Przemysł samochodowy spieszy w stronę ERY ETANOLU

-- piątek, 28 listopad 2008

Czerocylindrowy HHR Chevroleta zostanie przystosowany do E85 w 2009 r.

Generalnie chodzi o alkohol ze sfermentowanego zboża. O bimber. Samogon. Jednak ten samogon niedługo zmieni sposób, w jaki napędzamy nasze samochody. Alkohol, lepiej znany jako etanol, wyłonił się jako kluczowy punkt narodowej debaty na temat energii. Postrzegany jest jako rozwiązanie wielu problemów: od wysokich cen benzyny, poprzez globalne ocieplenie, po nienasycony apetyt na zagraniczną ropę. Dlatego właśnie farmerzy, politycy i dyrektorzy fabryk pojazdów domagają się jego przyspieszonej produkcji.

Istotna przyczyna przejścia na etanol ma swoje źródło w Energy Independence and Security Act (ustawie o Niezależności Energetycznej i Bezpieczeństwie Energetycznym) z 2007 roku, która została podpisana przez Kongres USA w grudniu 2007 roku. Wśród wielu postanowień ustawa ta wzywa m.in. do zwiększenia produkcji biopaliw z 17,8 miliardów litrów produkowanych w 2007 r. do 136 miliardów litrów do 2022 r. Z kukurydzy będzie produkowanych 57 miliardów litrów, a pozostała ilość pochodzić będzie z innych źródeł, takich jak trzcina cukrowa, a być może nawet śmieci, czy zużyte opony.

Według niektórych naukowców proces przemiany kukurydzy na etanol to strata czasu, ponieważ wymaga on niemal tyle samo energii do wyprodukowania, ile można z niego uzyskać. Pozostali twierdzą, że proces ten stanowi jedynie etap na drodze do uzyskania bardziej energetycznie wydajnego paliwa znanego pod nazwą etanolu celulozowego.

Wszystko to oznacza … chaos nawet, jeśli jest on niewielki. Podczas gdy obrońcy środowiska i ekonomiści spierają się o względne zalety etanolu, inżynierowie prą na-przód, obmyślając nowe konstrukcje silników, a farmerzy przekształcają swoje ziemie uprawne, przynajmniej do czasu, zanim nie pojawi się lepsze rozwiązanie.

Wiemy, że ceny benzyny i artykułów spożywczych pozostaną wysokie – twierdzi John Caupert, kierownik National Corn-To-Ethanol Research Center (Centrum krajowego ds. badań nad uzyskiwaniem etanolu z kukurydzy). Dlatego należy postawić pytanie: czy klienci chcą oddawać swoje ciężko zarobione dolary księciu z Arabii Saudyjskiej, czy amerykańskiemu farmerowi? Etanol daje możliwość wyboru.

Przeróbka silników

Fakt, że etanol zaczął być postrzegany jako rozwiązanie problemów energetycznych, nie powinien dziwić. Podczas embargo na ropę w 1970 r. zwrócono już na niego na krótko uwagę, jako na alternatywną formę energii. Do napędzania pojazdów Forda wyposażonych w silnik diesla już sto lat temu wykorzystywane były różne formy etanolu. Dzięki temu sposoby produkcji etanolu są obecnie dobrze znane i akceptowane.

W większości przypadków skrobia zamieniana jest na cukier, a następnie na alkohol w taki sam sposób, jak to było robione od początku świata – dodaje Caupert. Zmieniło się jedynie to, że proces ten jest teraz prostszy, bardziej wydajny i ekonomiczny.

Dla producentów samochodów wadą etanolu jest to, że wymaga on zmian konstrukcyjnych silników. Ponieważ powoduje korozję, niektóre komponenty będą wymagały zmiany, a inne trzeba będzie dodać. Na przykład pompy paliwa i czujniki poziomu paliwa będą musiały być bardziej wytrzymałe, by sprostać surowym wymogom narzucanym przez alkohol. Oprócz tego, niektóre zbiorniki paliwa i przewody paliwowe mogą wymagać wymiany, zależnie od ich obecnej konstrukcji.

Plastikowe zbiorniki paliwa sprostają E85 – stwierdza Coleman Jones, kierownik wdrażania biopaliw w GM. Ale metalowy zbiornik paliwa zazwyczaj nie znosi alkoholu tak dobrze.

Jones przekonuje, że w niektórych pojazdach również będą wymagały wymiany systemy przewodów paliwowych wraz z głowicami cylindrowymi. Wszystkie silniki będą potrzebowały wymiany wtryskiwaczy paliwa.

