למרות שפותח ללא הרף במהלך המאה האחרונה כדי להפוך ליחידת כוח חסכונית ביותר בדלק, מנוע הדיזל נמצא כעת תחת איום כמו מעולם. אז 'מה העתיד של מנוע הדיזל?' היה נושא השאלות שנשאלו של ד"ר סטפן לונדגרן, יועץ טכנולוגי בכיר ל- Powertrain בקבוצת וולוו.
מדוע דיזל נשאר כמקור כוח פופולרי כל כך?
בעירת דיפוזיה - כאשר הבעירה מתרכזת סביב ההצתה וחמצן מתפזר סביב אזור הבעירה - יעילה מאוד. יש לו הפסדי אנרגיה מינימליים לדפנות המנוע באמצעות קרינה או הסעה - הרבה יותר נמוך ממנוע בנזין. מנוע הדיזל הבסיסי חזק מאוד ויכול לעמוד בלחצים גבוהים מאוד.
עד כמה זה יעיל?
היו שיפורים גדולים - זינוק מכ-35% יעילות בשנות ה-80 ליעילות של 50% של היום. זה אומר שמחצית מהדלק מושקע כעת בעבודה מכנית שימושית. לעיון - מנוע בנזין יעיל בסביבות 35%. הרווחים הללו נבעו ממערכות הזרקת דלק מסילה משותפת בלחץ גבוה, טעינת טורבו והכנסת כוח מחשוב לשליטה מדויקת על הבעירה ומערכות ניהול לאחר הטיפול.
האם הגדלת צריכת הדלק היא הדרישה מספר 1 של לקוחות?
כן, יעילות דלק טובה היא המרכיב החשוב ביותר, אבל הלקוחות דורשים גם ביצועי מנוע טובים ועמידות. ואז זה חייב
להיות עמידים ולעמוד בדרישות פליטות - ולעיתים אלו מתחרות זו בזו.
האם גם מנועים נעשים חזקים יותר?
יש מגמת עלייה - לקוחות מעבירים משאות גדולים יותר וזה דורש כוח גדול יותר. התפוקה הגדולה ביותר של קבוצת וולוו היא כעת 1,000 כ"ס. אבל בהשוואה למכוניות נוסעים, כל היישומים הכבדים עדיין מוחזקים (יחסית) בכוח נמוך.
מנוע הדיזל מואשם בכך שהוא לא ידידותי לסביבה. האם זה יכול לנקות את המעשה שלו?
אפשר להפוך את מנועי הדיזל לנקיים מאוד וזה משהו שהתעשייה הכבדה התקדמה בו יותר מאשר במגזר הקל. חלק מהסיבה לכך היא שהיעילות שדורשים לקוחות במגזר הכבדים היא הרבה יותר גבוהה.
כמה קשה היה להגביר את היעילות ובו בזמן להפחית את הפליטות?
זה היה אתגר לחדד את התהליך התרמודינמי כדי לפצות על הנטל של הוספת מערכת SCR לאחר הטיפול. אבל עכשיו אנחנו חוזרים למסלול להגביר את היעילות צעד אחר צעד.
כמה עוד אפשר ללכת - אפס פליטות?
זה תלוי למה אתה מתכוון בפליטות. אם אתה מניע את המנוע עם דלק שאין בו פחמן ומצמיד אותו לתהליך בעירה יעיל שאינו יוצר פיח, אזי יתכן אפס פליטות. עבדנו על שימוש במתאן וב-DME (דימתיל אתר) כחלופות נקיות לדיזל. זה לא רעיון חדש, בשנת 1900 מנוע הדיזל הופעל בהצלחה על שמן בוטנים. הבעיה היא לא בטכנולוגיה של הפיכת הדלקים הנקיים לעבוד, אלא בזמינותם. אבל אם ניתן לפתור את סוגיית האספקה של דלקים מתחדשים, אז ייתכן שמנועי דיזל יפעלו 100% ללא CO2.
האם לדלקים נקיים אין גם אתגרים סביבתיים משלהם?
