Miért tűntek el a hibrid autók 80 évre a látképről?

Az oldal megosztása
A hibrid autók 80 évre eltűntek, mert a probléma nem technikai, hanem gazdasági volt: a 20. század elején Ferdinand Porsche Lohner-Porsche hajtási rendszere működőképes és érett volt, de az akkumulátorok súlya, az elektromos hálózat hiánya és mindenekelőtt az olcsó benzin évtizedekre halottnak ítélte a hibrid hajtást kereskedelmi szempontból. Az ötlet csak 1997-ben éledt újjá, amikor az olajválságok, a károsanyag-kibocsátási szabályok és a NiMH akkumulátorok érettége ugyanazon a ponton találkozott.
Kiemeltek
- Ferdinand Porsche 1900-ben megtervezte a világ első működő hibrid autóját, a Semper Vivus t; sorozatgyártású változata a 1901-es Mixte lett.
- A hibrid La Toujours Contente négykerékhajtású volt, 56 lóerőt termelt, és 4 tonnánál nagyobb, volt a tömege.
- 1906-ig több mint 300 Lohner-Porsche járművet adtak el; a Mixte hajtást a bécsi tűzoltóságnál 40 járműben alkalmazták.
- 1935-ig az elektromos autók szinte teljesen eltűntek az utakról; a bűnös az olcsó texasi olaj és az infrastruktúra hiánya volt.
- 1997-ben a Toyota Prius lett az első sorozatgyártású hibrid; a kombinált üzemanyag-fogyasztása 57,6 mpg, a CO2-kibocsátása 104 g/km volt.
Az első hibrid nem a Toyota Prius volt: az út 1900-ig
A hibrid hajtás története, ellentétben azzal, amit a legtöbben hisznek, nem a 20. század elején, hanem a 19. század végén kezdődik. Ferdinand Porsche, 1893-ban, 18 évesen lépett be a bécsi Béla Egger & Co. villamosipari vállalathoz, és ekkor még nem volt formális mérnöki diplomája; részmunkaidős hallgató volt a Bécsi Műszaki Egyetemen. De ebben a cégben fejlesztette ki az első elektromos kerékagymotort - és ez a motor lett volna az egész történet alapköve.
1898-ban, 23 évesen, Jacob Lohner gyárában elkészítette első járműveit: akkumulátoros elektromos prototípusokat, amelyek két első kerékére kerékagymotorokat szereltek. Mindegyik motor 2,5-3,5 lóerőt termelt, rövid időtartamra 7 lóerőre volt képes emelkedni. A "System Lohner-Porsche" néven ismert rendszer nagy sajtóvisszhangot váltott ki Európában, és a 1900-as párizsi kiállításon mutatták be az első Lohner-Porsche Electromobile-t: 2 x 2,5 PS teljesítményével 37 km/h sebességre volt képes.
A dolog érdekessége, hogy Lohner elektromos hajtás melletti döntésének indoka tökéletesen egybeesik a mainappal: a város levegőjét "kegyetlenül szennyezték a használatban lévő számos benzinmotorok." Százhuszónégy évvel ezelőtt a károsanyag-kibocsátás miatti aggodalom a hibrid születésének okai között volt.
Semper Vivus és Mixte: hogyan született meg a soros hibrid elve

Az akkumulátoros elektromos autó legnagyobb gyengesége a hatótáv volt, és Porsche ezt úgy oldotta meg, hogy felépítette azt a struktúrát, amelyet ma "soros hibridnek" nevezünk. 1900-ban megtervezett Semper Vivus (latinul "mindig élő") a világ első működő hibrid autója volt: az akkumulátorra támaszkodás helyett egy belső égésű motor hajtotta a generátort, a termelt villamos energia pedig közvetlenül a kerékagyakban lévő motorokhoz ment. A benzinmotor soha nem volt mechanikusan kapcsolva a kerekekhez; egyetlen feladata az áramtermelés volt.
