Valószínű, hogy még a következő években – sőt, évtizedekben – is kőolajból származó tüzelőanyag fogja autóink zömének belső égésű dugattyús motorját hajtani, mégis egyre erősebb az a kutató-fejlesztő tevékenység, amely új motorok és hajtóanyagok kifejlesztésére irányul. Egyrészt azért, mert a kőolaj rövidebb-hosszabb idő elteltével egyre ritkább természeti kinccsé válik; másrészt azért, mert az alternatív motorhajtóanyagok némelyike környezetbarátabb a hagyományosnál. A következőkben az alternatív járműhajtásokról adunk objektív összefoglaló képet.

A közvetlen előttünk lévő években aligha várható jelentős változás; de csak találgathatunk azzal kapcsolatosan, hogy mikor változnak meg annyira a természeti követelmények, a technikai-technológiai lehetőségek és gazdasági viszonyok, hogy döntő változtatásra kényszerítsék az emberiséget. Ami ma megoldhatatlannak tűnik, tíz év múlva realitás lehet; ami ma drága, akkorra elfogadhatóvá, sőt gazdaságossá válhat. Objektív értékelés csak objektív szempontok alapján lehetséges. Természetesen a különböző korokban az egyes szempontok súlya más és más. Napjainkban az előforduláson kívül a környezeti hatások kerülnek előtérbe. A motorok környezeti hatásait egyrészt a közvetlenül szennyező, mérgező anyagok, mint pl. a szén-monoxid (CO), az elégetlen vagy részben elégett szénhidrogének (CmHn), a nitrogén-oxidok (NOx), kénoxidok, ólomvegyületek, stb., másrészt a – nem mérgező, de hosszabb távon mégis környezeti ártalomnak tekinthető – CO2 okozzák. Ha ugyanis a légkörben mindig jelen lévő, nyomgáznyi mennyiségben szükséges CO2-tartalom megnő, az üvegházhatás fokozódik.

Sok igazság van abban a mondásban, amely szerint az is baj, ha a benzin elég; de is, ha nem ég el… Az elsőként említett főként tökéletlen égésből származó szennyezőcsoport (CO, CmHn és NOx) kibocsátása a rohamosan terjedő katalizátortechnika segítségével nagymértékben, kb. 1/10 részre csökkenthető, ezért a kutatók és gyártól figyelme a tökéletes égés egyik végterméke, a szén-dioxid kibocsátás csökkentése irányába fordult. Ha természetadta alapanyag – pl. a kőolaj – vonóerővé alakulásának teljes láncolatát nézzük, és a mai benzinmotor szén-dioxid-kibocsátását tekintjük 100 százaléknak, ehhez képest a dízelmotor már több mint 15 százalékos javulást jelent. De még a benzinmotornak, illetve a benzinnek is vannak tartalékai. A NOx kivételével ugyanis minden környezetszennyező kipufogógáz-komponens eredete a tüzelőanyag összetételével hozható kapcsolatba. A benzin több száz különböző szénhidrogén keveréke. Ha ezek aránya különbözik, az égéstermék kipufogógáz-összetétele is eltérő lesz. Így például az izooktán, a paraffin elégésekor mintegy 10 százalékkal kevesebb CO2 keletkezik, mint a benzolénál. Ha tehát sikerülne műszakilag és gazdaságilag elfogadható eljárással az olajfeldolgozást úgy befolyásolni, hogy a benzinben zömében telített szénhidrogének legyenek, ez komoly lépés lenne a szén-dioxid-kibocsátás csökkentésének irányában.

