W biologii mówi się o procesie konwergencji. Występuje kiedy różne gatunki dostosowują się do środowiska w procesie ewolucji. Robią to niezależnie od siebie, ale osiągają podobne efekty, chociaż często używają to tego różnych środków. Podobnie jest w świecie motoryzacji.
Klasyczne samochody z silnikami spalinowymi powolutku odchodzą do lamusa. Dlaczego? Bo szukamy sposobu na bardziej zrównoważony rozwój transportu. Taki który zaspokoi nasze rosnące potrzeby, ale nie będzie szkodził - nam, naszym dzieciom i przyszłym pokoleniom.
Tak naprawdę fundamentalne zmiany w motoryzacji nabrały rozpędu pod koniec zeszłego tysiąclecia i właśnie mają w najlepsze. Dlatego w tej chwili możemy kupić nowe samochody osobowe z co najmniej sześcioma różnymi rozwiązaniami napędu.
Zostawmy na boku klasyczne silniki spalinowe: benzynowe i wysokoprężne. Znamy od podszewki, więc o czym tu mówić? Poza tym chcemy je zastąpić czymś nowszym. Wśród kierowców coraz wyraźniej da się wyczuć nastroje na zmianę klimatu.
Z roku na rok są bardziej przekonani do samochodów nowej ery, ale ostateczne podjęcie decyzji utrudnia zamieszanie panujące na rynku. Czym się różnią od siebie wszystkie hybrydy? Dla kogo samochód elektryczny jest dobrym wyborem? A co z wodorem?
Na początku trzeba się zastanowić, co oznacza wszechobecne słowo: hybrydowy. Określa się nim samochody, które mają kilka różnego rodzaju silników współpracujących ze sobą. W tej chwili mamy do czynienia z co najmniej trzema typami takich rozwiązań. Zacznijmy od najprostszego.
Mikrohybrydy - MHEV
Mild Hybrid Electric Vehicles są też nazywane w Polsce miękkimi hybrydami, chociaż takie określenie ostatnio może budzić gorsze skojarzenia. Czym są mikrohybrydy? To praktycznie samochody spalinowe z delikatnym wspomaganiem elektrycznym. Wszystko zaczęło się od systemów start-stop wyłączających silnik w czasie postoju. Konstruktorzy stwierdzili, że to dobry sposób na obniżenie zużycia paliwa.
Pierwszym samochodem z rozwiązaniem automatycznie wyłączającym i włączającym silnik była Toyota Crown z 1974 roku, ale popularność takich systemów wywołało wprowadzenie restrykcyjnej normy emisji spalin Euro 5 w 2009 roku. Teraz prawie każdy nowy samochód jest wyposażony w takie rozwiązanie.
Ciągłe uruchamianie i gaszenie silnika wymagało coraz mocniejszego rozrusznika, aż w końcu zaczęły... żyć własnym życiem. Rozwinięciem takiego pomysłu jest właśnie miękka hybryda. Zastosowany w nich silnik elektryczny to nic innego jak właśnie rozrusznik poddany procesowi ewolucji. Często zastępuje też alternator, ale to tylko przy okazji.
Podstawową funkcją elektrycznego startera-generatora w mikrohybrydzie jest zasilanie wszystkich urządzeń pokładowych, które wymagają prądu. Dzięki temu można wyłączać silnik spalinowy na dłużej w czasie postoju albo toczenia się z niską prędkością przed całkowitym zatrzymaniem samochodu. Coraz więcej mikrohybryd ma też funkcję "żeglowania".
Chodzi o takie momenty w czasie jazdy ze stałą prędkością, kiedy na kilka lub kilkanaście sekund silnik spalinowy nie jest potrzebny do utrzymywania prędkości, bo wystarczy do tego uzyskana energia kinetyczna. W mikrohybrydach wówczas silnik spalinowy automatycznie się wyłącza, a dla kierowcy jest to niemal niezauważalne.
Takie samochody są wyposażone w dodatkowy akumulator, z którego silnik elektryczny czerpie prąd. Jest ładowany w czasie hamowania - wtedy silnik elektryczny zmienia się w generator. Przekształca energię mechaniczną w elektryczną. Odzyskiwanie energii w ten sposób nazywa się rekuperacją.
Czasem się też zdarza, że silnik elektryczny wspomaga przyspieszanie przy niskich obrotach, czyli gdy spalinowy radzi sobie z tym najgorzej. Takie mikrohybrydy są już na granicy dwóch gatunków: aut spalinowych oraz hybrydowych i do skutecznego działania potrzebują instalacji elektrycznej o wyższym napięciu prądu - 48 V.
Dla kogo jest taki samochód? Właściwie dla wszystkich, którzy ostrożnie podchodzą do postępu technicznego. Niedługo nie będzie innych nowych samochodów z silnikiem spalinowym. Oszczędność paliwa jest tak naprawdę znikoma, ale to tanie rozwiązanie. Nabywca nie ponosi dodatkowych kosztów, a jego samochód może być dopuszczony do sprzedaży, bo spełnia aktualne normy emisji spalin.
