İçten Yanmalı Motorlardan Elektrik Motorlarına Geçişi Hangi Teknolojiler Destekleyecek?

Elektrik motorlu araçların ulaşım dönüşümündeki önemi artıyor. Enerji bataryalardan, hidrojen yakıt hücrelerinden veya başka sistemlerden gelebilir. Ancak içten yanmalı motorların (ICE) yerini alma hızı kullanım alanına, maliyetlere, politikalara ve altyapıya bağlıdır.

Değişim bir anda gerçekleşmeyecek. Birçok ülke benzin ve dizel için kapsamlı ağlar kurdu. Malzeme bilimi ve mühendislik de içten yanmalı motorları geliştirmeye devam edebilir; dolayısıyla elektrikli ve yanmalı teknolojiler farklı uygulamalarda birlikte kullanılabilir.

Bu makale 2023’te yayımlandığında mevcut olan bir pazar raporu büyüme öngörüyordu: İncelenen pazarın 2020’de yaklaşık 55,18 milyar dolardan 2028’de 73,84 milyar dolara çıkacağı, yıllık bileşik büyümenin yaklaşık %3,7 olacağı tahmin ediliyordu. Bu bir pazar öngörüsüdür, yatırım getirisi garantisi değildir.

Aşağıda, daha fazla elektrikli ulaşım sistemine geçiş sırasında içten yanmalı motorları iyileştirebilecek bazı yenilikler inceleniyor.

Üreticiler ve geliştiriciler

Porsche ve Tesla farklı teknoloji yaklaşımlarına örnek oluşturuyor. Aşağıdaki şirket bilgileri bağlam sunar; kesin yatırım sonucu vaat etmez.

Porsche (P911)

Porsche araç performansı ve verimliliği için teknolojiler geliştiriyor, sentetik yakıt çalışmalarını da destekliyor.
Porsche AG’nin merkezi Stuttgart, Almanya’dadır. Şirketin 2022 geliri yaklaşık 37,6 milyar avroydu. Mali tablodaki para birimi dolar değil, avrodur.

Tesla (TSLA)

Tesla (TSLA ) tedarikçilerden batarya hücreleri alıyor, kendi hücre üretimini geliştiriyor ve batarya paketlerini de üretiyor veya monte ediyor. Elektrikli araç yeniliklerine katkıda bulunan şirketlerden biridir; diğer üreticiler, tedarikçiler ve araştırmacılar da önemli rol oynar.

Bu makale 2023’te, Tesla hisselerinin 2022’deki düşüşünden sonra yayımlandı. İlk sürümdeki yılbaşından itibaren %55,48 yükseliş, yazım anına ait tarihsel bilgiydi; güncel getiri değildir. Tesla’nın 2022 geliri yaklaşık 81,46 milyar dolardı.

Tesla’nın merkezi ABD’nin Teksas eyaletindedir.

Yapay zekâ

Yapay zekâ destekli sürücü yardımı ve kontrol sistemleri, içten yanmalı motorlu araçların da işletim verimliliğini iyileştirebilir. Kazanımlar sistemin yeteneklerine ve kullanım koşullarına bağlıdır.

Daha düzgün hız kontrolü, tekrarlanan hızlanma ve frenlemeyi azaltabilir. Araçlar arası iletişim ve trafik yönetimi de sıkışıklığı hafifletebilir. Ancak yapay zekâ hataları otomatik olarak ortadan kaldırmaz ve her otomatik sürüş sisteminde araçlar arası iletişim bulunmaz.

Bu iyileştirmeler belirli koşullarda enerji tüketimi ve emisyonları azaltabilir. Elektrikli araçlar da aynı yöntemlerden yararlanabilir.

Sentetik yakıtlar

Geleneksel içten yanmalı araçlar, yakıldığında sera gazları ve kirleticiler üreten fosil yakıtlara dayanır. Yakıtın çıkarılması ve işlenmesi de çevresel etkilere sahiptir.

Sentetik yakıtlar veya e-yakıtlar, içten yanmalı motorlar için bir seçenek olarak geliştiriliyor. Mart 2023’te Avrupa Birliği yeni otomobil ve kamyonetlerin CO₂ emisyonlarını azaltan kuralları kabul etti ve 2035 sonrasında yalnızca karbon nötr yakıt kullanan araçların tescili için ayrı bir öneriden söz etti. Bu, tüm içten yanmalı araçlara zaten uygulanmış koşulsuz bir muafiyet değildi.

E-yakıtlar elektrik, su ve karbondioksit gibi girdilerle üretilir. Bazı ürünler, motor ve yakıt özelliklerini karşılamak koşuluyla benzinin yerine kullanılabilir. Olası üretim yolları şunlardır:

• Suyun, H₂O, elektroliziyle hidrojen elde edilir. Hidrojen, yakalanmış CO₂ ile tepkimeye sokularak metanol üretilir. Katalizörler ve sonraki işlemlerle metanol sentetik benzine dönüştürülebilir.
• Başka bir yöntemde CO₂ ve H₂ kullanılarak elde edilen sentez gazı üzerinden hidrokarbonlar üretilir.

