Wat zal de kloof tussen verbrandingsmotoren en elektrische motoren overbruggen?

Voertuigen die worden aangedreven door een elektrische motor zijn de toekomst. Of dit nu gebeurt via batterijpakketten, waterstofbrandstofcellen of een andere innovatieve oplossing, het eindresultaat is hetzelfde – verbrandingsmotoren (ICE) staan op het punt te verdwijnen.

Dit is echter geen verandering die van de ene op de andere dag zal plaatsvinden. Decennialang hebben landen wereldwijd zwaar geïnvesteerd in de ontwikkeling van infrastructuur die specifiek is afgestemd op vloeibare brandstoffen zoals benzine en diesel. Hoewel het redelijk lijkt te veronderstellen dat het potentieel van op ICE gebaseerde voertuigen al volledig is benut, is dat simpelweg niet het geval, en ons groeiende begrip van materiaalkunde maakt een toekomst mogelijk waarin de ICE een verlengde levensduur krijgt en jarenlang harmonieus naast zijn elektrische tegenhangers kan bestaan.

Met de ICE‑industrie die nog steeds groei verwacht van ongeveer $55 miljard in 2021 tot ongeveer $70 miljard in 2028, met een CAGR van 3,71 %, is er nog steeds investeringspotentieel dat benut kan worden.

Hieronder volgt een kort overzicht van enkele innovaties die het potentieel hebben om ICE‑voertuigen een nieuw levensvat te geven, en de kloof te overbruggen naar de onvermijdelijke dominantie van elektrische voertuigen.

Fabrikanten en Innovatoren

Voordat we een kijkje nemen naar enkele nieuwe innovaties die de levensduur van ICE willen verlengen, zorg ervoor dat u de volgende beursgenoteerde bedrijven bekijkt; elk speelt een actieve rol in het ontwikkelen/promoten van dergelijke producten.

Porsche (P911)

Onder autofabrikanten is Porsche een van de meest iconische. De inspanningen van het bedrijf gaan echter verder dan het creëren van bewegende kunstwerken en zijn verantwoordelijk voor de ontwikkeling en promotie van nieuwe technologieën die gericht zijn op het verbeteren van zowel de prestaties als de efficiëntie van hun voertuigen (bijv. synthetische brandstof).

Porsche is gevestigd in Stuttgart, Duitsland. Het bedrijf heeft bijna 40.000 werknemers en rapporteerde een omzet van meer dan $37 miljard in het afgelopen fiscale jaar.

Tesla (TSLA)

Hoewel Tesla (TSLA ) mogelijk afhankelijk is van derden voor de feitelijke productie van zijn batterijpakketten, zijn de eisen en behoeften van het bedrijf in de afgelopen 20 jaar in één klap verantwoordelijk geweest voor een groot deel van de innovatie binnen de EV‑sector.

Terwijl 2022 een scherpe daling van de TSLA‑aandelen zag, is het tij gekeerd, met 2023 dat een indrukwekkende ommekeer van +55,48 % YTD markeert op het moment van schrijven. Ondanks een moeizaam 2022 kon het bedrijf nog steeds een omzet van $81,46 miljard in die periode laten zien.

Tesla is gevestigd in Texas, Verenigde Staten.

Kunstmatige Intelligentie

De eerste innovatie die ICE‑voertuigen in staat zal stellen efficiënter te worden en nog een paar extra jaren mee te maken voordat ze verouderd raken, is zelfrijdende technologie met behulp van kunstmatige intelligentie (AI).

AI heeft dit vermogen doordat het menselijke fouten en gewoonten uit de vergelijking haalt. AI maakt communicatie tussen voertuigen op de weg mogelijk, waardoor congestie en verkeer en de daaruit voortvloeiende overtollige emissies worden verminderd; AI houdt zich aan de snelheidslimieten en vermijdt inefficiënt racen van stoplicht naar stoplicht; AI kan een constante snelheid handhaven zonder het gaspedaal te overbelasten.

Om de bovenstaande redenen, en meer, heeft AI het potentieel om traditionele op ICE gebaseerde voertuigen zo lang mogelijk zo competitief mogelijk te houden ten opzichte van EV’s.

Synthetische Brandstoffen

Het grootste probleem met ICE‑voertuigen is hun afhankelijkheid van fossiele brandstoffen. Niet alleen raakt deze brandstofbron op, de winning uit de aarde en de daaropvolgende verwerking en verbranding zijn verschrikkelijk voor het milieu.

Gezien dit feit is het niet verrassend dat een van de meest veelbelovende innovaties om de levensduur van ICE‑voertuigen te verlengen, de creatie van synthetische brandstoffen of ‘eFuel’ is. In feite hebben synthetische brandstoffen zoveel potentie dat regio’s zoals Europa al hebben besloten om in de komende jaren vrijstellingen toe te staan in hun verbod op CO₂-uitstotende motoren voor voertuigen die eFuel verbranden.

Dus wat zijn synthetische brandstoffen of ‘eFuel’? Het is een energiebron die kan worden gebruikt in plaats van benzine afkomstig van fossiele brandstoffen voor reguliere ICE‑voertuigen. Er zijn momenteel twee hoofdmethoden om het te produceren, namelijk:

• Via een meerstapsproces waarbij H₂O wordt gesplitst door elektrolyse, waardoor diatomische waterstofmoleculen vrijkomen die vervolgens worden omgezet in methanol door ze te combineren met CO₂ uit de lucht. Het resulterende methanol wordt daarna bij hoge temperaturen omgezet in eFuel (synthetische benzine) met behulp van katalysatoren.
• Het opbouwen van koolwaterstoffen die fungeren als de bouwstenen van benzine uit CO₂ en H₂.

