Pozdravljeni v še eni izmed oddaj Znanstvene medredakcije. Če smo v petkovem nočnem terminu radioamaterstvo poimenovali za dinozavra telekomunikacije, se bomo tokrat peljali po samem robu znanstvenega in inženirskega razvoja.

Raziskali bomo področje električnih avtomobilov in povezanih tehnologij v Sloveniji ter se vprašali, zakaj po svetu poznajo samo Tesla Motors. Podrobneje si bomo pogledali tehnološke dosežke in projekte, ki zaznamujejo sam vrh razvoja v svetovnem merilu. Izvedeli pa bomo tudi, kako je videti študentski projekt predelave avtomobila na fosilna goriva v električni avto.

Za začetek pa si razjasnimo nekaj osnovnih stvari o električnih avtomobilih. V pričujoči oddaji bomo govorili zgolj o avtomobilih, ki shranjujejo električno energijo v baterijskih celicah in ki jih je mogoče voziti po prometnih cestah. Namenoma bomo izpustili avtomobile, ki uporabljajo fotovoltaične celice ali pa vodikove gorivne celice ter hibridne avtomobile.

Kljub temu da so električni avtomobili morda videti nekaj novega in obskurnega, pa so bili prvič izdelani dejansko nekaj let prej od prvega funkcionalnega avtomobila, ki je uporabljal motor z notranjim izgorevanjem. Električni avtomobili so bili v začetku 20. stoletja od njih celo še enkrat bolj razširjeni, kasneje pa je njihova uporaba z masovno proizvodnjo in boljšo zasnovo motorjev z notranjim izgorevanjem, ki jih je bilo lažje izdelati, povsem upadla.

Vendar pa električni avtomobili v zadnjem desetletju doživljajo pravo renesanso. Najbolj razširjen predstavnik je Nissan Leaf s 165.000 prodanimi primerki, vedno več pozornosti pa se namenja tudi podjetju Tesla Motors, ki ima že nekaj let povsem zasedene kapacitete s proizvodnjo modela S. To pa nista edini podjetji, ki delujeta na trgu električnih avtomobilov, saj so vanj vstopili že skoraj vsi veliki proizvajalci avtomobilov.

Razlog za povečanje zanimanja za električne avtomobile je tudi direktiva Evropske komisije, ki omejuje povprečne izpuste ogljikovega dioksida za nova vozila, registrirana v Evropski uniji. Za leto 2015 je ta cilj 130 gramov ogljikovega dioksida na kilometer, kar znaša približno povprečno porabo 4,9 litra dizelskega goriva oziroma 5,6 litra bencina na 100 kilometrov. Trenutno imajo vozila v povprečju nekaj gramov manjše izpuste od zahtevanih, vendar se ta vrednost vsako leto zmanjšuje do predvidenih 95 gramov na kilometer za leto 2021.

Proizvajalci vozil lahko tako s ponudbo električnih avtomobilov drastično zmanjšajo povprečje izpustov ogljikovega dioksida, ker električna vozila ne povzročajo neposrednih izpustov. Posredni izpusti so odvisni od sestave virov, iz katerih je pridobljena električna energija, ki poganja električni avtomobil, in niso odgovornost proizvajalca avtomobilov. S toliko nižjimi povprečnimi izpusti si lahko proizvajalci še vedno privoščijo velike, potratne avtomobile, ki pa – nasprotno - zvišujejo povprečje izpustov ogljikovega dioksida.

Širjenje električne mobilnosti se kot politika po svetu izvaja predvsem v mestih s ciljem izboljšati kakovost zraka, a ima tudi svoje omejitve. V Sloveniji so situacije in priložnosti za uvedbo električne mobilnosti nekoliko drugačni. Več o tem nam pove Željko Purgar s Centra odličnosti za nizkoogljične tehnologije.

Povezava do izjave v posnetku oddaje.

Seveda je tu treba postaviti pod vprašaj osredotočenje na elektrifikacijo zgolj osebnih vozil in ne celostno ureditev vseh vidikov prometa. Kar sicer je strategija na državni ravni, ampak bi bila sodeč po vsakdanji izkušnji lahko zastavljena bolj ambiciozno. Električna mobilnost v tem primeru vsekakor predstavlja enega izmed ključnih načinov za hitrejši prehod v nizkoogljično družbo z boljšo kakovostjo življenja, a sama vsekakor ni dovolj. Napredek na tem področju je v zadnjih letih moč opaziti predvsem v večjemu številu polnilnih postaj, medtem pa subvencije iz ekosklada ostajajo neizkoriščene.

