Samochód elektryczny funkcjonuje jako symbol nowoczesności, wynalazek rodem z fantastyki naukowej. Niewiele osób wie, że koncepcja napędzania pojazdu elektrycznością jest tak stara, jak sama motoryzacja. Czy przegrała przez spisek producentów paliwa?
W 1821 roku angielski fizyk Michael Faraday przeprowadził doświadczenie, w trakcie którego luźno zwisający przewód zaczął wirować wokół magnesu za sprawą elektryczności. Powstał w ten sposób pierwszy model silnika elektrycznego. W ciągu kolejnych lat różni uczeni eksperymentowali z tą koncepcją, budując bardziej praktyczne silniki.
Idea wykorzystania elektryczności do napędzania pojazdów pojawiła się bardzo wcześnie. Już w 1834 roku. Amerykanin Thomas Davenport skonstruował miniaturowy model wozu o zasilaniu bateryjnym. W Wielkiej Brytanii podobne prace prowadzili Robert Davidson i George Little.
Michael Faraday w swoim laboratorium. Obraz Harriet Moore.
Praktyczna realizacja tych pomysłów była niemożliwa z powodu braku odpowiedniego źródła zasilania. Ówczesnym bateriom nie tylko brakowało wydajności, ale przede wszystkim nie nadawały się do ponownego ładowania. Sytuacja zmieniła się w roku 1859 wraz z wynalezieniem akumulatora kwasowo-ołowiowego przez francuskiego fizyka Gastona Planté.
Na korbkę, na parę i na prąd
W 1881 roku Francuz G. Trouve wybudował prosty, trójkołowy pojazd elektryczny, napędzany silnikiem Siemensa. Urządzenie ważyło 160 kg i mogło rozpędzić się do 12 km/h. W rok później podobna konstrukcja została zaprezentowana przez anglików: Williama Ayrtona i Johna Perry’ego. Pozwalała ona na przejechanie nawet 40 kilometrów, z maksymalną prędkością 14 km/h.
W latach 90. XIX wieku istniały już przedsiębiorstwa trudniące się budową elektrycznych automobili, które zgodnie z obowiązującymi wówczas standardami przypominały lekkie, konne dorożki.
La Jamais Contente, pierwszy samochód, który przekroczył barierę 100 km/h. Był napędzany silnikiem elektrycznym (rys. demena publiczna).
Wczesne samochody elektryczne zapisały się w historii motoryzacji także dzięki ustanowieniu kilku rekordów szybkości. W 1898 roku pojazd skonstruowany przez Charlesa Jeantauda przekroczył prędkość 63 km/h. W rok później konstrukcja o nazwie La Jamais Contente, prowadzona przez Camille’a Jenatzy’ego, złamała barierę 100 km/h.
Na przełomie XIX i XX wieku wciąż jeszcze nierozstrzygnięta pozostawała kwestia najbardziej optymalnego napędu dla samochodów. Producenci równolegle stosowali silniki parowe, spalinowe i elektryczne.
Automobile na parę w tym okresie nie przypominały już swoich przodków z czasów wiktoriańskich, a współczesnemu laikowi trudno jest je odróżnić na pierwszy rzut oka od konstrukcji spalinowych. Kocioł był opalany paliwem płynnym, a nie węglem. Największą wadą tego rozwiązania była znaczna masa zespołu napędowego oraz kłopotliwa obsługa. Samochód mógł ruszyć dopiero wtedy, gdy woda w kotle zamieniła się w parę o odpowiednim ciśnieniu.
Nie mniej problematyczna była obsługa wczesnych pojazdów spalinowych. Rozruch silnika wymagał energicznego zakręcenia masywną korbą, co nie tylko wymagało sprawności fizycznej, ale także narażało użytkownika na kontuzję. Narzekano także na hałas oraz nieprzyjemny zapach spalin. Obawiano się również innych zagrożeń. Inż. Stanisław Żmigrodzki w 1901 roku pisał: a jeszcze mniej na korzyść nich przemawia niebezpieczeństwo wybuchu, jakie w sobie ukrywają.
Cudowny wynalazek?