Gyártásra kész változat 1901-ben a Lohner-Porsche "Mixte" adával született meg. Porsche a Mixte-tel megnyerte az 1902-es Exelberg Ralit; majd 1905-ben az akkumulátoros versenyautó 2 x 30 PS segítségével 130 km/h feletti sebességet ért el. Ez a teljesítmény nem üres mérnöki mutatvány volt: Porsche 1905-ben megkapta a Pötting-díjat, mint Ausztria legsikeresebb autómérnöke. A technikai kép egyértelmű - a rendszer működött.
A soros hibrid ötletének erejét bizonyítandó a történelem később még két bizonyítékot szolgáltatott. A Boeing és a NASA megvizsgálta az Apollo-program Lunar Roving Vehicle járművéhez a Lohner-Porsche tervét; a soros hibrid koncepció pedig ma számos modern vasúti mozdony alapját képezi. Vagyis az elv nem volt téves - csak az időzítése.
Négy tonnahoz közelítő autó: a súly ára
Ami a korai hibridek technikai sikereit beárnyékolta, az egy számokkal is jól kimutatható, nagyon kézzelfogható teher volt: a súly. Az angol E.W. Hart megrendelésére készült, benzinnel és villamos energiával egyaránt működő La Toujours Contente ennek a terhelésnek a legextrémebb példája. A számok magukért beszélnek:
| Tulajdonság | Érték |
|---|---|
| Hajtás típusa | Benzin + elektromos, összkerékhajtás |
| Akkumulátor | 44 cellás 80 voltos ólomsavas, 1,8 tonna |
| Motorok | Négy kerékagymotor, összesen 1 280 font |
| Össztömeg | Több mint 4 tonna |
| Teljesítmény | 56 LE |
| Ár | 15 000 osztrák korona |
Az ólomsav-kémia energiasűrűségével szállított 1,8 tonnás akkumulátor eleve tönkretette a hibrid gazdaságossági egyenletét. Maga a Lohner-Porsche is szerény teljesítménye ellenére majdnem két tonnát nyomott. Minden fölösleges kilogramm több szerkezeti szilárdságot, több gumit, több üzemanyagot jelentett - és mindezt az árcédulán kellett megfizetni.
Miért tűnt el 80 évre a hibrid?
A Mixte technológiával gyártott hibrideket 1910-ig gyártották. Vagyis az ötlet nem halt meg, és nem is tiltották be hirtelen. Gyártották, eladták, majd csendben elvesztette a piaci versenyt. Ennek három mérhető oka van, és egyiknek sincs köze a technológiához.
Az olcsó benzin tette tönkre az egyenletet
A texasi olcsó nyersolaj felfedezése a 20. század első évtizedeiben másodpercek alatt lefelé húzta az üzemanyagköltséget. A benzinautók hosszabb távokra mind olcsóbbá, mind hasznosabbá váltak. A Mixte hibridek viszont benzines társaiknál is drágábbak és gyengébbek voltak - az eredmény: a legtöbbjükből rosszul fogyott. Egy befektetni kívánó cég számára nem jött ki a számítás; a Smithsonian történelmi értékelésének kifejezésével élve, a 20. század elején csődbe menő egyes cégek egyszerűen üzemanyagtípusban a "rossz lóra" tettek befektetést. A gőzös, az elektromos és a benzinmegoldás versenyzett, és a benzin az olcsósága miatt megnyerte ezt a versenyt.
Elektromos infrastruktúra egyáltalán nem létezett
Az elektromos hajtás jövője, az akkumulátortól függetlenül, a hálózaton múlt. Csakhogy a 1900-as évek elején otthonokban és utcákon nem létezett töltési infrastruktúra. Ez az infrastruktúra-hiány az akkumulátorok rövid hatótávolságával együtt hosszú évekre elzárta az elektromobilitás útját. Egy nem tölthető elektromos autó a gyakorlatban garázs-kísérlet volt.
