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Jul 29, 2023

Ende des ICE-Zeitalters: Mythos oder Realität • EVreporter

Irgendwann im Jahr 1896, auf der Jahrestagung der Association of Edison Illuminating Companies, zeigte Alex Dow aus Detroit Edison auf seinen Chefingenieur Henry Ford und sagte zu Edison: „Es gibt einen Jungen

Irgendwann im Jahr 1896, auf der Jahrestagung der Association of Edison Illuminating Companies, zeigte Alex Dow aus Detroit Edison auf seinen Chefingenieur Henry Ford und sagte zu Edison: „Es gibt einen jungen Kerl, der ein Benzinauto gebaut hat (lesen Sie ICEV). .“ Ford hatte gerade sein Quadricycle fertiggestellt. Ford setzte sich neben den fast tauben Edison und beschrieb seinen Prototyp einer benzinbetriebenen Kutsche. Als er fertig war, schlug Edison mit der Faust auf den Tisch und sagte: „Junger Mann, das ist die Sache; Sie haben es. Weiter so! Elektroautos (sprich Elektroautos) müssen in der Nähe von Kraftwerken bleiben. Der Akku ist zu schwer. Dampfautos reichen auch nicht aus, denn sie müssen einen Kessel und ein Feuer transportieren. Ihr Auto ist in sich geschlossen – es trägt sein Kraftwerk – kein Feuer, kein Kessel, kein Rauch, kein Dampf. Du hast das Ding. Weiter so." Später erinnerte sich Henry Ford: „Dieser Knall auf den Tisch war für mich Welten wert.“ Bis dahin hatte mich noch kein Mann ermutigt. Ich hatte gehofft, dass ich Recht hatte, manchmal wusste ich, dass ich Recht hatte, aber hier…. Aus heiterem Himmel hatte mir das größte Erfindergenie der Welt volle Zustimmung (für ICEV) gegeben.“Edisons Aussage war überraschend, da sie von einem glühenden Befürworter elektrischer Energie (und Elektrofahrzeuge) kam.– aus dem Buch „Henry's Attic: Some Fascinating Gifts to Henry Ford and His Museum“ von Ford R. Bryan (herausgegeben von Sarah Evans).

Das bestimmende Merkmal unserer heutigen Zivilisation, das sie von allen anderen früheren Zivilisationen unterscheidet, ist die weit verbreitete Nutzung mechanischer Kraft. In der Vergangenheit dienten menschliche Muskeln als primäre Kraftquelle für verschiedene Aufgaben, sei es in Friedens- oder Kriegszeiten. Später wurde die Kraft von Tieren zur Unterstützung der Wehen genutzt, zusammen mit der Nutzung von Wind- und Wasserkraft, was die Möglichkeiten des Menschen, mehr Arbeit aus den verfügbaren Ressourcen herauszuholen, weiter erweiterte. Der bedeutendste Sprung erfolgte jedoch, als die Menschheit die Kunst beherrschte, Energie von einer Form in eine andere umzuwandeln, was zur Erfindung verschiedener Arten von Motoren führte[1], beginnend mit der ersten Windmühle des 9. Jahrhunderts in Persien. Die Umwandlungseffizienz war schon immer ein entscheidender Faktor für diese Motoren bei der Umwandlung von Energie von einer Form in eine andere. Diese „Motoren“ haben in der modernen Gesellschaft eine zentrale Rolle gespielt. Eine Windmühle, die Windkraft in Rotationsenergie umwandelt, gilt als der älteste Motor dieser Art (auch „Windkraftmaschine“ genannt). Diese Windmühlen wurden im gesamten Hochmittelalter und in der frühen Neuzeit genutzt. Dann kam die „Dampfmaschine“, die 1712 von Thomas Newcomen erfunden und 1769 von James Watt improvisiert wurde und das Zeitalter der industriellen Revolution einläutete. Die meisten dieser „Motoren“ wandeln heute die „Wärmeenergie“ gespeicherter fossiler Brennstoffe (d. h. Kohle und Erdöl) in verwertbare mechanische Energie um – daher der Name „Wärmekraftmaschinen“. Unter diesen „Wärmemotoren“ wurde der Verbrennungsmotor (ICE) zu einer treibenden Kraft der zweiten Welle der industriellen Revolution (die mit der Erfindung der „Dampfmaschine“ begonnen hatte). Das „Internal Combustion“ im Namen bezieht sich auf die Tatsache, dass Kraftstoff in einem geschlossenen Raum intern verbrannt wird, um die erforderliche mechanische Leistung zu erzeugen. Es ist anzumerken, dass der Begriff „ICEV“ (Internal Combustion Engine Vehicle) erst in jüngster Zeit an Popularität gewonnen hat, insbesondere mit dem Aufkommen von Elektrofahrzeugen (EVs), die aufgrund ihres Fehlens lokalisierter giftiger Schadstoffe als umweltfreundliche Fahrzeuge gelten Emissionen. Elektrofahrzeuge werden ausschließlich durch elektrische Energie angetrieben (ironischerweise stammen fast 63,3 % des weltweiten Stroms aus fossilen Brennstoffen, während erneuerbare Energien 26,3 % und Kernenergie 10,4 % ausmachen), die in Batterien gespeichert sind, während ICEVs auf der direkten Verbrennung fossiler Brennstoffe (in ICEs) basieren ) für den Antrieb.