Silnik elektryczny nie tylko był pozbawiony wielu z tych wad, ale także posiadał własne zalety. Pracował o wiele ciszej, nie emitując przy tym spalin. W trakcie krótkotrwałych postojów nie zużywał energii, w przeciwieństwie do napędu spalinowego, który wymaga ciągłego dopływu paliwa celem podtrzymania pracy na minimalnych obrotach.
Budowa takiego napędu była mniej skomplikowana, a masa i gabaryty znacznie mniejsze niż w przypadku konkurencyjnych rozwiązań. W praktyce przekładało się to na prostszą konstrukcję, mniejszą awaryjność i łatwiejszy serwis elektrycznych automobili. Ponieważ silnik elektryczny może pełnić funkcję prądnicy, możliwe było budowanie systemów doładowujących akumulatory podczas hamowania lub zjazdu ze wzniesienia.
Detroit Electric, samochód elektryczny z 1916 r. (fot. Asterion, CC BY-SA 3.0).
Największą zaletą samochodów elektrycznych była prostota obsługi. Po naładowaniu akumulatorów można było je uruchomić niemal natychmiast, a charakterystyka stosowanego w nich napędu sprawiała, że nie wymagały instalowania skrzyni biegów. Z tego względu niektórzy producenci reklamowali je jako stworzone z myślą o kobietach.
Początek końca
Jak się jednak miało okazać, ta długa lista zalet nie była w stanie zapewnić elektrycznym automobilom zwycięstwa w wyścigu o rynkową dominację. Zalety napędu elektrycznego były skutecznie niwelowane przez wady dostępnych wówczas źródeł zasilania. Zespoły akumulatorów były ciężkie, stanowiąc niekiedy nawet 25% masy całego pojazdu. W dodatku mieściło się w nich znacznie mniej energii, niż w baku paliwa o takiej samej masie.
Wysoka sprawność silnika elektrycznego nie mogła zrekompensować tej różnicy, co przekładało się na mniejszy zasięg. Ponieważ na początku XX wieku infrastruktura elektryczna istniała głównie w dużych miastach, samochód elektryczny nie miał szansy sprawdzić się na prowincji.
Cadillac Model Thirty z 1912 r., pierwszy samochód spalinowy z elektrycznym rozrusznikiem (fot. Iwao, CC BY 2.0).
Największe niedogodności samochodu spalinowego były tymczasem stopniowo eliminowane. W 1911 roku Charles Kettering zaprojektował elektryczny rozrusznik, który rok później zaczęto stosować w produkowanych seryjnie samochodach Cadillaca.
Ciężkie i niebezpieczne korby odeszły do lamusa, a samochód spalinowy można było uruchamiać tak łatwo i wygodnie, jak elektryczny. Wraz ze wzrostem liczby mechanicznych pojazdów na drogach, hałas silnika i zapach spalin stały się zwykłymi elementami codziennej rzeczywistości, akceptowanymi przez społeczeństwo.
Do lat 20. XX wieku samochody elektryczne przegrały rywalizację ze spalinowymi. Sam napęd elektryczny przyjął się w transporcie tam, gdzie możliwe było zastosowanie zasilania trakcyjnego, z pominięciem kłopotliwych akumulatorów: na kolei i w komunikacji miejskiej (tramwaje i trolejbusy).
Do samochodów elektrycznych powracano co jakiś czas szczególnie w czasach kryzysów paliwowych. Produkowany w latach 70. XX wieku CitiCar był najpopularniejszym amerykańskim samochodem elektrycznym do czasów Tesli Rodster (fot. Klaus Nahr, CC BY-SA 2.0).
Do idei samochodu elektrycznego powracano co jakiś czas po drugiej wojnie światowej, jednakże bez większych sukcesów. Przypominano sobie o niej zwłaszcza w czasie kryzysów paliwowych, kiedy polityczne niepokoje zagrażały ciągłości dostaw ropy naftowej i destabilizowały jej cenę na światowych rynkach.
Jak feniks z popiołów?
