El-bilen uden batteri

Oprettet af: Jakob Rerup
July 13, 2017

El-bilen skal redde verden

En rigtig stor del af den CO2, der udledes, stammer fra transportsektoren. Andre CO2-syndere er produktion af energi ved forbrænding af kul, naturgas og og olie, ligesom landbrussektoren også udleder rigtig mange drivhusgasser. Hertil kommer afskovning og afbrænding af skov og vegetation.

I Danmark er vi godt i gang med at gå over til 100 % vedvarende elektricitetsprodution, og andre lande følger godt efter. Men vi er ikke kommet ret langt i forhold til transportbrancen.

Teslaen – den kører på batteri

De fleste kender Elon Musk og hans el-bil Tesla, der har fået navn efter den store elektriske opfinder, Nikola Tesla. Sydafrikanske Elon Musk er et af de hotteste navne inden for transport, teknologi, entreprenørskab, bæredygtighed og løsningerne af fremtidens udfordringer. 

Men Teslas nye Gigafactory, der er opført i Nevada, er indrettet til at lave el-biler, der kører på batteri. 

Min idé går på at lave en el-bil, som kører uden batteri. Det vil være endnu bedre for miljøet, fordi den så ikke skal lades op igen og igen, hvilket kræver strøm, der ofte produceres af forurenende kul-kraftværker. Desuden undgår man at skulle investere milliarder af kroner i dyre ladestandere, når el-bilen skal introduceres rundt omkring i verden. I mange udviklingslande er der ofte problemer med elektriciteten, fordi el-nettet bryder sammen eller lukker ned i perioder. Disse lande producerer ofte el ved hjælp af kulkraft I stedet for vind energi, sol energi og andre rene energi former. Her er Kina et af de lande, der producerer mest el baseret på kulkraft. Samtidig har utrolig mange indbyggere i udviklingslandene ingen adgang til el I deres private hjem, hvor de fleste i Vesten ellers oplader deres Tesla. Omkring 300 mio indere har slet ikke adgang til elektricitet. 

Det vil derfor spare masser af ressourcer og energi, hvis og når el-bilen uden batteri bliver indført. 

Lidt om mekanikken 

Du kender den gammeldags dynamolygte. Du trykker dynamoen med det roterende element ind mod hjulkanten, og så begynder den at lave strøm ved hjælp af magneter og får en el-pære til at lyse, når du træder I pedalerne. 

Du kender også problematikken med batteriet i en almindelig benzin bil. Batteriet bliver kontinuerligt ladt op, når du kører, men tænder du lyset, når bilen er slukket, kan du aflade batteriet efter nogle timer, og så du skal have falck til at komme og hjælpe med at starte bilen. 

Mit forslag er ikke en bil, der kører på en dynamo. Det er lidt mere avanceret end som så. Men nu har du fået tankerne sporet ind på det jeg gerne vil hen til. 

Men der er en masse energi forbundet med et stort og tungt legeme I fart såsom en bil på omkring et tons. 

