Silnik pomocniczy umożliwia pojazdom ciężarowym przetwarzanie ciepła odpadowego w energię elektryczną
Silniki spalinowe wykorzystujące paliwa pozyskiwane z ropy naftowej nie znikną w najbliższym czasie z naszych dróg. Według niektórych źródeł pojazdy ciężarowe mają wykorzystywać je przez co najmniej 20 nadchodzących lat. Pomimo tego, że nowoczesne silniki charakteryzują się znacznie większą sprawnością niż ich starsze odpowiedniki, około 60 % wytwarzanej energii nie napędza pojazdów – zamiast tego trafia do otoczenia w formie ciepła. Uczestnicy projektu WHIITE postanowili wykorzystać tę energię do innych zastosowań dzięki prototypowemu silnikowi, którego wprowadzenie może przełożyć się na zmniejszenie zużycia paliwa oraz duże korzyści w zakresie konwersji mocy.
Technologia odzysku ciepła odpadowego w pojazdach ciężarowych
Skupieni wokół projektu inżynierowie opracowali nowatorski silnik pomocniczy, który można z łatwością połączyć z istniejącymi silnikami wykorzystywanymi w pojazdach ciężarowych i ciągnikach, pozwalający na wytwarzanie dodatkowej energii mechanicznej bez emisji spalin. „Nasza technologia opiera się na wyjątkowym, opatentowanym rozwiązaniu – otwartym cyklu termodynamicznym, wykorzystującym powietrze z otoczenia jako ciecz roboczą. Dzięki wymiennikowi ciepła i maszynie wytwarzającej gorące powietrze nasz silnik przetwarza energię cieplną spalin wytwarzanych przez konwencjonalny silnik spalinowy na energię mechaniczną. Co więcej, zastosowanie takiego rozwiązania pozwala na obniżenie zużycia paliwa i zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych nawet o 10 %”, zauważa Frédéric Thévenod, koordynator projektu WHIITE. Konwencjonalne silniki spalinowe spalają różne rodzaje paliw – benzynę, gaz ziemny lub biogaz. Proces spalania porusza wał napędowy, którego energia mechaniczna jest wykorzystywana do napędzania pojazdu. „Opracowany przez nasz zespół prototypowy silnik to bardzo prosta maszyna, wykorzystująca ciepło w roli paliwa. Pozwala na przetwarzanie ciepła ze spalin na ciśnienie w cylindrze, w wyniku czego następuje ruch tłoka. Wał korbowy, na którym zamontowany jest tłok, zamienia ruch posuwisto-zwrotny tłoka na ruch obrotowy. Można powiedzieć, że sposób działania naszego rozwiązania przypomina w pewnym stopniu szybkowar”, dodaje Thévenod. Nowy silnik nie zwiększa masy własnej pojazdu – dzieje się tak, ponieważ zastępuje sprężarkę powietrza i urządzenie recyrkulacyjne chłodzące spaliny.
W drodze do zwiększania potencjału rynkowego
W teorii silnik opracowany w ramach projektu WHIITE mógłby zostać zastosowany we wszystkich pojazdach ciężarowych i ciągnikach. Koszty wytwarzania są bardzo niskie, a dzięki konstrukcji z konwencjonalnych materiałów silnik nie wymaga zaawansowanych układów elektronicznych. Ponadto jest on zasilany wyłącznie powietrzem z otoczenia, a dodatkowo nie wymaga konserwacji ani serwisu przez milion kilometrów. Jedynym ograniczeniem jest temperatura spalin wymagana do jego poprawnej pracy – 500 stopni Celsjusza. W zależności od ceny paliwa, wprowadzenie nowego rozwiązania może zwrócić się w ciągu zaledwie dwóch lat. „Opracowując udany prototyp rozwiązania, postawiliśmy ważny krok na drodze do rozwiązania jednego z głównych problemów dotyczących zużycia energii – marnotrawstwa ponad połowy energii wytwarzanej przez pojazdy ciężarowe”, zauważa Thévenod. Zanim jednak systemy odzysku ciepła odpadowego zadomowią się na dobre w naszych pojazdach ciężarowych, konieczne jest jeszcze wiele pracy inżynierów. „Pierwsze kroki obejmą miniaturyzację silnika oraz przystosowanie go do pracy przy niższych temperaturach spalin, dzięki czemu nasze rozwiązanie będzie lepiej przystosowane do montażu w pojazdach ciężarowych”. Na razie technologia opracowana w ramach projektu WHIITE może znaleźć zastosowanie w systemach wytwarzania energii elektrycznej w energetyce, jednak w ciągu najbliższych kilku lat spodziewane jest jej wprowadzenie na rynek transportowy. Ambicją uczestników projektu jest opracowanie kompleksowego rozwiązania odzysku ciepła odpadowego na potrzeby pojazdów ciężarowych. „Opracowanie przełomowego silnika stanowi zawsze duże wyzwanie, niezależnie od rodzaju. Kolejnym jest skuteczne wprowadzenie go na bardzo konkurencyjny rynek. Udało nam się jednak postawić pierwsze kroki na tej drodze, natomiast obecnie spodziewamy się dalszych sukcesów dotyczących zwiększania skali oraz usprawniania opracowanej technologii”, podsumowuje Thévenod.
Słowa kluczowe
WHIITE, silnik, energia, ciepło odpadowe, pojazd ciężarowy, pojazdy ciężarowe, ciągnik, odzysk ciepła odpadowego, spaliny, silniki spalinowe
