Nadchodzi koniec ery silników spalinowych. Agonia już się rozpoczęła [MOTO 2030]

Łukasz Kifer
Cały przemysł motoryzacyjny zadaje sobie takie same pytania: kiedy silniki spalinowe odejdą do lamusa? Czy ich los został już ostatecznie przesądzony? Zmiana warty już się zaczęła, tylko nie wszyscy chcą to zauważyć.

MOTO 2030 to copiątkowy cykl Gazeta.pl, w którym poruszamy najważniejsze tematy dotyczące przyszłości motoryzacji, transportu, technologii. Samochody, drogi i miasta bardzo dynamicznie zmieniają się na naszych oczach. Co piątek dziennikarze Moto.pl będą o tych zmianach pisać. Tutaj znajdują się wszystkie artykuły z cyklu MOTO 2030.

To zła wiadomość dla fanów silników spalania wewnętrznego - rozwiązanie, które dominowało dłużej niż wiek, jest skazane na wymarcie z wielu powodów. Jednak jeszcze nie czas stawiać mu nagrobek. Agonia będzie powolna i bolesna. Zobaczymy ją w nadchodzących dekadach.

Silniki spalinowe osiągają kres swoich możliwości

Niemal wszyscy inżynierowie w działach rozwoju motoryzacyjnych koncernów są zgodni co do tego, że rozpoczyna się era schyłku silników spalinowych. Wątpliwości krążą raczej wokół tego ile potrwa.

Po latach euforii związanej z zaletami samochodów na prąd, producenci napotykają przeszkody związane z masowym wprowadzaniem tej technologii na rynek. Borykają się zarówno z tzw. problemami wieku dziecięcego, które są nieuniknione, jak i z poważniejszymi wyzwaniami.

Te pierwsze są normalnymi towarzyszami każdej technologicznej rewolucji i z pewnością zostaną przezwyciężone. Drugie stanowią barierę trudną do pokonania przy obecnym stanie rozwoju techniki, ale prędzej czy później świat uwolni się od najistotniejszych czynników ograniczających dominację silników elektrycznych. Wszyscy zadają sobie pytanie: kiedy to nastąpi?

Dlaczego silniki spalinowe są skazane na wymarcie?

Bo są gorsze. Po stu latach rozwoju docierają do granicy, poza którą już nie będzie można poprawić ich projektów. Przez ten czas przeszły niesamowitą ewolucję. Od lat 60-tych XX w. około stukrotnie zmniejszono emisję szkodliwych substancji. Globalnie dalej jest znacząca, bo silniki spalinowe wykonują 1/4 całej pracy w światowym przemyśle i emitują około 10 proc. gazów cieplarnianych (dane pochodzą z International Journal of Engine Research).

To bariera nie do pokonania. Problemy klimatyczne zostaną z nami na zawsze i trzeba z nimi walczyć w każdy możliwy sposób. Wprawdzie motoryzacja dokłada tylko skromną cegiełkę do globalnej emisji gazów cieplarnianych, ale trzeba szukać sposobów na ich redukcję we wszystkich gałęziach przemysłu. Także w transporcie.

Turbodoładowany silnik V8 FerrariTurbodoładowany silnik V8 Ferrari fot. Ferrari

To prawda, że silniki spalinowe są w tej chwili są szczytowym osiągnięciem techniki, a efekt osiągnięty przez inżynierów godny podziwu. Tylko, że został osiągnięty wysokim kosztem i to dosłownie. Nowoczesne silniki spalinowe, a zwłaszcza turbodiesle, są niezwykle skomplikowane. Spalanie paliw kopalnych w miarę ekologiczny sposób wymaga niezwykle precyzyjnej i drogiej w wykonaniu maszynerii. Precyzyjne układy wtryskowe pracują pod ciśnieniem tysięcy atmosfer, a tolerancja przy ich projektowaniu i produkcji jest bardzo mała.

Do oczyszczania spalin tak, by spełniły normy emisji również trzeba stosować wyrafinowane metody: liczne katalizatory, które wykorzystują rzadkie metale, układy recyrkulacji spalin i inne skomplikowane rozwiązania. Wszystkie podnoszą koszt wytworzenia takich silników, a wiadomo, że i tak nie osiągną poziomu sprawności i emisji zapewnianego przez elektryczne.

