1. Ο ρόλος του αυτοκινήτου στη ζωή του ανθρώπου - 2. Τεχνολογικές εξελίξεις των αυτοκινήτων - 3. Η μετάβαση στην ηλεκτροκίνηση των οχημάτων
1. Ο ρόλος του αυτοκινήτου στη ζωή του ανθρώπου
Είναι πασιφανές ότι το αυτοκίνητο ως μέσο μεταφοράς ανθρώπων ή αντικειμένων υπήρξε θεμελιώδης παράγοντας στην οικονομική και πολιτισμική ανάπτυξη της ανθρωπότητας και συνέβαλε τα μέγιστα στην πρόοδο προς κάθε κατεύθυνση. Αρκεί να σκεφθούμε, πώς θα ήταν ο κόσμος απάνω στη γη εάν δεν διέθετε τα σύγχρονα μέσα μεταφορών. Η μετακίνηση προς και από τον τόπο εργασίας, η μετακίνηση από πόλη σε πόλη, η περιοδεία στη φύση και σε αξιοθέατα μέρη, η απόδραση από τα πολυσύχναστα αστικά κέντρα και η αναζήτηση αναψυχής σε ήρεμους και καλαίσθητους τόπους, η γρήγορη επέμβαση σε απομακρυσμένα σημεία σε περίπτωση ατυχών συμβάντων και η μεταφορά τραυματιών, η επέκταση ζωτικών δραστηριοτήτων μακράν των κατοικημένων περιοχών, καθώς και πολλά άλλα, δεν θα ήταν εφικτά. Δίκαια μπορεί να χαρακτηριστεί ως ένα από τα μέγιστα επιτεύγματα του ανθρώπου η εφεύρεση, η εξέλιξη και η ανάπτυξη του αυτοκινήτου στη σημερινή του μορφή.
Για τα σκεπτόμενα όντα η αναδρομή στην ιστορία της εξέλιξης των ανθρωπίνων δραστηριοτήτων είναι αναπόφευκτη προκειμένου να κατανοηθεί καλύτερα η κρατούσα κατάσταση στην εκάστοτε χρονική περίοδο και να προβλεφθεί με μεγαλύτερη πιθανότητα η επερχόμενη ανθρώπινη δημιουργία. Έτσι, μία σύντομη ματιά στο παρελθόν των μέσων μεταφοράς μπορεί να θεωρηθεί χρήσιμη: Οι πρωτόγονες μεταφορές φορτίων γίνονταν με ένα ραβδί στηριζόμενο στους ώμους ενός ή δύο ανθρώπων, στα άκρα ή στη μέση του οποίου κρέμονταν τα φορτία. Περί το 5.000 π.Χ. το έλκηθρο συρόμενο από ανθρώπους ή ζώα αποτελούσε σημαντικό μεταφορικό μέσο φορτίων. Οι Αιγύπτιοι και οι Ασσύριοι μετέφεραν με αυτό τα υλικά για την κατασκευή των πυραμίδων καθώς και δρόμων, οι δε Νορβηγοί, περί το 2.000 π.Χ. χρησιμοποίησαν τα χιονοπέδιλα για ατομικές μετακινήσεις [1]. Σημαντικά μέσα μεταφορών υπήρξαν τα ζώα, όπως βόδια, ελέφαντες, βουβάλια, καμήλες και φυσικά τα άλογα. Η ανάπτυξη τροχοφόρων οχημάτων με την εφεύρεση του τροχού και η έλξη των από ζώα υπήρξε ένα μεγάλο τεχνολογικό βήμα στην πρόοδο των μεταφορικών μέσων. Αυτό το είδος αποτέλεσε για μακρά χρονική περίοδο την πολυτιμότερη δυνατότητα μεταφοράς ανθρώπων και αγαθών. Μέχρι τα μέσα του 20ού αιώνα η έλξη του κάρου από ένα ή δύο άλογα ήταν ένα αποτελεσματικό μέσο για τις μεταφορές κυρίως στις γεωργικές δραστηριότητες αλλά και σε περιοχές, στα αστικά κέντρα. Ακόμη και σήμερα για μετακινήσεις αναψυχής σε τουριστικά μέρη διατηρείται αυτό το μέσο. Αλλά και σε απρόσιτα μέρη για τα σύγχρονα τροχοφόρα οχήματα στην εποχή μας τα ζώα χρησιμοποιούνται ως μεταφορικά μέσα.