Koncepcja samochodu elektrycznego odżyła ponownie w latach dziewięćdziesiątych. Było to konsekwencją wzrostu społecznej świadomości dotyczącej zagrożeń wynikających z zanieczyszczenia środowiska, a także politycznych działań zmierzających do ograniczenia emisji dwutlenku węgla do atmosfery.
W 1996 roku firma General Motors wypuściła na rynek samochód elektryczny EV1. Na amerykańskie drogi wyjechało ponad tysiąc takich pojazdów. Trafiły one w ręce wybranych wcześniej klientów, którzy jednak nie mogli nabyć ich na własność – przyjęta przez firmę polityka dopuszczała jedynie leasing.
Produkcji EV1 zaprzestano w 1999 roku. W ciągu kolejnych trzech lat wszystkie samochody zostały przejęte przez producenta. Większość egzemplarzy poddano złomowaniu, a kilkadziesiąt sztuk przekazano muzeom techniki i wyższym uczelniom. Ponieważ EV1 cieszył się dobrą opinią wśród użytkowników, decyzja producenta wywołała falę teorii spiskowych, mówiących o naciskach ze strony lobby naftowego, które przesądziły o zakończeniu projektu.
Samochody elektryczne sprawdzają się w nawet najbardziej ekstremalnych warunkach (fot. Dave Scott, NASA, domena publiczna).
W 2006 roku właśnie taką wersję wydarzeń poparli autorzy filmu dokumentalnego Who killed electric car? W oparciu o serię wywiadów z byłymi użytkownikami EV1 starali się dowieść, że wbrew zapewnieniom producenta istniało społeczne zainteresowanie tą technologią, wystarczające do zapewnienia jej rynkowego sukcesu. Obserwowana obecnie fascynacja samochodami elektrycznymi może świadczyć, iż istotnie mieli rację.
Pojazdy elektryczne przeżywają renesans zainteresowania, w czym niemałą zasługę mają działania takich firm jak Tesla Motors należąca do Elona Muska. Współczesne konstrukcje korzystają z nowych osiągnięć techniki.
Miejsce ciężkich akumulatorów kwasowo-ołowiowych zajmują w nich lekkie i pojemne akumulatory litowo-jonowe. Te same, które na co dzień zasilają m.in. wszechobecne smartfony i tablety i coraz popularniejsze „drony”. Czas pokaże, czy tym razem pojazdom elektrycznym uda się wrócić do łask, które utraciły niemal sto lat temu.
Inspiracja:
Artykuł został zainspirowany książką Ashlee Vance’a pod tytułem Elon Musk. Biografia twórcy PayPal, Tesla, SpaceX (Znak Horyzont 2016).
Bibliografia:
- Andrzej Kajetan Wróblewski, Historia Fizyki. Od czasów najdawniejszych do współczesności, PWN, Warszawa 2009.
- Maja Duda, Andrzej Krawczyk, Wielcy badacze elektromagnetyzmu, Instytut Naukowo-Badawczy ZTUREK, Warszawa 2003.
- Andrzej Zieliński, Samochody osobowe. Dzieje rozwoju, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2009.
- Michael H. Westbrook, The electric car. Development and future of battery, hybrid and fuel-cell cars, Institution of Electrical Engineers, London 2005.
- Stanisław Żmigrodzki, O samochodach elektrycznych, „Czasopismo Techniczne”, Lwów, 25 lipca 1901.
KOMENTARZE (20)
Chyba każdy zdaje sobie sprawę z tego, że to silnik elektryczny powinien być w samochodach. Silnik elektryczny jest lżejszy, bardziej ekonomiczny, bardziej komfortowy w obsłudze, ma mało części i może mieć ogromną moc.
Tylko to nie z powodu silnika, ogromna większość pojazdów jest spalinowa. to z powodu akumulatorów. Wszystko co na baterie jest uciążliwe w obsłudze: telefon, tablet, aparat fotograficzny no i oczywiście samochód. I tak samo jak to bateria uniemożliwia producentom telefonów technologiczny skok na przód, tak samo akumulator (jaki dziś znamy) uniemożliwia samochodom elektryczny podbój rynku.