Od avtomobilov na motor z notranjim izgorevanjem se električni avtomobili razlikujejo predvsem pri pogonskem in energetskem delu. Kako je videti predelava Twinga na električni pogon, nam pove Rok Ceglar, ki je kot študent vodil tak projekt pri projektu Električna mobilnost pod okriljem Kemijskega inštituta in Centra odličnosti za nizkoogljične tehnologije pred dvema letoma.

Povezava do izjave v posnetku oddaje.

Čeprav je v Sloveniji samo okoli 120 električnih avtomobilov, pa se velik delež ljudi odloči za predelavo avtomobilov na motor z notranjim izgorevanjem v električne. V tem prednjači Andrej Pečjak z Inštituta za diagnostiko in vzdrževanje vozil Metron. Njegov najpomembnejši dosežek je Metron 7, električni avtomobil na osnovi Mazde 5, s katerim je uspel doseči rekorden doseg tovrstnega vozila po prometnih cestah z enim polnjenjem. Obstajajo primeri, ko so posebej skonstruirana vozila dosegla že večje razdalje, vendar so ti testi potekali v idealnih pogojih, kjer so z zelo majhnimi hitrostmi delali kroge po ravni progi. Pečjak je s sovoznikom uspel prepeljati pot od Bleda do dubrovniške marine, kar znaša 736 km in 5000 višinskih metrov. Povprečna hitrost na tem podvigu je znašala 65 km/h.

Za masovno proizveden električni avtomobil z največjim dosegom pa trenutno velja najnovejši Teslin model S, pri katerem je nizozemska ekipa dosegla 625 km vožnje po običajnih cestah z enim polnjenjem, povprečen doseg pa znaša okoli 400 km. Razloge za boljšo učinkovitost Metrona 7 nam predstavi Andrej Pečjak.

Povezava do izjave v posnetku oddaje.

Da bomo bolje razumeli vse te številke in zakaj so presenetljive, se posvetimo primerjavi komponent električnega avtomobila s komponentami avtomobila z motorjem z notranjim zgorevanjem. Najpomembnejši del avtomobila je motor, saj predstavlja glavni pogonski element, zato bomo začeli pri njem.

Električni motor se od motorjev z notranjim izgorevanjem zelo razlikuje že po samem energijskem viru. Pri njem izkoriščamo trenutno električno energijo, ki jo v motor dovedemo po električnih vodnikih, pri slednjih pa pretvarjamo kemično energijo, ki je shranjena v fosilnih gorivih. Pri obeh vrstah motorja je končni rezultat mehanska energija pogonske gredi, ki se nadalje porablja na bremenu.

Poglejmo si torej kako  pride do generacije mehanske energije pri obeh vrstah motorjev: Pri električnem motorju dosežemo pretvarjanje električne energije v mehansko tako, da električni tok v tuljavah ustvari magnetno polje, ki povzroča silo, ki obrača vrteči se del električnega motorja. Pri motorjih z notranjim izgorevanjem pa dovajamo gorivo v cilinder motorja, kjer to izgori, povzroči ekspanzijo plina v cilindru in tako premakne bat. Ta nato preko ročičnega mehanizma poganja gred. Gre torej za povsem drugačen način delovanja, zaradi česar se izkoristki omenjenih tipov motorjev drastično razlikujejo že v teoriji.

Obstaja veliko različnih vrst in izvedb obeh tipov motorjev in bi jim lahko posvetili celotno oddajo, vendar pa pojdimo nazaj na Metron 7. Vanj so vgradili vodno hlajen Letrikin visokonapetostni elektromotor, ki pri napetosti do 410 V doseže moč 60 kW, 200 Nm navora in 12.000 vrtljajev na minuto, pri tem pa tehta le 30 kg, kar je precej manj od motorjev z notranjim izgorevanjem, ki poganjajo avtomobile. Glavne prednosti vgradnje električnega motorja v avtomobil nam pojasni vodja razvojnega centra MAHLE Letrika, Iztok Špacapan.

Povezava do izjave v posnetku oddaje.