Die Geschichte der Verbrennungsmotoren lässt sich bis in die zweite Hälfte des 19. Jahrhunderts zurückverfolgen, als zahlreiche Ingenieure auf der ganzen Welt eine Vielzahl solcher Motoren ausprobierten und konstruierten. Diese Motoren zeigten je nach Konstruktion, Art der verwendeten Kraftstoffe, zugehörigen mechanischen Systemen und verwendeten Motorzyklen unterschiedliche Erfolgsgrade. Es war jedoch Nikolaus August Otto, ein deutscher Ingenieur, der 1876 einen „Otto-Zyklus“-Motor entwickelte, der heute als Benzinmotor bekannt ist (er verwendet einen externen Funken, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu zünden, das auf etwa 120–200 psi komprimiert wird). . Diese Motoren wurden zunächst für stationäre Anlagen eingesetzt, da Otto kein Interesse am Transportwesen hatte. Andere Ingenieure wie Daimler perfektionierten den Ottomotor für Transportzwecke, der heute in Autos, Motorrollern, Powerboards, kleinen Stromaggregaten usw. weit verbreitet ist. Im Jahr 1892 brachte ein anderer deutscher Ingenieur, Rudolph Diesel, einen anderen Motortyp auf den Markt, nämlich den Dieselmotor (er verwendet einen höheren Kompressionsdruck von etwa 300–500 psi, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch selbst zu zünden, und benötigt daher keine externen Motoren). Funke zur Zündung. Dies basierte auf dem „Dieselzyklus“, der für die Verwendung von Diesel konzipiert war, einem schwereren Kraftstoff, der leistungsstärker als Benzinmotoren war. Dieselmotoren werden häufiger in schweren Maschinen, Lokomotiven, Schiffen und einigen Automobilen eingesetzt, insbesondere in Fahrzeugen . Nutzfahrzeuge im Fernverkehr.

Im Laufe der Zeit haben bedeutende Fortschritte beide ICEs zu technologischen Wunderwerken gemacht, und viele dieser ICEs werden in einer Vielzahl stationärer und mobiler Anwendungen eingesetzt[2] und decken etwa 25 % des weltweiten Strombedarfs. Allerdings haben das wachsende Bewusstsein und die weltweite Besorgnis über die Umweltzerstörung den Ruf von Verbrennungsmotoren beeinträchtigt, insbesondere im Mobilitätssektor. Als Reaktion darauf gab es Vorschläge, ICEVs durch Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoffen zu ersetzen, mit dem Ziel, die Treibhausgasemissionen der Fahrzeuge zu reduzieren und die Auswirkungen auf die Umwelt zu mildern.