De forskellige energiformer 

  1. Bevægelsesenergi eller kinetisk energi, er energi, som opstår, når et legeme er I fart eller en masse bevæger sig. Det kan være vandet, der bevæger sig I en flod og driver en vandturbine I et vandkraftværk. Det kan også være vinden der blæser, og driver vingerne rundt på en vindmølle.
  2. Beliggenhedsenergi eller potentiel energi er den energi et legeme har, grundet dens masse og den kraft jorden trækker I den, også kaldet tyngdekraften. Den kan udløses, når en bil ruller ned af en bakke eller et bjerg. En legetøjsbil kan også trækkes op ved hjælp af en indbygget fjeder, når man trækker den tilbage med hjulene på gulvet. Så presses en fjeder sammen, som udløses, når man slipper bilen, og fjederen bevæger sig tilbage mod sit naturlige startudgangspunkt alt imens legetøjsbilen kører afsted. Membranerne I en højttaler, der bevæger sig skaber bevægelsesenergi. Så lyd er også bevægelsesenergi.
  3.  
  4. Elektricitet og elektromagnetisme. Måske har du prøvet forsøget i fysik I skolen, hvor læreren har bedt dig om at føre en stavmagnet hurtigt ind og ud gennem en spole, som er koblet til en strømmåler. Jo hurtigere du bevæger magneten frem og tilbage, jo mere slår amperemeteret ud. Det er det, man kalder induktion i en spole. Strømmen opstår på grund af et varierende magnetfelt. Elektricitet opstår, når elektroner bevæger sig igennem atomerne i et legeme eller en masse og vekselvirker. Denne masse kunne være kobberatomer i en kobberledning.  I dag har mange cykler magnetlygter, som fungerer ved, at der skabes et varierende magnetfelt, som leverer strøm til lygten.
  5. Varmeenergi eller termisk energi kan være jordvarme, der opvarmer grundvandet, som så kan bruges til fjernvarme I husene. Men varmeenergi kan også være den varme, der opstår, når skivebremserne bliver opvarmet, når en bil bremser hurtigt ned. Her er det friktionsenergi, som omdannes til indre energi. Man kan også sige, at bilens bevægelsesenergi omdannes til varmeenergi. Dækkene på en bil, der kører hurtigt, vil også blive varme grundet friktionen.
  6. Lysenergi, lys og stråling er den energi, som opstår fra solen og andre stjerner. Energien kan høstes ved hjælp af solceller, som omdanner det indfaldende lys fra solen til elektricitet.
  7. Kemisk energi såsom den energi som krudt besidder. Du kan antænde krudtet I en pistol eller I en raket, og så udløses der en masse energi og kraft. Den mad du spiser indeholder også kemisk energi, som blandt andet omsættes til varme I kroppen og giver dig energi til at bevæge dig og tænke. Et batteri leverer også strøm ved hjælp af kemisk energi, fordi der foregår en proces mellem stoffer i batteriet, som er oxiderende, og stoffer der er reducerende – oftest metaller. Forbrænding af benzin og andre kulbrinter i en forbrændingsmotor, er også udnyttelse af kemisk energi.
  8.  
  9. Kerneenergi og atomkraft. Endelig er der atomkraft. Her kan atomkraften høstes ved at lave en kontrolleret fission eller kerneraktion, hvor den stærke kernekraft, der binder protoner og neutroner sammen I atomkernerne, spaltes. Herfra opstår der en kædereaktion med stor energi og kraft, som kan styres ved blandt andet at indkapsle uranmaterialet I isolerende grafit og kun gradvist intensivere spaltningen af atomkernerne I uranmaterialet.  Det er det, man kalder fission.

Man siger typisk, at summen af energi I det ovennævnte energiregnskab er konstant. Energien kan omdannes ved det, man kalder energiomsætning, men energien forsvinder ikke. Det er det princip min nye el-bil vil gøre brug af. 

kører vi 

Forestil dig nu, at du sætter dig ind I din ny el-bil uden batteri. Du træder på speederen og en mekanisk lås frigiver nogle små roterende magneter, som leverer strøm grundet et varierende magnetfelt. Så tændes bilen. Bilen har I forvejen et lille batteri, ligesom alle mulige andre biler. Den besidder den oplagrede elektricitet, som skal til for at bevæge bilen de første meter. Her går bilens særlige el-motor i funktion. Den ophober og komprimerer lynhurtigt bilens kinetiske og potentielle energi, så energien bygges op gradvist og trinløst. Energien forstærkes jo længere (I hvert fald potentielt) og hurtigere bilen kører. Motoren er baseret på en effektiv transformator af bilens kinetiske energi. 