Osobiście dziwi mnie dlaczego z pośród tylu zalet silnika elektrycznego, głównym argumentem jego zwolenników jest argument drugorzędny i w dodatku nieprawdziwy- ochrona środowiska.
Panie T. po I wojnie światowej Tesla stworzył auto z silnikiem elektrycznym nie wymagającym ładowania. Pojazd pędził aż 150 km/h. Nikt się tym nie zainteresował. Po śmierci Nikolaja projekt został prawdopodobnie wykupiony przez Forda i zniszczony.
Nie zapomnijmy o elektrycznym napędzie latających spodków.
Panie Anonim Tesla naprawdę stworzył silnik elektryczny nie wymagający ładowania, bo sam pobierał energię z otoczenia. W ogóle Tesla był mistrzem elektryki. Tylko tak jak Franciszek Karpiński z pierwszym PC, wyprzedzał swą epokę i nikt nie zwracał niego uwagi. Lobby paliwowe zbankrutowałoby na tym. Dlatego wiele wynalazków Nikolaja zabezpieczyły służby specjalne USA i nie jest to wymysł jakiegoś kochasia teorii spiskowych tylko fakty. Co się z tymi projektami stało nie wiadomo.
a jakieś źródła o takim cudzie? bo to z waszego opisu perpetum mobile
Nie perpetum mobile, bo ten silnik czerpał energię z fal elektromagnetycznych, jak to mówił Tesla pochodzących z kosmosu. Niedawno Oppo opatentowało podobną technologię i ich najnowsze telefony nie mają baterii, bo czerpią energię ze smogu elektromagnetycznego. Z kilku elementów elektronicznych nawet dziecko może zbudować radio AM, zasilane falami radiowymi.
Teraz znowu stawiają na elektryczne
Elon Musk, jak widać po bajecznych komentarzach na temat Nicolae Tesli, nie tyle wynalazł samochody elektryczne, co nowy typ reklamy akcji swojej korporacji. Musk sprzedaje około pół miliona aut rocznie, po to, by akcje jego fabryk kosztowały kilka razy więcej niż akcje Toyoty czy Volkswagena. Toyota produkuje 20 razy więcej aut rocznie niż Tesla. VW produkuje podobnie, w tym kilka razy więcej modeli elektrycznych niż Tesla. VW to właściciel marek Skoda, Seat, Audi, Porsche, Lamborghini, Bentley a jako korporacja ma mniejszą wartość niż akcje Tesli napędzane bajkami o cudownych patentach zakazanych przez spisek. To dopiero talent do geszeftu.
Problem ekologii jest tu drugorzędny. Najważniejsze przy kupnie auta jest wrażenie z jazdy, a elektryki mają kopa o niebo lepszego niż najlepsze diesle.
Elon, którego przodkowie to chyba dyslektycy z polskiej rodziny Mózg ;) sprzedaje silne wrażenia i na tych wrażeniach zarabia lepiej niż Disney.
Pierwsze akumulatory były chyba wysoko napięciowe bo tylko to pozwalało uzyskiwać duże prądy .
Oczywiśćie akumulatory są kłopotliwe, ale gdyby zastosowć bezprzewodowe zasilanie, wtedy problem rozwiązany. Ponoć pan Tesla prawie 100 lat temu już, taki samochód skonstruował i używał.W związku z tym odrazu nasuwa się pytanie:
Z jakiego powodu nie rozwinięto tej technologi ?
Odp: Bo lobby paliwowe straciłoby władzę.
Jednak wcześnie czy później ropa się skończy, a właśćiwie już się kończy. Od lat 70-tych nie odkryto już żadnego nowego większego złoża, a te które są, osiągneły już szczytowy punkt ilości wydobycia,wyjątkiem są tu tylko arabowie. Ponieważ zużycie paliwa co chwila się podwaja, jest kwestią czasu kiedy go zabraknie, prawdopodobnie jeszcze w tym wieku.
Niestety, ale silnik elektryczny całość energii potrzebnej do poruszania się ma zgromadzoną w akumulatorach. W silnikach spalinowych jeden czynnik jest pobierany z otoczenia – tlen. Stanowi to istotną różnicę, gdyż wpływa to na wagę pojazdu.
