Verdens første bil over 100 km/t var en elbil

Mange tror nok at elbiler er noe nytt fra vår tid. Det er det ikke. Allerede før forrige århundreskifte, altså på slutten av 1800-tallet, fantes det opptil flere produsenter av elbiler. Faktisk var elbilene allerede da såpass bra at de fleste av datidens forståsegpåere trodde at framtidens biler enten var dampdrevet eller eldrevet.

Bensinbiler var den gangen såpass håpløst dårlige at de ble avfeid som leketøy for de få, kanskje spesielt fordi bensinstasjoner ikke var oppfunnet enda. Bensin var et produkt man kjøpte på små brune glassflasker på apoteket, og av og til var det utsolgt med flere ukers leveringsfrist. Dessuten bråkte disse bilene ganske voldsomt (eksospotter var ikke oppfunnet enda) og de skremte derfor hester og andre dyr. Dampbiler var svært bra, med bl.a høyt dreiemoment allerede fra stillestående. Dampbiler hadde bare ett problem, vannkjelen måtte varmes opp før man kunne starte på kjøreturen, og dette tok en del tid.

Elbilene var derimot både sterke i hele turtallsregisteret, stillegående og renslige. Og dessuten startet de uten forutgående sveiving eller oppvarming. Dessuten var de raske. Raske? Jepp. På den tiden var elbilene de raskeste bilene. Så hvis noen ønsket å komme seg fort og effektivt fra et sted til et annet, da brukte man ei lett hestevogn med et uthvilt firspann foran, eller en elbil.

Den største ulempen med elbiler da som nå var rekkevidden. Dagens batterier ble i prinsippet oppfunnet for rundt to hundre år siden, og siden har det skjedd forbausende lite. De dårlige batteriene er faktisk den eneste grunnen til vi fortsatt bruker bensinbiler. Batterier er tunge, og har en stor indre motstand mot endringer, dess større endringer dess mer indre motstand. Batterier er ypperlige i f.eks digitale ur, som knapt bruker strøm i det hele tatt, da kan et lite batteri vare i månedsvis. Batterier er også ypperlige hvis de kun brukes kort tid og deretter får hvile, som i engelske melkebiler som kjører fra hus til hus.

Men hvis man prøver å ta ut mye strøm i lang tid, nettopp det man trenger i elbiler, da øker den indre motstanden. Batteriene går varme og tappes raskt. Dermed får man en kort rekkevidde, til tross for digre og tunge batteripakker.

Selve elmotorene er derimot suverene. En elmotor omdanner rundt 85-90% av tilført energi til bevegelse. Dagens aller beste bensin- og dieselmotorer ligger i området 30-35%. For hver liter bensin/diesel motoren i bilen din bruker så pumpes ca 2/3 av energien ut gjennom kjølevannet og varmen i eksosen. Kun 1/3 av energien når fram til girboksen. Der tapes ytterligere 10-20% av energien for å overvinne friksjonen mellom alle tannhjulene.

Så da belgieren Camille Jenatzy i 1898 bygde en torpedoformet sigar med 4 hjul og med en diger batteripakke under, da var det for å kjøre så fort som mulig. Elbil var ideell til formålet, en kort og effektiv spurt. Stor rekkevidde var ikke nødvendig. Og rekordforsøket lyktes, 29. april 1899 ble elbilen La Jamais Contente (Aldri fornøyd) målt til såvidt over 100 km/t. Så fort hadde ingen kjørt før, i hvert fall med bil. Men Jenatzy var ikke fornøyd, så to dager senere ble det kjørt et nytt rekordforsøk, og da stoppet målingene på 105,85 km/t. Dermed var det offisielt, verdens første bil over 100 km/t ble en elbil.

De fleste bilder av La Jamais Contente viser bilen uten batteripakken, men på seiersbildet over vises batteripakken mellom bakhjulene. Bilen hadde to elmotorer på tilsammen 68 hk og bilen veide 1450 kg inkludert batteripakken. De stratetiske målene var lengde på 3,8 m, bredde på 1,56 m og høyde (målt på toppen av panseret) på 1,4 m.