Lad mig komme med et andet energi eksempel baseret på lufttryk. Du laver en tredelt luftkasse med tre rum, som er indbyrdes forbundet gennem ventiler, der fungerer ved gradvist højere lufttryk. Du sætter en støvsuger til I den ene ende, og vender udsugningen om, så den nu puster luft ud I stedet for at suge, hvilket flere støvsugere er I stand til. Når den første luftkasse har nået lufttrykket på 3 bar, så åbner ventilen og luft strømmer ind I luftkasse nummer 2 uden at trykket falder i luftkasse 1. Når lufttrykket i kasse 2 har nået 4 bar, så åbner ventilen til den tredje kasse. Du kan I princippet blive ved med en ny ventil, der åbner ved 5 bar og en femte kasse der pustes op efter 6 bar og så videre. På den måde har du opbygget et gradvist stigende lufttryk, hvor energitætheden er vokset. 

Princippet er, at motoren opbygger kraftmoment. Nogle af motorens dele kan være magnetiske. Jo mere energi motoren tilføres, jo højere bliver energioutputtet, og jo mere energi kan der igen spares sammen og bygges op, fordi den energi der udlades, øjeblikkeligt bruges til at opbygge ny energi. Energien er selvforstærkende. Jo hårdere og længere du trykker på speederen, jo hurtigere kører bilen. Ligesom  der kan overføres mere kraft, når du kører i 5. gear på cyklen, end når du kører I 1. gear. 

Et oplagt eksempel ville være, at der bygges nogle kraftfulde magneter på hjulophænget, som overfører kraft til den elektriske motor. Men det kunne også være en el-motor, som tilføjes kraft fra en roterende aksel, alt efter hvor hurtigt bilen kører, og så er det i princippet el-motoren selv, der opbygger kraftmomentet. 

I princippet kan motoren opbygge kraft lynhurtigt, så den er I stand til at accellere kraftfuldt og ligeså hurtigt som en Tesla. Og accelerationen er trinløs ligesom I en Tesla, fordi det er en el-motor. 

Piezoelektriske materialer 

Men der er andre måder at høste energien I en el-bil. Man kan beklæde bilen med sol-celler, så den høster solenergi. Man kan også beklæde bilen med piezoelektriske materialer, der høster energi fra bilens bevægelse gennem vinden og henover vejen. Piezoeletriske materialer er materialer der reagerer ved at danne spænding, når de påvirkers af en mekanisk kraft. Eksempler er aluminiumfosfat og polymeren polyvinylfluorid. Men også gummi har piezoelktriske egenskaber. Man har blandt andet lavet kloakrør, beklædt med piezoelektrisk materiale, som omdanner kraften fra det rindende spildevand til elektricitet. Så når bilen bevæger sig gennem vinden, kan den høste vindenergien, fordi karrosseriet er beklædt med piezoelektriske materialer. Men man kunne også lave nye dæk, der udnytter den energi, der opstår, når en bil ruller hen over vejen. Her er der både friktionsenergi og piezoeltriske effekter. Eksempelvis kan man lave en nye gummitype, der besidder større piezoelektriske egenskaber.

Endelig kan man lave en el-bil, som udnytter varmen fra den energi, der opstår, når bilen bremser ned, eller fra bilens roterende dele ved hjælp af såkaldte superkondensatorer og svinghjul med en trinløs gearkasse koblet på akslerne. Nogle el-biler og biler fra Formel 1 udnytter faktisk energien fra nedbremsning til at at levere strøm og kraft.

https://ing.dk/artikel/hvordan-kan-man-genbruge-bremseenergi-120028

En bil kunne også udnytte den energi der udløses, hver gang bilens støddæmpere kører over en ujævnhed eller forhindring, i en slags vekselvirkning mellem potentiel energi og bevægelsesenergi.

Det vil være lidt ligesom at have et skib, som både kan sejle for vindsejl, men også har en diesel motor og en elektrisk motor. 