Lokalna emisja "elektryków" jest zerowa, całkowita może być bardzo niska

W ostatnich latach środek ciężkości przeniósł się z turbodiesli, w których coraz trudniej cokolwiek poprawić, na silniki benzynowe. Są różne sposoby, aby je udoskonalić. Szwedzki producent hipersamochodów, Koenigsegg opracował rozwiązanie Freevalve, pozwalające pozbyć się klasycznego rozrządu, a Nissan eksperymentuje z silnikami o zmiennym stopniu kompresji (VC-T).

Tyle jeśli chodzi o jednostki turbodoładowane. Na rynku nowych samochodów dzieje się więcej w kwestii dopracowania silników atmosferycznych - pozbawionych sprężarek zwiększających ciśnienie powietrza w układzie dolotowym. Zwłaszcza japońscy producenci, m.in. Mazda i Toyota, wprowadzają innowacyjne rozwiązania, dzięki którym sprawność cieplna takich silników osiąga nawet 40 proc.

Takie wyniki uzyskują silniki Skyactive-X projektu Mazdy oraz Dynamic Force Engine, wytwarzane przez koncern Toyota. Wysoka sprawność jest efektem dopracowania procesu spalania i konstrukcji wszystkich elementów.

Tylko ta walka toczy się o dziesiąte części procentów. Silniki spalinowe są tak doskonałe, że w tej chwili niemożliwe jest uzyskać spektakularny efekt. Poza tym projektowane rozwiązania czasem brzmią lepiej w teorii, niż działają w praktyce. W przyszłości na pewno staną się jeszcze lepsze, ale nie spowodują odwrotu od elektryfikacji. Są jednym z jej etapów.

Niemal wszyscy przygotowują coraz sprawniejsze silniki spalinowe pod kątem współpracy w napędach hybrydowych, a nie do wykorzystania samodzielnie. To kolejny znak, że inżynierowie w koncernach zdają sobie sprawę z ich losu. Chcą sprawić, aby etap przejściowy był jak najbardziej neutralny dla środowiska.

Silniki elektryczne korzystają z zasobów naturalnych, a spalinowe są od nich uzależnione

Trudno powiedzieć, co skończy się wcześniej - zasoby kopalne, których wydobycie jest opłacalne ekonomicznie i i platyna do katalizatorów, czy inne rzadkie metale niezbędne do produkcji akumulatorów. To wszystko są domysły, a w najlepszym razie estymacje.

Grupa brytyjskich naukowców policzyła, że gdyby tylko na wyspach chcieć zamienić wszystkie samochody spalinowe na elektryczne, ich wyprodukowanie zużyłoby dwuletnie globalne wydobycie kobaltu, prawie całkowitą roczną światową "produkcję" neodymu, 3/4 urobku kopalni litu i co najmniej połowę pozyskiwanej rocznie miedzi.

Brzmi przerażająco, ale konia z rzędem temu kto powie jaka będzie technologia produkcji akumulatorów i silników elektrycznych za dekadę albo dwie. Za to wiemy, że ludzkość ma do dyspozycji olbrzymie zasoby energii gotowej do przetworzenia na elektryczną (słonecznej i atomowej) oraz znamy metody, które to umożliwią.

Pewnie jak słońce jest też, że silniki wewnętrznego spalania będą potrzebowały paliw kopalnych. Nie da się ich wyprodukować w wymaganych przez globalny transport ilościach w żaden sposób, nie mówiąc o przyjaznym dla środowiska.

Osoby nastawione sceptycznie do elektryfikacji na pewno stwierdzą, że samochody na prąd borykają się z równie poważnymi przeszkodami: szkodliwym wpływem na klimat przemysłu energetycznego, eksploatacją złóż litu i kobaltu, późniejszym recyklingiem akumulatorów i wieloma innymi.

Mazda - od samochodu spalinowego do elektrycznegoMazda - od samochodu spalinowego do elektrycznego fot. Mazda

To prawda, ale rozwój technologii pozwoli je w przyszłości przezwyciężyć, w przeciwieństwie do wad silników spalinowych, które wynikają z zasady ich działania. Płotków na drodze do elektryfikacji jest wiele, ale wszystkie są do przeskoczenia. Pozostaje tylko jedna istotna bariera w dominacji silników elektrycznych - dalekie od ideału źródło zasilania.