Omenjen motor naj bi prešel v serijsko proizvodnjo leta 2017. Letrikini motorji pa niso edini vrhunski motorji, ki jih delamo v Sloveniji. Izredno zanimivi so tudi motorji Romana Sušnika iz podjetja Enstroj, ki veljajo za motorje z največjim razmerjem med močjo in maso motorja ter jih vgrajujejo v električne avtomobile in druga prevozna sredstva. Več o njih nam pove Sušnik.

Povezava do izjave v posnetku oddaje.

Kot slišano, imamo očitno v Sloveniji vrhunsko znanje in tehnologijo, da znamo izdelati elektromotorje z vrhunskimi izkoristki. Kaj omogoča take dosežke, razloži Špacapan.

Povezava do izjave v posnetku oddaje.

Roman Sušnik se pohvali, kaj je njegova skrivnost.

Povezava do izjave v posnetku oddaje.

Čeprav je zaznati odtenke rivalstva, pa ne gre za povsem isti tip elektromotorjev. Razliko med motorjema in sodelovanje med podjetji opiše Špacapan.

Povezava do izjave v posnetku oddaje.

Zaradi manjše teže motorja je možno v avto vgraditi več kot enega. V primerjavi z motorji z notranjim izgorevanjem so električni motorji precej lažji za vzdrževanje, saj nimajo toliko gibajočih se delov, ki bi se obrabili. Možno je, da je vsako kolo priklopljeno na svoj motor. Glede smotrnosti tega smo vprašali Roka Ceglarja.

Povezava do izjave v posnetku oddaje.

Pozdravljeni nazaj v oddaji o električnih avtomobilih in razvoju ključnih tehnologij, ki jih sestavljajo. Pred glasbenim premorom smo predstavili dva napredna električna motorja slovenskih proizvajalcev podjetji Mahle Letrika in Enstroj.

Motorji pa niso edine pomembne komponente, ki jih razvijamo v Sloveniji. Kemijski inštitut vodi zelo obsežen mednarodni projekt razvoja novih litij-žveplovih električnih akumulatorjev EUROLIS. Cilj projekta je razviti baterije za električne avtomobile, ki bodo lahko shranjevale trikrat več energije na kilogram kot trenutne litij-ionske baterije, ki veljajo za najzmogljivejše. Kam so prišli s projektom EUROLIS in kakšne so zahteve, smo vprašali vodjo projekta, dr. Roberta Dominka s Kemijskega inštituta.

Povezava do izjave v posnetku oddaje.

Projekt razvoja novih litij-žveplovih električnih akumulatorjev EUROLIS je voden kot javno-zasebno partnerstvo in v njem sodelujejo tudi podjetja, kot so Pengeut Citroën ter proizvajalec baterij Saft. Pred nekaj tedni je Kemijskemu inštitutu uspelo dobiti financiranje za štiri leta pri projektu Helis, ki je nadaljevanje projekta EUROLIS. Namen Helisa je razviti baterije do te mere, da bodo primerne za komercialno rabo, in pokriti vse aspekte, ki so za to pomembni.

Povezava do izjave v posnetku oddaje.

Pri litij-žveplovih baterijah gre za drugačen koncept baterij kot pri litij-ionskih baterijah. Več o tem in o težavah, s katerimi se morajo še soočiti, nam ponovno več pove Dominko.

Povezava do izjave v posnetku oddaje.

Litij-žveplove baterije bodo torej omogočale veliko večje specifične energije in s tem domet električnih avtomobilov. Če pomislimo, da bi lahko v 500 kg celic v Metronu 7 ali Tesli S namesto 86 kWh energije shranili okoli 260 kWh, bi bil njun doseg približno 1500 km, kar pa je dejansko več, kot je doseg večine avtomobilov na motor z notranjim izgorevanjem. Tudi manjše avtomobile, ki imajo zdaj zgolj 100 km dosega, bi naredil tak napredek veliko bolj privlačne. Vendar pa je pomembno vedeti, da je v realnih pogojih treba upoštevati vse zahteve in je zato cilj mnogo zahtevnejši od zgolj doseči zahtevano specifično energijo 500 Wh/kg ter specifično moč 1000 W/kg.

Povezava do izjave v posnetku oddaje.

Litij-žveplove baterije naj bi bile zaradi velike dostopnosti žvepla, ki je stranski produkt v petrokemični industriji, od 30 do 40 % cenejše od litij-ionskih baterij. Komercialnih zalog litija naj bi bilo po nekaterih študijah še dovolj do leta 2100, vendar pa povpraševanje po njem drastično narašča, pridobiva se ga pa trenutno večinoma iz slanic v Andih v Južni Ameriki.