A sorozatgyártás gazdaságossága a benzinest támogatta
A technológia, az elfogadás és a sorozatgyártás együtt fejlődik; a költség ott csökken. Azokban az években az elektromos járművek a közúti járműveknek körülbelül egyharmadát tették ki - vagyis a piaci részesedés korántsem volt kicsi. De ahogy a sorozatgyártás gazdaságosságának lendülete a benzines motor felé fordult, a benzinautók gyorsan olcsóbbá és kiforrotta váltak. Az elektromos hajtás kimaradt ebből a fejlődési ciklusból, és 1935-ig szinte teljesen eltűnt az utakról. Még a kézi forgattyú fáradtsága és a kipufogó szennyezése hiányából származó hétköznapi előnyök sem változtathatták meg ezt a gazdasági tényt.
A lényeg: a hibrid gondolat technikailag érett volt, de kereskedelmileg halvaszületett. Nem egy mérnöki hiba pusztította el, hanem az olcsó kőolaj, a hiányos infrastruktúra és a méretgazdaságosság háromszögletű gazdasági fala.
Majdnem 80 éves csend
A hibrid autó, ahogy a Toyota saját történetében is megfogalmazódik, körülbelül 80 év múlva lett az autóipar része. Eközben érdekes köztes kísérletek történtek: 1976-ban egy gázturbinás generátorral és villanymotorral rendelkező kis sportautó azt mutatta, hogy a hibrid gondolat egyszer már próbát tettek; az Audi is bemutatta a Duo koncepciót. De ezek elszigetelt kísérletek voltak, nem váltak termékék. A közeg még nem volt érett: az olaj olcsó volt, az emissziós nyomás gyenge, az akkumulátorok pedig még mindig az ólom-sav korszakában másztak.
Az áttörés az 1980-as évek közepén kezdődött. Az olajválságokat követően a hibrid fejlesztések újra fellángoltak, és ezúttal az egyenlet három változója egyszerre kezdett változni: az üzemanyag-biztonsággal kapcsolatos aggodalom, a környezetvédelmi szabályozás és az akkumulátorkémia.
Pontosan miért 1997-ben? Olajválságok, emissziós szabályok és a NiMH
A kérdésnek így kellene hangzania: miért nem 1900-ban, hanem éppen 1997-ben éledt újjá a hibrid gondolat? A válasz három független fejlemény ugyanazon a napon történő találkozásában rejlik.
Az olajválságok stratégiai aggodalmat keltettek
A Toyota hibrid stratégiája a második olajválságra adott válasz kontextusában formálódott. Amikor az olcsó kőolaj 80 éves kényelme megszakadt, az üzemanyag-hatékonyság a marketingbónuszból a vállalati túlélés kérdésévé vált. 1997 decemberében Japánban bemutatott Prius a világ első sorozatgyártású hibridjeként mind az üzemanyag-hatékonyságot javította, mind a kipufogógáz-emissziókat megtisztította. A számszerű eredmény egyértelmű volt: a kombinált üzemanyag-fogyasztás 57,6 mpg, a CO2-kibocsátás 104 g/km. A mérnöki oldalon az Atkinson-ciklusú tervezés emelte a hőhatásfokot; a benzinmotor alacsony teljesítményét a villanymotor kompenzálta. IEEE szempontból is a jármű a CO2-kibocsátások csökkentéséhez és a kőolaj kimerülésének mérsékléséhez hozzájáruló mérföldkőként vonult be a történelembe.
A NiMH akkumulátorok beértek
Az 1900-es év végzetes problémája a súly volt; 1997-re ezt a problémát nagyrészt megoldották. Honda Insight első generációja (1999-2006), háromajtós kétszemélyes liftbackként 144 voltos nikkel-fémhidrid (NiMH) azakkumulátorral és elektronikus Power Control Unit-tel mutatták be. A Prius bemutatásával azonos időszakban az Insight is a NiMH technológia érettségére épült. Az ólom-sav 1,8 tonnás öröksége helyett olyan kémia érkezett, amely egy autó energiaigényét ésszerű tömegben volt képes hordozni. Ugyanaz az ötlet, mint az 1900-es években, de már olyan energiatárolóval, amelyet elbírt.
