ęłęóKonrad Tkaczyk Kl.3K.

Alternatywne źródła napędu samochodów.

Pojazdy z alternatywnym do ropy naftowej napędem, będą się pojawiały coraz częściej nie tylko na drogach europy zachodniej ale także w Polsce. Napęd na gaz skroplony LPG już teraz stosowany jest w 2 mln polskich pojazdów. Równie ciekawą alternatywę stanowi wykorzystanie wodoru do napędu pojazdów. Technologia napędu wodorowego jest na tyle zaawansowana, że może być stosowane seryjnie. Artykuł ten prezentuje nowe rozwiązania w dziedzinie napędu pojazdów i objaśnia ich specyfikę porównując do tradycyjnych jednostek napędowych czyli na benzynę czy olej napędowy.

ęłęóAlternatywne napędy

Pod pojęciem "alternatywne napędy" będziemy rozumieli takie, które w odróżnieniu od tradycyjnych (na benzynę lub olej napędowy) jednostek napędowych są przyjazne dla środowiska naturalnego i nie stanowią żadnego lub niewielkie obciążenie dla środowiska. Wśród nich należy wymienić :

0. napęd gazowy (gaz ziemny, gaz płynny, biometan),

1. napęd hybrydowy,

2. napęd wykorzystujący ogniwa paliwowe,

3. napęd wodorowy.

Napęd gazowy

Technika napędu przy zastosowaniu gazu ziemnego czy gazu skroplonego przypomina dotychczas stosowany napęd benzynowy. Zewnętrznie pojazdy napędzane gazem niczym się nie wyróżniają. Jeżeli chodzi o budowę to odróżnia ich wyposażenie w ciśnieniowy zbiornik na paliwo, jak również urządzenia służące do regulacji i bezpieczeństwa. W pojazdach napędzanych gazem ziemnym generalnie znajdziemy część wysokociśnieniową (200 bar) ze, zbiornikiem wysokociśnieniowym wyposażonym w zawór bezpieczeństwa, przewody ciśnieniowe, regulator ciśnienia ze zintegrowanym magnetycznym zaworem bezpieczeństwa oraz sensorem wskazującym ciśnienie jak i ilość gazu oraz część z ciśnieniem roboczym 8 bar. Głównymi elementami budowy są tutaj bardzo drobny filtr, rozdzielacz gazu, przewody wężowe niskociśnieniowe.

Gaz ziemny określany jako sprężony gaz naturalny (CNG) jest gromadzony w butlach wysokociśnieniowych w temperaturze 15C i ciśnieniu 200 bar.

ęłęóPojemność zbiorników na gaz wynosi w przypadku samochodów osobowych od 35 metrów sześciennych oraz od 100 metrów sześciennych do 230 metrów sześciennych w przypadku samochodów ciężarowych. W przypadku zastosowania napędu na gaz (LPG) gdzie ciśnienie robocze wynosi 20 bar nie możemy wykorzystać tej technologii do gazu ziemnego, gdzie ciśnienie robocze jest wyższe. W celu zwiększenia zasięgu wykorzystuje się wymiennie napęd tradycyjny (benzynowy) na zmianę z napędem na gaz. Według danych urzędu transportu na stan 1 stycznia 2004 liczba samochodów napędzanych gazem wynosiła w Niemczech 19105 na gaz ziemny (CNG) i 6203 na gaz LPG (propan/butan)

Napęd hybrydowy

Pojazdy z napędem hybrydowym posiadają szczególną kombinację a mianowicie silnik spalinowy i silnik elektryczny. W zależności od stawianych wymogów względem pojazdów, fabrycznie pojazdy te są wyposażane albo w czysty silnik elektryczny albo z przełączeniem na silnik spalinowy. Ważnym elementem tego typu napędu jest silnik spalinowy ze zmiennym sterowaniem zaworami, synchronizowany silnik elektryczny z stałymi magnesami, oddzielną prądnica, akumulatory niklowo- wodorotlenkowe, rozdzielacz napędów i system elektronicznego sterowania. Z reguły podczas ruszania wykorzystywany jest silnik elektryczny i dopiero przy większych prędkościach włączany jest silnik spalinowy. Urządzenie przełączające napędy zapewnia nam że energia służąca do napędu jest rozdysponowywana w sposób równomierny zarówno na koła jak i na generator, który jest odpowiedzialny za ładowanie akumulatorów. Przełącznik napędów działa jako bezstopniowy przełącznik napędów. Najwyższy stopień wykorzystania można osiągnąć dzięki elektronicznemu systemowi sterowania, który to dokładnie wytaruje stosunek sprawności pomiędzy silnikiem spalinowym a elektrycznym.
W obecnej chwili na rynku są dostępne dwa typy pojazdów produkowane seryjnie tj. Toyota Prius i Honda Civic IMA. Wielu producentów znajduje się w fazie testowania takiego rozwiązania.

