DIESOTTO:Mercedes har laget en bensinmotor som kan selvantenne med høy kompresjon omtrent som en dieselmotor. Den bruker tennplugger på lavt turtall, men på høyere turtall økes kompresjonsforholdet ved å heve veivakselen. (Bilde: Daimler Chrysler)
HYDROGENTANK: Samferdselsminister Liv Signe Navarsete fylte den første tanken med hydrogen etter den offisielle åpningen av stasjonen på Forus. (Bilde: Asbjørn Goa)
HYDROGEN LØSNINGEN: Skiltet er på plass, og bilen er klar for norske veier. Samferdselsministeren smiler fornøyd, og håper hun snart får se mange slike hybridbiler i trafikken. (Bilde: Mona Strande)

På vei mot mindre CO2

Hvorfor så mye?

Mange har sikkert hørt folk forundre seg over hvor mye CO 2 en bil slipper ut. 200 g/km er jo et helt vanlig tall, det vil si 2 kilo per mil. Hvordan kan det ha seg når bilen bruker langt under en kilo bensin per mil?

Alle teknologer som graver litt i kjemikunnskapene vil finne svaret der. En motor lever ikke av bensin eller diesel alene. De store volumene kommer ikke gjennom drivstoffsystemet de kommer gjennom luftfilteret. Oksygen altså!

Så la oss ta litt kjemi:

Vi begynner med den miljøproblematiske siden: Hvert karbonatom i drivstoffet binder seg til to oksygenatomer fra lufta og danner CO 2. Denne kjemiske prosessen frigjør energi i form av varme som trengs til å drive motoren.

Siden karbons atomvekt er 12 og oksygens er 16 ser vi hvorfor det blir så mye.

Så er det den miljøvennlige delen av forbrenningsprosessen. I bensin og diesel er det både hydrogen- og karbonatomer. Avhengig av blandingen varierer det litt, men grovt sagt er det i underkant av to hydrogenatomer for hvert karbonatom. Hydrogenet forbrenner også med oksygen og blir til vann og frigjør energi i form av varme. Eksosen fra en bil består i hovedsak av nitrogen, CO 2 og vanndamp. Som kjent veier hydrogen svært lite med en atomvekt på 1, så selv med flere hydrogenatomer i drivstoffet blir vektbidraget lite.

Resultatet er at for hvert kilo drivstoff motoren bruker slipper den ut rundt tre kilo CO 2 og rundt en kilo vann.

Det er dessverre ingen magiske løsninger, men bruk av teknologi gir oss en del muligheter.

Drivstoff





Hydrogen

Det ideelle drivstoffet for kjøretøyer er uten tvil hydrogen. Med hydrogen ville eksosen bli til vanndamp. Dessuten er hydrogen det ideelle brennstoffet i en brenselcelle som gir en svært høy omvandling av energiinnholdet i gassen til strøm. Og strøm kan brukes med svært høy virkningsgrad i elmotorer.

Hydrogen har den høyeste ”tank to weel” virkningsgrad av alle drivstoffer om man ser bort fra strøm lagret i batterier. Hvis man måler helt fra kilden, som i praksis er naturgass, er ”well to weel”-forholdet omtrent som for dagens hybridbiler. Fordelen er at hydrogen kan lages i store anlegg hvor det er enklere å reinjisere CO 2-gassen.





Metan

Et annet alternativ, som også benyttes i en viss utstrekning, er metan. Metan eller CNG - Compressed Natural Gas komprimeres til 300 bars trykk i tanker. Metan, CH 4, er den aller største komponenten i naturgass og gir omkring 25 prosent mindre CO 2 per energienhet enn bensin. Metangass forbrennes i Ottomotorer som har lavere virkningsgrad enn dieselmotorer. Sammenliknet med slike er CO 2-utslippet omtrent likt, selv om andre lokale forurensingskomponenter er lavere.

Likevel er det håp for metan. Marintek i Trondheim har utviklet marine motorer til å utnytte metan med høy virkningsgrad. Det arbeides for å få effektive gassmotorer også til landbaserte kjøretøyer. Problemet er selve tenningen, og en løsning kan være å sprøyte inn en liten mengde diesel først og tenne den i det metangassen pumpes inn.





Propan

Propan, eller LNG (Liquified Natual Gas) er mye brukt i biler. Propan blir til væske ved 7 bars trykk og er enkelt å håndtere. Propan gir 10 prosent mindre CO 2 per energienhet enn bensin.





------------------------

Virkningsgrad

Jo mer av det teoretiske energiinnholdet som utnyttes til drift av hjulene, jo mindre CO 2 slipper kjøretøyet ut. Det er et beklagelig faktum at virkningsgraden i biler er lav. Ideelt sett har bensin- og i enda større grad dieselmotoren en virkingsgrad på 30-40 prosent, men den avhenger av turtallet.

Fordi turtall og belastning varierer hele tiden, ligger en bensinbil på rundt 16 prosent virkningsgrad mens en dieselbil kommer opp i over 20 prosent. Til sammenlikning kan en skipsdiesel komme opp i 50 prosent virkningsgrad i det optimale turtall- og belastningsområdet, mens en stor dieselmotorer kan nå 45 prosent.

En måte å løse turtallsproblemet på er å bruke hybriddrift. I slike biler kan motoren gå på et mye gunstigere turtall og la elmotoren hjelpe til med kraft over og under intervallet der forbrenningsmotoren har best virkingsgrad. Hybridbiler får også et unikt tilskudd fordi de kan bruke elmotoren som generator når de bremser, og gjenvinne energi som ellers går tapt. En bensinhybridbil kan ha en virkingsgrad på opptil 30 prosent.

På langkjøring er ikke en hybridbil nødvendigvis så mye bedre enn en bil med tradisjonell forbrenningsmotor. Vekt, motorstørrelse og kjøreforhold er avgjørende for hvor stor gevinsten blir. Tunge vogntog med høy jevn hastighet på flat vei har liten nytte av hybridteknologi.





Forbrenning

Hemmeligheten ved bruk av flytende drivstoffer er forbrenningen. Drivstoffet sprøytes inn i manifolden i en bensinmotor og rett inn i forbrenningskammeret i en dieselmotor. Sistnevnte har gjennomgått en revolusjon de siste ti årene og dyseteknikken har mye av æren. Likevel er det langt igjen til vi får en homogen forbrenning uten utslipp av partikler og med lite NO X slik som i en bensinmotor, men med dieselens høye virkningsgrad.

Målet er en blanding av de to motortypene men det er vanskelig i praksis. Veien fremover er kanskje via en hybrid løsning hvor motorens turtalls- og belastningsområde kan begrenses. Det kan gi oss et drivsystem med svært høy virkningsgrad og lite forurensning.





Kilde: Rolf Hagman, TØI.