Het moet worden opgemerkt dat eFuels op dit moment zeker geen perfecte oplossing zijn. De hierboven genoemde processen om eFuel te produceren zijn zeer energie‑intensief. Bovendien blijft de resulterende ‘benzine’ een ‘uitlaatuitstoter’. Wat het proces wel kan bieden, is de mogelijkheid om de geproduceerde brandstof koolstofneutraal te maken door CO₂ uit de lucht te verwijderen en duurzame energiebronnen te gebruiken bij het productieproces.

Hoewel Porsche deze innovatie promoot als een manier om ICE‑voertuigen – die decennialang op de weg zullen blijven, ongeacht de adoptie van EV’s – aanzienlijk groener te maken, zijn het bedrijven zoals HIF die werken aan het perfectioneren van de brandstof en de processen die nodig zijn om deze te creëren.

Wrijving – Vriend of Vijand?

Als het gaat om landtransport, is wrijving zowel een zegen als een nadeel tegelijk. Wrijving is noodzakelijk om kracht via de banden van het voertuig naar de grond over te brengen. Het is wat voertuigen in staat stelt controle te behouden tijdens remmen en sturen. Waar het echter een nadeel wordt, is in de aandrijflijn van een voertuig, waar wrijving kan leiden tot een aanzienlijk deel van de potentiële mechanische energie dat als warmte verloren gaat.

Een paar oplossingen om wrijving te overwinnen omvatten oppervlakte‑structurering en het gebruik van synthetische smeermiddelen.

Uitgevoerde studies naar oppervlakte‑structurering hebben veelbelovende resultaten laten zien door zowel groeven als kuiltjes in de cilinderwanden van ICE te gebruiken, wat een aanzienlijke vermindering van wrijving en de resulterende warmte aantoont.

Synthetische smeermiddelen zijn niets nieuws. Toen ze tientallen jaren geleden voor het eerst werden geïntroduceerd als vervanging van traditioneel motorolie, boden ze een alternatief met betere smering, slijtage‑eigenschappen, variabele viscositeiten en meer. De wetenschap achter deze smeermiddelen is echter niet gestopt. Met ons voortdurend groeiende begrip van materiaalkunde zijn synthetische smeermiddelen steeds robuuster en effectiever geworden in hun taak.

Gezamenlijk heeft het gebruik van oppervlakte‑structurering en verbeterde synthetische smeermiddelen het potentieel om ICE‑voertuigen te helpen een aanzienlijk deel van de mechanische verliezen in de aandrijflijn te elimineren. Hoewel ze nooit de hoge efficiëntie van EV’s zullen bereiken, die slechts 5 % verliezen beweren, kan het verminderen van de bijna 50 % verlies van ICE een lange weg gaan om hun levensduur te verlengen.

Het ICE opnieuw vormgeven

Dus AI kan de bestuurder vervangen, synthetische brandstoffen kunnen energiebronnen vervangen, en moderne smeermiddelen gecombineerd met oppervlakte‑structurering kunnen mechanische motorverliezen verminderen. Dit zijn allemaal geweldige ontwikkelingen, maar er is één bedrijf dat deze initiatieven een stap verder zet door een bijna volledige herontwerp van de traditionele ICE zelf te realiseren.

Avadi engines, die onlangs een crowdfundingcampagne op StartEngine hebben afgesloten waarbij het bedrijf meer dan $210.000 heeft opgehaald, beweert dat door het elimineren van een traditionele kleppentring, hun herontworpen ICE compacter, lichter, efficiënter, veelzijdiger en een koppelmonster is.

Het unieke ontwerp van het bedrijf maakt gebruik van een roterende zuiger met twee drijfstangen. De rotatie van de zuiger maakt de eliminatie van een traditionele kleppentring mogelijk, door het mogelijk te maken inlaats- en uitlaatskleppen in de kop van de cilinder te integreren. Avadi beweert dat,

“Volgens interne tests is onze Avadi MA-250 ongeveer de helft van het gewicht en heeft het dubbele het koppel & vermogen van de dichtstbijzijnde concurrerende motor, terwijl hij ongeveer 30 % minder brandstof verbruikt.”

Hoewel Avadi aangeeft dat het eerste model, de MA-250, 15 pk en 22 lb‑ft biedt en slechts 26 lb weegt, kan het ook opgeschaald en afgeschaald worden voor verschillende toepassingen.

Dit vermogen om op te schalen en af te schalen is belangrijk omdat ICE wordt gebruikt in meer dan alleen landtransport. In feite is een van de redenen dat ICE de komende jaren dominant zal blijven, de brede toepassing in talloze sectoren. Of het nu een tuintractor, een ATV, een houtversnipperaar of een ander stuk machines is, ICE is overal te vinden. Dit wordt nu aangepakt door bedrijven zoals Avadi en hun MA-250‑prototype.

Laatste Woord

Zoals aan het begin van dit artikel werd gesteld – EV’s die ICE vervangen is slechts een kwestie van tijd. Dat lijkt op dit moment geen grote vraag meer te zijn.

Hoewel EV’s nu al aanwezig zijn en de gelijkwaardigheid met ICE‑voertuigen op verschillende meetpunten naderen, zal het nog enige tijd duren voordat de wereldwijde infrastructuur dit volgt. In dit geval is er nog een behoorlijke tijd voor slimme investeerders om winstgevende investeringen te doen in de ICE‑sector. Of dit nu gebeurt via brugtechnologieën zoals moderne brandstoffen, smeermiddelen of motorherontwerpen – de kans is er.

Misschien over een paar jaar zal er een dag komen waarop we zelfrijdende voertuigen hebben die worden aangedreven door een Avadi‑motor, op eFuel draaien en uitzonderlijke efficiëntie bieden door het gebruik van next‑gen smeermiddelen en oppervlakte‑structurering.