קפיצות ענק של טכנולוגיית כלי רכב הם חומר החלומות: מכוניות מעופפות, אופנועי שמש שפועלים אך ורק על אנרגיה סולארית או על גבי מסוקים דו גלגליים המוחזקים על ידי גירוסקופים באיזון. אבל השביל לעבר מכוניות נקיות יותר ילך בצעדים זעירים. יש מקום לרכבים חשמליים ואפילו אוטונומיים למחצה, אבל לצבוט עיצובים ששורפים בנזין יספקו הרבה מרווחי צריכת הדלק הצפויים בעשורים הקרובים.
גוזלרים בדרך החוצה. באביב הנוכחי, עלתה מחסור הדלק הממוצע של כל המכוניות שנרכשו לאחרונה גבוה ככל שהיה אי פעם, ל -24.6 מיילים לגלון, על פי ניתוח של מכון המחקר לתחבורה באוניברסיטת מישיגן (UMTRI). כלכלת הדלק בוודאי תעלה עוד יותר: עד 2025, התקנים הלאומיים דורשים כי יצרני הרכב ישיגו ממוצע צי של לפחות 54.5 מיילים לגלון עבור מכוניות ומשאיות קלות.
צריכת דלק טובה יותר יכולה לעזור לשלוט בצריכת הנפט ולמעל 1.5 מיליארד טון פליטת גזי חממה שנשלים מדי שנה על ידי כלי רכב אמריקאיים. ולמרות שמכוניות ומשאיות עם חסכוני הדלק הטובים ביותר נמכרות לרוב במחיר פרמיום, קילומטראז 'משופר יכול לעזור לנהגים לחסוך כסף במשאבה, שם משקיע כיום בית אמריקני טיפוסי כ -4 אחוזים מההכנסה השנתית שלו.
כאשר מחירי הדלק עולים על 4 דולרים לגלון, צריכת הדלק נוטה להיות אחד הדברים המובילים שאנשים שוקלים ברכישת רכב, אומר ברוס בלזובסקי, מדען מחקר ב- UMTRI. המחירים התרוצצו סביב הסימן הלאומי - אם כי הממוצע הארצי לא חצה אותו מאז 2008 - והקונים מראים תיאבון לחיסכון בדלק טוב יותר. "צרכנים אולי אומרים 'אנחנו חייבים לצאת יותר מהטנק הזה'", אומר בלזובסקי.
דוח שפרסם לאחרונה ממועצת המחקר הארצית מגלה כי ניתן לבצע טכנית להפחית את השימוש בנפט ובפליטת גזי חממה מכוניות עד 8050 עד 2050, בהשוואה לרמות 2005. עם זאת, שיפור היעילות של רכבים המונעים באופן קונבנציונאלי לא יספיק בכוחות עצמו בכדי לספק הפחתות דרמטיות כאלה. מכוניות יצטרכו בממוצע למעלה מ -180 מיילים לגלון מדהימים - ולא סביר ביותר - כדי להגיע ליעד זה בהתבסס על רווחי יעילות בלבד. שם נכנסים לתמונה דלקים חלופיים ורכבים חשמליים.
כל הרכבים, ללא קשר למקור הכוח שלהם, חייבים להתייעל בהרבה אם ייממשו המטרות הללו, אך שיפור היעילות של אלה המפעילים נפט עשויה להיות בעלת ההשפעה הגדולה ביותר בטווח הקרוב. מכוניות אלה מהוות את הרוב המכריע של כלי הרכב בכביש כיום, צורכות בערך שליש מכל הנפט המשמש בארצות הברית. ויש מספיק מקום לשיפור, כאשר פחות מרבע מהאנרגיה בדלק למכוניות של היום משמשת למעשה להנעתם בהמשך הדרך. רוב השאר אבוד כחום במנוע. צמצום כמות העבודה שמנוע גז צריך לבצע הוא אחת הדרכים הקלות והפחות יקרות לחסוך בדלק. מדענים, חוקרים ויצרני רכב מאמינים שניתן לעשות זאת באמצעות אסטרטגיות מרובות, שרבות מהן מקטלגות להלן:
טכנולוגיית צמיגים חדשה
עיצובים של צמיגים לצבוט יכולים גם להשיג רווחים על ידי חיתוך התנגדות לגלילה, או הכוח הנגרם על ידי השיטת הצמיג כשהוא מתגלגל לאורך הכביש. רוכבי אופניים יודעים שצמיג שטוח דורש עבודת רגליים ניכרת יותר להתגלגל אליו בקליפס מכובד. באופן דומה, צמצום כמות השיטוח או העיוות של צמיג מכונית באמצעות חומרים מתקדמים ועיצוב יכול להפחית את כמות האנרגיה הנדרשת רק כדי לשמור על גלגולו.