ייצור דלק ביולוגי לא צריך להתחרות עם ייצור מזון - אבל יש דלקים אחרים שבהם זו לא בעיה. דלקים אלקטרוניים (E-Fuels) משתמשים באנרגיה סולארית או רוח כדי 'לפצח' מים ולשלב אותם עם CO2 מהמתאן - ודלקים אלה מתאפיינים ביעילות גבוהה למדי - עד 80% נטען. זה יכול להיות השלמה מעניינת לחשמול.
כיצד משפיעים דלקים שונים על הבעירה?
מנקודת מבט של יעילות למנוע לא אכפת אם מולקולת הדלק מגיעה ממאובן או ממקור מתחדש. אז עם השקעה בסוג הנכון של דלקים מתחדשים, המעבר לחומרים מתחדשים צריך להיות פשוט.
אז איך מורידים עוד יותר את צריכת הדלק?
הצעד הגדול הבא בהגברת יעילות המנוע/הורדת צריכת הדלק הוא השילוב שלו עם ניידות חשמלית. הביקוש למנועים בעתיד לא יהיה מגוון כמו היום. יש הבדל בין מידת היעילות של מנוע ב"נקודה המתוקה" שלו לבין מידת היעילות בכל טווח הפעולה של העולם האמיתי. שיתוף מנועים עם מנועים חשמליים, כמו בהיברידיות מקבילות, מאפשר למנוע לפעול ברמתו היעילה ביותר. ללא ספק, חשמול יהווה חלק מפתרון קו ההינע העתידי לבעירה.
האם טכנולוגיה אחרת יכולה לסייע בהורדת חשבונות הדלק?
דוגמאות לכך הן טכנולוגיית עצירה/התנעה ומערכות חשמליות של 48V המניעות עזרי עזר חשמלית, ולא מכנית. לכל אלה עשויים להיות שימושים עתידיים ביישומים כבדים, לאחר שיוכח החוסן שלהם. אבל מקור חשוב נוסף ליעילות רבה יותר הוא התאוששות חום. זוהי משימה לא קלה במנועים כבדים, מכיוון שהם מפעילים אגזוזים קרים יחסית, אך עדיין יש תקווה לתפוס אותה ולהפוך אותה לכדאית מסחרית.
מהי היעילות המקסימלית שמנוע יכול להשיג?
למנוע הדיזל יש יעילות מערכת תיאורטית של בין 55-60%. לצורך התייחסות, תחנות הכוח הטובות ביותר פועלות ביעילות של 50-55%, ותאי הדלק גם יעילות של כ-50%+ - כך שמנועי דיזל יכולים להיות יעילים להפליא. זה, בנוסף לעובדה שלמנועים העובדים עם חשמול, לרוב יהיה ביקוש נמוך יותר להספק, פירושו שהשימוש בדלק צפוי לרדת בעתיד.
כמה זמן מנוע הדיזל יכול לשרוד?
מנוע הבעירה הדיזל נותר פתרון חסכוני מאוד ליצירת אנרגיה מכנית. עם זאת, החקיקה, במיוחד באירופה, דוחפת לחשמל בצורה די חזקה, וזה עשוי להשפיע ישירות על אורך חייו של מנוע הבעירה. ההרגשה שלנו היא שהשימוש בו יהיה מבוסס יישומים, ושהוא יימשך זמן לא מבוטל בשימושים למרחקים ארוכים, כמו ספינות הולכות אוקיינוס ומשאיות ארוכות טווח. אבל גם כאן כנראה יהיה שילוב של טכנולוגיות בשימוש.
האם דיזל הוא חלק מהעתיד?
מנוע הדיזל - בצורה שונה - יכול להיות נקי ויעיל מאוד. זה גם משחק טוב עם חשמול. כיצרן עלינו למצוא את הפתרון הטוב ביותר, בהתבסס על ההחלטות שהחברה מקבלת. לא משנה מה הם, אנחנו צריכים להיות מוכנים.
