Napędy alternatywne. Kontrowersyjne wybory

W świecie czterech kółek widać wyraźnie, że prace nad alternatywami dla tradycyjnych silników wyszły już z etapu konceptu i wkroczyły w fazę realizacji. Przykładem niech będą napędy hybrydowe, czyli silniki spalinowe współpracujące z silnikami elektrycznymi. Początkowo koncepcja ta nie została przyjęta entuzjastycznie, ale z biegiem lat i dopracowaniem rozgościła się w samochodach na dobre.

Po pierwsze, ułatwiła producentom spełnienie coraz bardziej wyśrubowanych norm emisji spalin, a po drugie, ma także wiele zalet odczuwalnych przez konsumenta. Znacznie mniejsze zużycie podzespołów, spowodowane mniejszym wysileniem jednostki czy odzyskiwaniem energii z hamowania, chronią właściciela przed wysokimi kosztami serwisowania. Wizyty na stacji także są mniej bolesne, a to ze względu na niższe spalanie względem wyłącznie spalinowych modeli. Zalet użytkowych jest więc wiele.

Te argumenty trafiły także do takich producentów jak Piaggio czy Honda, którzy podjęli kiedyś próbę zaimplementowania napędu hybrydowego do skuterów. Piaggio w 2008 roku zaprezentowało model MP3 HyS, z łączonym napędem spalinowym i elektrycznym, który wg danych producenta spalał zaledwie ok. 1,8 l/100 km. W przypadku skutera, który w konwencjonalnej odmianie zadowalał się niewiele ponad trzema litrami na setkę, oszczędność nie była więc drastycznie odczuwalna, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że hybryda ważyła 20 kg więcej niż zwykłe MP3.

Każdy z tych napędów ma swoje mocne strony, ale nie da się określić, który z nich jest najbardziej ekologiczny

Nie ma się więc co dziwić, że kariera HyS nie zdążyła się nawet rozkręcić. Nie zdołało to jednak zrazić Hondy, która w 2019 roku zapowiedziała wprowadzenie na rynek hybrydowego skutera PCX. Początkowo nie było temu projektowi po drodze z logiką, bo pierwsze prototypy, przez dodatkową wagę silnika elektrycznego, miały większy apetyt na benzynę niż wyłącznie spalinowe modele.

Dziś problem ten został opanowany i hybrydowa odmiana bestsellera Hondy – PCX e:HEV – jest już dostępna w salonach, choć na razie tylko w Japonii. Biorąc pod uwagę, że pali ok. 100 ml mniej niż zwykły PCX 125 i kosztuje w przeliczeniu 3000 zł więcej, wydaje się to grą niewartą świeczki. A jednak na ostatnich targach EICMA również Kawasaki zapowiedziało, że dołączy do wąskiego grona producentów hybryd i w 2024 roku na rynku pojawi się odpowiednik modelu Z125 z takim napędem.

Nie taki prąd straszny

Obecnie jednak trudno upatrywać potencjału w jednośladach hybrydowych. Na zdecydowanie więcej uwagi zasługuje koncepcja postawienia wyłącznie na silnik elektryczny zamiast na napęd mieszany. Po pierwsze, zyskują na tym osiągi, bowiem silnik elektryczny jest nieporównywalnie sprawniejszy niż spalinowy – ok. 80% kontra 40% w najwydajniejszych jednostkach. Przy tym maksymalny moment obrotowy i moc są dostępne dosłownie w każdej chwili, bez potrzeby czekania, aż wał osiągnie odpowiednie obroty.

Inna rzecz, że „zatankowanie” silnika prądem jest zazwyczaj tańsze niż benzyną. Nie można też zapomnieć o kosztach serwisowych, które w przypadku „elektryków” są dużo niższe, ze względu na mniejszą ilość płynów i elementów ruchomych w jednostce napędowej, które ulegają zużyciu. Do tego zasilanie prądem nie generuje takiego hałasu i miejscowych zanieczyszczeń jak serie detonacji w komorze spalania. W przypadku motocykli użytkowanych w mieście, dla wielu osób, a także instytucji, jest to mocny argument. Jednak w trakcie eksploatacji na dystansach dłuższych niż miejskie dojazdy argumenty elektrycznej jednostki tracą na sile. Co prawda osiągi wciąż są fenomenalne, ale pojawia się wciąż nierozwiązany problem niewspółmiernie długiego czasu ładowania względem realnego zasięgu.

