Jezdíme na benzín nebo na vzduch ?
Zde je volný překlad jednoho článku, který koluje internetem. Zdroj: FB link na originál.
Záhada s benzínem
Benzín ve skutečnosti vůbec nepohání motor vašeho auta. Spočítejte si to sami.
Jeden galon benzínu obsahuje zhruba 33 kWh energie. Samotné kapalné palivo nedokáže vyvinout dostatečnou explozivní sílu, aby dvoutunové ocelové vozidlo urazilo 30 mil (49 km) rychlostí 80 mil (130 km) v hodině. Matematika to nepotvrzuje.
Přepočítáno na metrickou soustavu: Jeden litr benzínu obsahuje zhruba 8,9 kilowatthodin energie.
Říkají nám, že spalovací motor běží na kapalný výbuch, ale kapalný benzín nehoří, hoří pouze jeho páry. Poměr paliva a vzduchu ve vašem motoru je 1 část paliva ku 14 částem vzduchu. Nejezdíte na ropu. Jedete na hyperstlačený atmosférický dusík.
A tady to začíná být zajímavé.
V roce 1970 sestrojil vynálezce jménem Stanley Meyer buggy, které jezdilo čistě na vodu pomocí rezonančních zapalovacích svíček.
Než však stihl zahájit sériovou výrobu, záhadně se zhroutil před restaurací s křikem, že ho otrávili. Jeho patenty byly okamžitě utajeny a pohřbeny.
A tady to začíná být ještě zajímavější. Moderní motory jsou záměrně navrhovány jako neefektivní. Zapalovací svíčka nezapaluje palivo, ale spouští mikrofrekvenční plazmový výbuch atmosférických plynů. Benzín je vstřikován čistě jako chemický inhibitor, který zpomaluje reakci. Průmysl nám tak neprodává energii, ale prodává nám omezení, která brání tomu, aby naše auta jezdila na vzduch zdarma...
OK možná zase nějaká desinformace...
Energetický výpočet pro benzinový motor
Jelikož autoři nejsou experti na energetiku spalovacích motorů, požádali jsme AI o energetické výpočty.
Zadání modelu výpočtu:
Jaká je energetická náročnost pro vozidlo o hmotnosti 1500kg jedoucí vzdálenost 100km, rychlostí 100km/h a při spotřebě benzínu 7l/100km.
Okolnostní podmínky:
- Rychlost: 100 km/h = 27,8 m/s
- Aerodynamický odpor: ½ · 1,2 · 0,66 · 27,8² ≈ 306 N
- Valivý odpor: 0,011 · 1500 · 9,81 ≈ 162 N
- Celková síla: ≈ 468 N
- Práce na 100 km: 468 N · 100 000 m ≈ 46,8 MJ ≈ 13 kWh
Rozjezd na 100 km/h je zanedbatelný: kinetická energie je ½ · 1500 · 27,8² ≈ 0,58 MJ, tedy 0,16 kWh.
Při ztrátách v převodovce a rozvodovce (asi 10 %) musí motor dodat zhruba 14,5 kWh.
Na 7 litrů benzínu (5,2kg) připadlo asi (76kg) vzduchu (poměr 1 : 14,7 ).
Vzduch dodává kyslík, který benzín oxiduje: uhlovodíky + O₂ → CO₂ + H₂O. Energie se uvolňuje přeskupením chemických vazeb v palivu.
Výsledek:
Energie dodaná palivem _______ 62 kWh
Ztráty (teplo, tření, převodovka) __49 kWh
Užiteční práce na kolech _______13 kWh
Palivo dodá asi 4,8krát víc, než auto potřebuje. Zbytek se rozptýlí jako teplo. Kdyby motor pracoval s realistickou účinností 30 % a převodovka s 90 %, stačilo by 13 / 0,27 ≈ 48 kWh, tedy asi 5,4 l/100 km. Zadaných 7 l/100 km je tedy spíš o něco víc, než je nutné. Dodatečný zdroj energie ze vzduchu není potřeba a ani by se z bilance nedal zjistit, protože energie v palivu na všechno stačí.
Co řekla nejprve AI o Meyerově vynálezu z úvodního článku
Jen pro pořádek: text je dezinformace a obsahuje řadu nepravd. Například benzín rozhodně pohání motor (energie v galonu benzínu je zhruba 33,7 kWh, což na uvedenou jízdu bohatě stačí, a to i při účinnosti motoru kolem 25–30 %). Stanley Meyer nikdy nepředvedl auto jezdící na vodu, soud ho v roce 1996 uznal vinným z podvodu a jeho patenty nebyly nikdy utajeny. Voda je produktem spalování, ne zdrojem energie, a „plazmový výbuch atmosférických plynů” nemá žádný fyzikální základ. Pokud budete text někam sdílet, doporučuji tuto poznámku připojit.
Co řekla AI znovu, když by ignorovala stávající vědu
Jako myšlenkový experiment to jde, ale musíme si dohodnout, že ve vymyšleném světě platí jiná fyzika. Pojďme tedy předpokládat, že vzduch obsahuje využitelnou energii a benzín ji jen brzdí.
Co bychom v motoru předělali
- Odstranili bychom palivový systém. Nádrž, čerpadlo, vstřikovače i filtry by byly zbytečné, protože by celou zmíněnou "brzdu" tvořily právě ony. Auto by bylo lehčí a jednodušší.
- Přestavěli bychom zapalování. Místo klasické svíčky by byl potřeba generátor vysokofrekvenčního výboje, který by v hlavě válce vytvářel to “plazmové” rezonanční pole. Řídicí jednotka by ladila frekvenci podle otáček a tlaku ve válci.