Der Transport von Gütern und Personen ist für die moderne Gesellschaft von wesentlicher Bedeutung, und derzeit wird der Großteil des Transports aufgrund ihrer reichlichen Verfügbarkeit, Bequemlichkeit und Erschwinglichkeit fast ausschließlich mit Verbrennungsmotoren betrieben, die flüssige Kraftstoffe verwenden. Der Vorteil von Öl als Brennstoff liegt auch in seiner Transportfähigkeit aufgrund seiner flüssigen Form im Vergleich zu fester Kohle und gasförmigem Erdgas. Außerdem enthält es über 50 % mehr chemische Energie als Kohle, bei einem „Heizwert“ von 46 MJ Energie gegenüber 26–33 MJ bei Kohlen höchster Qualität. Aufgrund seiner flüssigen Form liefert ein Supertanker mit zwei Millionen Barrel die gleiche Energiemenge wie 30 volle Kohlezüge mit 100 Waggons, die jeweils 115 Tonnen Kohle befördern. Obwohl Erdgas noch mehr Energie enthält, war der Transport aufgrund seiner gasförmigen Beschaffenheit in den meisten Ländern zumindest bis in die 1950er Jahre schwierig[3]. Darüber hinaus sind stationäre Verbrennungsmotoren (z. B. Generatoren, nicht solche für Transport- oder Geländeanwendungen) in unseren Industrien und in Energieerzeugungsanlagen allgegenwärtig und tragen zum weltweiten Lebensstandard bei. Tatsächlich steigt die Nachfrage nach verfügbarer und erschwinglicher Energie mit der Zunahme der Weltbevölkerung und des Wohlstands, insbesondere in Entwicklungsländern.

Es ist wichtig anzumerken, dass es trotz des ganzen Hypes um Motoren mit alternativen Kraftstoffen immer noch keine wirklichen Alternativen gibt, die mit den Verbrennungsmotoren in der gesamten Bandbreite der von ihnen abgedeckten Anwendungen konkurrieren können, und dass Verbrennungsmotoren auch heute noch einer kontinuierlichen Verbesserung unterliegen. In Kombination mit der viel größeren Reichweite und Massenakzeptanz von ICEs wird es für konkurrierende Technologien noch schwieriger, sich einen Vorteil gegenüber ICEs zu verschaffen. Der Schwerpunkt liegt auf dem Transportwesen, wo der Energiebedarf sehr groß ist, da es weltweit rund 1,2 Milliarden leichte Nutzfahrzeuge (LDVs) und rund 380 Millionen schwere Nutzfahrzeuge (HDVs) gibt, eine Zahl, die täglich wächst. Dies hat dazu geführt, dass der tägliche Bedarf an flüssigen Kraftstoffen 11 Milliarden Liter (~3.000 Millionen Tonnen Öläquivalent pro Jahr) übersteigt. Alle Alternativen, ob Alternativen zu Verbrennungsmotoren oder Alternativen zu flüssigen Kraftstoffen auf Erdölbasis, stehen vor erheblichen Hindernissen für den großen Energiebedarf.Aber schlecht informierte Fehlcharakterisierungen der Verbrennung haben in vielen Kreisen zu der Überzeugung geführt, dass der Tod der Verbrennungsmotoren sowohl wünschenswert als auch unmittelbar bevorsteht (Einige Laien und sogar Experten versuchen, den Hashtag #endICEage in den sozialen Medien zu verbreiten, ohne die Grundlagen zu verstehen.) Viele Menschen glauben beispielsweise, dass die meisten Treibhausgasemissionen der Welt von Autos und Lastwagen stammen, was ein völlig falsches Missverständnis ist (allerdings arbeiten sie nur als Spediteur und verteilen den kleineren Teil der Emissionen aufgrund ihrer Reichweite auf größere Gebiete).