Hybrydy bezobsługowe - HEV
Hybrid Electric Vehicles, to "prawdziwe" samochody hybrydowe. Są znacznie bardziej skomplikowane, bo muszą efektywnie łączyć dwa rodzaje napędu. Stosuje się różne rodzaje hybrydowych połączeń: szeregowe i równoległe, kombinacja źródeł mocy jest rozwiązywana w rozmaity sposób, ale efekt zawsze podobny. W czasie jazdy samochód korzysta naprzemiennie z silnika elektrycznego i spalinowego lub obu jednocześnie, ale stara się jak najrzadziej używać tego drugiego.
Prekursorem takich rozwiązań i rynkowym potentatem w tej kategorii jest największy producent samochodów na świecie - koncern Toyota Motor Corporation. Kiedy w 1997 roku wprowadzał małoseryjnego Priusa, mało kto wierzył w jego powodzenie. Teraz takie auta opanowały rynek i przez jakiś czas będą dominującym rozwiązaniem.
W opracowaniu i wytwarzania samochodów z bezobsługowym napędem hybrydowym specjalizują się firmy z Dalekiego Wschodu: japońskie i koreańskie. Oprócz Toyoty zaawansowane napędy hybrydowe oferuje też Honda, Hyundai i Kia. Do nich dołącza coraz większa liczba producentów z innych rejonów świata, głównie z Europy, ale w kwestii popularyzacji tego rozwiązania wciąż mają dużo do nadrobienia.
Komu mogą się podobać bezobsługowe hybrydy? Nazwa nie jest przypadkowa, bo nie wymagają zmiany sposobu użytkowania, ani stylu jazdy. Nie trzeba (ani nie można) ich ładować zewnętrznym źródłem prądu, a mimo to potrafią znacznie obniżyć zużycie paliwa. Współczesne hybrydy pod względem kosztów eksploatacji stają się alternatywą dla samochodów z silnikiem diesla, a jednocześnie są znacznie bardziej ekologiczne i komfortowe od nich.
Hybrydy plug-in - PHEV
Plug-in Hybrid Electric Vehicles to kolejny skok dla ich właścicieli. Tym razem w głębszą wodę, gdzie prąd jest bardziej wartki. Również ten elektryczny, bo hybrydy typu plug-in (nazywają się tak, bo można je ładować zewnętrznym źródłem prądu) są pierwszym gatunkiem na drabinie ewolucyjnej aut, którym da się pokonać dłuższy dystans używając wyłącznie silnika elektrycznego.
Konstrukcyjnie są podobne do bezobsługowych hybryd kategorii HEV. Czasem nawet prostsze, ale mają większy akumulator na pokładzie, mocniejszy silnik elektryczny i ładowarkę pokładową. Dzięki temu na samym prądzie mogą przejechać kilkadziesiąt kilometrów. To pierwsza kategoria nowoczesnych samochodów, w których można się poczuć jak w prawdziwym "elektryku".
Takie samochody są najbardziej uniwersalne ze wszystkich i teoretycznie łączą same zalety: bezemisyjną lokalnie jazdę z dużym zasięgiem i możliwością szybkiego uzupełnienia paliwa. I to prawda, ale hybrydy typu plug-in zostały opracowane do realizowania jednego, bardzo popularnego schematu użytkowania.
Większość europejskich kierowców na co dzień jeździ po okolicy i nie pokonuje dużych dystansów, a w dalszą podróż wybiera się niezmiernie rzadko. Jeśli to zdarza się zaledwie kilka razy w roku (na przykład: w święta, wakacje i ferie zimowe), a ktoś mieszka w domu z garażem lub apartamentowcu z parkingiem podziemnym, gdzie ma dostęp do elektrycznego gniazdka, to gratulacje! Jest idealnym użytkownikiem samochodu hybrydowego typu plug-in.
Im schemat codziennego użytkowania bardziej oddala się od takiego wzorca, tym mniejszy sens ma jazda hybrydą typu plug-in. W przypadku braku możliwości codziennego ładowania akumulatora, w domu albo ewentualnie w pracy, taki samochód przestaje mieć sens. Jazda nim jest wtedy mniej ekologiczna i opłacalna niż zwykłym samochodem spalinowym.
Ale to nieprawda, że nie da się nimi osiągnąć nieprzyzwoicie niskiego poziomu zużycia paliwa. Jeśli możemy i będziemy ładować akumulator każdej nocy oraz codziennie nie pokonujemy dużych dziennych dystansów, zużycie paliwa łatwo utrzymać na minimalnym poziomie.
A przy okazji można zasmakować jazdy prawdziwym samochodem elektrycznym. Oprócz tego, że jest bardziej ekologiczna, to dodatkowo niezwykle cicha i komfortowa. Dlaczego w takim razie po prostu nie kupić samochodu z napędem elektrycznym?
Samochody elektryczne - BEV
Właśnie, dlaczego nie. Po pierwsze dołączymy do prawdziwej awangardy motoryzacji. Po drugie podniesiemy wymienione wyżej zalety co najmniej do kwadratu. Samochody elektryczne, czyli Battery Electric Vehicles, mają idealne źródło napędu. Są szybkie i gwarantują natychmiastową reakcję na "gaz". Podróżowanie nimi jest niezwykle wygodne, niezależnie od tego czy stoimy w miejskim korku, czy jedziemy autostradą.