Ponadto, GM i inni producenci samochodów zazwyczaj przepisują oprogramowanie sterujące silnikiem. Nowe oprogramowanie odpowiedzialne jest za wykrywanie tego, czy samochód spala benzynę, czy etanol, co czasem nie jest proste. Moduł ECU, wykorzystując istniejące czujniki tlenu w połączeniu ze specjalnym algorytmem oprogramowania, może „zobaczyć”, że współczynnik powietrze-paliwo uległ zmianie i na tej podstawie rozpoznać obecność etanolu, nie myląc jej z innymi przypadkami takimi, jak przedostawanie się powietrza do układu, czy słaba pompa paliwa.

Pojazd nie wie, że ‘powinien się spodziewać etanolu – dodaje Jones. Wie jedynie, że zmienił się współczynnik powietrze-paliwo.

Paliwo zmienia również parametry robocze wyprzedzenia, ponieważ etanol wymaga innej charakterystyki zimnego startu oraz synchronizacji regulacji zapłonu i recyrkulacji spalin.

Producentów pojazdów wszystkie te zmiany kosztować będą razem ponad 100 dolarów w przypadku każdego samochodu – być może nawet 150 dolarów / pojazd.

W samochodach o małej pojemności koszty te będą nieco wyższe – nadmienia Jones. W przypadku pojazdów o dużej pojemności koszty mogą zostać nieco inaczej rozłożone.

Wydajność energetyczna?

Podstawowym pytaniem jednak pozostaje to, czy etanol jest wydajnym zamiennikiem benzyny. Niektórzy specjaliści uważają, że każdy litr etanolu wyprodukowanego z kukurydzy wymaga spalenia niemal całego litra paliwa kopalnego. Duża część tego paliwa zużywana jest podczas procesu destylacji, ale ciężkie maszyny rolnicze z silnikami diesla również odpowiedzialne są za pewną utratę energii.

Większość ekspertów uważa, że do wytworzenia z kukurydzy 1,3 litra etanolu potrzebny jest 1 litr paliwa kopalnego, ale niewielu z nich utrzymuje, że w toku tego procesu produkcji zużywana jest większa ilość energii, niż jest wytwarzana. W większości szacunków nie uwzględnia się energii pochodzącej z pracy na farmie, energii potrzebnej do stworzenia i wyprodukowania ciągnika oraz energii wykorzystywanej podczas nawadniania – twierdzi David Pimentel, profesor entomologii na Cornell University i wcześniejszy doradca ekologiczny Białego Domu. Pomijając niemal połowę wkładanej energii, można udowodnić, że fabryka przetwarzająca kukurydzę jest w stanie zgromadzić więcej energii, niż jej potrzeba do wytworzenia etanolu. Ale naprawdę to tak nie jest. Pimentel szacuje, że proces produkcji etanolu z kukurydzy faktycznie wymaga zainwestowania równoważności ok. 1,43 litra ropy, by wyprodukować 1 litr etanolu.

Zwolennicy etanolu twierdzą, że podobne badania są niezwykle nieprecyzyjne. Kiedy oddzieli się ziarno od plew, można zauważyć, że szacunki te oparte są na danych sprzed 20 lat – stwierdza Caupert z National Corn-To-Ethanol Research Center.

Podgrzewanie celulozy

Bilans energii jest jednak na tyle mało zadowalający, że zmusił wielu ekspertów do przyjrzenia się alternatywnym surowcom, takim jak np. celuloza.

Materiały celulozowe posiadają bilans energii na poziomie siedem albo osiem do jednego, co jest bardzo atrakcyjne – twierdzi David Cole, dyrektor Center for Automotive Research. Ponadto koszt to ok. 26 centów za litr, co również jest niezwykle zachęcające.

Firmy takie jak Coskata usiłują zarobić na korzyściach, jakie oferuje etanol celulozowy, opracowując procesy produkcji o dużym prawdopodobieństwie powodzenia. Coskata utrzymuje, że potrafi wytwarzać etanol, wykorzystując takie surowce, jak wióry drewniane, odpady komunalne, śmieci, czy zużyte opony. Metoda opracowana przez firmę wydaje się prosta: materiały na bazie węgla rozkładane są na komponenty organiczne w etapie zwanym gazyfikacją. Po „gazyfikacji”, wewnątrz bioreaktora wypełnionego opatentowanymi mikroorganizmami (tak, mikroorganizmy można opatentować), surowce są rozkładane na etanol i wodę. Po zakończeniu destylacji uzyskiwany jest czysty etanol.