Honda HES - Home Energy Station

Honda har nylig lansert sin første serieproduserte FCV, fuel cell vehicle, nemlig Honda FCX Clarity. Da Honda viste denne som konseptbil i 2006 viste de samtidig konseptet HES, home energy station (se bildet). HES har ikke kommet i produksjon, men tanken bak er egentlig ganske glup. Det å få tak i hydrogen er ikke så enkelt, situasjonen minner litt om de første årtiene man begynte å bruke bensindrevne biler på slutten av 1800-tallet. Bensin var da et produkt som man kun kunne kjøpe over disk i små glassflasker på apoteket, og det var sjelden noe apotekene hadde på lager. Så fram til rundt første verdenskrig var bensinbiler regnet som leketøy for de sære, datidens mennesker trodde mest på at framtiden tilhørte dampbiler og elbiler (jepp, faktisk!).

Kort sagt: Hydrogen er fortsatt en sjelden vare, så hvis man kunne lage hydrogen til eget forbruk hjemme, så er det lettere å investere i en hydrogendrevet bil. Honda HES skulle rett og slett lage hydrogen fra naturgass, som hovedsaklig består av hydrokarbonet metan. I følge Hondas konseptavdeling ville HES lage nok hydrogen både til bilen og til bruk i hjemmet.

Dessverre tror jeg det ikke er noen planer om å sette HES i produksjon, i hvert fall ikke foreløpig. Men idéen om hjemmeproduksjon av hydrogen er hermed lansert, hvem tar opp hansken og setter et sånt produkt i produksjon? Kanskje noen kan tipse de norske forskerne som fant opp et membran som skiller ut hydrogen fra naturgass om at de kan kontakte Honda for å markedsføre et sånt produkt som dette? For selv om Honda allerede har utarbeidet en virskemåte for sin HES, har jeg en mistanke om at den norske metoden er glupere.

Hydrogen fra naturgass (eller fra olje)

Det finnes to måter å fjerne CO₂ fra naturgass på. Etter forbrenning, som er den tradisjonelle metoden, og som er den metoden Stoltenbeg-regjeringens "månelandingsprosjekt" på Mongstad er basert på. Dette krever et digert og kostbart røykrenseanlegg på slutten av gasskraftverket. Renseanlegget på Mongstad er kostnadsberegnet til 25 milliarder kroner.

Men norske forskere ved NTNU/Sintef og UiO er nå i ferd med å utvikle en annen og glupere metode for rensing av naturgass, og de gjør det før forbrenning. Før forbrenning, går det an da? Jepp. Naturgass er nemlig i bunn og grunn samme typen stoff som olje, bensin, diesel osv., nemlig hydrokarboner. Og hva består hydrokarboner av? Jo, nettopp, bestanddelene er som betegnelsen avslører hydrogen og karbon.

Metoden går rett og slett ut på at man lager et kjeramisk mebran som slipper kun protoner (hydrogenkjerner) gjennom, og så elektroner da, som jo er enda mindre. Når protonene og elektronene kommer ut på den andre siden av membranet danner disse hydrogenkjernene og elektronene gassen hydrogen. For å få i gang prosessen må hydrokarbonet blandes med vann og varmes opp til ca 800 °C. Det som er igjen på innsiden av membranet når hydrogenet er borte er CO₂, som så kan pumpes ned i brønnen der naturgassen var tidligere. De norske forskerne har foreløpig kun laget 1 cm² av membranet, men regner med å lage stoffet i større skala de nærmeste 3-5 årene.

Forskerne ser for seg at hele prosessen skjer ute på produksjonsplattformen, man kan til og med sette kraftverket der som produserer strøm ved å brenne hydrogen i en gassturbin eller reagere hydrogenet gjennom en brenselcelle. Utslippet er i begge tilfeller rent vann. I stedet for en gassledning inn til land legger man da i stedet en strømkabel. Enkelt og greit.

