Τι θα γεφυρώσει το χάσμα μεταξύ ICE και ηλεκτρικών κινητήρων;

Τα οχήματα που λειτουργούν με ηλεκτρικούς κινητήρες είναι το μέλλον. Είτε μέσω χρήσης μπαταριών, κυττάρων υδρογόνου, είτε κάποιας άλλης καινοτόμου λύσης, το τελικό αποτέλεσμα είναι το ίδιο – οι κινητήρες εσωτερικής καύσης (ICE) βρίσκονται σε φάση εξάλειψης.

Ωστόσο, αυτή η αλλαγή δεν θα συμβεί από τη μια μέρα στην άλλη. Για δεκαετίες, τα κράτη παγκοσμίως έχουν επενδύσει βαριά στην ανάπτυξη υποδομών σχεδιασμένων ειδικά για υγρά καύσιμα όπως η βενζίνη και το ντίζελ. Αν και είναι λογικό να υποθέσουμε ότι το δυναμικό των οχημάτων με ICE έχει ήδη εκμεταλλευτεί, αυτό δεν ισχύει, και η αυξανόμενη κατανόησή μας της επιστήμης των υλικών επιτρέπει ένα μέλλον όπου η διάρκεια ζωής του ICE θα παραταθεί ώστε να ζει αρμονικά δίπλα στους ηλεκτρικούς του ομοίους για πολλά χρόνια.

Με τη βιομηχανία ICE ακόμη αναμένεται να αυξηθεί από περίπου 55 δισεκατομμύρια δολάρια το 2021 σε περίπου 70 δισεκατομμύρια δολάρια μέχρι το 2028, με CAGR 3,71%, υπάρχει ακόμη επενδυτικό δυναμικό που δεν έχει αξιοποιηθεί.

Ακολουθεί μια σύντομη ματιά σε μερικές καινοτομίες που έχουν τη δυνατότητα να προσφέρουν στα οχήματα με ICE μια νέα ζωή, γεφυρώνοντας το χάσμα προς την αναπόφευκτη κυριαρχία των EV.

Κατασκευαστές και Καινοτόμοι

Πριν ρίξουμε μια ματιά σε μερικές από τις νέες καινοτομίες που στοχεύουν στην επέκταση της διάρκειας ζωής του ICE, βεβαιωθείτε ότι έχετε ελέγξει τις παρακάτω δημόσια εισηγμένες εταιρείες· καθεμία από τις οποίες παίζει ενεργό ρόλο στην ανάπτυξη/προώθηση τέτοιων προϊόντων.

Porsche (P911)

Μεταξύ των κατασκευαστών αυτοκινήτων, η Porsche είναι μία από τις πιο εμβληματικές. Οι προσπάθειες της εταιρείας υπερβαίνουν τη δημιουργία κινούμενων έργων τέχνης, και είναι υπεύθυνες για την ανάπτυξη και προώθηση νέων τεχνολογιών που στοχεύουν στη βελτίωση τόσο της απόδοσης όσο και της αποδοτικότητας των οχημάτων της (π.χ. συνθετικά καύσιμα).

Η Porsche εδρεύει στο Στουτγκάρδη, Γερμανία. Η εταιρεία απασχολεί σχεδόν 40.000 άτομα και παρουσίασε έσοδα άνω των 37 δισεκατομμυρίων δολαρίων το τελευταίο οικονομικό έτος.

Tesla (TSLA)

Αν και η Tesla (TSLA ) μπορεί να βασίζεται σε τρίτους για την πραγματική κατασκευή των μπαταριών της, οι απαιτήσεις και οι ανάγκες της εταιρείας έχουν μοναδικά ευθύνεται για μεγάλο μέρος της καινοτομίας στον τομέα των EV τα τελευταία 20 χρόνια.

Ενώ το 2022 είδε μια απότομη πτώση της μετοχής TSLA, οι συνθήκες έχουν αλλάξει, με το 2023 να σημειώνει μια εντυπωσιακή ανάκαμψη του +55,48% YTD τη στιγμή της συγγραφής. Παρά το δύσκολο 2022, η εταιρεία κατάφερε να παρουσιάσει έσοδα 81,46 δισεκατομμυρίων δολαρίων κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου.