Wbrew pozorom – o czym napisał interlokutor – silnik elektryczny wcale nie jest tak bardzo ekologiczny jak to się przedstawia. Akumulatory mają w sobie tyle chemii i ciężkich pierwiastków, że ich utylizacja jest obecnie bardzo szkodliwa dla środowiska. A i przecież większość elektrowni nie jest przyjazna ekologicznie. No i same akumulatory co jakiś czas wymagają wymiany, co np. w tesli kosztuje tyle, co średniej klasy samochód…
dokładnie jak napisałeś, ekologiczność silnika, a ściślej baterii jest tu złudna. Natomiast co do początków motoryzacji, nie ma co się doszukiwać tu spisku, baterie wtedy były bardzo kłopotliwe
samochody elektryczne wcale nie muszą być na baterie. Są również superkondensdatory i ogniwa paliwowe, które stosowane razem są w stanie całkowicie je zastąpić. Urządzenia te nie zawierają dużo szkodliwych substancji.
To czemu się ich nie stosuje? Odpowiedź jest prosta są niedoskonałe i kłopotliwe. Podobnie kiedyś z magazynowaniem energii, to dlatego silnik spalinowy zrobił tak zawrotną karierę. Wodór jako paliwo to przyszłość. Ekologia samochodów elektrycznych jest złudna(miliony akumulatorów, odpady po produkcyjne itp.)
Jeszcze Meteoryt Tunguski to też robota Tesli. I nie jest to żadna spiskowa teoria tylko fakty ;-). Aż dziw, że wynalazków Stevensona nie wykupiło jakieś lobby woźniców dyliżansów albo hodowców koni :-).
Tak. „Katastrofa tunguska” to tak naprawdę wielka porcja energii wystrzelona w „górę” przez Teslę.
Braknie ropy i problem się sam rozwiąże, tyle, że większość wynalazków leży w szufladach tych samych koncernów samochodowych, które teraz biją krocie na truciu środowiska, więc tanio nie będzie…
KROCIE ZGARNA KONCERNY I W RZADACH ZASIADAJACY..A LUDZKOSC ZA TO ZAPLACI…..
Lobby producentów ropy naftowej ma się dobrze mając dodatkowo poparcie wszystkich rządów na świecie które wyroby naftowe – ropa, benzyna obłożyły podatkami. Pierwsze auta elektryczne miały swoje wady – ciężar akumulatorów, zasięg i dostępność ładowania akumulatorów. O ile w miastach nie stanowiło to problemu to już na terenach wiejskich tak. A teraz wyobraźmy sobie auto które potrzebuje tylko co kilka, lat zmienić akumulator oraz drugie które musi tankować raz na tydzień lub chociaż raz na miesiąc, na którym rządy państw lepiej zarobią ? W USA lobby naftowe doprowadziło do likwidacji w większości miast linii tramwajowych, które zastąpiono autobusami spalinowymi. Problem w tym że nie miało to żadnego uzasadnienia ekonomicznego poza tym że zwiększyło zyski firm naftowych, które tworzyły firmy, które kupowały linię tramwajowe likwidowały szyny i zastępowały je autobusami. Ale o ile na terenach wiejskich autobus ma przewagę, to już w miastach tramwaje są bezkonkurencyjne. Czy to też teoria spiskowa czy też fakt. No i ta co najmniej dziwną historią z elektrycznym autem EV1, które było jedynie wypożyczane, a którego nie można było kupić. Dlaczego jego producent Generał Motors nie wypożyczamy również aut spalinowych, tylko je sprzedaje ?
Podstawową wadą aut elektrycznych jest czas ładowania akumulatora. Potem dopiero jego masa, skład chemiczny i sprawność. Skrzętnie ukrywanym parametrem jest ilość energii elektrycznej potrzebnej do naładowania akumulatora w stosunku do energii elektrycznej odzyskanej z akumulatora. Reszta czyli chemia, metale ziem rzadkich, trudność w utylizacji jak i pozyskaniu oraz wysoka cena,dobija temat.