A motorok kipufogógázainak összetétele

Az alternatív motorhajtóanyagok közül az alkoholok vannak legközelebb a megvalósuláshoz. A metanol (metilalkohol) volt az első, mesterséges tüzelőanyag, amelyet nem kőolajból állítottak elő. Alapanyaga földgáz, szén, vagy mezőgazdasági hulladékok. A kis fűtőértéke miatt a fogyasztása közel kétszerese a benzinmotorénak, ezért nagyobb tüzelőanyag-tartályra van szükség: ezzel szemben viszont az égéstermékek CO-, CmHn és NOx-tartalma kedvezően alacsony. Az USA-ban tiszta tüzelőanyagnak tekintik, ennek megfelelően anyagilag kellőképpen támogatják. A metanol égésekor kb. ugyanannyi szén-dioxid kerül a levegőbe, mint azonos energiatartalmú benzin elégetésekor. Ha a metanolt szénből állítják elő, akkor előállítása során kb. még egyszer ennyi CO2 keletkezik. Az összmérleg tehát a benzin javára billen. Más a helyzet, ha az alapanyag földgáz. Ekkor egy optimalizált (közvetlen befecskendezésű) metanolmotor CO2-kibocsátása mintegy 30 százalékkal kisebb lehet, mint a benzinmotoré. A legismertebb alkohol az etanol (etilalkohol). Ennek alapanyag növényi és állati eredetű termék és hulladék (biomassza). Már évek óta használják benzinhez kevert motorhajtóanyagként Brazíliában és az USA egyes területein. Ha csak a motorban lejátszódó égésfolyamatot nézzük, a CO2-kibocsátás alig kisebb a benzinmotorénál. A lényeges különbség a kőolajtermékekhez képest  zárt körfolyamatban keresendő: a motorikus égéskor ugyanis a keletkező CO2 mennyiségével azonos mennyiséget használtak fel (fotoszintézis) azok a növények, amelyekből az etanolt előállították. Az etanolmotor tehát a környezetnek összességében nem jelent többletterhelést. Mondhatnánk tehát, hogy ez a CO2-probléma megoldása. Nem szabad azonban elfelejteni, hogy egy liter etanol előállításához 3…14 kg biomassza szükséges. Az etanol előállítása ezért ma még nemcsak hogy nem gazdaságos, de a rendelkezésre álló vetésterületen a kőolaj kiváltáshoz szükséges mennyiségnek csak törtrésze lenne megtermelhető. További – biomasszából származó – motorhajtóanyag a repceolaj. A repce – európai körülmények között – a legjelentősebb olajos növény. Olajtartalma átlagosan 42 százalék, egy hektárról kb. 1100 kg olaj nyerhető. A kezeletlen repceolaj motorikus elégésekor az égéstérben, a porlasztón és a szelepeken lerakódások keletkeznek, amelyek előbb vagy utóbb a motor üzemképtelenségét okozzák. A megoldást a repceolaj észterezése jelenti, repceolaj-metilészterrel (RME) a dízelmotorok átalakítás nélkül üzemeltethetők. A CO-, CmHn- és NOx-kibocsátás hasonló a dízelmotoréhoz, a részecskeemisszió (füstölés) jelentősen kisebb, a kén-dioxid tartalom gyakorlatilag zérus. A repceolaj tehát olyan alternatív motorhajtóanyag, amely bizonyos feltételek között a dízelolaj helyett alkalmazható.

A szén-dioxid körforgása repceolaj előállítása és motorikus felhasználása folyamán

A fosszilis energiahordozók közül a földgáz és a propán-bután gáz járul hozzá legkevésbé az üvegházhatás növekedéséhez. Az utóbbit már évek óta üzemszerűen használják motorhajtóanyagként több országban, főként Hollandiában és Belgiumban. Előnye a szinte tökéletes égés, nagy kompressziótűrés, nincsenek lerakódások az égéstérben és a motorolaj is tiszta marad. Egyetlen hátránya, hogy kevés van belőle: legfeljebb a járművek 20 százalékának lenne elegendő. A távolabbi jövőben a legnagyobb ígéret a hidrogén. A föld vízkészlete gyakorlatilag kimeríthetetlen, ezenkívül szénhez kötve a földgázban is előfordul. Ha a nitrogén-oxidoktól eltekintünk, égésekor káros anyagok nem keletkeznek, égésterméke víz. Még előnyösebb lenne, ha sikerülne napenergia segítségével előállítani. Előállítási költségein kívül egyetlen gondot a gépkocsiban való tárolás jelenti. Gáz halmazállapotban való tárolása nagy nyomású, túl nehéz tartályt igényel, biztonságossága is kérdéses. Folyékony halmazállapotban mind tömegre, mind térfogatra vonatkoztatva az alternatív tüzelőanyagok között az energiasűrűsége kiemelkedő, ehhez azonban -253 °C-t tartó, kettős falú tartály szükséges. Harmadik lehetőség, hogy a gáz halmazállapotú hidrogént speciális vegyületek, pl. fém-hidridek formájában megkötik, így tárolják, majd szükség esetén ismét felszabadítják. Biztos, hogy hidrogénnel, mint motorhajtóanyaggal – a környezet CO2-terhelésének növekedése megállítható lenne. Ez azonban, sajnos, még nem jelentené az üvegházhatás fokozódásának megszűnését. Már ma is mérhető ugyanis a vízgőz okozta üvegházhatás. Kiszámíthatatlan, mi lenne, ha autók millió is vízgőzt pufognának a szabadba.

