Indiferent dacă ai condus sau nu o mașină hibridă sau electrică și indiferent ce părere ai despre noile tehnologii ecologice care înlocuiesc treptat motoarele termice, sunt destul de sigur că ai auzit măcar în treacăt de termenul de frânare regenerativă.
În cazul unui sistem de frânare tradițional, prin acționarea pedalei de frână lichidul din circuit împinge plăcuțele pe discuri. În urma fricțiunii, mașina încetinește și se oprește, dar în același timp se eliberează energie cinetică. Această energie cinetică se transformă în căldură, care nu este utilizată în niciun fel și se pierde, practic, în mediul înconjurător. Cu alte cuvinte, o adevărată risipă de energie.
În schimb, în cazul frânarii regenerative, o parte din energia cinetică pierdută în urma procesului de frânare este folosită pentru a reîncărca bateria mașinii. Cum se întâmplă asta?
Foarte pe scurt, în momentul în care șoferul unei mașini hibride sau electrice frânează, motorul electric își schimbă funcția clasică în generator. Prin intermediul trenului de rulare, roțile transferă energia cinetică către generator, unde este transformată în energie electrică și stocată în bateria Li-Ion.
În cazul unei mașini hibride, frânarea regenerativă are ca avantaj economia de carburant și, implicit, reducerea emisiilor de dioxid de carbon. În schimb, pentru o mașină electrică, principalul avantaj este îmbunătățirea autonomiei, întrucât energia electrică recuperată prin acest procedeu este folosită pentru deplasarea efectivă.
Eficiența frânarii regenerative
Pe silențios dar de neoprit, electrificarea a luat pe sus lumea mobilității, cu avantaje evidente: o mașină electrică nu poluează, poate fi încărcată acum cu ușurință, presupune costuri reduse de întreținere și facilități fiscale. Misiunea PPC Blue este de accelera tranziția energetică în transport și construiește infrastructura de mobilitate în toată lumea.
Descoperă aici stațiile de încărcare potrivite pentru tine și mașina ta, acasă, la birou sau în tranzit.
Spuneam un pic mai sus că frânarea regenerativă are avantajul creșterii autonomiei. Bun, dar cât de multă energie poate fi recuperată? Cel mai bun răspuns este, desigur, “depinde”. Asta pentru că fiecare mașină electrică recuperează energia în felul ei, mai mult sau mai puțin, în funcție de specificațiile din fabrică și de setările adoptate de șofer. Plus ca nu există niciun model electric care să transforme 100% din energia cinetică în energie electrică, din motive de… fizică, întrucât niciuna dintre componetele implicate în tot acest proces nu poate avea o eficiență de 100%.
Tot fizica ne spune însă că poți recupera mai multă energie atunci când parcurgi un traseu în coborâre, întrucât în astfel de situații motorul electric joacă mai mult timp rolul de generator. Pentru noi, românii, cel mai bun exemplu în acest sens este coborârea de la Predeal spre Ploiești pe celebrul DN1, întrucât asta presupune să cobori de la o altitudine de circa 1.000 de metri până la o altitudine de aproximativ 200 de metri pe parcursul unui traseu de circa 85 de kilometri.
Pentru americani, un exemplu mai bun este celebra coborâre de la Pikes Peak. Producătorii auto concurează frecvent acolo inclusiv pentru a testa diverse tehnologii, așa cum a făcut și Audi pentru a evalua frânarea regenerativă cu SUV-ul electric e-tron. Rezultatul? Pe parcursul coborârii de 31 de kilometri, e-tron a adăugat o autonomie de un kilometru pentru fiecare kilometru parcurs, astfel că autonomia generală crește cu până la 30%.
Cum ar fi însă să parcurgi un traseu în coborâre cu o pantă suficientă de mare și pe o distanță suficient de lungă astfel încât energia electrică recuperată să încarce bateria mașinii electrice la o capacitate de 100%? Desigur, așa cum spuneam mai sus, este o utopie să crezi că așa ceva ar fi posibil din punct de vedere fizic.
De altfel, acest lucru a fost demonstrat acum ceva timp și de Jason Fenske, pe care îl cunoști probabil datorită canalului de Youtube Engineering Explained. Fenske a apelat la cunoștințe de fizică mult mai bune decât ale mele pentru a explica pe înțelesul tuturor care este lungimea traseului pe care ar trebui să-l parcurgi în coborâre pentru ca un Tesla Model S să fie capabil să recupereze atât de multă energie încât să încarce complet bateria mașinii.