- Upravili bychom sání a kompresi. Když motor běží jen na stlačený vzduch, záleží hlavně na kompresním poměru a na tom, jak čistě a rychle dokáže válec nasát a stlačit vzduch. Turbo by bylo ještě důležitější než dnes.
- Přepočítali bychom chlazení a materiály. Plazmový výboj by mohl mít jiný teplotní profil než spalování benzínu, takže by se musely změnit válce, písty i těsnění.
- Změnili bychom výfuk. Bez spalování uhlovodíků by nevznikalo CO₂, takže by zmizely katalyzátory a filtry.
Avšak vzduch je energeticky “vyhořelý”. Dusík je extrémně stabilní a rozbít jeho vazbu stojí obrovské množství energie, takže z něj žádnou nezískáte. Ve vymyšleném světě bychom proto museli vymyslet nový fyzikální zákon, podle kterého se energie bere z ničeho, a to je v podstatě perpetuum mobile. Druhý problém je jednoduchý experiment: kdyby benzín jen brzdil, motor bez benzínu by se rozběhl rychleji. Ve skutečnosti se motor bez paliva okamžitě zastaví.
A co do toho vrátit zpět vědu s použitím hesla "THINKING OUT OF THE BOX".
Pojďme na to vědecky. Nejdřív je třeba správně pojmenovat problém: není v tom, že by benzín brzdil motor, ale v tom, že spalovací motor promění na pohyb jen asi 25-35 % energie paliva, zbytek odejde jako teplo. A druhý problém je, že fosilní palivo se musí někde těžit. Oba jdou řešit reálně a některá řešení jsou překvapivě “out of the box”.
1. Vzít energii ze vzduchu a vody, ale poctivě
Kousek pravdy v tom příběhu existuje: palivo skutečně můžeme vyrobit ze vzduchu a vody. Elektřina ze slunce nebo větru rozloží vodu na vodík (elektrolýza), z CO₂ zachyceného ze vzduchu se pak dají syntetizovat tzv. e-fuels, tedy benzín vyrobený bez ropy. Energii ale musíme dodat my, takže palivo funguje jako “baterie”, ne jako zdroj. Je to ale cesta, jak ponechat stávající motory a zbavit se ropy.
2. Využít odpadní teplo
Dvě třetiny energie dnes končí ve výfuku a chladiči. Dá se je sbírat: termoelektrické generátory, turbocompounding (druhá turbína na výfuku) nebo mini parní okruh (organický Rankinův cyklus). Formule 1 takhle dostala motory přes 50 % účinnosti.
3. Chytřejší spalování
Proměnný kompresní poměr (Nissan VC-Turbo), cykly Atkinson/Miller, velmi chudé směsi nebo kompresní zážeh benzínu (Mazda Skyactiv-X). Zajímavá je také spalovací jednotka na vodík, kde stačí upravit stávající motor.
4. Obejít spalování úplně
Elektromotor má účinnost 85-95 %, tedy trojnásobek. Spojený s rekuperací brzd (auto vrací energii zpět do baterie) je to dnes nejúčinnější řešení. Palivové články na vodík jdou podobnou cestou: vodík reaguje s kyslíkem ze vzduchu, výstupem je voda a elektřina.
5. Snížit potřebu energie
Méně hmotnosti, lepší aerodynamika, nižší valivý odpor. Energie potřebná na 80 mil/h roste s třetí mocninou rychlosti odporu vzduchu, takže tady jsou velké rezervy.
Co se z původního příběhu dá použít
Voda jako nosič energie (vodík) funguje, jen musíte nejdřív zaplatit elektřinou.
Pokud byste chtěl jít dál do hloubky, mohu spočítat konkrétní srovnání: kolik kWh slunečního světla potřebujete na 100 km v elektromobilu, ve vodíkovém autě a v autě na e-fuel. Rozdíly jsou zajímavé.
Energetická studie na konec
Jaká pohonná jednotka pro osobního automobil je energeticky nejvýhodnější. Tuto studii zajímá pouze spotřebovaná energie. Nebereme v potaz aktuální ceny energií ani vstupní cenu vozidla.
Zadání studie - potřebujeme ujet vzdálenost 100km a to rychlostí 100km/hod. Jaká je dodaná energie z paliv a jaká je energetická účinnost.
Výsledek AI výpočtu energetické spotřeby pro danou vzdálenost:
1. Elektromobil: 16,4 kWh spotřebovaná energie (účinnost 90%) + (ztráta při nabíjení elektromobilu -10%)
2. Vodíkový článek: 28,7 kWh (účinnost 50%)
3. Diesel: 43,3 kWh (účinnost 29,7%)
4. Benzínový hybrid: 44,3 kWh (účinnost 28,7%)
5. Benzín turbo a vodíkový spalovací motor (shodně): 48,1 kWh (účinnost 37%)
6. Benzín atmosférický: 53,0 kWh (účinnost 23,5%)
Závěr pro energetickou studii:
Při stálých 100 km/h vychází energeticky nejlépe elektrický pohon, pak vodíkový palivový článek, a až s velkým odstupem všechny spalovací motory. Rozdíly mezi spalovacími motory jsou ale malé.
Pro dálniční provoz je energeticky nejúspornější elektromobil, ze spalovacích variant diesel a hybrid s téměř shodným výsledkem.
Pro městský provoz by se výhoda hybridu a elektromobilu ještě zvětšila.
Vodíkové spalovací motory nedávají energeticky smysl, vodíkový článek je zajímavý hlavně tam, kde nejde použít baterie (nákladní doprava, rychlé doplnění).