Jest nadzieja dla silników spalinowych. Chodzi o nowe paliwo

• Nie wskazujemy studentom technologii napędu, jakie powinni stosować. Mamy więc pojazdy z silnikami spalinowymi, elektrycznymi i wodorowymi - mówi Norman Koch.
• Kiedy Eco-marathon startował w 1985 roku, zespoły przejeżdżały 600-700 km na jednym litrze paliwa. Dziś robią 2 500-3 000 km.
• Niektóre z zespołów od kilku lat eksperymentują z biodegradowalnymi materiałami pochodzenia roślinnego, opartymi o włókna bambusowe i różne rodzaje żywic.

Jak powstał Shell Eco-marathon?

- Zaczęło się 80 lat temu od konkurencji dwóch pracowników laboratorium badawczego Shella, którzy postanowili sprawdzić, który z nich dalej zajedzie na takiej samej ilości paliwa. W obecnej formule to konkurencja zespołów akademickich, studenckich, które samodzielnie przygotowują pojazdy i prowadzą je w rywalizacji na torach.

Zawodnicy rywalizują w dwóch klasach: Prototype (pojazdy ultralekkie, maksymalnie wydajne) i Urban Concept (bardziej zbliżone do miejskich aut).

W tej formule impreza jest prowadzona od 40 lat. Na całym świecie w zmaganiach bierze obecnie udział 300 szkół wyższych z 50 krajów.

W Kamieniu Śląskim wystartowały 122 zespoły z Europy i Afryki. Były wśród nich 4 zespoły z Polski: Project Hydrive – AGH w Krakowie, Hydrogreen Pollub - Politechnika Lubelska, Iron Warriors – Politechnika Łódzka, Rotor – Państwowa Akademia Nauk Stosowanych w Krośnie.

Shell Eco-marathon pozwala im sprawdzić wiedzę, którą uzyskali podczas zajęć. Przy czym to nie tylko sama wiedza inżynierska z dziedziny napędu. Tu pracują kilkunastoosobowe zespoły, w których oprócz konstruktorów napędów mamy programistów, menedżerów, osoby zarządzające projektami czy specjalistów od crowdfundingu.

Jakie postępy poczynili studenci w ciągu tych 40 lat?

- Kiedy startowaliśmy w 1985 roku, zespoły przejeżdżały 600-700 km na jednym litrze paliwa. Standardowy Volkswagen Golf, dość oszczędne auto, robił wówczas 15-20 km na 1 litrze paliwa.

Rekord świata w tej dziedzinie wynosi dziś 3771 km na 1 litrze paliwa! Dystanse studenckich zespołów sięgają 2 500-3 000 km. To wymaga niezwykle lekkich nadwozi, zwykle z włókien węglowych, bardzo oszczędnych silników, oprogramowania wspierającego działanie napędu, ale także strategie jazdy.

Wierzymy, że efektywność jest jednym z kluczowych warunków niskowęglowej mobilności przyszłości.

Jaki rzeczywisty wpływ na efektywność w masowo produkowanych samochodach, takich jak wspomniany Volkswagen Golf, ma ta impreza?

- Widzimy taki wpływ, ale oczywiście nie jest on bezpośredni. Studenci, biorący udział w tych zmaganiach często potem trafiają do firm motoryzacyjnych, mając już pewną wiedzę, zakres doświadczeń i umiejętność pracy w zespole. To jest nasz największy wkład.

Przechodząc jednak na bardziej praktyczny grunt, przykładem mogą być technologie stop - start, które studenci startujący w Shell Eco-marathon wykorzystywali już w latach 80. ubiegłego wieku. Dziś są one powszechne, ale wówczas dopiero zaczynano stosować ten pomysł w praktyce. Trzeba było rozwiązywać wiele problemów, jakie wiązały się z tą technologią, np. jak wyłączyć, a potem włączyć silnik w ułamku sekundy, bez przekręcania kluczyka.

Zespoły od lat starają się obniżać masę swoich pojazdów

Od lat zwiększenie efektywności wiążemy ze zmniejszeniem masy pojazdu. Testowano więc na torach Shell Eco-marathon materiały, których dziś używa się powszechnie, np. włókna węglowe. To znakomity, lekki, mocny, ale nie bardzo zrównoważony materiał, ze względu na trudności z recyklingiem.

Niektóre z zespołów od kilku lat eksperymentują więc z biodegradowalnymi materiałami pochodzenia roślinnego, opartymi o włókna bambusowe i różne rodzaje żywic. Uzyskany materiał nie jest tak twardy jak włókna węglowe, ale jest całkowicie biodegradowalny.