Napęd na wodór

W związku z kurczącymi się zapasami ropy naftowej, wodór stanowi alternatywne źródło energii aby pokryć ciągle wzrastające zapotrzebowanie na nośniki energii. Eksperci wychodzą z założenia, że w przyszłości wodór jako nośnik energii będzie spełniał tą samą rolę co dzisiejsze silniki benzynowe(gaźnikowe) czy napędzane olejem napędowym. Przy napędzie wodorowym budowa silnika zasadniczo nie różni się od tradycyjnego współczesnego silnika. Za to z reguły zbiornik na paliwo wodorowe posiada dwie ścianki specjalnie izolowane a pojemność wynosi około 150 litrów. Do przechowywania płynnego wodoru czy płynnego metanu generalnie stosujemy ciśnieniowe zbiorniki. W obecnie stosowanych zbiornikach na wodór temperatura przechowywania wynosi -253 0C i ciśnienie 5 bar. Sensory które służą do wykrywania wodoru i powodują bezpośrednie oddzielenie wodoru od zbiornika z wodorem mają pierwszorzędne znaczenie. W przypadku pojazdów BMW wskazówka urządzenia ostrzegającego o obecności gazu zamontowana jest w drzwiach.

Napęd wykorzystujący ogniwa paliwowe

Opracowanie metody spalania komórkowego sięga roku 1839. Angielski naukowiec fizyk sir William Grove opracował podstawy tej technologii. Energia chemiczna jest zamieniana bezpośrednio w energię elektryczną z zachowaniem bardzo wysokiej sprawności. Podczas tego procesu gaz ziemny w tzw. ogniwie paliwowym ulega rozczepieniu na molekularny wodór, który z kolei podczas spotkania z tlenem zawartym w powietrzu zamienia się w wodę a przy okazji wydziela się energia elektryczna i ciepło. Wodór może być przechowywany pod ciśnieniem w postaci skroplonej. Ostatnio znajdują tutaj także zastosowanie wodorotlenki metali tj. połączenia wodoru z metalami.

Proces elektrochemiczny jaki przebiega w ogniwie zawierającym substancję energetyczną jest odwrotnością elektrolizy. Wodór jako substancja energetyczna jest dostarczany w sposób ciągły do anody. Tam w obecności katalizatora ulega rozpadowi na elektrony oraz jony, przy czym powstałe jony są transportowane przez elektrolit do katody, gdzie łączą się z tlenem i wskutek czego powstaje woda. Wskutek różnicy potencjałów pomiędzy anodą (zawierającą palny gaz) i katodą (zawiera tlen) płyną elektrony a więc prąd, który służy do napędu silnika.

ęłęó

Alternatywne systemy napędu z punktu widzenia straży pożarnej.

Z zakresu obszaru działania straży pożarnej w pierwszej kolejności musimy określić z jakim rodzajem napędu mamy do czynienia i jakie w związku z tym kryją się dla nas dodatkowe zagrożenia w odróżnieniu do tradycyjnych jednostek napędowych na benzynę czy olej napędowy. Bardzo ważna staje się kolejność wykonywanych czynności. Chodzi o to czy ratownicy w pierwszej kolejności w ramach udzielanej pomocy technicznej, przystąpią do uwalniania zakleszczonych osób czy wcześniej przystąpią do gaszenia pożaru.

ęłęóPodstawowe zasady podczas akcji

Na miejscu akcji należy na podstawie oceny zagrożenia przestrzegać poniższych zasad:

0. zabezpieczyć miejsce akcji (np. poprzez właściwe ustawienie pojazdu ratowniczego lub przez zastosowanie taśmy),

1. zabezpieczyć pod względem ochrony przeciwpożarowej (wykorzystanie urządzeń gaśniczych),

2. podjęcie czynności ratunkowych ukierunkowanych na osoby poszkodowane
   (uwolnienie osób przy użyciu sprzętu hydraulicznego, udzielenie pomocy medycznej),

3. podjęcie czynności chroniących środowisko naturalne (zastosowanie środków wiążących lub zapobiegających się rozprzestrzenianiu substancji szkodliwych),

4. przekazanie miejsca akcji (np. przekazanie miejsca akcji).