A kibocsátási jogszabályok kényszerítették a piacot
A szigorodó kibocsátási szabályok a gyártók számára a üzemanyag-hatékonyságot opcióból kötelezettséggé tették. A hibrid volt az egyetlen technológiai válasz, ahol ez a három erő találkozott - és 80 évvel korábbi helyzettel ellentétben ezúttal a gazdasági fal ledőlt.
Következő lépések: A lítium-ion és a plug-in hibrid korszaka
Az első hibrid hullám által lerakott alap felgyorsult. Az akkumulátorok frontján 1998-ban a Nissan Altra EV lett az első kereskedelmi forgalomban lévő autó, amely lítium-ion akkumulátort használt. A lítium-ion járműhasználatra alkalmassá válása és a szigorodó kibocsátási jogszabályok tartósan fellendítették az elektromos hajtásrendszerek iránti érdeklődést. 2010-ben a Chevy Volt, az első kereskedelmi forgalomba hozható plug-in hibridként mutatkozott be, és az akkumulátoroldal az energiaügyi minisztérium által fejlesztett technológiákból merített. Ugyanabban az évben a Porsche, a Cayenne S Hybrid elindította átmenetét az electromobility-be; a 2015-ös Panamera S E-Hybrid pedig szegmensében a világ első plug-in hibridjeként a szegmens világelső plug-in hibridjeként 36 km elektromos hatótávot kínált.
Ennek az evolúciónak a szimmetriája lenyűgöző. Ferdinand Porsche 1900-ban megalkotott soros hibrid elve ma is ugyanazzal a logikával működik a plug-in változatokban és a dízel-villamos mozdonyokban. Az ötlet sosem avult el; csak egyszer nem volt gazdaságos, máskor pedig éppen hogy igen.
A technológia nem győz, az egyenlet győz
A hibrid 80 éves csendje az autóipari történelem egyik legtisztább kontrollkísérlete. Ugyanaz az ötlet, hasonló mérnöki minőséggel két különböző korszakban került kipróbálásra: 1900-ban egy ékszerként működő rendszer olcsó benzin, hiányos villamoshálózat és a skálagazdaság nyomása miatt eltűnt a piacról. 1997-ben ugyanez az ötlet az olajválságok által keltett stratégiai aggodalom, a szigorodó károsanyagkibocsátási szabályok és a NiMH akkumulátor érettsége révén kereskedelmi sikerrel alakult át. Az egyetlen dolog, ami változott, maga a technológia nem volt; az változott, az ötletet körülvevő gazdasági egyenlet. Az autómérnökségben ritkán emlegetett tanulságát nem szabad elfelejteni: egy jó megoldás nemcsak megoldja a problémát, hanem el is kell számolnia vele.
Források
- Lohner–Porsche
- A Porsche története villanymotorral kezdődik
- Hogyan vezeti vissza a Prius a nevét egy 1900-as autóra ...
- Lohner Porsche elektromos autó
- Az első Porsche: egy 1898-as elektromos autó? Ismerd meg ...
- A Prius fejlesztése és a hibrid stratégia - Toyota Global
- Mérföldkövek: Toyota Prius - ETHW
- A Toyota Prius története - Toyota UK Magazine
- A Prius születésének története, 2. rész - Toyota Global
- Honda Insight -- Bevezetés - Honda News
- Honda Insight
- Az elektromos autó története - energy.gov
- Értelem szerint a "bukott" technológiáról
- Tényellenőrzés: elektromos autók a 1900-as évek elején - USA Today
- Az elektromos autók 100 évvel ezelőtt eladottabbak voltak, mint a benzinesek
- Röviden a hibrid autók történetéről
- Mi a hibrid autók története?
- Az akkumulátortechnológia fejlődése
- Ferdinand Porsche