Βεβαίως, δεν θα μπορούσε να μείνει εκτός της δράσεως του ανθρώπινου «δαιμόνιου» η δημιουργία των μηχανοκίνητων μεταφορικών οχημάτων. Η κατασκευή των μηχανών εσωτερικής καύσεως -το 1876 ο Γερμανός Nikolaous August Otto σχεδίασε τον πρώτο τετράχρονο κινητήρα εσωτερικής καύσεως που χρησιμοποιήθηκε στα βενζινοκίνητα οχήματα- οδήγησε στην τεχνολογική «επανάσταση» της σύγχρονης αυτοκίνησης. Το 1897 ο Γερμανός Rudolf Diesel κατασκεύασε την πρώτη μηχανή εσωτερικής καύσεως, η οποία δεν χρειάζεται μπουζί, διότι το καύσιμο ανάβει από τη θερμότητα του αέρα στο θάλαμο καύσης, που συμπιέζεται από την κίνηση του εμβόλου [1, 2]. Ταυτόχρονα με τις δύο αυτές εφευρέσεις θεμελιώθηκε η μαζική παραγωγή αυτοκινήτων, στα οποία η δύναμη πρόωσης παρέχεται από τις μηχανές εσωτερικής καύσεως. Στο τέλος του 19ου αιώνα, λοιπόν, υπεισέρχεται στη ζωή του ανθρώπου το αυτοκίνητο που διαδοχικά εξελίσσεται και φθάνει στη σύγχρονη υπόστασή του, επιφέροντας τις αυτονόητες επιπτώσεις τεράστιας σημασίας στον οικονομικό και κοινωνικό τομέα.
2. Τεχνολογικές εξελίξεις των αυτοκινήτων
Αν και ο άνθρωπος από τα αρχαία χρόνια δημιούργησε υποτυπώδη, για την εποχή μας, μεταφορικά μέσα, αξιόλογα μέσα εμφανίστηκαν στις αρχές του 18ου αιώνα με τη χρήση του ατμού. Τα ατμοκίνητα οχήματα χρησιμοποιήθηκαν σε μεγάλη έκταση με τη μορφή τρίτροχων ή τετράτροχων οδικών αυτοκινήτων καθώς και ως σιδηροδρομικά μέσα μέχρι τα μέσα του 20ου αιώνα. Ουσιαστικά η έναρξη της ανάπτυξης του αυτοκινήτου άρχισε στα τέλη του 19ου αιώνα στην Ευρώπη και στις αρχές του 20ου αιώνα στις Η.Π.Α. Η εικόνα 1 παρουσιάζει ένα τυπικό βενζινοκίνητο όχημα του έτους 1890 του Γερμανού Wilhelm Maybach.
Η παράλληλη ερευνητική εργασία επώνυμων εφευρετών στην Ευρώπη και στην Αμερική οδήγησε σε μία καταιγιστική ανάπτυξη των οχημάτων που κινούνται με μηχανή εσωτερικής καύσεως χρησιμοποιώντας ως καύσιμα προϊόντα πετρελαίου. Σήμερα ο αριθμός των αυτοκινήτων συνολικά (επιβατικά, λεωφορεία, φορτηγά) ανέρχεται στα 900.000.000, δηλαδή ένα αυτοκίνητο ανά έξι κατοίκους του πλανήτη, με μεγάλη συγκέντρωση στην Ευρώπη, στις Η.Π.Α. και στην Άπω Ανατολή, όπου η αναλογία αυτή πλησιάζει το ένα αυτοκίνητο ανά δύο κατοίκους. Η εικόνα 2 παρουσιάζει τυπικά αυτοκίνητα της εποχής μας.