Ponieważ pozbywamy się spalinowej części zespołu napędowego i skrzyni biegów, odpada konieczność drogiego serwisowania. W samochodach elektrycznych właściwie nie ma się co zepsuć. Czy to samochody idealne?
Problem zaczyna się w chwili konieczności uzupełnienia energii. W samochodzie kategorii PHEV (plug-in) zawsze można korzystać z trybu spalinowego. Tutaj jesteśmy uzależnieni wyłącznie od dostępu do ładowarek. Poza tym ładowanie akumulatorów prądem trwa o wiele dłużej, niż zatankowanie paliwa.
Wprawdzie nowoczesne samochody elektryczne oferują spory zasięg - od niecałych 200 km do nawet 600 km - ale prędzej czy później prąd w akumulatorach trakcyjnych się skończy. Dla kogo w takim razie są samochody kategorii BEV? Obowiązują wszystkie warunki wymienione przy okazji hybryd PHEV.
Trzeba mieć możliwość codziennego ładowania akumulatorów. Najlepiej w przydomowym garażu, bo pracę można zmienić, a sieć publicznych ładowarek powinno się traktować uzupełniająco. Nie można w komfortowy sposób używać samochodu elektrycznego zdając się tylko na nią.
Jeśli dodatkowo ktoś nie lubi dalekich podróży samochodem i woli wtedy wybrać inny środek transportu, samochód elektryczny jest dla niego idealny. Na razie takie auta są dość drogie, ale ich ceny spadają. Wbrew oczekiwaniom i prognozom trudno spodziewać się też przełomu w technologii akumulatorów. Ale inżynierowie osiągają znaczne postępy.
Z roku na rok akumulatory będą stawać się tańsze i bardziej wydajne, a operacja ładowania zajmie coraz mniej czasu. Jeszcze długo, a być może zawsze, będzie stanowić pewną niedogodność i trzeba o tym pamiętać. Jednak jeśli mamy w garażu drugi samochód, godzimy się na sporadyczny wynajem auta z innym napędem lub nasze życie idealnie pasuje do opisanego schematu, spokojnie można wybrać auto na prąd.
Samochody "wodorowe" - FCEV
Fuel Cell Electric Vehicle oznacza samochód zasilany ogniwem paliwowym, ale niemal zawsze tym paliwem jest wodór. Technicznie takie auta są zbliżone do samochodów elektrycznych (BEV). Źródłem mocy jest silnik zasilany prądem, ale czerpie go z ogniwa paliwowego, a nie akumulatorów. Dzięki temu ma większy zasięg i możliwość błyskawicznego uzupełnienia paliwa.
Problem w tym, że taka technologia jest wciąż w eksperymentalnej fazie. Na polskim rynku nie można kupić żadnego samochodu FCEV, głównie dlatego, że nie ma gdzie go zatankować. W 2021 roku to może się zmienić.
W Warszawie powstanie pierwsza stacja tankowania wodorem, ale nawet wtedy trudno będzie taki pilotażowy projekt uznać za wystarczający powód do kupna, czy raczej wynajmu długoterminowego samochodu na wodór. Chyba, że ktoś jest eksperymentatorem.
MHEV, HEV, PHEV, BEV, FCEV - co wybrać?
Najkrótsza ściągawka dla fanów nowych technologii w napędach samochodowych powinna wyglądać mniej więcej tak: niezbędny i podstawowy krok to auto kategorii MHEV. Nie wymaga zmiany przyzwyczajeń, ale też nie oferuje wiele. To propozycja dla wszystkich, tak samo jak samochody HEV. Coraz bardziej popularne hybrydy bezobsługowe zwykle są droższe, ale nagradzają wyraźną różnicą w zużyciu paliwa.
Gdy mamy gwarantowany dostęp do ładowarki w każdej chwili, warto rozważyć zakup hybrydy PHEV typu plug-in. Jeśli dodatkowo nie podróżujemy zbyt daleko i często, najlepszy będzie samochód elektryczny BEV. Chcemy poczuć się jak inżynierowie NASA? Niestety na wzrost popularności samochodów FCEV trzeba jeszcze poczekać.
Najważniejsze jest jednak odróżnianie od siebie samochodów opisanych kategorii. Dotyczy to zwłaszcza modeli z napędem hybrydowym, które wrzuca się do jednego worka. To błąd, bo różnią się diametralnie, jeśli chodzi o jazdę i schemat użytkowania. Z tego powodu komplikują wybór kierowcom, ale pewno nie powinniśmy narzekać na brak jego możliwości.
Jeszcze nigdy w historii motoryzacji oferta nie była tak szeroka. Taka sytuacja potrwa całe dekady, bo w najbliższym czasie będą zmieniać się proporcje, ale żaden rodzaj napędu nie wyeliminuje z rynku pozostałych. Każdy jest na swój sposób ciekawy, żaden z nich idealny, ale wzajemnie się doskonale uzupełniają.
