Pístový spalovací motor zůstává těžko nahraditelným zdrojem energie pro pohon vozidel. Neustále se zpřísňující legislativa na něj však klade čím dál větší nároky. Nejen z pohledu emisí, ale v poslední době i spotřeby paliva ve formě omezení celkové produkce CO2.
Limitní hodnota tzv. flotilového průměru emisí CO2 pro osobní automobily byla pro rok 2020 stanovena na hodnotu 95 g/km. V případě spalování nafty to znamená omezení spotřeby paliva na hodnotu 3,5 l / 100 km a 4,1 l / 100 km v případě benzinu. Další plánované omezení limitu CO2 na 63 g/km pro rok 2030 znamená, že při použití konvenčních uhlovodíkových paliv nebude tento limit u větších vozidel reálně dosažitelný. Elektromobil je v současné době neoprávněně považován, i z pohledu legislativy, za „bezemisní" vozidlo. Při korektním přístupu by měl být hodnocen celkový skutečný dopad na produkci CO2, především v závislosti na zdroji elektrické energie, výrobě, následné likvidaci baterií atd.
Masový přechod na elektromobily v blízké době je i přes jejich velmi rychlý vývoj nereálný, především kvůli chybějící infrastruktuře. Proto má spalovací motor stále zásadní význam, ale má-li být do budoucna konkurenceschopným, je třeba pracovat na jeho neustálém vývoji. Nevyhnutelné je hledání nových řešení pro navýšení jeho celkové účinnosti, případně přechod k alternativním palivům s nižším obsahem uhlíku. Další možností je použití „hybridních" konceptů, kdy je spalovací motor zapojen v různém uspořádání s elektromotorem a může být tak provozován v režimech s vyšší účinností.
Výrazné snižování spotřeby paliv a emisí spalovacích motorů patří mezi hlavní výzkumné úkoly Centra vozidel udržitelné mobility Fakulty strojní ČVUT v Praze (CVUM). S tím souvisí také zkoumání možností efektivního spalování alternativních paliv. Disertační práce výzkumného pracovníka Ing. Zbyňka Syrovátky „Efektivní spalování alternativních paliv v pístovém spalovacím motoru" se zaměřuje na splnění daných cílů s využitím pístového spalovacího motoru, potenciálu alternativních paliv a pokročilého systému spalovaní pro dosažení co nejvyšší účinnosti a minimalizaci emisí.
Současný stav výzkumu paliv a zapalovacích systémů
Jako velice vhodné palivo z hlediska vlastností a dostupnosti celkových zásob se jeví zemní plyn. Použitím zemního plynu, jehož obsahem je převážně metan (CH4), lze dosáhnout snížení produkce CO2 o cca 25 %, v porovnání s konvenčními palivy při zachování stejného výkonu motoru. Jeho další výhodou je vysoká odolnost vůči detonačnímu spalování, což umožňuje zachovat, případně navýšit, kompresní poměr motoru, a tím docílit zlepšení jeho účinnosti vedoucí k dalšímu snížení spotřeby paliva, respektive snížení produkce CO2.
Za nejčistší palivo pak lze označit vodík (H2), při jehož spalování vzniká v ideálních případech pouze voda. V reálném světě, při použití vzduchu jako okysličovadla, vznikají i oxidy dusíku, se kterými si však současná technika umí poradit. Vodík se také používá v palivových článcích, kde dochází k přímé přeměně chemické energie na elektrickou s mnohem vyšší účinností. Pro tyto účely je však potřeba vodík o vysoké čistotě, jehož výroba je energeticky velmi náročná, a tudíž by měla být také zahrnuta do hodnocení celkového dopadu. Při spalování vodíku ve spalovacím motoru nejsou na vodík kladeny zvláštní požadavky, co se týče jeho čistoty, a lze tak s výhodou využít vodík, který vzniká jako vedlejší produkt při průmyslové výrobě, například při výrobě chlóru. Jeho hlavní výhodou je velmi rychlé hoření a široká mez zápalnosti, která se pozitivně projevuje i v jeho směsích s dalšími palivy.
Zpracováno podle disertační práce Ing. Zbyňka Syrovátky, výzkumného pracovníka Centra vozidel udržitelné mobility Josefa Božka Fakulty strojní ČVUT v Praze.
(Celý článek naleznete v Technickém týdeníku, který vychází 21. dubna 2020.)