Przełom jest tuż przed nami. Następna dekada wszystko zmieni

Krótkowzroczne jest zakładanie, że przy tak dużym wysiłku wiodących koncernów motoryzacyjnych oraz firm spoza tej branży, nie zostanie on nagrodzony rewolucyjnym postępem. Analiza Reuters wykazała, że producenci samochodów w nadchodzących latach chcą zainwestować ponad 90 mld dolarów w elektryfikację.

Już teraz można mówić o dużym postępie. Akumulatory z dekady na dekadę stają się coraz wydajniejsze. Od pewnego czasu o pozytywnych efektach badań prowadzonych nad akumulatorami ze stałym elektrolitem informuje Toyota i nie tylko ona.

Tesla niedawno ogłosiła, że jej inżynierowie opracowali nowy typ ogniw galwanicznych, które będą tańsze w produkcji, bardziej ekologiczne i zapewnią większe przebiegi. Do ich produkcji ma być użyte znacznie mniej kobaltu, niż do tej pory. Docelowo nie będą go w ogóle potrzebowały. Przełom czai się za rogiem. Kiedy nastąpi, popularność aut na prąd ruszy jak lawina. Nic jej nie powstrzyma.

Dlaczego? Po poza aspektem zasilania, samochody elektryczne są lepsze pod każdym względem. Gdy szybkie uzupełnianie zapasu energii elektrycznej albo efektywne wytwarzanie jej na bieżąco stanie się możliwe, nie będą miały poważnych wad.

Rzecz jasna "elektryki" też nie są neutralne dla środowiska. Największe zanieczyszczenie wywołuje produkcja akumulatorów oraz prądu. Oba problemy można przezwyciężyć w opisane wyżej sposoby, emisji spowodowanej przez silniki spalinowe nie da się zlikwidować.

Zmiana potrwa całe dekady - co najmniej ćwierć wieku

Przemysł energetyczny będzie powoli, ale konsekwentnie przestawiał się na nowe tory. Jego struktura już się zmienia, a ewoluować coraz szybciej. W kolejnych regionach rośnie procentowy udział energii odnawialnych. To sprawia, że użytkowanie samochodów elektrycznych jest coraz bardziej neutralne dla środowiska. Nie ma innej drogi.

W tej chwili potencjalnie dużym problemem jest wydajność sieci energetycznej i brak infrastruktury pozwalającej na uzupełnianie prądu w samochodach. W wielu rejonach świata po prostu nie istnieje. Jedno i drugie będzie ewoluować wraz ze zwiększającą się popularnością samochodów na prąd. Dlatego nie można oczekiwać, że ten wzrost będzie lawinowy. Stopniowo zwiększy się sprawność przemysłu energetycznego i liczba punktów przesyłowych, a wraz z nią udział rynkowy samochodów elektrycznych. Ale to potrwa całe dekady i jest głównym ograniczeniem prędkości tej przemiany.

Większy potencjał ekologiczny, to nie jedyna zaleta silników elektrycznych. Inne to: prostsza konstrukcja, bardzo wysoka sprawność cieplna i przyjemność płynąca z ich użytkowania. Jeśli ktoś twierdzi inaczej, nie jechał nowoczesnym elektrycznym samochodem.

Auta na prąd będą też coraz tańsze. Wraz z wzrostem skali produkcji i rozwojem technologii muszą się takie stawać, bo zasada ich działania nie jest skomplikowana, a głównym składnikiem ceny są w tej chwili akumulatory. W ostatnich latach ten udział zmalał z 50 proc. do 20 proc. To efekt postępu i ekonomii rosnącej skali. W pewnym momencie szale wagi kosztów obu napędów się zrównoważą, a potem przechylą na korzyść "elektryków". To kwestia czasu.

Sprawność silników elektrycznych już teraz jest doskonała, w dodatku osiągają ją bez wysiłku. Silnik elektryczny nie marnuje energii i nie emituje szkodliwych substancji, kiedy samochód nie jest w ruchu. Gdy go rozpędza, niemal całe "paliwo" zmienia w energię, straty cieplne są bardzo niskie.

Będą spadać w dalszym ciągu. Silniki elektryczne polegają na magnesach, których wydajność również rośnie. Według szacunków naukowców dzięki ich unowocześnieniu będzie można zwiększyć efektywność pracy o kolejne 5-20 proc. Stanie się to możliwe dzięki postępom w metalurgii, a dokładnie technologii wypiekania metali proszkowych i kompozytów, ze wskazaniem na materiały magnetycznie miękkie.