Det vil kræve et sofistikeret el-net I bilen, som er koblet til en motor, der på optimal vis evner at integrere de forskellige energiformer, og lave dem om til elektricitet og kraft. 

På den måde kan man sige, at bilen virkelig er energieffektiv. Og alle vil gerne være energieffektive i dag. 

Truslen fra olieselskaberne og den etablerede bilindustri 

Nogle vil sige. “Jamen, det er jo en evighedsmaskine. De er for kraftfulde og bør ikke rulle rundt på vejene.” Eller “Det vil være for stor en trussel for olieselskaberne, og USA vil forsøge at forbyde sådanne el-biler.” Til det er der blot at sige, at en Tesla jo heller ikke kører på benzin. Og bilens chauffør kører jo heller ikke otte døgn i træk fra København til Beijing. Nej. Chaufføren skal sove ligesom enhver anden lastbilchauffør skal gøre holdt en gang imellem. Den økonomiske effektivitet vil maks være, at et ægtepar eller kærestepar på vej på ferie kører 750-1000 km ud I et træk, skifter chauffør og så kører yderligere 750 – 1000 km. Det bringer dem maksimalt til Rom uden stop eller måske til Paris, hvis det kun er én chauffør. Og så medbringer de i øvrigt heller ikke en masse varer, som skal transporteres og sælges. Til daglig kører de blot til og fra arbejde i deres nye evighedsbil, og det er typisk maksimalt 60 km om dagen frem og tilbage. Men ellers er det rigtigt, at bilen i princippet kan køre lige så langt, som bilens komponenter kan holde til. Det vil typisk være de roterende dele, kabler og ledninger. 

Og hvis planeten skal reddes fra overforbrug og ressource udpining, er det sådan et tiltag, der skal til. 

I større målestok håber jeg bestemt også, at el-bilen vil blive til el-lastbilen og el-bussen uden batteri. 

I skibsfarten har vi I dag allerede hangarskibe og isbrydere samt ubåde, der drives af atomkraft. De kan holde sig sejlende I årevis, inden de skal skifte brændselsstave. Nye rene fremdriftsmidler I skibsfarten vil også være godt for miljøet. 

Men for at det reelt set skal blive til en virkelig el-bils revolution, skal bilen sælges på markedet for udviklingslande. Her nytter det ikke at forsøge at sælge en Tesla model S til afrikanerne eller inderne. Herhjemme ligger prisen på en Tesla model S mellem 565.00 og 840.000 kr. Jeg har lige været i Tanzania, og her kører de I billige Toyotaer, ligesom de kører I det hjemmeproducerede mærke Tata I Indien. En Tata Nano sælges for 11.000 kr i Indien. Man skal altså have skruet en el-bil sammen, som kan sælges billigt. Det vil være lidt ligesom at lave en ny folkevogn bare som el-bil. Derfor er man nok nødt til at spare på de piezoelektriske materialer og solcellerne til den næste Tata Nano el-bil i første omgang.

Desuden vil det være nødvendigt, at mange lande enten helt fjerner afgiften på el-bilerne, inklussiv den batteriløse, eller ligefrem subsidierer dem, indtil de er konkurrencedygtige med benzin- og dieselbiler. Her kunne Lars Løkke Rasmussen godt gøre mere for el-bilens fremtid i Danmark. 

På youtube fandt jeg et eksempel med en amerikaner, der har bygget sin egen el-bil helt uden batteri: 

Så dele af teknologien er allerede derude. Og nu er idéen skudt I gang. 

Og fordelen er, at man sparer alle de mange ladestandere, der ellers skulle opsættes rundt omkring I verden. Det er godt for miljøet og billigere for de investeringsselskaber, som skal støtte den nye el-bil. Tillige behøver man heller ikke at bekymre sig om, hvorvidt der er blackout I strømforsyningen, når man skal på arbejde I en el-bil uden batteri. 

Du skal være logget ind for at kunne kommentere og poste egne indlæg.

Kategori