Shranjevanje električne energije predstavlja zelo velik tehnološki problem. Velja namreč, da jo moramo večino porabiti takrat, ko jo proizvedemo, trenutno izredno majhno količino pa je moč shraniti v akumulatorjih ter preko črpalnih hidroelektrarn. S širitvijo deleža obnovljivih virov energije v proizvodnji elektrike pa postaja potreba po shranjevanju energije vedno večja. Energija iz teh virov je namreč zelo nepredvidljiva napram konvencionalni in lahko predstavlja velike obremenitve za omrežje, če je ne moremo porabiti v zahtevanem trenutku. Nedavno nazaj je Elon Musk, lastnik Tesle, na konferenci predstavil akumulatorje za domove in podjetja, ki naj bi bili možni shranjevati določen delež energije. Glede mnenja o tem smo povprašali Dominka.

Povezava do izjave v posnetku oddaje.

S tega vidika so litij-žveplove baterije nekoliko bolj okoljsko sprejemljive, v projekt Helis pa je vključeno tudi nemško podjetje, ki že ima izkušnje z reciklažo baterij in bo poskrbelo, da se delež materialov pridobi nazaj.

Ponovno pozdravljeni v oddaji Znanstvene medredackije, kjer raziskujemo podrobnosti sistemov, ki sestavljajo električni avtomobil. Po pregledu napredka na razvoju litij-žveplovih baterij, ki jih razivja Kemijski inštitut pa poglejmo, kako je potrebno ravnati z naprednejšimi baterijskimi sistemi.

Kljub strogim zahtevam za vgradnjo v električni avtomobil pa so sodobni baterijski sistemi še vedno zelo občutljivi in moramo z njimi ravnati pazljivo pri polnjenju in praznjenju. Večini litij-ionskih baterij se zmanjša kakovost, če jih spraznimo preveč in njihova napetost pade pod določeno mejo. Pomembno je tudi, da je napetost v vseh celicah čim bolj izravnana. Za to skrbi tako imenovani battery management system, ki je tudi eden izmed pomembnih delov električnega avtomobila. Več o tem, kako deluje, nam razloži Rok Ceglar.

Povezava do izjave v posnetku oddaje.

Seveda obstaja še veliko tehničnih podrobnosti, ki se jih nismo dotaknili zaradi pomanjkanja časa. Upamo, da ste poslušalke in poslušalci dobili vpogled v to, da se pri nas snujejo in proizvajajo perspektivne tehnologije, ki sodijo v sam svetovni vrh kakovosti. Žalostno je le, da država očitno sploh ne ve, kaj se pri nas dogaja in nima nobene gospodarske strategije. Letriko je od države kupila nemška družba Mahle le dober mesec po tem, ko je bil predstavljen električni avtomobil Metron 7.

Žal morda res nimamo več kritične mase, da bi lahko sami proizvajali avtomobile, in se moramo zadovoljiti s prodajo vrhunskih polizdelkov med hudo konkurenco ter zgolj patentiranjem izumov. A vseeno, lastna proizvodnja in zasnova končnih izdelkov morda niti nista tako oddaljena želja, če pomislimo, da je že zdaj večino našega izvoza namenjenega za avtomobilsko industrijo, znanja pa nam tudi ne manjka. Manjkata samo še denar in morda politika, ki bi imela vsaj malo občutljivosti, da bi prepoznala priložnosti za koordiniran razvoj gospodarstva. Čeprav je na to težko računati, prihodnost vseeno morda niti ni tako temačna.

Za konec kratka opomba: Preden se kakšna poslušalka ali poslušalec preveč razburi - celoten prispevek je mišljen znotraj meja tržne ekonomije. To pa ne pomeni, da avtor prispevka misli, da je ustanavljanje bolj ekološko usmerjenih kapitalističnih podjetji rešitev za vse probleme družb, ker nikakor ni. Se pa morda kljub temu lahko izkaže za koristno in nam lahko služi kot en iz med tehnoloških korakov v prihodnost, ko ne bom več potrebe po individualnih vozilih.

Zaključujemo s sporočilom Andreja Pečjaka za poslušalke in poslušalce Radia Študent.

Izjava se nahaja v posnetku oddaje.

Z električnim avtomobilom se bo kaj kmalu prevažal Jaka. Tehniciral je Makis, brala sva Valentina in Žiga.