For oss som er interessert i biler ser vi imidlertid en annen løsning, nemlig at hydrogengassen føres til land og siden kan brukes i bilene våre. Forresten, nevte jeg at all petroleum (jordolje) egentlig er hydrokarboner? Jepp, i prinsippet kan det nye membranet også brukes på olje og oljeprodukter.

For å ta den helt ut kunne man tenke seg at man fyller vanlig bensin/diesel og vann på bilens tank, og at et sånt skillemebran får ut hydrogen, som så driver bilen framover enten ved at hydrogenet brukes i en forbrenningsmotor eller i en brenselcelle som gir strøm til en elmotor. Hva skulle fordelen med et sånt system være? Jo, hydrogen er vanskelig å lagre, bensin og diesel inneholder langt mer energi per liter tank enn det er mulig å oppnå med komprimering eller nedkjøling av hydrogen. Så forutsatt at kjeramermembranet ikke er for digert og tungt, så kunne man kanskje spare vekt ved å gjøre skilleprosessen i bilen etterhvert som man trenger hydrogen.

CO₂-en kan etterpå returneres til fyllestasjonen når man fyller nye hydrokarboner og vann på tanken. Skjønt, returtanken for CO₂ ville nok blitt diger den også, så det hadde nok vært bedre å finne på en glup måte å lagre hydrogen på. Og heller la hydrogenproduksjonen skje utenfor bilen. Eller altså finne på et glupere måte å lagre strøm på enn i dagens batterityper.

Hydrogen er ikke en energikilde.

Et alternativ til bensin/diesel i biler er gassen hydrogen, det enkleste og letteste grunnstoffet som finnes. Hvis hydrogen blandes i forholdet 2:1 med oksygen og man tenner på, så smeller det voldsomt, det er denne gassblandingen som populært kalles knallgass. Hydrogen kan derfor brukes som et drivstoff i biler.

Men det er flere delproblemer med hydrogen, det aller viktigste er utilgjengeligheten. I motsetning til petroleum, råolje, som ligger ferdig i reservoarer nede i bakken, så finnes det ingen naturlige reservoarer av hydrogen. Det meste av hydrogenet er bundet med oksygen i H₂O, altså vann. Den vanligste måten å framstille hydrogen på er å spalte vann ved å sende elektrisk strøm gjennom det. Men dette er en prosess som forbruker mer energi enn den mengden energi som er i hydrogenet etterpå. Hydrogen regnes derfor ikke som en energikilde, men kun som en energibærer.

Hydrogenet kan deretter blandes med luft og forbrennes i en lett ombygd bensinmotor, man bruker altså rett og slett knallgasseffekten. Eksosen vil da være vanndamp, under forbrenningen reagerer hydrogenet med oksygenet i lufta og resultatet er altså rent vann. Energien fra forbrenningen er mindre enn den som ble brukt til å framstille hydrogenet, og dessuten er forbrenningsmotorer relativt energiineffektive, bare ca 30-40% av energien i drivstoffet gjøres om til framdrift, resten av energien blir til varme og pumpes ut av motoren gjennom kjølevannet og radiatoren.

Hydrogenet kan også brukes i en såkalt brenselcelle, der trenger hydrogenioner gjennom en eldannende mebran og forenes med okygen (fra luft) på den andre siden. Når hydrogenionene trenger gjennom membranet dannes det en elektrisk strøm, som deretter kan brukes til å drive fram en elbil. En brenselcellebil er altså egentlig en helt vanlig elbil, det eneste uvanlige er at den digre og tunge batteripakken er byttet ut med en hydrogentank og den forholdsvis lille og lette brencelcellemodulen.