200-konny silnik elektryczny Volkswagena ID.3 w... torbie200-konny silnik elektryczny Volkswagena ID.3 w... torbie fot. Volkswagen

To tak zwane dielektromagnetyki, które pozwalają w dużym stopniu kształtować właściwości magnetyczne komponentów, lepiej dopasować je do wymagań projektowych. Wniosek: za kilka lat silniki elektryczne również staną się znacznie wydajniejsze.

Jazda autem na prąd jest bardzo przyjemna

Koronnym argumentem jest przyjemność płynąca z jazdy samochodami elektrycznymi. Nieprawdą jest, że te ze spalinowym napędem sprawiają większą frajdę. Dźwięk silnika V8 zastępuje natychmiastowe przyspieszenie, które czasem zapiera dech w piersiach. Również komfort jazdy takim środkiem transportu jest nie do przecenienia. Odbywa się w ciszy i bez wibracji, zarówno w miejskim korku, jak i w długiej podróży.

W przypadku wielu produktów, wysoka cena nie stanowi przeszkody, jeśli tylko dostatecznie mocno kuszą klientów. Tak jest z elektroniką użytkową i będzie z nowoczesnymi samochodami na prąd. Z czasem staną się tańsze i atrakcyjniejsze. Pierwsi przekonują się do nich tzw. wcześni użytkownicy, ale w końcu zrobi to coraz więcej osób. Będą chciały je mieć, tak jak chcą mieć smartfony.

Puśćmy wodze fantazji. Co nas czeka?

Nowe rozwiązania z oczywistych względów szybciej przyjmują się w krajach wysoko rozwiniętych, ale później zyskują popularność również innych rejonach świata. Jak może się zmieniać przemysł motoryzacyjny w najbliższych dekadach?

W najbliższej przyszłości nastąpi wyraźny podział w ewolucji transportu pomiędzy krajami bogatymi, a rozwijającymi się. Te pierwsze łatwiej przestawią się na coraz większą elektryfikację. W pozostałych jeszcze długo będzie  królował silnik spalinowy.

Po drugie, silniki spalania wewnętrznego będą umierały przez dekady w napędach hybrydowych. Nadchodzi ich era i trudno przewidzieć jej kres. Nadchodzące dekady upłyną pod znakiem samochodów hybrydowych. Na całkowitą elektryfikację przyjdzie nam jeszcze długo poczekać, a po drodze napotkamy wiele problemów. Ale w końcu nastąpi, bo nie mamy innego wyboru.

Więcej o:
Komentarze (327)
Nadchodzi koniec ery silników spalinowych [MOTO 2030]
Zaloguj się lub komentuj jako gość
  • pixima

    Oceniono 88 razy 54

    Wszystko pięknie. Problem z elektrykami jest jeden - ludzie nie chcą ich kupować. Są prawie 2 razy droższe, mają o połowę mniejszy zasięg. A ładowanie szybkimi ładowarkami jest droższe niż benzyna. A prognozowanie rewolucji elektromobilności w Polsce na 2030r to śmiech na sali. Średni wiek sprowadzanego do Polski samochodu to 11 lat. Polska motoryzacja 2030 jeździ już od roku po niemieckich autostradach.

