على الرغم من تطويره باستمرار على مدار القرن الماضي ليصبح وحدة طاقة ذات كفاءة عالية في استهلاك الوقود، إلا أن محرك الديزل يتعرض الآن لتهديد لم يسبق له مثيل. إذن "ما هو مستقبل محرك الديزل؟" كان هذا هو موضوع الأسئلة المطروحة على الدكتور ستافان لوندغرين، كبير مستشاري التكنولوجيا لمجموعة نقل الحركة في مجموعة فولفو.
لماذا ظل الديزل مصدرًا شائعًا للطاقة؟
يعد الاحتراق المنتشر - حيث يتركز الاحتراق حول الإشعال وينتشر الأكسجين حول منطقة الاحتراق - فعالاً للغاية. إنه يتمتع بأقل قدر من فقدان الطاقة لجدران المحرك من خلال الإشعاع أو الحمل الحراري - وهو أقل بكثير من محرك البنزين. محرك الديزل الأساسي قوي جدًا ويمكنه تحمل الضغوط العالية جدًا.
ما مدى فعاليتها؟
وقد حدثت تحسينات كبيرة - حيث قفزت الكفاءة من حوالي 35% في الثمانينات إلى الكفاءة التي تبلغ 50% اليوم. وهذا يعني أن نصف الوقود يتم الآن استخدامه في الأعمال الميكانيكية المفيدة. كمرجع – تبلغ كفاءة محرك البنزين حوالي 35%. وقد جاءت هذه المكاسب من أنظمة حقن الوقود ذات الضغط العالي والشحن التوربيني وإدخال الطاقة الحاسوبية للتحكم بدقة في أنظمة الاحتراق وإدارة المعالجة اللاحقة.
هل زيادة كفاءة استهلاك الوقود هي الطلب الأول على العملاء؟
نعم، تعتبر الكفاءة الجيدة في استهلاك الوقود هي العنصر الأكثر أهمية، ولكن العملاء يحتاجون أيضًا إلى أداء جيد للمحرك ومتانة. ثم لا بد من ذلك
أن تكون متينة وتفي بمتطلبات الانبعاثات - وهي في بعض الأحيان تتنافس مع بعضها البعض.
هل أصبحت المحركات أيضًا أكثر قوة؟
هناك اتجاه صعودي - حيث يقوم العملاء بنقل حمولات أكبر ويتطلب ذلك طاقة أكبر. يبلغ الآن أكبر إنتاج لمجموعة فولفو 1,000 حصان. ولكن بالمقارنة مع سيارات الركاب، فإن جميع التطبيقات الثقيلة لا تزال ضعيفة (نسبيًا).
محرك الديزل متهم بأنه غير صديق للبيئة. هل يمكنها تنظيف عملها؟
من الممكن جعل محركات الديزل نظيفة جدًا، وهذا هو الأمر الذي حققت فيه صناعة الخدمة الشاقة تقدمًا أكبر من قطاع الخدمة الخفيفة. جزء من السبب في ذلك هو أن الكفاءة التي يطلبها العملاء في قطاع الخدمة الثقيلة أعلى بكثير.
ما مدى صعوبة زيادة الكفاءة وفي نفس الوقت خفض الانبعاثات؟
لقد كان تحديًا تحسين العملية الديناميكية الحرارية للتعويض عن عبء إضافة نظام المعالجة اللاحقة لـ SCR. ولكننا الآن عدنا إلى المسار الصحيح لزيادة الكفاءة خطوة بخطوة.
إلى أي مدى يمكنك أن تذهب – صفر انبعاثات؟
يعتمد ذلك على ما تعنيه بالانبعاثات. إذا قمت بتشغيل المحرك بوقود لا يحتوي على الكربون وربطته بعملية احتراق فعالة لا تنتج أي سخام، فمن الممكن أن تكون الانبعاثات صفرًا. لقد عملنا على استخدام الميثان وDME (ثنائي ميثيل الأثير) كبدائل نظيفة للديزل. هذه ليست فكرة جديدة، ففي عام 1900 تم تشغيل محرك الديزل بنجاح باستخدام زيت الفول السوداني. المشكلة لا تكمن في التكنولوجيا التي تجعل الوقود النظيف فعالا، بل في توفره. ولكن إذا كان من الممكن حل مشكلة إمدادات الوقود المتجدد، فمن الممكن أن تعمل محركات الديزل بنسبة 100٪ خالية من ثاني أكسيد الكربون.