Η Tesla εδρεύει στο Τέξας, Ηνωμένες Πολιτείες.

Τεχνητή Νοημοσύνη

Η πρώτη καινοτομία που θα επιτρέψει στα οχήματα ICE να γίνουν πιο αποδοτικά και να κερδίσουν μερικά επιπλέον χρόνια πριν καταστούν παρωχημένα είναι η αυτόνομη οδήγηση με χρήση τεχνητής νοημοσύνης (AI).

Η AI διαθέτει αυτή τη δυνατότητα αφαιρώντας το ανθρώπινο σφάλμα και τις συνήθειες από την εξίσωση. Η AI θα επιτρέψει την επικοινωνία μεταξύ των οχημάτων στο δρόμο, μειώνοντας τη συμφόρηση και την κυκλοφορία και τις σχετικές υπερβολικές εκπομπές· η AI θα τηρεί τα όρια ταχύτητας και θα αποφεύγει την αναποτελεσματική σπριντ από φανάρι σε φανάρι· η AI μπορεί να διατηρεί σταθερή ταχύτητα χωρίς να υπερφορτώνει το γκάζι.

Για καθένα από τους παραπάνω λόγους, και περισσότερους, η AI έχει τη δυνατότητα να επιτρέψει στα παραδοσιακά οχήματα με ICE να παραμείνουν όσο το δυνατόν πιο ανταγωνιστικά σε σχέση με τα EV για όσο το δυνατόν περισσότερο.

Συνθετικά Καύσιμα

Το κύριο πρόβλημα των οχημάτων ICE είναι η εξάρτησή τους από τα ορυκτά καύσιμα. Δεν εξαντλείται μόνο αυτή η πηγή ενέργειας, αλλά η εξόρυξή της από τη Γη και η επακόλουθη επεξεργασία και καύση είναι κακή για το περιβάλλον.

Δεδομένου αυτού, δεν είναι εκπληκτικό να μάθουμε ότι μία από τις πιο υποσχόμενες καινοτομίες που στοχεύει στην επέκταση της διάρκειας ζωής των οχημάτων ICE είναι η δημιουργία συνθετικών καυσίμων ή «eFuel». Στην πραγματικότητα, τα συνθετικά καύσιμα έχουν τόσο μεγάλη υπόσχεση που περιοχές όπως η Ευρώπη έχουν ήδη αποφασίσει να επιτρέψουν εξαιρέσεις στην απαγόρευση των κινητήρων που εκπέμπουν CO₂ τα επόμενα χρόνια για εκείνα που καίνε eFuel.

Τι είναι λοιπόν τα συνθετικά καύσιμα ή «eFuel»; Είναι μια πηγή ενέργειας που μπορεί να αντικαταστήσει την βενζίνη που προέρχεται από ορυκτά καύσιμα για χρήση σε κανονικά οχήματα ICE. Προς το παρόν υπάρχουν δύο κύριες μέθοδοι δημιουργίας του, όπως:

• Μέσω μιας πολυβήματης διαδικασίας που διασπά το H₂O μέσω ηλεκτρόλυσης, απελευθερώνοντας διατομεία υδρογόνου που στη συνέχεια μετατρέπονται σε μεθανόλη με τη συγχώνευση με CO₂ που έχει συλληφθεί από τον αέρα. Η προκύπτουσα μεθανόλη μετατρέπεται στη συνέχεια σε eFuel (συνθετική βενζίνη) σε υψηλές θερμοκρασίες με τη χρήση καταλυτών.
• Κατασκευή υδρογονανθράκων που λειτουργούν ως δομικά στοιχεία της βενζίνης από CO₂ και H₂

Πρέπει να σημειωθεί ότι αυτή τη στιγμή, τα eFuels δεν αποτελούν καθόλου τέλεια λύση. Οι παραπάνω διαδικασίες δημιουργίας του eFuel είναι πολύ ενεργοβόρες. Επιπλέον, η προκύπτουσα «βενζίνη» εξακολουθεί να είναι «εκπομπή καυσαερίων». Ωστόσο, η διαδικασία μπορεί να προσφέρει τη δυνατότητα να γίνει το προκύπτον καύσιμο ουδέτερο ως προς το άνθρακα, αφαιρώντας CO₂ από τον αέρα και χρησιμοποιώντας βιώσιμες πηγές ενέργειας στη διαδικασία δημιουργίας.