I prosessen i brenselcellen dannes det svært lite varme, så mesteparten av energien i drivstoffet blir til strøm. Dessuten er elmotorer svært energieffektive, opptil 85-90% av energien i strømmen blir gjort om til bevegelse. I tillegg har elmotorer en så godt som flat dreiemomentkurve fra nesten stillestående opp til turtallsmaksimum, noe som gjør at man i praksis kan kutte ut både kløtsjen og girboksen. Girboksen, der flere tannhjul går mot tannhjul, gir nemlig også et vesentlig mekanisk friksjonstap i en bil.

Alt i alt er det altså adskillig mindre energitap i en hydrogenfyrt brenselcelleelbil enn i en hydrogenfyrt forbrenningsmotorbil. Derfor bygges de fleste hydrogenbiler som brenselcellebiler, ikke som forbrenningsmotorbiler.

Men motorlyden i forbrenningsmotorer oppfattes av de fleste bilentusiaster som langt mer sexy enn hvinet fra elmotorer, derfor er det noen få bilprodusenter som til tross for vesentlig lavere energieffektivitet likevel utvikler hydrogenfyrte forbrenningsmotorbiler (bl.a Mazda og BMW). Den største fordelen med slike forbrenningsmotorer er at de kan bruke både hydrogen og bensin, det siste er greit der det ikke finnes fyllestasjoner for hydrogen. En slik dual-fuel-bil kan dermed brukes overalt, i motsetning til brenseslcellebiler, og dette er selvsagt en stor praktisk fordel i en overgangsfase inntil det finnes hydrogenfyllestasjoner overalt.

Michelin Active Wheel

Michelin er nok mest kjent som en fransk dekkprodusent, som bl.a oppfant radialdekkene. Dessuten har de en morsom maskot bestående av en stabel hvite dekkslanger, Michelinmannen. Og så lager de en berømt oversikt over Europas beste retauranter.

Nå er de også i ferd med å revolusjonere konstruksjonen av elbiler med sitt aktive hjul. Dette er en forholdsvis lett felg med to innebygde elmotorer. Den ene elmotoren drar felgen rundt og gir altså elbilen framdrift. Den andre elmotoren beveger hjulet opp og ned etter formen på underlaget, altså humper og dumper i veien. Det er dette som kalles aktiv fjæring. Veiens form kan f.eks måles med en lysstrålemåler rett foran hjulet, eller via påvirkninger på selve hjulet.

Denne elmotoren og ei fjær montert inne i hjulet erstatter altså tradisjonelle hjuloppheng. Man monterer det aktive hjulet rett på bilens bærende konstruksjon, enkelt og greit. Dette gjør også at den plassen som ellers må settes av til hjulopphenget nå kan brukes til noe annet, f.eks ekstra bagasjeplass. Man kan altså lage bilen enten mindre utvendig eller mer rommelig innvendig. Eller begge deler.

Framdriftsmotoren kan yte 30 kW kontinuerlig, med 4 slike hjul får elbilen altså 120 kW (161 hk) og firehjulsdrift. Hastigheten på elmotorer kan styres elektronisk, noe som eliminerer behov for differensialer. Elmotorer har dessuten en svært flat dreiemomentkurve, noe som gjør at de drar jevnt omtrent fra stillestående til full fart. Dette eliminerer behovet for gir.

Det eneste som fortsatt må legges inn mekanisk er bilens styring, altså overføringen fra rattet til de styrende hjulene. Men det er nok kun et spørsmål om tid før også dette kan ordnes med en liten elmotor i hvert styrende hjul. Ulempen med elektrisk styring er selvsagt at bilen ikke blir styrbar hvis det oppstår et strømbrudd. Derfor blir ikke biler med elstyring godkjent av EU, foreløpig. Men: Elmotorer som bremser fungerer som generatorer, det kan derfor sikkert konstrueres et nødsystem som både bremser ned bilen og samtidig gir strøm nok til å opprettholde styringen til bilen har stoppet.

For panikkbremsing er det lagt inn tradisjonelle skivebremser i hjulkonstruksjonen, men ved normal bremsing brukes elmotorene som generatorer som lader opp batteriene, såkalt regenerative bremser.