Οι συνεχείς εξελίξεις, ιδίως κατά τις τελευταίες έξι δεκαετίες, στοχεύουν στην αναβάθμιση του σχεδιασμού, της κατασκευής και των λειτουργικών χαρακτηριστικών των αυτοκινήτων. Έτσι προέκυψε αύξηση της ιπποδύναμης, μείωση της κατανάλωσης καυσίμου, αύξηση του βαθμού ασφάλειας, προσθήκη ανέσεων, αναβάθμιση των επιδόσεων, μείωση των εκπεμπόμενων ρυπογόνων ουσιών, μείωση του βάρους, χρήση σε μεγάλο βαθμό της ηλεκτρονικής τεχνολογίας κ.λπ. Η εξέλιξη αυτή επεκτείνεται πέραν των επιβατικών τετράτροχων οχημάτων, καθώς και στα φορτηγά και στα δίκυκλα μηχανοκίνητα οχήματα. Η αναλογία αυτοκινήτων προς τον ανθρώπινο πληθυσμό έφτασε να είναι συνώνυμη με το δείκτη ευημερίας και οικονομικής ανάπτυξη της κοινωνίας.
Όμως, αυτή η αξιοθαύμαστη τεχνολογική εξέλιξη συνοδεύεται από ένα μειονέκτημα τεράστιας σημασίας. Η κίνηση των οχημάτων επιτυγχάνεται με τις μηχανές εσωτερικής καύσεως, των οποίων η λειτουργία στηρίζεται αποκλειστικά στην καύση υδρογονανθράκων, κατά το μέγιστο μέρος υγρής μορφής. Το γεγονός αυτό οδηγεί προοδευτικά σε αδιέξοδα. Πρώτον, διότι υπάρχει πλήρη εξάρτηση από το πετρέλαιο και συνεπώς η «κοινωνία του αυτοκινήτου» δέχεται όλες τις οικονομικές συνέπειες από τις κάθε λογής παγκόσμιες πολιτικοοικονομικές διαταράξεις. Δεύτερον, επειδή από την καύση εκλύονται στο περιβάλλον ρυπογόνες ουσίες και διοξείδιο του άνθρακα, που αποτελούν μία τεράστια απειλή για επικίνδυνες κλιματικές αλλαγές στον πλανήτη και επιπτώσεις για την ίδια τη ζωή. Τρίτον, διότι τα αποθέματα πετρελαίου κάποτε θα τελειώσουν. Συνεπώς, η αντικατάσταση του πετρελαίου ως ενεργειακής πηγής για την κίνηση των οχημάτων, σύμφωνα με τα επιστημονικά, τεχνολογικά, περιβαλλοντικά και ενεργειακά δεδομένα, αποτελεί μονόδρομο.
3. Η μετάβαση στην ηλεκτροκίνηση των οχημάτων
Η ηλεκτροκίνηση των οδικών οχημάτων χρονολογείται από το 1882, όταν οι William E. Ayrton και Stephan J. Perry κατασκεύασαν στο Λονδίνο, πρακτικά, το πρώτο ηλεκτροκίνητο αυτοκίνητο με ηλεκτροχημικούς συσσωρευτές [3]. Ακολούθησαν κατασκευές ηλεκτρικών αυτοκινήτων και σε άλλες χώρες, όπως Γαλλία, Ιταλία, Γερμανία και Η.Π.Α. Στην εικόνα 3 φαίνονται δύο οχήματα αυτού του είδους, αριστερά το πρώτο των Ayrton – Perry και δεξιά ένα μεταγενέστερο του Carli (1894) στην Ιταλία.