Iar în cazul în care ai o fobie la noțiunile de matematică și fizică și nu vrei urmărești clipul de mai sus, iată concluzia simplă a lui Fenske: o mașină electrică cu baterie de 60 kWh și o masă proprie de circa două tone ar trebui să coboare de la o altitudine de aproape 18.000 de metri pe un traseu cu o lungime de 175 de kilometri cu o pantă de 10% pentru ca bateria să se reîncarce complet singură în mers.
Utopic, nu-i așa?
Cu toate acestea, o companie minieră din Australia a anunțat că vrea să dezvolte un tren electric fără alimentare prin cablu care să nu aibă niciodată nevoie de reîncărcarea bateriei pentru că va fi capabil să încarce complet bateria pe parcursul unei coborâri.
Minereul de fier, variabila din ecuație
Fortescue Metals Group ocupă locul 4 într-un clasament al celor mai mari producători de mineuri de fier din întreaga lume. Compania fondată în 2003 exploatează minereuri de fier în partea de vest a Australiei, iar în 2020 a înregistrat venituri de 12 miliarde de euro, adică de circa trei ori mai mari decât veniturile înregistrate de Dacia.
Ca orice companie care se respectă, Fortescue are un plan ambițios pe termen lung prin care își propune să devină neutră din punct de vedere al emisiilor de dioxid de carbon până în anul 2030. Chiar și așa, anunțul făcut recent de compania minieră este unul care a generat numeroase controverse.
Concret, Fortescue a anunțat că va dezvolta un tren electric fără alimentare prin cablu care nu va avea niciodată nevoie de reîncărcarea bateriilor Li-Ion la o stație clasică de încărcare.
Trenul va pleca de la o mină de minereu de fier din vestul Australiei pe un traseu în coborâre până în Portul Hedland de la țărmul Oceanului Indian, de unde minereul de fier va fi exportat în special în China, Japonia și Coreea de Sud. Fortescue susține că, datorită traseului în coborâre, trenul va fi capabil să încarce complet bateriile până la destinația finală prin frânarea regenerativă de care am vorbit mai devreme. Ulterior, trenul va pleca înapoi spre mină pe traseul în sens invers cu bateriile pline, astfel că nu are nevoie de reîncărcare.
Trenul Infinitului are capacitatea de a deveni cea mai eficientă locomotivă electrică pe baterii din lume. Regenerarea energiei electrice pe secțiunile în coborâre cu încărcătură ale traseului va elimina necesitatea de a dezvolta o infrastructură de stații de reîncărcare. Astfel, Trenul Infinitului va deveni o soluție eficientă pentru a elimina motorina și emisiile din operațiunile noastre pe calea ferată.
Elizabeth Gaines, CEO-ul Fortescue
Și totuși, cum rămâne cu experimentul teoretic al lui Fenske “executat” excelent în clipul de mai sus cu un Tesla Model S, în condițiile în care matematica și fizică nu mint, iat calculele lui sunt corecte?
Din păcate, Fortescue nu a oferit încă detalii concrete despre proiectul Trenul Infinitului. Nu a dezvăluit la ce altitudine este situată mina unde va funcționa Trenul Infinitului, ce distanță va avea de parcurs acesta până la Portul Hedland și nici cât de abruptă este panta. De fapt, australienii nu au menționat nici masa trenului sau capacitatea bateriilor.
Există însă un indiciu pe care CEO-ul Fortescue l-a scăpat în declarația de mai sus, intenționat sau nu. Hai, citește din nou declarația și revin-o apoi în acest punct al textului.
Te-ai prins? Este vorba despre termenul magic “cu încărcătură”. Pe traseul de la mină la port, trenul va fi încărcat cu minereu de fier. În schimb, pe traseul de la port la mină, trenul nu va avea niciun fel de încărcătură. Practic, masa trenului pe traseul în coborâre va fi semnificativ mai mare decât masa trenului pe traseul de urcare, ceea ce va permite un consum de energie electrică mult mai scăzut pe traseul de întoarcere. Aici este diferența esențială din povestea matematică explicată de Fenske: masa vehiculului nu este constantă, ci variabilă.
Sigur, ăsta este singurul indiciu cu care lucrăm în prezent, în absența oricăror alte detalii concrete din partea companiei miniere.
Și, chiar dacă probabil că oamenii și-au făcut anumite calcule, nu pot să nu mă întreb ce expertiză are o companie minieră în dezvoltarea unui astfel de tren?
De la Jaguar C-X75 la trenuri electrice
Ei bine, expertiza vine de fapt de la Williams Advanced Engineering (WAE). Și este foarte posibil să fi auzit măcar în treacăt de această companie dacă ești fanul Formulei 1 sau pur și simplu un pasionat de mașini.