Der Entwicklung und Verbesserung von Verbrennungsmotoren wurde umfangreiche Forschung gewidmet, wobei verschiedene Kombinationen und Konfigurationen von Kolben und Zylindern untersucht wurden. Derzeit werden auch weiterhin Anstrengungen unternommen, um die Grenzen zu erweitern, um die Leistung dieser Verbrennungsmotoren zu verbessern. Darüber hinaus haben sich im Laufe der 150-jährigen Entwicklung auch robuste und miteinander verbundene Wertschöpfungsketten für Komponenten entwickelt, die das enorme Wachstum von ICEVs unterstützen. Folglich werden alle zukünftigen Verfeinerungen und Verbesserungen an ICEs zweifellos diese etablierten Wertschöpfungsketten nutzen.

Mit Blick auf die Zukunft wird die Weiterentwicklung von ICEs der nächsten Generation eine globale Zusammenarbeit zwischen Industrie, Regierungslabors und Wissenschaft erfordern. Zu den wichtigsten Forschungsbereichen für diesen Fortschritt gehören:

Die ICEs werden ihren Charme nicht völlig verlieren und nie verschwinden, sondern im Laufe der Zeit eher eine geringere Nutzung erfahren. Die Technologie wird wahrscheinlich in der einen oder anderen Form fortbestehen. Der Charme von Verbrennungsmotoren liegt in ihrer langen und geschichtsträchtigen Geschichte, ihrer weiten Verbreitung und den einzigartigen Eigenschaften, die sie bieten. Hier sind einige Aspekte, die den Charme von Verbrennungsmotoren ausmachen:

Trotz der oben genannten Reize von Verbrennungsmotoren ist es wichtig, die weitreichenden Auswirkungen von Verbrennungsmotoren auf die Umwelt zu berücksichtigen, insbesondere ihren Beitrag zu Treibhausgasemissionen und Luftverschmutzung. Da sich die Gesellschaft hin zu nachhaltigeren und umweltfreundlicheren Technologien bewegt, wird die Attraktivität von Elektrofahrzeugen (im Mobilitätssektor) wahrscheinlich zunehmen. Dennoch werden das Erbe und der Charme von Verbrennungsmotoren ein bedeutender Teil der Automobil- und Industriegeschichte bleiben und daher können ihre Anwendungen in vielen Nischenbereichen niemals ersetzt werden. Um diesen Punkt zu erreichen, ist jedoch ein bedeutender Durchbruch in der alternativen Kraftstoff-/Batterietechnologie erforderlich. Obwohl Batterien derzeit schwere Fahrzeuge wie Busse und Lastkraftwagen antreiben können und ihre Anwendung in Zügen ebenfalls untersucht wird, bleibt das Problem der Batterieentsorgung am Ende ihrer Lebensdauer ein ernstes Problem.

Während die aktuellen Technologien den CO2-Fußabdruck von einer Form zur anderen verschieben, ist ein Durchbruch erforderlich, um die Umweltauswirkungen all dieser Technologien wirklich zu minimieren. Darüber hinaus untersuchen Forscher verschiedene nachhaltige Möglichkeiten, Antriebsmaschinen anzutreiben, was bedeutet, dass die Zukunft möglicherweise nicht nur auf einer einzigen Antriebsmaschine basiert, sei es Verbrennungsmotoren oder Batterien, sondern völlig andere Lösungen umfassen könnte. Alles, was es braucht, ist eine transformative und praktische Idee, gepaart mit Kosteneffizienz, um den Weg nach vorne zu ebnen.

Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass für das Überleben des Menschen Energie benötigt wird, die aus der Natur stammen muss, und dass jede Nutzung von Energie sicherlich zu der einen oder anderen Art von Umweltzerstörung führen wird – die Frage für die Zukunft ist, welche Energie ist umweltfreundlicher und sauberer und könnte effizienter verbraucht werden – was zu mehr Arbeit/Leistung pro Gewichts- oder Volumeneinheit führt.