Proces ten jednak jest o wiele bardziej skomplikowany niż mogłoby się na pierwszy rzut oka wydawać. Metoda firmy Coskata opiera się na obecności mikroorganizmów albo „żyjątek”. Odkryte przez profesora University of Oklahoma żyjątka to występujące w przyrodzie organizmy podobne do bakterii, które podobno mogą przetworzyć dowolną ilość gazu syntezowanego albo „jedzenia żyjątek”, zamieniając go na etanol. Inżynierowie Coskata informują, że odkrycie żyjątek zajęło dziesięciolecia.

Niektórzy mogą poświęcić całe życie na znalezienie takich organizmów – stwierdza Wes Bolsen, szef działu marketingowego firmy Coskata.

Dyrektorzy GM, którzy obejrzeli tę technologię pod koniec zeszłego roku, byli tak zachęceni, że utworzyli spółkę z firmą Coskata, by przyspieszyć budowę wytwórni. Coskata oczekuje, że do 2011 roku zakład produkować będzie 378 milionów litrów rocznie. Pomimo że działania firmy do chwili obecnej obejmowały ograniczoną produkcję, kierownicy Coskata mają pewność, że wart 400 milionów dolarów zakład z łatwością zwiększy skalę produkcji.

Przecież nie potrzebujemy ogromnych wynalazków, czy niezwykłych odkryć, by produkcja na dużą skalę stała się możliwa – stwierdza Bolsen. Wykorzystamy technologię, która jest już dostępna na rynku przemysłowym.

Półciężarówka Forda F-150 wykorzystuje silnik Triton V-8 przystosowany do E85.

Dyskusja wrze

Żeby nie było pomyłek: niektórzy eksperci mają równie mało zaufania do etanolu celulozowego, co do produkowanego z kukurydzy. Twierdzą, że technologia celulozowa (pomimo zaangażowania w nią dużych sum inwestycyjnych) jest niesprawdzona, w dużej mierze z tej przyczyny, że na świecie nie ma ani jednego zakładu przemysłowego przetwarzającego celulozę na etanol. Mimo wszystkich badań nie ma dowodu na to, że celuloza okaże się dochodowa z punktu widzenia energii, czy ekonomii – dodaje Pimentel z Cornell. Pokłada się w niej dużą nadzieję, ja sam pokładam w niej nadzieję, ale jeszcze nie widzieliśmy rezultatów.

Zwolennicy etanolu zaznaczają, że produkt wytwarzany z kukurydzy jest ważny właśnie z tego powodu. Dość jasno widać, że surowce, takie jak kukurydza, wytyczają drogę – dodaje Caupert. Torują one drogę innym surowcom, takim jak celuloza, które przyjdą po niej.

Zwolennicy wskazują również na Brazylię, jako przykład sukcesu etanolu. W kraju tym dotowane przez państwo przejście na etanol pozwoliło uniezależnić się od zagranicznej ropy prawie 30 lat temu. Wielu producentów samochodów w USA., którzy byli świadkami tej transformacji, wierzy w etanol.

Pomysł opracowania paliwa alternatywnego wydawał się bardzo sensowny częściowo dlatego, że znaczna część kadry kierowniczej pracowała w Brazylii – twierdzi Adler z firmy GM.

To może być powód, dla którego GM, Ford i inne firmy włożyły już tyle wysiłku w przejście na etanol. Aby wprowadzić go do samochodów oraz ciężarówek, GM w 2009 roku poszerzy ofertę E85, prezentując czterocylindrowy HHR Chevy i Buick Lucerne.

Ford Motor Co. wypuściła już na rynek 14 modeli wyposażonych w technologię „flex-fuel”. Produkowany przez nią silnik 5.4-. Triton V-8 przystosowany jest do E85. Ponadto, samochód koncepcyjny hybrydowy Volvo ReCharge również ma być wyposażony w silnik z technologią flex-fuel.

Podsumowując, los etanolu zależeć będzie od różnych zmiennych: od stabilizacji na Bliskim Wschodzie, poprzez cenę importowanej ropy, po zaangażowanie społeczeństwa w redukcję gazów cieplarnianych.

Jako naród uwikłani jesteśmy w dyskusję na temat energii – nadmienia Caupert. Konsumenci będą musieli wybrać. Sprawa rozbija się o to, do kogo będą woleli, żeby trafiały ich pieniądze.

dn


Strojenie silników E85

Aby spalać etanol, kolejna generacja silników wymagać będzie niewielkich zmian

Prawdopodobnie zmianie poddane zostaną:

  • Oprogramowanie ECU
  • Wtryskiwacze paliwa
  • Pompy paliwa
  • Czujniki poziomu paliwa

Mogą wymagać zmiany:

  • Zbiorniki paliwa
  • Przewody paliwowe
  • Głowice cylindrowe

Mogą wymagać dodania:

  • Czujniki paliwa
  • Urządzenia odcinające płomień
  • Urządzenia antylewarowe