  • lanou

    Oceniono 66 razy 34

    Cały artykuł brzmi jak artykuły sprzed 100 lat "jak będzie wyglądać rok 2000".
    Pan redaktor chyba dał za bardzo popuścić wodze fantazji.
    Nie wziął Pan pod uwagę, że wbrew powszechnemu mniemaniu, prąd nie bierze się z gniazdka. Trzeba go wyprodukować.
    A większość energii na świecie produkuje się spalając paliwa kopalne w wielkich rozmiarów silnikach spalinowych (kotły + turbozespoły), których sprawność osiąga w porywach 46%, raptem kilka % więcej od standardowego silnika w samochodzie. Nie ma więc mowy o nagłej redukcji zanieczyszczenia, bo cała energia, której nie przetworzy silnik spalinowy w aucie, przetworzy silnik spalinowy w elektrowni, a do pieca dołożą straty przesyłowe.
    Nie ma też mowy o masowym przejściu użytkowników na auta elektryczna z powodu ładowania. Samochód elektryczny dysponuje akumulatorami o pojemności ~55 kWh, pozwala to na na dwóch ładowaniach przejechać dystans porównywalny z silnikiem benzynowym o pojemności 1.6 l ze zbiornikiem 50 l na jednym tankowaniu. Samochód benzynowy zatankuję w 5 minut, a żeby naładować 55 kWh, przeciętne gospodarstwo domowe z przydziałem mocy 8 kW (dom) lub 5 kW (mieszkanie), zakładając całkowitą rezygnację z używania czajników, suszarek, oświetlenia, komputera itd. naładuje ten samochód w 6,8 godziny (dom) lub 11 godzin (mieszkanie), więc żeby osiągnąć równowartość 50 litrów paliwa, muszę poświęcić 13,6 godzin (dom) lub 22 godziny (mieszkanie) na ładowanie baterii. Tyle na temat "mobilności" i wygody.
    Do tego warto sprawdzić, co stanie się z bilansem energetycznym Polski, gdyby nagle 50% użytkowników przestawiło się na samochody elektryczne.
    W 2019 przeprowadzono w Polsce ~18,5 miliona badań technicznych pojazdów.
    Przyjmuję 9,25 miliona pojazdów elektrycznych jako połowę.
    Średnio przyjmuję 20 tys. rocznie jako dystans pokonywany przez auto. To jest 54,7 km dziennie. Tesla Model 3 zużywa ok. 20,4 kW/100 km, zatem dziennie pokonując 54,7 km zużyje 11,15 kWh.
    Jeżeli 9,25 miliona pojazdów będzie zużywać średnio tyle samo, dziennie zużyją 103,13 GWh, czyli rocznie 903 418 GWh. W Polsce w 2019 zużyto ok. 191 000 GWh energii.
    Czy jest Pan redaktor pewny, że polska leciwa energetyka wytrzyma taki wzrost?

  • Gość: hugo

    Oceniono 41 razy 27

    a może jednak przyszłość to ...silniki spalinowe...tylko,że na wodór,którego spalinami jest czysta woda.

  • avensis77

    Oceniono 66 razy 26

    Fatalna jakość powietrza w okresie (niemal) braku ruchu samochodowego i lotniczego udowodniła, że to nie motoryzacja jest sprawcą smogu i nadmiernej emisji CO2. Pora przestać ludzi oszukiwać i naciągać na kolejne normy EURO ileś tam.

  • speedy13

    Oceniono 42 razy 22

    >>Pozostaje tylko jedna istotna bariera w dominacji silników elektrycznych - dalekie od ideału źródło zasilania.
    I niestety wbrew optymizmowi bijącemu z tego tekstu raczej nie ma widoków by coś się z tej kwestii istotnego zmieniło.
    Gęstość energetyczna najlepszych używanych obecnie baterii chemicznych wynosi ok. 0,5-0,8 MJ/kg (megadżuli na kilogram). Będące w opracowaniu układy prawdopodobnie wkrótce osiągną 1 MJ/kg. Pewne obiecujące układy badane obecnie w skali laboratoryjnej, być może pozwolą na stworzenie ogniw o gęstości energ. nawet rzędu 1,4 - 1,5 MJ/kg. 2-3 razy tyle co obecne baterie.

    Gęstość energetyczna paliwa ciekłego w rodzaju benzyny, oleju napędowego itp. wynosi około 45 MJ/kg. Czyli zawiera ono ok. 50 RAZY więcej energii niż najlepsze obecnie dostępne baterie i jakieś 30 razy więcej niż najlepsze baterie będące w opracowaniu.

  • andrzejbp

    Oceniono 34 razy 22

    Silniki spalinowe od zawsze były dużo mniej sprawne niż silnik elektryczny. I co z tego? Tu nie o silnik chodzi a o sposób magazynowania energii . A jak na razie bak paliwa wygrywa z bateriami pojemnością i szybkością napełniania.

  • Gość: Obibok

    Oceniono 38 razy 20

    Diesle w transporcie towarów, zarówno lądowym, jak i morskim, cały czas są nie do zastąpienia

  • grundol1

    Oceniono 30 razy 18

    Elektryki tak, ale nie elektryki akumulatorowe. Na Ziemi jest za mała zasobów, żebyśmy wszyscy przesiedli się na nie. Wodór to jest paliwo przyszłości.

  • lun2000

    Oceniono 20 razy 16

    Proszę mi powiedzieć, chciałbym takiego elektryka ale mieszkam na ósmym piętrze w bloku z wielkiej płyty na osiedlu, czy mam przez balkon wywiesić przedłużacz?

Aby ocenić zaloguj się lub zarejestrujX