tiistaina, lokakuuta 23, 2007

Auto, joka toimii pelkällä ilmalla? Totta se on!


Kyllä. Luit oikein. Internetin ihmeellisessä maailmassa tuli vastaan jälleen jotain aivan käsittämätöntä. Auto, joka toimii pelkällä ilmalla (tai vaihtoehtoisesti hybridi, joka toimii tarvittaessa pienellä määrällä bensiiniä). Ideana on, että autossa on painepullo, joka tankataan joko "paineasemalla" parissa minuutissa tai vaihtoehtoisesti kytketään auto parin sadan kilometrin välein (siis tulevassa tuotantomallissa, prototyypeillä ei hirveän montaa kilometriä pääse) piuhan päähän, jolloin autossa oleva pieni kompressori tankkaa ilmaa painepulloon parin tunnin ajan. Normaalin polttomoottorin sijaan sylinterimoottoriin (linkissä nelitahtimoottori) tai Wankel- eli kiertomäntämoottoriin ruiskutetaan ilmaa kovalla paineella, jolloin saadaan liikettä aikaan. Polttomoottorissahan ilman ja polttoaineen seos puristetaan kasaan ja räjäytetään ottomoottoreissa (tutummin: bensakäyttöisissä moottoreissa) sytytystulppien antaman kipinän avulla tai dieselmoottoreissa tarpeeksi kovan puristuspaineen avulla. Räjähdys sitten liikuttaa mäntiä (ja aiheuttaa paljon lämpöä). Hyötynä ilmamoottorissa on se, että hukkaenergiaa syntyy erittäin vähän. Polttomoottorien hyötysuhde on parhaimmillaankin vain noin 30 % suuren osan energiasta karatessa lämpönä moottorin runkoon ja pakoputken mukana harakoille. Toinen hyöty on, että pakoputkesta tulee pelkkää puhdasta ilmaa.

Aurinkoisilla seuduilla auton katto voisi olla pinnoitettu aurinkopaneelilla, jolloin auto lataisi itse itsensä silloin, kun sitä ei käytä. Kätevää!

Ilmamoottori poistaisi suurkaupunkien ilmansaasteongelmat, säästäisi energiaa todella paljon ja tarjoaisi edullisen ja kätevän tavan varastoida energiaa liikennevälineisiin, yksi lataus kun maksaa vain noin euron tai pari. Teknologian hintakin tuntuu olevan kohtuullista, joten saa nähdä, onko sähkömoottoriauto sittenkään paras ratkaisu tulevaisuudessa.

Lisää tietoa aiheesta Wikipediassa, MDI:n sivuilla, keskustelua suomeksi Tiede-lehden keskustelupalstalla ja tässä videossa, jossa selostetaan toimintaperiaatteet yms (kuten huomaatte, tuotanto on vasta prototyyppivaiheessa):

18 kommenttia:

Anonyymi kirjoitti...

Ei sitä paineilmaa tuulesta saada. Joko fossiilisilla tai uusiutuvilla energialähteillä, tai ydinenergialla se ilma pitää kopressoida paineilmaksi.

Polttomoottorin toiminta perustuu lämpötilaeroon. Se että polttoaineseos "räjähtää" sylinterissä, ei ole merkityksellistä, sillä ainemäärä ei maagisesti räjähdyksessä lisäänny. Sen sijaan sylinterissä tapahtuu suuri lämpölaajeneminen joka painaa männän alas ja aikaansaa moottorin käymisen. Jotta seuraava työtahti on mahdollista, on kuuman kaasun poistuttava pakotahdissa, jonka jälkeen taas työtahdissa (räjähdyksessä) kuumentunut kaasuseos painaa männän alas.

Tuukka Simonen kirjoitti...

Paineilmaa saadaan kyllä tuulivoimalla haluttaessa. Ja tähänhän tuulivoima sopisi erittäin hyvin, koska kaikki tuulen tuottama energia voitaisiin käyttää paineilman varastoimiseen, joten tuulivoimalla toimivia "kylmäasemia" paineilman tankkaukseen olisi helppo tehdä.

Tietääkseni kaikki palamalla tapahtuvien räjähdysten voima koostuu lämpölaajenemisesta ja kuumuudesta, eikö?

Kiitos kuitenkin tarkennuksesta, enpä tuota olisi itse selkeämmin osannut selittää.