Michelin reinvents the wheel

Venturi Volage, en kommende elsportsbil som bruker Michelin-hjulet

.

Lotus Omnivore totaktsmotor

Nå trodde nok de fleste av oss at totaktsmotorer var så godt som utdødd teknologi. Men så kommer Lotus og presenterer en lett liten totaktsmotor med variabel kompresjon som kan fyres med sprit, altså biodrivstoff, eller bensin, eller en blanding. Omnivore-motoren er en såkalt flexi-fuel-motor. På grunn av den variable kompresjonen kan man velge om man vil kjøre den på etanol, metanol eller vanlig bensin. Eller en hvilken som helst kombinasjon, f.eks E85 (som er minst 85% etanol og resten bensin). Motoren stiller selv inn kompresjon og innsprøyting til å passe med drivstoffet.

Man kunne kanskje tro at den lille motoren er best egnet for motorsykler, men neida, Lotus tenker seg at den skal brukes i småbiler. Den har variabel kompresjon og variabelt utblås, noe som Lotus mener skal gi god forbrenningskontroll sammen med Orbital FlexDI-direkteinnsprøytingen. Motorblokk og topp er laget i ett stykke (monoblock), noe som eliminerer behovet for toppakning.

Orbital-navnet på direkteinsprøytingsystemet kommer fra det australske Orbital, som omtrent midt på 80-tallet "truet" med å revolusjonere personbilmotorer ved å innføre effektive totaktsmotorer. Den gangen døde revolusjonen ut, fordi Orbitalmotoren ikke tilfredstilte utslippskravene og dessuten ikke var katalysatorkompatibel. Kanskje kompaniskapet Lotus/Orbital endelig har løst disse problemene. Uansett er fleksidrivstoffløsningen svært interessant i disse miljøtider.

Ordet "omnivore" er forresten hentet fra biologien, og betyr oversatt til norsk en alteter, altså et dyr som spiser både kjøtt og plantekost. Eksempler på altetere er griser, mennesker og kråkefugler, og nå også en Lotus-motor ...

http://www.grouplotus.com/engineering/showcases.html
http://www.leftlanenews.com/lotus-omnivore.html
http://www.autocar.co.uk/News/NewsArticle/AllCars/238423/

.

Nanorørteknikk kan 10-doble batterikapasiteten

Elbilenes akilleshæl er batteriene. Selve elmotorene er 3 ganger mer effektive i å omdanne tilgjengelig energi til framdrift, problemet er at batteriene har et stort innvendig tap. Sånn har det vært i et par hundre år, siden det første elbatteriet ble konstruert på begynnelsen av 1800-tallet. Selv for 100 år siden ble det laget elbiler, faktisk var verdens første bil som kjørte fortere enn 100 km/t en elbil, det skjedde i 1899.

Teknisk ukeblad beskrev i januar i fjor en mulig framtidsteknologi som kan være løsningen på problemet. Hvis dette blir virkelighet vil man kunne lage den første virkelig brukbare elbilen.

Går det som forskere ved Stanford University mener, kan fremtidens litiumionebatterier få en ladekapasitet som er opptil ti ganger enn i dag.

Det kan bety en hel arbeidsuke for bærbare PC-er og mobiltelefoner som må lades en gang i måneden.

Lang biltur

Batteriteknologien kan også revolusjonere el-bilene. Oslo til Tromsø på en lading kan bli mulig. Hemmeligheten, er bruken av silisium nanostrenger i stedet for grafitt i anoden.

Problemet med silisiumanoder, som har den høyest mulige ladekapasitet, har vært at de utvider seg omkring 400 prosent under lading og krymper under utlading ved å ta opp og gi fra seg litium. Det gjør at de hurtig går i oppløsning.

Nanotek

Ved å bruke endimensjonale silisium nanorør, som bygges opp direkte på strømlederen, og som står opp fra den omtrent som børstetråder, kan de utvide seg oppover og sideveis uten å ta skade.