חידושים במנועים
השיפורים הדרמטיים ככל הנראה יגיעו ככל הנראה משינויים בהעברת המנוע, אומר אלן קריין, מדען בכיר במועצת המחקר הלאומית למערכות אנרגיה וסביבה ומנהל המחקר של דו"ח ה- NRC. תיבות הילוכים עם מספר מהירויות גבוה יותר, תיבות הילוכים עם מצמד כפול וציפויים להפחתת חיכוך עשויים לסייע למנועים לפעול ביעילות גבוהה יותר ולצמצם את אובדן האנרגיה.
טכנולוגיה המכונה ביטול צילינדר היא אפשרות אחת עבור יצרניות שרוצות מוצר פחות צמא. זה בעצם הורג את מחצית המנוע כשלא נחוץ - למשל בשיט בכבישים מהירים - אך שומר על הכוח הנוסף על הברז להאצה, טיפולים גדולים, הובלת סירות או מצבים אחרים הדורשים מנוע חזק יותר. "אז אתה עובר ממנוע של שישה צילינדרים לשלושה, " אומר ברנדון שוטל, חוקר ב- UMTRI. הפעלה על פחות צילינדרים מאפשרת לנהגים לקבל את זה בשני הכיוונים, לתעדף כוח כשאתה זקוק לו, וכלכלה כשלא.
צמצום המנוע הוא דרך נוספת להתייעלות, והוא כבר לא צריך לבוא במחיר הביצועים. במכוניות דלק קונבנציונאלי, מנוע הבעירה הפנימית מכניס תערובת של בנזין ואוויר לצילינדר. בוכנה נעה למעלה כדי לדחוס את התערובת הזו ואז ניצוץ מצית אותה ומייצר פיצוץ שמניע את הבוכנה כלפי מטה. שסתום נפתח לפליטה כדי לצאת מהגליל, והמחזור מתחיל שוב: צריבה, דחיסה, בעירה, פליטה. טעינת טורבו, שמאלצת אוויר נוסף לגלילי המנוע, יכולה לאפשר למנועים קטנים יותר לייצר יותר כוח מכל אחת מהפיצוצים הזעירים האלה.
קטן יותר פירושו בדרך כלל קל יותר, והפחתה של 10 אחוז במשקל המכונית מניבה ירידה של כשבעה אחוזים במשק הדלק, מציין קריין. עד שנת 2050, דוח ה- NRC מסכם שמכוניות יכולות לשקול 40 אחוז פחות. "זה אפילו בלי לערב הרבה סיבי פחמן [קלים], " אומר קריין. "כרגע כמעט כל המכונית היא רק מפלדה רגילה."
החלפת פלדה כבדה
סגסוגות ברזל ופלדה מהוות כ 45 אחוז ממשקלן של רוב המכוניות. אבל יותר ויותר, ניתן ליישם חומרים מתקדמים בצורה פאזל, כשחלקים קלים מוחדרים למקומות שונים במבנה הפלדה. "אתה יכול לחזק את החלקים הקריטיים", אומר ביל ריינרט, המנהל הארצי של רכבי טכנולוגיה מתקדמים לטויוטה. פלדות בעלות חוזק גבוה מוחלפות כחלופות דקיקות וחזקות יותר לפלדה רגילה, ותכולת האלומיניום נמצאת במגמת עלייה. מרוכבים של סיבי פחמן ומגנזיום הם חומרים יקרים יחסית וקשים לעבוד איתם כיום, אך בהמשך הדרך הם יוכלו לעזור להוריד את משקלם של רכיבים מסוימים בכ 75 אחוזים.
משקל שפיכה יכול להשפיע גם על דומינו, מכיוון שמעטים חלקים במכונית המופעלים בבידוד. "אם אתה יכול לחסוך 100 פאונד, ייתכן שתוכל לעבור למנוע קטן יותר, או להקטין את גודל הבלמים", אומר קריין. בתורו, מנוע קטן יותר יכול להיות פשוט פחות דברים מתחת למכסה המנוע, מה שמאפשר גמישות רבה יותר לעיצוב אווירודינמי, מה שמוביל ליעילות אפילו טובה יותר.
הפקת חלקים מיטבית
ההתקדמות בתכנון בעזרת מחשב מקלה על אופטימיזציה של חלקים ומערכות נפרדות לתוצאה הרצויה. "הכלים משתפרים", אומר קריין. "כאשר [יצרניות רכב] יגיעו למהדורה של מכונית, הם יכולים להזין הרבה יותר מידע למחשב ולברר מה הפשרות הטובות ביותר לחיסכון בדלק, כמו גם גורמים אחרים."