Wielka zaletą wodoru jest możliwość użycia go w przerobionym silniku spalinowym

Do tego dochodzi problem natury termicznej. Przy dużym obciążeniu, np. podczas jazdy z prędkością autostradową, aktualnie stosowane baterie osiągają bardzo wysokie temperatury, co znacząco skraca ich żywotność i zasięg pojazdu. Co prawda producenci przewidują takie sytuacje i wyposażają motocykle w systemy zabezpieczające przed przegrzaniem baterii, ale wiąże się to z ograniczeniem osiągów, a nie zwiększoną wydajnością chłodzenia. W ten sposób motocykl, który szczyci się wartościami na poziomie 200 KM i ponad 200 Nm, może po kilku minutach dostać zadyszki już przy prędkości 140-150 km/h.

Tak więc póki co napęd elektryczny ma przed sobą długą drogę, zanim na dobre zagości w dużych motocyklach. Ma za to mocne karty, by wygrać z benzynowymi silnikami w segmencie skuterów i małolitrażowych motocykli miejskich. Pod warunkiem tylko, że ceny takich pojazdów nie będą tak wygórowane jak obecnie. Natomiast wśród jednośladów dla dzieci śmiało można już mówić o elektrycznej dominacji. Juniorskie crossówki, trialówki i minibike w znakomitej większości zasilane są prądem, głównie ze względu na łatwiejszą eksploatację i przyjaźniejszą charakterystykę silnika, ale też, co zabrzmi paradoksalnie w świetle wcześniejszych zdań – niższą cenę. W przypadku modeli dziecięcych, benzynowe jednostki wiążą się nierzadko z większymi kosztami.

Ogniwa paliwowe to w uproszczeniu jeżdżące elektrownie. A te do małych nie należą

Paliwo łaskawe dla środowiska

Wodór, bo o nim mowa, to najczęściej występujący pierwiastek na naszej planecie i jednocześnie obiekt zainteresowania wielu inżynierów, którzy już od pierwszej połowy XIX wieku szukali efektywnego źródła zasilania. A dokładniej, obiektem tych badań były ogniwa paliwowe, które w procesie utleniania wodoru są w stanie wytworzyć prąd. Praktyczne zastosowanie ogniw miało miejsce dopiero w latach 60. XX w., w statku kosmicznym Gemini 5. W tym samym okresie rozpoczęły się prace nad zaprzęgnięciem wodoru do transportu osobistego w samochodzie GM Electrovan. Nie było raczej mowy, żeby ten van miał szansę na wejście do produkcji – był ciężki, powolny, a jego wnętrze było wypchane zbiornikami i aparaturą niczym camper Heisenberga i Pinkmana.

Ogniwa paliwowe wykorzystujące wodór wróciły do łask dopiero za sprawą Toyoty, która pracuje nad tą technologią od 1992 roku, a w 2017 zaprezentowała produkcyjny model Mirai z takim napędem. Konstrukcja napędu i osprzętu była już znacznie uproszczona, pozbawiona ciężkich zbiorników z tlenem i chaotycznej masy przewodów. W dużym skrócie, Toyotę Mirai można nazwać samochodem elektrycznym zasilanym własną elektrownią. Z tym że zamiast z baterii, prąd do silnika dostarczany jest bezpośrednio z ogniw paliwowych. Niepodważalną zaletą takiego rozwiązania jest bardzo użyteczna charakterystyka silnika elektrycznego połączona z czasem tankowania zbliżonym do silników spalinowych. Oznacza to brak głównych wad innych napędów – długiego ładowania prądem i zanieczyszczenia powietrza spalinami. Z rury wydechowej takiego pojazdu wydobywa się jedynie para wodna.