Anonyymi kirjoitti...

polttomoottori ei suinkaan pääasiassa toimi lämpölaajenemisellä, vaan paine-erolla, joka pääasiassa muodostuu nesteen muuttumisesta kaasuksi. Kyseinen faasi muutos aiheutuu palamisesta. Lämmön tuotto toki tehostaa hieman toimintaa, mutta menee pääosin hukkaan alentuneena hyötysuhteena. Turbomoottoreissa käytetäänkin usein välijäähdytintä hyödyttömän lämmöntuoton vähentämiseksi !

Anonyymi kirjoitti...

ilmamoottori systeemin kokonaishyötysuhde ei paljon eroa polttomoottoreista. Kompuran hyötysuhde on noin 40%, loput menee lämmöksi. Eikä ilmamoottorinkaan 80% ylitä. Noiden tulo jää enimmilläänkin 32%:iin !

Tuukka Simonen kirjoitti...

Kiitos anonyymille kommenteista. Tässähän oppii koko ajan uutta. :O

Korjataanpa kuitenkin vielä:

Välijäähdyttimen tarkoitus on viilentää turbolle menevää ilmaa, koska viileämmässä ilmassa on enemmän happimolekyylejä, jotka sitten pystyvät palamaan palotilassa ja siten välijäähdytin lisää maksimitehoa (ja myös polttoaineenkulutusta). Itse palamistapahtuman lämmöntuotantoa se ei vähennä, vaikka sisään tuleva ilma onkin viileämpää.

Tuo faasimuutos oli hyvä selvittää tähän.

Uskon muuten, että tuota 40 % hyötysuhteeltaan parempiakin kompressoreita on olemassa. Enpä tosin googlella ihan heti löytänyt, joten voinpa olla väärässäkin.

Tuukka Simonen kirjoitti...

Öö... tarkennetaan vielä, että happi ei pala vaan mahdollistaa palamisen. ;)

Eipä auttaisi väsyneenä täällä höpistä mitä sattuu

Anonyymi kirjoitti...

Hienoahan se olis, jos ilmalla tai vedellä toimivia laitteita olisi :-)

Tietenkin auton käyttämä energia tulee jostain ja ilman kompressointi ei ole, kuten jo todettu, kovinkaan edullinen konversio, juuri tuon lämpöhäviön takia. Toinen lämpöhäviö tavallaan muodostuu kun ilma sitten päästetään alempaan paineeseen, tuppaa venttiilit menemään jäähän.

No, ilma-autoon saisi jäähdytyksen helposti johtamalla "pakokaasut" matkustamoon :-)

Eräs seikka vielä, huonon hyötysuhteen lisäksi, on paineilman vaarallisuus. Jos säiliö menee rikki, tulee pahaa jälkeä kun kaikki energia purkautuu kerralla.

Meille olisi jo tarjolla sähköautot, ihan nykyisellä akkutekniikalla pääsee normaalit työ- ja kauppamatkat, jos julkiset eivät sovi pirtaan tai tilanteeseen.

Ihmisillä vain on kumma käsitys, että sähköautollakin pitäisi voida lähteä lomamatkalle tai keikalle Lappiin... silti suurin osa kilometreistä ajetaan lyhyttä ajoa, joka voitaisiin yhtä hyvin tehdä sähköautolla.

Joillekin tämä merkitsisi kakkosauton hankkimista niitä mökkireissuja varten, osa pärjaisi parhaiten vuokraaamalla tai lainaamalla pidemmän matkan autoa vain tarvittaessa, kuten nykyään tehdään vaikka pakettiauton kanssa.

Pidempään matkaan voisi tietenkin laittaa sähköauton peräkoukkuun aggregaatin, mutta ennenkuin vetyä tai mieluiten jotain muuta puhdasta polttoainetta saa joka huoltikselta, aggregaatti bensa- tai dieselkäyttöisenä on huono ratkaisu ympäristön kannalta.

Oman käsitykseni mukaan paras lähestymistapa autoilun ongelmiin on sähkö: sitä tuotetaan monin tavoin ja sillä voidaan pyörittää sähkömoottoreita hyvällä hyötysuhteella. Varastointi akkuihin on vielä vähän tehotonta, mutta kehitystyötä tehdään, ja silti jo ikivanha lyijyakku toimii riittävän hyvin säännöllisessä syklisessä käytössä.

Anonyymi kirjoitti...