Ενώ η Porsche μπορεί να προωθεί αυτήν την καινοτομία ως μέσο για τη δημιουργία πιο πράσινων οχημάτων ICE – που θα βρίσκονται στους δρόμους για δεκαετίες ανεξάρτητα από την υιοθέτηση των EV – είναι εταιρείες όπως η HIF που εργάζονται για την τελειοποίηση του καυσίμου και των διαδικασιών που απαιτούνται για τη δημιουργία του.

Τριβή – Φίλος ή Εχθρός;

Όσον αφορά τη χερσαία μεταφορά, η τριβή είναι ταυτόχρονα ευλογία και ελάττωμα. Η τριβή είναι απαραίτητη για τη μεταφορά της δύναμης μέσω των ελαστικών του οχήματος στο έδαφος. Είναι αυτό που επιτρέπει στα οχήματα να διατηρούν τον έλεγχο κατά το φρενάρισμα και την στροφή. Ωστόσο, όταν γίνεται ελάττωμα, είναι μέσω του συστήματος μετάδοσης κίνησης του οχήματος, όπου η τριβή μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικό μέρος της μηχανικής ενέργειας να σπαταληθεί ως θερμότητα.

Μια σειρά λύσεων για την υπέρβαση της τριβής περιλαμβάνει την υφή της επιφάνειας και τη χρήση συνθετικών λιπαντικών.

Μελέτες που διεξάγονται σχετικά με την υφή της επιφάνειας έχουν δείξει υποσχόμενα αποτελέσματα μέσω της χρήσης τόσο αυλακώσεων όσο και εσοχών στους τοίχους των κυλίνδρων των ICE, παρουσιάζοντας σημαντική μείωση της τριβής και της προκύπτουσας θερμότητας.

Τα συνθετικά λιπαντικά δεν είναι κάτι καινούργιο. Όταν εισήχθησαν για πρώτη φορά πριν από δεκαετίες, αντικαθιστώντας το παραδοσιακό λάδι κινητήρα, παρείχαν μια εναλλακτική λύση με καλύτερο λίπανση, χαρακτηριστικά φθοράς, μεταβλητές ιξώδεις ιδιότητες και άλλα. Η επιστήμη πίσω από αυτά τα λιπαντικά δεν έχει σταματήσει όμως. Με τη συνεχώς αυξανόμενη κατανόησή μας των επιστημών των υλικών, τα συνθετικά λιπαντικά έχουν συνεχώς γίνει πιο ανθεκτικά και αποτελεσματικά στην εργασία τους.

Σε συνδυασμό, η χρήση της υφής της επιφάνειας και η βελτίωση των συνθετικών λιπαντικών έχουν τη δυνατότητα να βοηθήσουν τα οχήματα ICE να εξαλείψουν ένα σημαντικό μέρος των μηχανικών απωλειών που προκύπτουν μέσω των συστημάτων μετάδοσης κίνησης. Ενώ δεν θα φτάσουν ποτέ στην υψηλή αποδοτικότητα των EV, που ισχυρίζονται ότι έχουν απώλειες μόλις 5%, η μείωση της σχεδόν 50% απώλειας των ICE μπορεί να συμβάλει σημαντικά στην επέκταση της διάρκειας ζωής τους.

Επανασχεδιασμός του ICE

Έτσι, η AI μπορεί να αντικαταστήσει τον οδηγό, τα συνθετικά καύσιμα μπορούν να αντικαταστήσουν τις πηγές ενέργειας, και τα σύγχρονα λιπαντικά σε συνδυασμό με την υφή της επιφάνειας μπορούν να μειώσουν τις μηχανικές απώλειες του κινητήρα. Όλα αυτά είναι εξαιρετικά, αλλά υπάρχει μια εταιρεία που παίρνει αυτές τις πρωτοβουλίες ένα βήμα παραπέρα, πραγματοποιώντας σχεδόν πλήρη επανασχεδίαση του παραδοσιακού ICE.