Jakie jeszcze technologie wykorzystywane dziś przez studentów mogą w przyszłości trafić do produkowanych masowo samochodów?

- Nie wskazujemy studentom technologii napędu, jakie powinni stosować. Mamy więc zarówno pojazdy z silnikami spalinowymi, jak i elektrycznymi z zasilaniem bateryjnym lub wykorzystującym wodorowe ogniwa paliwowe. Nowością jest pojawienie się wodoru wykorzystywanego jako paliwo w silnikach wewnętrznego spalania.

To może być ciekawa opcja, o której od kilku lat mówią producenci samochodów ciężarowych. Tu mamy spalanie, ale „spaliny” to w większości para wodna…

- Spalanie wodoru może być rozwiązaniem, które przezwycięży problemy, jakie mają pojazdy elektryczne w sektorze ciężkich towarów, w szczególności z zasięgiem, mocą i czasem ładowania. Mamy kontakt z kilkoma uniwersytetami, które nad tym pracują. Zespoły dwóch uniwersytetów były gotowe i przyjechały ze swoimi samochodami.

Spalanie wodoru wymaga dopracowania wielu elementów technologii

W tym roku jeżdżą one poza konkursem, sprawdzają działanie poszczególnych układów podczas dłuższych dystansów, oceniają, czego potrzebują do startu w rywalizacji. Przede wszystkim sprawdzają technologię, w której pojawiają się nowe problemy. Z tego co się dowiedziałem od jednego z zespołów, poważnym problemem jest samozapłon.

Wodór jest tak drobną i lotną, a przy tym niezwykle łatwopalną cząsteczką, że często zapala się, zanim jeszcze dotrze do komory spalania. To jeden z problemów, które trzeba rozwiązać w drodze do upowszechnienia tego napędu. Dlatego sądzę, że silniki spalinowe wciąż jeszcze mają przed sobą przyszłość

Jaką rolę odgrywa oprogramowanie?

- Patrząc na skład i funkcjonowanie studenckich zespołów, można powiedzieć, że coraz większą. Komputerów i programistów wciąż przybywa. To jeden z najszybciej rozwijających się w naszej imprezie obszarów.

Obecnie wydajność pojazdów jest w dużym stopniu zależna od inteligentnych rozwiązań z dziedziny oprogramowania. Przykładowo, w przypadku pojazdów elektrycznych, czy to akumulatorowych, czy czerpiących energię z wodorowych ogniw paliwowych, sposób ładowania i rozładowywania akumulatorów ma duży wpływ na wydajność napędu.

Niektóre ekipy wykorzystują technologię cyfrowego bliźniaka (digital twin) do sprawdzenia i poprawiania działania swoich konstrukcji. W wypadku samej rywalizacji komputerowe symulacje pozwalają lepiej dobrać strategię rozegrania wyścigu. Dzięki cyfrowemu odwzorowaniu toru i symulacjom zespoły wiedzą, w jakim punkcie toru trzeba wyłączyć silnik, w jakim przyspieszać, aby uzyskać optymalne efekty.

Czy jest jeszcze sens inwestować w technologie spalinowe? Niektórzy uważają, że skoro technologie spalania są już tak rozwinięte, że teraz dużymi nakładami osiągamy niewielką poprawę, więc może lepiej te pieniądze wydać na optymalizację nowych napędów, uzyskując znacznie większą poprawę.

- Moim zdaniem trzeba starać się osiągać poprawę we wszystkich dziedzinach, gdzie jest to możliwe. Trzeba rozwijać wszelkie technologie, bo dziś nie jesteśmy w stanie powiedzieć, która z nich rzeczywiście okaże się rewolucyjną zmianą, ani kiedy to nastąpi – jutro czy za 10 lat.

Jakie będą technologie, które pojawią się na torach Shell Eco-marathon w najbliższym czasie?

- O wykorzystaniu wodoru jako paliwa w silnikach spalinowych już mówiłem. Drugim rosnącym trendem są pojazdy autonomiczne. Wprowadziliśmy je do wyścigów kilka lat temu. W tym roku wystartowało w tej kategorii 11 zespołów. W porównaniu z całością startujących to niewiele, ale w ubiegłym roku było ich tylko 7.

Trzeba też zaznaczyć, że w ich przypadku rywalizacja nie ogranicza się tylko do przejechania toru, ale są także zadania sprawnościowe, takie jak np. parkowanie.

Wciąż rośnie znaczenie oprogramowania, w którym teraz coraz większą rolę zaczyna odgrywać sztuczna inteligencja.