Kommentti

Olen asiassa melko tietämätön, mutta Anonyymi sanoi, että "kompuran" hyötysuhde 40%. Mikä on tämä "kompura"? Onko se polttomoottori vai painesäiliö? Jos lähdemme siitä, että painesäiliön hyötysuhde on 99%, ilmamoottorin 80% ja paine tuotetaan sähkömoottorilla, jonka hyötysuhde on 90%, tulemme huomattavasti tehokkaampaan moottoriin, kuin polttomoottori. Jos otetaan akkujen häviöt, paino ja valmistuskustannukset huomioon, niin myös tehokkampaan kuin sähkömoottori. Eikö niin? Lisäksi ilmamoottori voi itse "ladata" painesäiliötä "hybridimäisesti".
Näin maalikosta ilma-auto vaikuttaa loistavalta keksinnöltä. Jos laite vain oikeasti on turvallinen. (Näin ainakin valmistaja vakuuttaakin)

Anonyymi kirjoitti...

Lisäys edelliseen viestiin

Ehkäpä maalikon ei tarvitse tietää kaikkia yksityiskohtia:

Kopio autonvalmistajan sivulta:

"
How do you refill the compressed air tanks? How much does it cost?

The car's air tanks will be refilled thanks to the same internal engine working in compressor mode. This will take about four hours and 22 Kwh of electricity are needed as energy. Otherwise the tanks can be refilled with high pressure in three minutes at an air station. The cost of refueling with the generator will be approximately 1.5 Euros."

Yhdellä "tankillisella" ajaa 200km ja tankin täyttö maksaa 1,5 euroa. Miten lie tehty, jos kompuran hyötysuhde on max. 40%? Litralla bensaa ajaa 200km??

Anonyymi kirjoitti...

Vielä lisäys hehe

Bensan hinnasta 75% on veroa, joten tuon sähkön hinnalla saakin 4 litraa (nettohintaista) bensaa. Mikä lie veron osuus sähkön hinnassa? Jos bensavero siirrettäisiin sähkön hintaan tulisi kuitenkin paineilma-auton kulutukseksi vain ehkä n. 5 euroa / 200 km.

Tuukka Simonen kirjoitti...

Kompura = kompressori = kone, jolla ilmaa pakataan tiiviimmäksi. Se on siis laite, jolla paineilmasäiliö täytetään. Huomatkaa vielä, että hukkalämpö voidaan käyttää hyödyksi, jos esim. kompressoria käytetään autotallin sisällä. Hukkalämpö lämmittää tällöin tallia.

Tosiaan autonvalmistajan ilmoittamat luvut eivät vastaa prototyyppien käytännön kokemuksia. Ilma-autot ovat vielä aika kaukana massatuotannosta, koska esim. painesäiliöiden tekniikan pitää kehittyä vielä aika paljon.

Sähköautot ovat sen sijaan jo tänä päivänä toimivia ratkaisuja, joiden hyötysuhde on todella korkea. Akkutekniikan hinta ja paino on oikeastaan ainoa isompi ongelma. Sähkömoottori on todella kestävä, kevyt ja helppo vaihtaa, joten seuraavien 10 vuoden aikana veikkaan sähköautojen yleistyvän enemmän kuin ilma-autojen.

Toivon toki paineilma-auton kehittyvän nopeasti käyttökelpoiseksi, mutta ihan suoraan ei kannata uskoa kaikkea mitä valmistaja ilmoittaa.

Anonyymi kirjoitti...

Tervehdys

Onko sinulla enemänkin tietoa paineilmasäiliöiden ongelmista? Eikös se ole pelkkä teräspönttö, jossa on venttiili? Siis lähinnä vanhaa koeteltua venttiiliteknologiaa?

Tässä nimenomaisessa sovelluksessa (autossa, jolla ajetaan 200km) Painesäiliö vaikuttaa mielestäni lupaavamalta kuin akut. Tekniikka rajoittuu periaatteesa vain tuohon venttiiliin ja säiliön paino ilmeisesti saadaan pieneksi.

Auto ilmeisesti tulee markkinoille tänä vuonna.

Linkki:

http://theaircar.com/

Anonyymi kirjoitti...

Ikävä musertaa ennakkoinnostuksenne, mutta tuo paineilma-auto on puhdasta fuulaa. Protossa oli muistaakseni 300l:n säiliö ja työpaineena käytettiin 300bar. Laskemalla tuosta saadaan että tankkiin voidaan varastoida ainoastaan 2.45 kilowattituntia energiaa. Litrassa bensaa on 10kWh, joten tuossa paljastuu koko keksinnön mielettömyys. Sillä 300l:n tankilla auto voi ehkä hyvällä säkää kulkea 10km ja siitäkin viimeiset kilsat mennään etanan vauhdilla kun säiliön paine alkaa olla alta 50bar. :)
Tuotantomalleissa tuota ongelmaa ei myöskään voida mitenkään poistaa. Säiliön pitäisi olla useita kuutiometrejä ennenkuin auto voisi sillä järjellisen matkan kulkea.

