziej ekologiczna.
Od kosiarek po kontrakty wojskowe
To już nie jest tylko inżynieria teoretyczna. Producenci zaczynają się budzić.
W serwisie Popular Science zauważono, że firma Cyclone Power zawarła umowy na dostawę silników do kosiarek i sprzętu ogrodniczego. Wydaje się to banalne, ale jest poligonem doświadczalnym. Co ważniejsze, w kwietniu 2011 roku Cyclone podpisał kontrakt z firmą Raytheon. Wykonawca obrony.
Dlaczego wojsko się tym interesuje? Logistyka. Żołnierze rozmieszczoni we wrogim środowisku potrzebują paliwa. Linie zaopatrzenia są podatne na ataki. Pojazd o napędzie parowym, który może być zasilany dowolnym dostępnym lokalnym paliwem – naftą, olejem napędowym, a nawet mieszankami syntetycznymi – zmniejsza ogon logistyczny. Chodzi o swobodę działania, a nie tylko o kwestie środowiskowe.
Czy kiedykolwiek trafi do salonów?
W przypadku masowej adopcji przez konsumentów ostatecznym czynnikiem jest cena. Jeśli koszty produkcji odpowiadają konwencjonalnym silnikom spalinowym, może nastąpić zmiana. Kryzys naftowy nie byłby odległym zagrożeniem, ale bezpośrednim katalizatorem.
Nowoczesne silniki parowe są wydajne, kompaktowe i wszechstronne. Przebyli długą drogę od nieporęcznych gigantów XIX wieku. Technologia jest gotowa. Brakuje tylko chęci wytworzenia go na skalę przemysłową.
Pierwsza lokomotywa parowa
Warto pamiętać, gdzie zaczęła się ta technologia.
Richard Trevithick, brytyjski inżynier, zrobił coś więcej niż tylko eksperymenty z parą. On to stworzył. W 1804 roku jego prototyp przetransportował kolejami 10 ton żelaza i 70 osób dziesięć mil w Walii. Był ciężki. Był głośny. Pracował.
Kolej stała się podstawą rewolucji przemysłowej. Lokomotywy parowe zdominowały transport przez ponad sto lat. Udowodnili, że para pod wysokim ciśnieniem może przenosić ogromne masy ze względną wydajnością.
Przejęliśmy tę technologię, zmniejszyliśmy ją, udoskonaliliśmy termodynamikę i teraz staramy się przywrócić ją na drogi. Podręczniki historii mówią, że to niemożliwe. Fizyka mówi, że jest to możliwe. Rynek wciąż zastanawia się, czy jest skłonny za to zapłacić.