Meghatározott feladatok elvégzésére a villamos hajtás is reális alternatívát jelent (a villamos hajtás csaknem olyan régi, mint az autó maga). A villanymotor 70..90 százalékos hatásfoka ideálisnak mondható, az ólomakkumulátor azonban nehéz és kevés energiát tárol, a nikkel-kadmium akkumulátorok vagy az új, 300 °C felett üzemelő nátrium-kén akkumulátorok talán fejlődést jelentenek ezen a területen. A villamos autó általában ugyan nem helyettesítheti a belső égésű motor hajtásút, de városi autónak a lehető legjobb. Ha a villamos áramot atom- vagy vízerőmű termeli, CO2 egyáltalán nem terheli a környezetet. Elegánsak és sokat ígérőek a két energiaforrás előnyeit egyesítő hibridhajtások. A belső égésű motor és a villamos hajtás kombinációja esetén a belvárosban villamos, a külső területeken benzin- vagy dízelmotoros hajtású az autó, egyidejűleg generátor segítségével az akkumulátort is töltve. Még évekre van szükség ahhoz, hogy az alternatív hajtások némelyike mindennapivá váljék, de a perspektíva már ma is sokat ígérő, főként a városközpontok levegőminőségének javítása szempontjából.

Aki pontosabban szeretné tudni…

Alternatív járműhajtások: a hagyományos benzin- és dízelmotortól különböző járműhajtás

Biomassza: az élő vagy elpusztult állatok vagy növények által termelt ill. azokból létrejött szerves anyag

Észterezés: a növényi olajok különböző zsírsavak (erukasav, olajsav, linolsav stb.) keverékei. Ezeket a szerves savakat alkohollal összekeverve észterek és víz keletkezik. Ezt a folyamatot hívják észterezésnek. (A szervetlen kémia ennek megfelelő folyamata: sav+lúg = só+víz.)

Fémhidrid: valamilyen fém és hidrogén vegyülete

Fosszilis (behatárolt forrású) energiahordozó: évmilliók folyamán az elhalt növényi- és állati anyagokból (biomasszából) keletkezett kőolaj, földgáz, barna- és feketeszén. Az energia eredete a növények által tárolt napenergia. A világ energiaszükségletének kb. 90 százalékát fosszilis energiahordozók elégetésével fedezik.

Fotoszintézis: a zöld növényekben végbemenő folyamat: napfény hatására a növény szén-dioxidból és vízből szőlőcukrot szintetizál; a fényenergia kémiai energiává alakul át és oxigén szabadul fel.

Regeneratív (megújuló) energiaforrás: olyan energiaforrás, amelyik – elsősorban a napenergia hasznosításával – folyamatosan megújul, ily módon nem merül ki. Ezeknek az energiaforrásoknak a környezetszennyező hatása általában kicsi (szolárcella, szélenergia, naperőmű, geotermikus energia, biogáz, árapály-erőmű, vízierőmű stb.). A regeneratív energiaforrások következetes kiaknázásával a mai energiaszükséglet mintegy kétszerese lenne fedezhető.

Üvegházhatás: a föld légkörében lévő egyes gázok, pl. a szén-dioxid, a vízgőz csökkentik a föld hőkisugárzását, ennek hatására a földi légkör hőmérséklete emelkedik.

Emőd István

Az Autó-Motor ott van a Facebookon is! Klikkelj ide, és lájkolj minket a legérdekesebb hírekért és a lappal kapcsolatos friss infókért!