ציוצים לעקומות ולזוויות של מכונית, ותוספת תריסי גריל פעילים החוסמים את זרימת האוויר כשלא נדרשים לקירור המנוע, יכולים למזער עד חמישה אחוזים מגרירת המכונית במהירות גבוהה, מספיק כדי להפחית את החממה של הרכב פליטת גז בערך 1 גרם לקילומטר ומניבה חסכון נוסף בדלק. אך שינויים חיצוניים לא צריכים להיות דרמטיים עבור מכוניות כדי להשיג 50 מיילים לגלון. מנוף הדלק של העתיד, אומר קריין, "צריך להיראות די דומה לרכבים הנוכחיים."
בדיקה מקרוב או סיבוב מאחורי ההגה עשויים לחשוף כמה הבדלים. "מכיוון שמשקלו קל משמעותית, [מכונית יעילה יותר לעתיד] עשויה להרגיש שונה במקצת. הוא יתמודד טוב יותר, הוא יצליף טוב יותר מעבר לפינה, "אומר קריין. בניתוח המסלולים האפשריים לאותם 2050 יעדים, צוות NRC הניח כי כלי רכב ימשיכו פחות או יותר בצורה הנוכחית שלהם. קרונות אלה "יהיו קצת יותר רואים את הרוח", אומר קריין, אך שום דבר לא קיצוני. כלי רכב "לא יורדים לאחור או נסחפים כל כך עד שאתה לא יכול להכניס אף אחד למושב האחורי."
יד מסייעת ממחשבים
יותר מעשור לאחר הצגת ה- Prius האמריקאית, ההיברידיות מהוות עדיין רק חלק זעיר משוק הרכב הכולל - כשלושה אחוזים מהרכבים שנמכרו בארצות הברית. אבל חלק מהטכנולוגיה בהיברידיות של ימינו יכולה לעזור לנתיב רחב של מכוניות מחר להשיג קילומטראז דלק טוב יותר. אחד החלקים החשובים ביותר הוא טכנולוגיית הזנק (Start-Stop), שמכבה את המנוע כשהרכב במנוחה, ואז מופעלת מחדש כאשר הנהג פוסע על דוושת הגז.
בהיברידיות זה משולב לרוב עם בלימה מחודשת, הרותמת אנרגיה קינטית בזמן האטה ובלימה לטעינת מצבר. לאחר מכן ניתן להשתמש בחשמל המאוחסן להפעלה מחדש של המנוע. "בלימה והתחלה התחדשות הולכים להיות למעשה אלמנטים עיצוביים נפוצים מאוד בשנים הקרובות, " אומר קריין.
כמובן, כשמדובר בחסכון בדלק, גם התנהגות הנהגים חשובה. ההבדל בשימוש בדלק בין נהג אגרסיבי, רגלי עופרת לבין שמירה שווה עם כיפות יכול להיות עד 20 אחוז. במידה מסוימת, הטכנולוגיה עשויה להרחיק נהגים מהנטיות הבזבזניות יותר שלהם. למרות שסביר להניח שנהיגה אוטונומית תביא למכוניות נטולות נהגים, לפחות לא בזמן הקרוב, אמר המנכ"ל של רנו-ניסן, קרלוס גוסן, באירוע שנערך לאחרונה באוניברסיטת סטנפורד, "אתה הולך לראות הרבה מכוניות עם פחות קלט מהנהג. "מכוניות אלה ניתנות למיטוב לחיסכון בדלק וניתוב יעיל.
בעתיד הרחוק יותר, הצמתים יכולים להיות מקומות שבהם מכוניות מתוכנתות להאט ולארוג את דרכן, במקום לטרוק את הבלמים או לנווט בכיכרות, מציע שוחט של UMTRI. "אם אף אחד לא עוצר, שיפרת את צריכת הדלק", הוא מציין.
"זה יהיה נהדר אם היה איזה כדור קסם", אומר ריינרט של טויוטה - טכנולוגיה כלשהי שיכולה לנקות מכונית מלוכלכת מבלי שנשים לב אי פעם להבדל בביצועים, בחירה, נוחות או תמחור. המציאות היא שטכנולוגיות מרובות בשילובים הנכונים יכולות לעשות דרך ארוכה לקראת ניקוי כלי הרכב שלנו. "כל הדברים האלה מעטים", אומר ריינרט, "אבל הכל מסתכם."