Hybrydowy skuter Hondy jest droższy i mniej pojemny. Jego bagażnik zajmują baterie

Śladami Toyoty poszło Suzuki, ale w wydaniu jednośladowym. W 2016 roku Japończycy zaprezentowali Burgmana, który zasilany jest właśnie ogniwami paliwowymi. Rok później partia tych skuterów trafiła do brytyjskiej policji w ramach testu. Niestety, w regularnej sprzedaży na próżno go szukać. Nieco inaczej wodór postanowiło wykorzystać Kawasaki, co firma ogłosiła na tegorocznych targach EICMA. Zamiast ogniw paliwowych, wykorzystano ten pierwiastek jako paliwo konwencjonalne w silniku spalinowym, a dokładniej w doładowanej, czterocylindrowej rzędówce z modelu H2SX. Tutaj widać kolejną zaletę wodoru, który po względnie nieskomplikowanych modyfikacjach silnika może być wykorzystywany tak samo jak benzyna.

Z rozwojowego punktu widzenia ma to sporo zalet, bo zdecydowanie łatwiej jest dostosować istniejące już silniki do zasilania wodorem, niż konstruować nowe układy oparte na ogniwach paliwowych. W przemyśle samochodowym takie jednostki napędowe były już rozwijane m.in. przez BMW, Mazdę czy Forda. Nie są one jednak doskonałe, bo po pierwsze, wodór w połączeniu z tlenem ma bardzo szeroki zakres palności, a więc dużo łatwiej o przedwczesny zapłon niż w przypadku benzyny. Po drugie, w takim procesie spalania emitowane są tlenki azotu – co prawda w niewielkich ilościach, ale w przypadku ogniw nawet takie nie występują. Warto też wspomnieć o dużo niższej sprawności takiej jednostki, na poziomie zbliżonym do 30-35%.

Pozostaje czekać na rozwój

Wodór jako paliwo ma także sporo innych wad. Infrastruktura punktów tankowania jest słabiutko rozwinięta, a przechowywanie uciążliwe – żeby utrzymać wodór w sprężonej, ciekłej formie, konieczne jest chłodzenie go do ok. -250°C, co pochłania mnóstwo energii elektrycznej. Dodatkowo, w połączeniu z tlenem jest on silnie wybuchowy, co pokazał przykład marnego końca sterowca Hindenburg. Co prawda zbiorniki wodoru są według producentów nieporównywalnie mocniejsze i bezpieczniejsze niż w konwencjonalnych pojazdach, ale jednak nie wpływa to dobrze na samopoczucie kierowcy.

Napęd elektryczny gwarantuje najniższe koszty użytkowania – niewiele tu części ruchomych i eksploatacyjnych, które mogą się zużyć lub zepsuć

Wodór może także zostawiać większy ślad węglowy niż produkcja energii w elektrowniach, ze względu na dużo bardziej złożony proces jego produkcji i magazynowania. Względy ekologiczne są jednak trudne do określenia, bowiem zależą od zbyt wielu czynników, niełatwych do precyzyjnego analizowania. Dlatego też nie mam zamiaru się tutaj rozwodzić nad tym, który z napędów jest bardziej ekologiczny, choć przyjmując model produkcji prądu ze źródeł odnawialnych, nie podlega dyskusji, że silnik elektryczny jest najbardziej ekologiczny.

Nie podlega też dyskusji, że o ile napęd hybrydowy nie może liczyć na świetlaną przyszłość w motocyklach, tak napęd elektryczny czy wodorowy już tak. Pomimo wciąż obecnych wad, rozwiązania te mogą się poszczycić wieloma zaletami, które sprawiają, że w codziennym użytku można polubić napędy alternatywne. Natomiast musi jeszcze upłynąć naprawdę dużo wody w Wiśle, zanim będzie można mówić o całkowitym zniknięciu motocykli z silnikami spalinowymi. Cieszmy się zatem emocjonującymi motocyklami spalinowymi i dbajmy o nie, nie zapominając, że elektryzująca lub wodorowa przyszłość też ma swoje zalety. Warto również docenić, że mamy wolność wyboru pomiędzy różnymi rozwiązaniami.

Zdjęcia: Kawasaki, BMW, Honda, archiwum autora