Tuukka Simonen kirjoitti...

http://en.wikipedia.org/wiki/Air_car

"Compressed air is a heavy way of storing fuel, 300l air at 30 MPa (300 Bar) amounts to about 14kWh (the equivalent of 4.5 liter (1.2 gallons) of gasoline, assuming a 30% efficiency of the engine)."

Voisitko ilmoittaa, millä kaavalla olet laskenut että olet saanut lopputulokseksi tuon 2,45kWh?

Wikissä on kaavana käytetty ilmeisesti täältä löytyvää:

http://en.wikipedia.org/wiki/Compressed_air_tank

Jackass kirjoitti...

Lieneekö tässäkään protossa saatu ratkaistua Wankel rakenteen rakenteellisia heikkouksia. Ottomoottorien puolella kun kyseessä on varsin hengettömän heikko rakenne ja huonoimmat toteutukset ovat 20tkm kohdalla verkonpainokunnossa. Mazda taitaa olla ainoa valmistaja joka konseptissa vielä roikkuu mutta senkään mallit eivät iäkkäämpinä ole ongelmajätteenkään arvoisia.

Tuukka Simonen kirjoitti...

Enpä usko, että tällä hetkellä moottorien käyttöikä on lähelläkään sähkö- tai ottomoottorien tasoa.

Mazdan wankel on kyllä automaailmassa ihailtavan erilainen ratkaisu, mutta koska hyötysuhde on aika vaisu ja Mazda ainoa iso kehittäjä, on turha odottaa moottoriratkaisulta ihmeitä. Wankel-kuskithan moikkaavat toisilleen näyttäen sormilla samalla kuinka mones moottori on ajamassaan autossa menossa. ;)

Ilmamoottorilla saattaa kuitenkin tietynlaisissa oloissa olla käyttäjäkuntansa tulevaisuudessa, mutta en usko sen yleistymiseen, kun hiljaiset ja tehokkaat sähkömoottorit ovat olleet olemassa jo kauan.

Jackass kirjoitti...

Onhan se erilainen. Useimmat muut valmistajat on luopuneet toivosta rakenteen suhteen.

Periaatteessa tuolla tapaa tosin pienemmillä kierroksillahan toimii hydraulimoottori joita on käytetty jo pitkään maansiirtokoneissa. Tavallaan eräänlainen sarjahybridi. Isolla dieselillä pyöritetään hydraulipumppua ja hydraulimoottorit pyörittävät pyöriä. Ei vain sovellu kovempaan pyörimiseen lainkaan rakenteensa vuoksi.

Tältä osin sarjahybridi rakenteena polttomoottori-akku-sähkömoottori on otettu noissakin ympäristöissä käyttöön. Tämän tyyppisiähän laivat ovat olleet jo pitkän aikaa. Kvärnerin isot laiva-dieselitkin on rakennettu tasakierrosmoottoreiksi jolloin ahtopaineet, syötöt ja kaikki on säädetty vakiolle kierrosmäärälle jolloin hyötysuhde muodostuu melko hyväksi. Se kone sitten jyskyttää pyörittää generaattoria joka edelleen antaa voiman akkujen kautta sähkölaitteille jotka kuskaavat laivaa ja tarjoavat laivan muunkin energiatarpeen.

Parhaimmillaan noille laivakoneille on ilmoitettu jopa 50% hyötysuhteita. Ei ne silti massiivisen taloudellisia ole. 102rpm pyörivä iso Kvärner kuluttaa noin 14000 litraa polttoöljyä tunnissa. ;)

Anonyymi kirjoitti...

Totta on se, ettei tuon kulkupelin hyödyntämä energia todellisuudessa ole mitään 100% ympäristöystävällistä energiaa ilmasta. Eli oikeasti auto käyttää lähimmän ydinvoimalan tuottamaa ydinvoimaa, kivihiiltä polttamalla tuotettua sähkö, taikka jotakin muuta hauskaa... Eli periaatteessa samaan ympäristöystävällisyystasoon päästään kätevämmillä, sekä kaiken lisäksi tehokkaammilla ratkaisuilla muun muassa sähkömoottorin muodossa. Eikä painepullon paineesta saatava energia oikeasti ole mitenkään... Noh, kauaa kestävää... Hauskahko idea, mutta puhtaampia ja käytännöllisiäkin on... Kyllä, jo silloin vuonna 2007 myös..