Szczególne środki przeciwdziałania ze względu na alternatywny napęd.

Wskutek wnikliwego rozpoznania miejsca zdarzenia możemy stwierdzić czy nie jest on wyposażony w szczególny rodzaj napędu. W tym względzie istnieje cały szereg możliwości i wskazówek:

0. rzucające się w oczy oznaczenie pojazdu ( np. napis "pojazd napędzany gazem ziemnym"),

1. pomalowanie samochodu w sposób wyróżniający,

2. oznaczenie typu samochodu (np. Toyota Prius Hybrid Synergy Driver),

3. szczególny korek paliwa,

4. wyróżniające cechy budowy,

5. zbiorniki na gaz znajdujące się w tylnej części pojazdu;

Jeżeli zakończyliśmy oględziny samochodu mające na celu rozpoznanie jednostki napędowej wówczas należy przewidzieć mogące z tego wynikać zagrożenia oraz przedsięwziąć odpowiednie środki zaradcze.

Napęd na gaz

W przypadku stosowania do napędu gazu ziemnego szczególnego znaczenia nabierają dwa zjawiska:

0. ulatnianie się gazu,

1. tworzenie się mieszaniny palnego gazu z powietrzem,

Działania zaradcze

0. obszar niebezpieczny odgrodzić na dużej przestrzeni,

1. wyłączyć silnik,

2. zamknąć gaz na zaworach odcinających,

3. dokonać pomiaru obecności atmosfer wybuchowych z użyciem odpowiednich przyrządów detekcyjnych,

4. stworzyć możliwość przewietrzenia,

5. w przypadku pożaru zarówno zagrożony pojazd jak i otoczenie, schładzać z odpowiedniej odległości.

W przypadku stosowania napędu na gaz płynny należy się liczyć z możliwością wystąpienia następujących zagrożeń:

Zagrożenia

0. ulatniania się gazu (zwrócić uwagę na efekt zimna),

1. tworzenie się mieszaniny palnego gazu z powietrzem,

2. BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion)-wybuch par wrzącej cieczy)

Działania zaradcze

0. obszar niebezpieczny odgrodzić na dużym obszarze,

1. wyłączyć silnik,

2. zamknąć gaz na zaworach odcinających,

3. dokonać pomiaru obecności atmosfer wybuchowych z użyciem odpowiednich przyrządów detekcyjnych,

4. stworzyć możliwość przewietrzenia,

5. w przypadku pożaru zarówno zagrożony pojazd jak i otoczenie, schładzać z odpowiedniej odległości.

Napęd przy użyciu wodoru

W przypadku zastosowania napędu na wodór należy uwzględnić:

0. ulatnianie się gazu (odgłosy trzasku, lodowacenie),

1. tworzenie się zapalnej mieszanki wodoru z powietrzem wewnątrz pojazdu.

Działania zaradcze

0. zachować bezpieczną odległość wynoszącą co najmniej 25 m,

1. przestrzegać dodatkowych środków ochrony (dot. używania tel. komórkowych, sprzętu radiowego),

2. stosować specjalne przyrządy pomiarowe (także w otoczeniu),

3. ustalić kierunek wiatru i podjechać zgodnie z jego kierunkiem,

4. stosować potrójne zabezpieczenie przeciwpożarowe ( wodę, proszek i pianę),

5. w celu "rozpoznania" zastosować ewentualnie kamerę termowizyjną,

6. stosować przewietrzanie,

7. w przypadku pożaru zarówno zagrożony pojazd jak i otoczenie, schładzać z odpowiedniej odległości,

8. ustawić wentylator celem rozcieńczania mieszanki gazu z powietrzem,

9. nie zdejmować klem z akumulatorów!