E-yakıt üretimi çok enerji gerektirir ve yakıtın yanması egzoz emisyonlarını sürdürür. Yaşam döngüsünün iklim etkisi, CO₂ uygun kaynaklardan gelirse ve süreç düşük emisyonlu enerji kullanırsa azalabilir. Karbon yakalama ve yenilenebilir enerji, üretim, taşıma ve yanmanın tümünü otomatik olarak emisyonsuz yapmaz.

Porsche, kullanımda kalan içten yanmalı araçlar için bu teknolojiyi desteklerken HIF gibi şirketler üretim tesislerini ve süreçlerini geliştiriyor.

Sürtünmenin yararları ve kayıpları

Lastik ile yol arasındaki sürtünme kuvvet aktarımı, frenleme ve yön değiştirme için gereklidir. Buna karşılık motor ve güç aktarma bileşenlerindeki sürtünme, mekanik enerjinin bir bölümünü aracı hareket ettirmeyen ısıya dönüştürür.

Bu kayıpları azaltmak için iki yaklaşım, uygun yüzey dokuları ve sentetik yağlayıcılardır.

Yüzey araştırmaları silindir duvarları gibi bileşenlerde kanallar ve mikroçukurların yağlamayı iyileştirip sürtünmeyi azaltıp azaltmadığını inceler. Sonuçlar tasarıma, yüke, hıza ve yağlama koşullarına bağlıdır; her doku daha iyi değildir.

Sentetik yağlayıcılar uzun süredir kullanılıyor. Formülasyon ve katkılar yağlamayı, aşınma direncini ve farklı sıcaklıklarda kararlılığı iyileştirebilir. Araştırmalar, yağlayıcıların belirli bir motorun ihtiyaçlarına daha uygun hale gelmesini sağlayabilir. Tek bir yağ her araç için en iyi seçenek değildir.

Yüzey dokuları ve yağlayıcılar sürtünme kayıplarının bir bölümünü azaltabilir. Ancak içten yanmalı motorlarda enerjinin önemli kısmı yanma ısısı ve egzoz gazlarıyla da kaybolur. Yalnız elektrik motorunun verimliliği, yanmalı aracın tüm enerji zinciriyle doğrudan karşılaştırılmamalıdır. Bu nedenle %5 ve yaklaşık %50 kayıp rakamları tüm araçlar için eşdeğer bir karşılaştırma oluşturmaz.

İçten yanmalı motoru yeniden tasarlamak

Kontrol, yakıt ve yağlamanın yanı sıra tasarımcılar motorun mekanizmasını da değiştiriyor. Avadi MA-250 prototipi buna bir örnektir.

Avadi Engines StartEngine üzerinden fon toplama teklifinde bulunmuştu. Genel bilgi için sermaye toplama rehberine bakılabilir. İlk makalede 210.000 dolardan fazla fon toplandığı belirtiliyordu. Bu tarihsel bir bildirimdir; aktif bir teklif veya motor satış geliri değildir. Avadi, hareketli parça sayısının azaldığını, motorun hafif, kompakt ve yüksek torklu olduğunu öne sürüyordu. Bunlar geliştiricinin iddialarıdır.

Avadi tasarımı dönen bir piston ve iki biyel kolu kullanır. Dönme hareketi, geleneksel eksantrik miliyle çalışan supap mekanizması olmadan emme ve egzoz kanallarını açıp kapatır. Bu, silindir kapağına normal supaplar eklemekten ibaret değildir. Şirket iç test materyallerinde şöyle diyordu:

“İç testlere göre Avadi MA-250’miz, en yakın rakip motorun yaklaşık yarısı ağırlıkta, iki kat tork ve güce sahiptir; yaklaşık %30 daha az yakıt tüketir.”

İlk makalede prototip için yaklaşık 15 hp güç, 22 lb-ft tork ve 26 lb ağırlık bildiriliyordu. Bunlar o zamanki geliştirici verileridir; bağımsız sertifikasyon veya garantili seri üretim özellikleri değildir.

Avadi farklı kullanım alanları için tasarımın boyutunu değiştirme olasılığından da söz ediyordu. İçten yanmalı motorlar bahçe traktörlerinde, arazi araçlarında, odun yongalama makinelerinde, jeneratörlerde ve çeşitli ekipmanlarda kullanılır. Her yeni uygulama ayrı geliştirme ve test gerektirir.

Geçişin geleceği

Elektrikli araçlar gelişirken mühendislik, belirli uygulamalarda içten yanmalı motorları da iyileştirebilir. Tüm ülkeler ve tüm makine türleri için geçerli tek bir değiştirme takvimi yoktur.

Altyapı, maliyet, kurallar, güvenilirlik ve enerji ihtiyacı teknoloji seçimini belirler. Modern yakıtlar, yağlayıcılar ve yeni tasarımlar ticari fırsatlar yaratabilir, ancak pazar büyümesi veya prototip başarısı yatırımcı kazancını garanti etmez.

Otomatik kontrol, yeni motorlar, e-yakıt, yağlayıcılar ve yüzey dokularını birleştiren araçlar bir geliştirme olasılığıdır. Verimlilik ve uygulanabilirlik testlerde ve gerçek kullanımda kanıtlanmalıdır.