ألا يواجه الوقود النظيف أيضًا تحديات بيئية خاصة به؟
لا ينبغي أن يتنافس إنتاج الوقود الحيوي مع إنتاج الغذاء – ولكن هناك أنواع وقود أخرى لا يمثل فيها هذا مشكلة. يستخدم الوقود الكهربائي (الوقود الإلكتروني) الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح "لتكسير" الماء ودمجه مع ثاني أكسيد الكربون الناتج عن الميثان - وتتميز أنواع الوقود هذه بكفاءة عالية جدًا - تصل إلى 80٪. قد يكون هذا مكملاً مثيرًا للاهتمام للكهرباء.
كيف تؤثر أنواع الوقود المختلفة على الاحتراق؟
من وجهة نظر الكفاءة، لا يهتم المحرك إذا كان جزيء الوقود يأتي من مصدر أحفوري أو متجدد. لذلك، مع الاستثمار في النوع الصحيح من الوقود المتجدد، يجب أن يكون التحول إلى مصادر الطاقة المتجددة واضحا ومباشرا.
فكيف يمكننا خفض استهلاك الوقود بشكل أكبر؟
الخطوة الكبيرة التالية في زيادة كفاءة المحرك/خفض استهلاك الوقود هي الجمع بينه وبين القدرة على الحركة الكهربائية. لن يكون الطلب على المحركات في المستقبل متنوعًا كما هو اليوم. هناك فرق بين مدى كفاءة المحرك في "النقطة المثالية" ومدى كفاءته عبر نطاق التشغيل الواقعي بأكمله. إن شراكة المحركات مع المحركات الكهربائية، كما هو الحال في المحركات الهجينة المتوازية، تسمح للمحرك بالعمل بأعلى مستوى له من الكفاءة. ومما لا شك فيه أن الكهرباء ستشكل جزءًا من حل مجموعة نقل الحركة في المستقبل.
هل يمكن للتكنولوجيا الأخرى أن تساعد في خفض فواتير الوقود؟
ومن الأمثلة على ذلك تقنية التوقف/التشغيل والأنظمة الكهربائية 48 فولت التي تعمل على تشغيل الملحقات كهربائيًا، وليس ميكانيكيًا. وقد يكون لهذه جميعها استخدامات مستقبلية في التطبيقات الثقيلة، بمجرد إثبات متانتها. لكن المصدر المهم الآخر لزيادة الكفاءة هو استعادة الحرارة. هذه ليست مهمة سهلة على المحركات الثقيلة، حيث أنها تعمل بعوادم باردة نسبيًا، ولكن لا يزال هناك أمل في الاستفادة منها وجعلها قابلة للتطبيق تجاريًا.
ما هي أقصى كفاءة يمكن أن يحققها المحرك؟
يتمتع محرك الديزل بكفاءة نظام نظرية تتراوح بين 55-60%. كمرجع، تعمل أفضل محطات الطاقة بكفاءة 50-55%، كما أن خلايا الوقود تتمتع أيضًا بكفاءة تزيد عن 50% تقريبًا - لذلك يمكن أن تكون محركات الديزل فعالة بشكل لا يصدق. هذا، بالإضافة إلى حقيقة أن المحركات التي تعمل بالكهرباء غالبًا ما يكون لها طلب أقل على الطاقة، سيعني أن استخدام الوقود من المقرر أن ينخفض في المستقبل.
كم من الوقت يمكن لمحرك الديزل البقاء على قيد الحياة؟
يظل محرك احتراق الديزل حلاً فعالاً للغاية من حيث التكلفة لتوليد الطاقة الميكانيكية. ومع ذلك، فإن التشريعات، خاصة في أوروبا، تتجه نحو الكهرباء بقوة كبيرة، وقد يؤثر ذلك بشكل مباشر على طول عمر محرك الاحتراق. وشعورنا هو أن استخدامه سوف يعتمد على التطبيقات، وأنه سوف يستمر لفترة طويلة في استخدامات المسافات الطويلة، مثل السفن العابرة للمحيطات والشاحنات طويلة المدى. ولكن حتى هنا من المحتمل أن يكون هناك مزيج من التقنيات المستخدمة.
هل الديزل جزء من المستقبل؟
يمكن لمحرك الديزل – في شكل معدل – أن يكون نظيفًا وفعالًا للغاية. كما أنها تلعب بشكل جيد مع الكهرباء. كشركة مصنعة، نحتاج إلى إيجاد الحل الأفضل، بناءً على القرارات التي يتخذها المجتمع. مهما كانوا، علينا أن نكون مستعدين.