Avadi engines, η οποία πρόσφατα ολοκλήρωσε μια εκστρατεία crowdfunding στην StartEngine που οδήγησε σε συγκέντρωση άνω των $210.000, ισχυρίζεται ότι μέσω της εξάλειψης ενός παραδοσιακού συστήματος βαλβίδων, το επανασχεδιασμένο ICE είναι πιο συμπαγές, ελαφρύτερο, πιο αποδοτικό, ευέλικτο και ένα τέρας ροπής.

Το μοναδικό σχέδιο της εταιρείας χρησιμοποιεί έναν περιστρεφόμενο κύλινδρο με δίπλο συνδετικό rod. Η περιστροφή του κυλίνδρου είναι αυτό που επιτρέπει την εξάλειψη ενός παραδοσιακού συστήματος βαλβίδων, καθιστώντας δυνατή την ενσωμάτωση βαλβίδων εισαγωγής και εξαγωγής στην κεφαλή του κυλίνδρου. Η Avadi ισχυρίζεται ότι,

“Σύμφωνα με εσωτερικές δοκιμές, το Avadi MA-250 μας είναι περίπου το ήμισυ του βάρους και διπλάσιο της ροπής & της ισχύος του κοντινότερου ανταγωνιστικού κινητήρα, ενώ καίει περίπου 30% λιγότερο καύσιμο.”

Ενώ η Avadi δηλώνει ότι το πρώτο της μοντέλο, το MA-250, διαθέτει 15 ίππους και 22 lb-ft ενώ ζυγίζει μόνο 26 lb, μπορεί επίσης να κλιμακωθεί προς τα πάνω και προς τα κάτω για διαφορετικές εφαρμογές.

Αυτή η δυνατότητα κλιμάκωσης είναι σημαντική καθώς το ICE χρησιμοποιείται σε περισσότερα από τα χερσαία μεταφορικά μέσα. Στην πραγματικότητα, ένας από τους λόγους που το ICE θα παραμείνει διαδεδομένο για πολλά χρόνια είναι η ευρεία του χρήση σε αμέτρητες εφαρμογές. Είτε πρόκειται για κήπο τρακτέρ, ATV, ξυλοκόπτη ή κάποιο άλλο μηχάνημα, το ICE μπορεί να βρεθεί παντού. Αυτό είναι τώρα μια πραγματικότητα που αντιμετωπίζεται από εταιρείες όπως η Avadi και το πρωτότυπο MA-250 της.

Τελική Λέξη

Όπως αναφέρθηκε στην αρχή αυτού του άρθρου – η αντικατάσταση των ICE από τα EV είναι μόνο θέμα χρόνου. Αυτό δεν φαίνεται πλέον ως ερώτηση. Ωστόσο, το ενδιαφέρον είναι η συνεχής εφευρετικότητα των μηχανικών που επιτρέπει στο ICE να παραμείνει μια βιώσιμη πηγή ενέργειας για πολλά χρόνια.

Ενώ τα EV είναι ήδη εδώ και πλησιάζουν την ισοδυναμία με τα οχήματα ICE σε διάφορους δείκτες, θα χρειαστεί κάποιο χρονικό διάστημα πριν η παγκόσμια υποδομή ακολουθήσει. Με αυτήν την κατάσταση, υπάρχει ακόμα ένας αξιοπρεπής χρόνος για έξυπνους επενδυτές να κάνουν κερδοφόρες επενδύσεις στον χώρο του ICE. Είτε μέσω τεχνολογιών γεφύρωσης όπως τα σύγχρονα καύσιμα, τα λιπαντικά ή οι επανασχεδιάσεις κινητήρων – η ευκαιρία υπάρχει.

Ίσως σε λίγα χρόνια, θα έρθει μια μέρα που θα έχουμε αυτόνομα οχήματα που λειτουργούν με κινητήρα Avadi, τρέχοντας με eFuel, και διαθέτοντας εξαιρετική αποδοτικότητα μέσω της χρήσης λιπαντικών επόμενης γενιάς και υφής της επιφάνειας.