10. w przypadku samochodów osobowych starać się nie przecinać i nie zgniatać słupków typu C,

11. aktywować urządzenia odcinające dopływ,

12. przystąpić do gaszenia pożaru wnętrza samochodu aby w możliwie krótkim czasie mieć dostęp do urządzeń odcinających gaz,

Napęd hybrydowy

Jeżeli pojazd jest wyposażony w napęd hybrydowy, należy przestrzegać następujących wskazówek:

Zagrożenia:

0. prąd elektryczny o napięciu do 300 Volt,

1. obecność dużych akumulatorów o dużej sprawności,

2. w przypadku uszkodzenia akumulatora możliwość wycieku szkodliwych substancji,

Działania zaradcze

0. dezaktywizacja hybrydowego systemu napędowego,

1. okablowanie w kolorze pomarańczowym i komponenty, nie dotykać, nie otwierać,

2. pojazd przy pomocy klinów zabezpieczyć przed toczeniem się,

3. w przypadku wydostania się elektrolitu w postaci żelu stosować rękawice i okulary ochronne,

4. płyn z akumulatorów zbierać przy pomocy chemicznych środków wiążących,

5. przestrzegać wymaganych odległości ochronnych, zwalczanie pożaru jak przy urządzeniach elektrycznych o niskim napięciu.

Ogniwa paliwowe,

Jeżeli pojazd jest wyposażony w napęd wykorzystujący ogniwa paliwowe,

należy przestrzegać następujących wskazań podczas akcji:

0. ulatnianie się gazu (odgłosy trzasku, lodowacenie),

1. tworzenie się zapalnej mieszanki wodoru z powietrzem wewnątrz pojazdu,

2. możliwe wydzielanie metanolu,

3. niebezpieczeństwo ze strony energii elektrycznej,

Działania zaradcze

0. zachować bezpieczną odległość wynoszącą co najmniej 25 m

1. przestrzegać dodatkowych środków ochrony (dot. używania tel. komórkowych, sprzętu radiowego)

2. stosować specjalne przyrządy pomiarowe (także w otoczeniu),

3. ustalić kierunek wiatru i podjechać zgodnie z jego kierunkiem,

4. stosować potrójne zabezpieczenie przeciw pożarowe ( wodę, proszek i pianę),

5. w celu "rozpoznania" zastosować ewentualnie kamerę termowizyjną,

6. ustawić wentylator celem rozcieńczania mieszanki gazu z powietrzem,

7. aktywować urządzenia odcinające dopływ.

Autobus jako przypadek szczególny

Straż pożarna będzie musiała w przyszłych latach poświęcić większą uwagę autobusom. Można zaryzykować stwierdzenie, że napędy na gaz ziemny staną się standardem a napędy z zastosowanym ogniw paliwowych będą stawały się coraz powszechniejsze. Potrzebne do napędu "paliwo" (wodór, gaz ziemny) będzie gromadzone w zbiornikach ciśnieniowych o większych pojemnościach niż to ma miejsce w przypadku samochodów osobowych. Autobusy napędzane na gaz ziemny są wyposażone w kilka zbiorników ciśnieniowych a każdy posiada pojemność 190 litrów, które często montowane są na dachu pojazdu.. Takim to sposobem można zgromadzić do 1500 litrów sprężonego gazu ziemnego (CNG)

Z kolei jeżeli chodzi o napęd wykorzystujący ogniwa paliwowe, butle z wodorem umieszczone na dachu pojazdu o pojemności do 1600 l. wodoru i ciśnieniu roboczym sięgającym 300 bar. Ponieważ wszystkie te pojazdy znajdą zastosowanie w transporcie publicznym o bliskim zasięgu należy podjąć działania zmierzające do przygotowania straży do zagrożeń wynikających z eksploatacji tego typu pojazdów.

Spojrzenie w przyszłość

W rozmaitej formie w następnych latach będą się rozpowszechniały alternatywne napędy dzięki prowadzonym intensywnym badaniom nad nowymi technologiami w zakresie gromadzenia paliw. Należałoby sobie tylko życzyć aby urządzenia z zakresu bezpieczeństwa uległy standaryzacji a zasady postępowania dla straży pożarnej uległy ujednoliceniu.

Poza stworzeniem możliwości szybkiej identyfikacji napędu pojazdów ( może się tutaj okazać pomocne specjalne znakowanie) Ratownicy w większym stopniu powinni być zapoznawani z nowymi napędami, przejść teoretyczne i praktyczne szkolenie. Duże znaczenie ma tutaj współpraca pomiędzy producentami pojazdów a strażą pożarną, którzy przekażą odpowiednie materiały informacyjne i szkoleniowe.