Die ICEs sind nur einige dieser wunderbaren technischen Innovationen, die sich in den letzten 150 Jahren weiterentwickelt, gewachsen und diversifiziert haben und dennoch überlebt haben. Sie werden den Thron als treibende Kräfte der Welt nicht verlassen. Selbst wenn eine Alternative beliebt ist, werden ICEs wahrscheinlich nie ganz verschwinden, sondern immer durch neuere und aufkommende Technologien ergänzt, die nachhaltige Alternativen beinhalten. Ein Durchbruch in der Batterietechnologie oder einer anderen innovativen Energielösung wird sicherlich eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung der Zukunft des Transports und des Energieverbrauchs spielen, doch all diese neuen Technologien müssen sich einigen Herausforderungen stellen und sie meistern, die denen ähneln, mit denen Verbrennungsmotoren in ihrer Anfangszeit konfrontiert waren wie zum Beispiel:

Zweifellos befindet sich die Automobilindustrie derzeit in einer Umbruchphase, die an die Veränderungen zu Beginn des 20. Jahrhunderts erinnert. In dieser Zeit gingen Verbrennungsmotoren als Sieger hervor, verdrängten alle anderen bestehenden Mobilitätsmodelle wie Pferde, Elektrizität und Dampf und etablierten sich als dominierende Antriebskraft der Welt, insbesondere im Mobilitätssektor. Jetzt, im 21. Jahrhundert, hat mit Fortschritten in der Elektronik und den Energiespeichersystemen ein neuer Kampf zwischen Elektrofahrzeugen und Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor um die Vorherrschaft im Mobilitätssektor begonnen. Auf der einen Seite gibt es diese gut etablierte ICE-Technologie, die auf eine bemerkenswerte Erfolgsgeschichte von 150 Jahren zurückblicken kann, während auf der anderen Seite eine viel ältere EV-Technologie in neuem Gewand steht, die jedoch einst entthront wurde und ein Erbe der anfänglichen Marktführerschaft trägt , und versucht ein Comeback.

Diese Rivalität ist von immenser Bedeutung für die technische Entwicklung des Mobilitätssektors und wurde seit dem Aufstieg der ICEs an die Spitze und der Niederlage aller würdigen Gegner nicht mehr beobachtet. Der Ausgang dieses neuen „Motorenkriegs“ wird stark von verschiedenen Faktoren abhängen, die sich im Laufe der Zeit entwickeln, wobei der Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und der globalen Erwärmung liegt, die durch die ständig wachsende Beliebtheit von Elektrofahrzeugen vorangetrieben wird, sowie auf Möglichkeiten, „grüne Energien“ in der heutigen Zeit zu nutzen.

Prabhat Khare

Executive Vice President| Lithium Power Private Limited| Mob: +91-9910490088| BE (Elektrik), Goldmedaillengewinner, IIT Roorkee| Autor von Technologieartikeln, Systemprüfer, Trainer| Automobil- und Ingenieursberater| Experte für den Automobilsektor (Ex Tata Motors, Ex Honda Cars & Ex Ashok Leyland)| Leitender Gutachter für ISO 9K, 14K, 45K und 50K (BSI)

E-Mail: [email protected]/[email protected]

LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/prabhatkhare2/

[1] Eine Maschine, die dazu bestimmt ist, eine oder mehrere Energieformen in eine Leistung umzuwandeln, die den Menschen bei seiner Arbeit unterstützt, wird als Maschine bezeichnet. Beispielsweise entwarf Charles Babbage (1791-1871) zwei mechanische Maschinen zur Durchführung von Berechnungen und nannte sie daher Differenzmaschinen und Analysemaschinen Motoren

[2] Die Anwendungen sind vielfältig und umfassen Automobile, Motorräder, Mopeds, Schiffe, Lokomotiven, Flugzeuge und Hubschrauber, elektrische Generatoren, Rasenmäher, Rasentrimmer, Kettensägen, Laubbläser, Hochdruckreiniger, Schneemobile, Jetskis, Außenbordmotoren und mehr Ein paar.

[3] Buch „Die Tesla-Revolution: Warum Big Oil den Energiekrieg verliert“ von Rembrandt Koppelaar und Willem Middelkoop

[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Synthetic_fuel

[5] Methanschlupf in Verbrennungsmotoren bezieht sich auf die unbeabsichtigte Freisetzung von unverbranntem Methan in die Atmosphäre während des Verbrennungsprozesses.

[6] https://designerfuels.com/

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