Στο τέλος του 19ου αιώνα το ηλεκτρικό αυτοκίνητο παρουσίασε μία ακμή και ήταν ανταγωνιστικό προς τα βενζινοκίνητα. Το χρονικό διάστημα 1900 – 1912 χαρακτηρίστηκε ως «χρυσή εποχή» του ηλεκτροκίνητου αυτοκινήτου, αν και η ανάπτυξη του βενζινοκίνητου και ντιζελοκίνητου αυτοκινήτου έτρεχε με πολύ γρήγορους ρυθμούς. Το 1903 στο Λονδίνο κυκλοφορούσαν περισσότερα ηλεκτροκίνητα οχήματα σε σχέση με τα οχήματα εσωτερικής καύσεως. Από το 1906 η εταιρία Ford παρουσίασε εξελιγμένα μοντέλα βενζινοκίνητων αυτοκινήτων και το 1909 διαφάνηκε ότι τα αυτοκίνητα με μηχανές εσωτερικής καύσεως θα υπερίσχυαν των ηλεκτροκίνητων. Το 1912 στις Η.Π.Α. υπήρχαν 30.000 ηλεκτροκίνητα και 900.000 βενζινοκίνητα αυτοκίνητα. Η υπεροχή των βενζινοκίνητων τόσο στην Ευρώπη όσο και στις Η.Π.Α. ήταν πλέον επιβεβαιωμένη. Το 1921 κατασκευάστηκε το τελευταίο νέο μοντέλο ηλεκτροκίνητου αυτοκινήτου από την εταιρεία Automatic Transmission Company of Buffalo, New York [4]. Μέχρι το 1960 δεν παρατηρήθηκε ενδιαφέρον για τα ηλεκτροκίνητα, αλλά από το έτος αυτό αρχίζει να αναδύεται ξανά η ιδέα ανάπτυξης ηλεκτροκίνητων οχημάτων λόγω της διαπίστωσης, ότι τα αυτοκίνητα με μηχανές εσωτερικής καύσεως ρυπαίνουν τον αέρα. Το 1966 η εταιρεία Enfield Company, England, κατασκεύασε ηλεκτρικά αυτοκίνητα για κυκλοφορία στην πόλη. Είχαν ηλεκτρικό κινητήρα συνεχούς ρεύματος ισχύος 6 kW και η ενέργεια αποθηκευόταν σε μπαταρίες τάσεως 12, 24 και 48 V ανάλογα με την εν σειρά ή παράλληλη σύνδεση των στοιχείων της μπαταρίας [4]. Η εικόνα 4 δείχνει αυτοκίνητα αυτού του κατασκευαστή.
Τα μειονεκτήματα των ηλεκτροκίνητων οχημάτων συγκριτικά με τα βενζινοκίνητα προέρχονται από τα τεχνικά χαρακτηριστικά των ηλεκτροχημικών συσσωρευτών που είναι το μεγάλο βάρος, ο μεγάλος όγκος και κυρίως ο μεγάλος χρόνος φόρτισης. Η εμβέλεια κάθε οχήματος προσδιορίζεται από την αποθηκεύσιμη ενέργεια επάνω σ’ αυτό, δηλαδή από τη χωρητικότητα των μπαταριών στα ηλεκτροκίνητα οχήματα ή του δοχείου καυσίμου στα αυτοκίνητα με μηχανή εσωτερικής καύσεως.
Τα προβλήματα που αντιμετωπίζουν τα ηλεκτροκίνητα οχήματα προέρχονται από τις ιδιότητες των μπαταριών κίνησης, κατά τα άλλα δεν έχουν καμία διαφορά ως προς τα βενζινοκίνητα. Σε παγκόσμιο επίπεδο και ιδίως σε χώρες με δυνατότητα ανάπτυξης της επιστημονικής έρευνας, η προσοχή επικεντρώνεται στη δημιουργία μπαταριών ταχείας φόρτισης και υψηλής ενεργειακής πυκνότητας, δηλαδή μικρό βάρος και μεγάλη χωρητικότητα για την αποθήκευση της αναγκαίας ποσότητας ενέργειας. Σήμερα ως καταλληλότερες μπαταρίες θεωρούνται οι μπαταρίες ιόντων λιθίου, οι οποίες συγκεντρώνουν τα περισσότερα πλεονεκτήματα σε σύγκριση προς άλλα είδη, χωρίς βεβαίως να αντιμετωπίζουν ριζικά το πρόβλημα.