Les mer om dette på www.tu.no/nyeteknologier/article131341.ece

Project Splitwheel - design framtidens sportsbil

Project Splitwheel er et britisk onlineprosjekt for alle dere som har idéer om drømmesportsbilen, ikke den du kan kjøpe nå, men den du kanskje kan tenke deg å kjøpe om fem år eller mer inn i framtiden. Dessverre ble prosjektet offer for finanskrisen, så prosjektet er foreløpig frosset til 2010. Men forumet er fortsatt åpent, så dere som vil se hva som skjer der kan besøke www.splitwheel.com.

Det er mange fantasifulle forslag, mange er svært klassisk orientert, andre er klart futuristiske. Teknikkforslagene spenner fra tradisjonelle forbrenningsmotorer til brenselcellefyrte elmotorsystemer.

Jeg har selv postet et par forslag der, det ene ble omtalt på klikk.no/motor. Klikk.no er et nettsted fra Mortensenforlaget, de som bl.a gir ut Vi Menn.

Designforslaget du ser i toppen av saken er sendt inn av nordmannen Svein Erling Lode fra Trondheim, og er en 2+1-seter. Løsningen er faktisk inspirert av et barneutsagn. - Idéen til dette setearrangementet fikk jeg da jeg overhørte ei lita jente som satte seg med et stort smil på passasjersetet i pappas nye sportsbil og sa: "Hvor skal mor sitte?", sier mannen bak til Klikk Bil.

Lode ser for seg en boxer-motor bak framakselen, noe som gjør dette til en ”front-mid”-motorisert bil. Det er en liten bil det er snakk om. 3-Olé som bilen kalles er drøye 3,5 meter lang og kun 108 cm høy.

Så har du gode idéer til framtidens britiske sportsbil, så hold et øye med Project Splitwheel. Jeg kommer nok også til å poste et innlegg her når dette prosjektet er i gang igjen.

Bildrømmer

Opprinnelig ville jeg kalle bloggen min "Bildrømmer", men æ, ø og å i nettadresser er jo fy-fy, så jeg måtte finne på noe annet. Bilvisjoner er det nærmeste jeg kom, etter dusinvis av forslag. Med bl.a ordet "drømmer" i undertittelen er jeg fornøyd, dette dekker godt det jeg kommer til å skrive om.

Joda, jeg vet at enhver positiv holdning til biler egentlig er politisk ukorrekt. Det er delvis derfor jeg har opprettet denne bloggen, jeg vil vise at interesse for biler faktisk kan være både samfunnsnyttig og politisk korrekt. Sånn sett er det en diger oppgave jeg har gått i gang med. Muligens umulig, men den som intet våger intet vinner.

En av mine favorittjournalister, Jon Winding-Sørensen, kalte meg en gang et bilvrak, en tittel jeg bærer med stolthet. Jeg vet nemlig mye om biler, mest om designbiten (jeg er en industridesigner), men også en hel del om teknikken innenfor. Denne kunnskapen vil være basisen for det jeg skriver om. Først og fremst kommer jeg til å forsøke å forutse framtiden, både nær og fjern framtid. Og ikke først og fremst med egne idéer, men like mye andres idéer som man kan lese om på nettet og i media.

Men fordi klassiske drømmebiler er en del av min grunnkunnskap vil jeg nok dvele litt ved denslags også, spesielt fordi disse klassikerne ofte inneholder elementer som kan brukes i framtidsbilene. Eller hvis de relevante på andre måter. Og det er de ofte. Jeg lover å overraske dere litt underveis. Og håper på at leserne mine kommenterer det jeg skriver. Spesielt hvis jeg formidler feil fakta (det hender), da forlanger jeg å få kommentarer.

Gi meg gjerne tips om temaer å skrive om. Send tipsene til selode(at)online.no ((at) byttes ut med @).

.