Η πιο ενδεδειγμένη λύση δόθηκε με την κατασκευή των υβριδικών αυτοκινήτων, των οποίων η κίνηση επιτυγχάνεται με τον συνδυασμό μηχανής εσωτερικής καύσεως και ηλεκτροκινητήριου συστήματος αποτελουμένου από μπαταρίες, ηλεκτρονικούς μετατροπείς ισχύος, ηλεκτρικό κινητήρα και ηλεκτρονικές διατάξεις ελέγχου. Οι συσσωρευτές φορτίζονται είτε μέσω ηλεκτροπαραγωγού ζεύγους, δηλαδή μηχανή εσωτερικής καύσεως – ηλεκτρική γεννήτρια – ρεζερβουάρ, είτε μέσω σύνδεσης με φορτιστή που λαμβάνει ενέργεια από το ηλεκτρικό δίκτυο. Με αυτή την τεχνολογία επιτυγχάνεται, η κυκλοφορία του αυτοκινήτου να είναι ακριβώς ίδια με εκείνη των παραδοσιακών αυτοκινήτων, και ταυτόχρονα να μειώνονται οι ρυπογόνες ουσίες και το CO2 που εκλύονται στο περιβάλλον και επιπλέον να μειώνεται η κατανάλωση λόγω της δυνατότητας επιστροφής ενέργειας στις μπαταρίες κατά τη μείωση της ταχύτητας του οχήματος και κατά την πορεία σε κατωφέρειες.
Η υβριδική τεχνολογία αποτελεί το μεταβατικό στάδιο μέχρι να επικρατήσουν τα αμιγώς ηλεκτροκίνητα αυτοκίνητα, στα οποία η φόρτιση των συσσωρευτών κίνησης θα γίνεται γρήγορα και κατευθείαν από το ηλεκτρικό δίκτυο. Προφανώς, το ηλεκτρικό δίκτυο προσφέρει ενέργεια προερχόμενη από κάθε φυσική πηγή, όπως λιγνίτης, υδατοπτώσεις, άνεμος, ήλιος κ.λπ. Οι εξελίξεις σε αυτή την κατεύθυνση είναι αξιόλογες. Στη χώρα μας, όμως, ακόμη δεν υποστηρίζεται σοβαρά η έρευνα και ανάπτυξη της τεχνολογίας για τη συμμετοχή μας στις εξελίξεις των ηλεκτροκίνητων οχημάτων, αν και ήδη υπάρχουν πειστικές ενδείξεις για τη δυνατότητα μιας τέτοιας συμμετοχής, προερχόμενες κυρίως από το χώρο της τριτοβάθμιας εκπαίδευσης.
ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
[1] Εγκυκλοπαίδεια Πάπυρος Λαρούς Μπριτάνικα, Τόμος 42, Λήμμα «Μεταφορές» και Τόμος 12, Λήμμα «αυτοκίνητο», Πάπυρος 1996.
[2] ΠΩΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙ – HOW IT WORKS, ΤΕΧΝΙΚΗ ΕΓΚΥΚΛΟΠΑΙΔΕΙΑ, 1978, ΑΛΚΥΩΝ, Τόμος 8, Λήμμα «Μεταφορικά συστήματα» και Τόμος 9, Λήμμα «Ντήζελ Μηχανές».
[3] Albert Kloss: “Electrofahrzeuge, vom Windwagen zum Elektromobil”, VDE VERLAG, 1996.
[4] Michael H. Westbrook, “THE ELECTRIC CAR, Development and future of battery, hybrid and fuel - cell cars”, IEE POWER AND ENERGY SERIES 38, 2001.
[5] www.heliev.gr