Pe scurt, Williams Advanced Engineering este divizia de inginerie care s-a desprins din echipa de Formula 1 Williams în anul 2010. A devenit, astfel, o companie independentă care a avut ca rol principal să obțină venituri prin care să finanțeze echipa de Formula 1 Williams, afectată de grave probleme financiare în contextul crizei economice și financiare care izbucnise în 2008-2009.
Treptat, WAE s-a specializat pe diverse tehnologii care implică sisteme de baterii Li-Ion pentru industria auto și sporturile cu motor. De altfel, WAE a fost unicul furnizor de baterii pentru competiția cu monoposturi electrice Formula E de la înființarea acesteia în 2014 și până în 2018. De asemenea, WAE furnizează baterii și pentru competiția cu SUV-uri electrice Extreme E și competiția de turisme electrice eTouring Car World Cup.
Probabil însă că proiectul care a stârnit cea mai mare atenție pentru Williams Advanced Engineering a fost Jaguar C-X75, anunțat chiar în anul fondării, 2010. Concret, Jaguar a colaborat cu WAE pentru dezvoltarea unui supercar hibrid C-X75, descris de britanici astfel:
Vehiculul trebuie să aibă performanțele lui Bugatti Veyron, emisiile lui Toyota Prius și autonomia electrică a lui Chevrolet Volt.
Comunicat de presă Williams Advanced Engeneering
Vrei cifre? Uite cifre: emisii de cel mult 99 de grame de dioxid de carbon pe kilometru, viteză maximă de cel puțin 320 km/h, mai puțin de 3 secunde pentru sprintul de la 0 la 96 km/h și autonomie electrică de 50 de kilometri. Cifre excelente pentru un supercar hibrid anunțat, repet, în urmă cu 12 ani, pe vremea când Renault Zoe era doar în stadiu de proiect.
Inițial, compania a planificat producția a 250 de unități Jaguar C-X75 în intervalul 2013-2015, însă în cele din urmă a anulat întregul proiect în 2012 din cauza crizei economice. Chiar și așa, WAE a produs 6 unități Jaguar C-X75 care au apărut filmul “Spectre” din 2015 într-o scenă în care James Bond este urmărit pe străzile din Roma. Scenă pe care te invit s-o urmărești mai jos:
Cu toate acestea, situația financiară modestă a forțat Williams în 2019 să vândă pachetul majoritar de acțiuni către compania de investiții EMK Capital, iar în martie 2022 compania a fost cumpărată de… ai ghicit, compania minieră australiană Fortescue. Practic, Trenul Infinitului va fi dezvoltat pe baza expertizei inginerilor de la Williams Advanced Engineering. Iată un proiect la care probabil că regretatul Frank Williams nu s-ar fi gândit niciodată când a pornit la drum cu propria sa echipă în Formula 1.
Achiziția WAE este un pas important în tranziția Fortescue spre o companie de resurse naturale cu energie verde. Ne mișcăm rapid pentru a pune bazele care ne vor permite să integrăm tehnologiile în unitățile de producție și generarea de energie verde. Trenul Infinitului este un proiect important dezvoltat împreună cu WAE.
Elizabeth Gaines, CEO-ul Fortescue
Va reuși însă într-adevăr Fortescue să dezvolte Trenul Infinitului sau legile fizicii își vor spune cuvântul? Am atât de puține cunoștințe tehnice încât nu-mi permit să dau verdicte și prefer să-i las pe inginerii Williams Advanced Engeneering să-și facă treaba. Ce pot eu să-ți spun însă este că Fortescue și WAE nu sunt primele companii care iau în calcul frânarea regenerativă pentru a obține energie electrică pentru trenuri electrice.
Producătorul american de trenuri Wabtec a realizat anul trecut un experiment prin care un tren electric a parcurs în coborâre un traseu cu o lungime de circa 563 de kilometri prin statul american California. Rezultatul? Pe parcursul coborârii, trenul a reușit să reîncarce bateriile cu 20% din capacitatea acumulatorilor.
Sigur, 20% reprezintă doar… 20% din obiectivul de 100% al celor de la Fortescue. Dar chiar dacă nu vor reuși să-și ducă proiectul până la capăt conform planurilor, va fi un experiment util care va avea cu siguranță o serie de efecte pozitive. Gândește-te doar că și o recuperare de energie electrică de numai 20% din capacitatea bateriei va fi suficientă pentru alimenta diverse auxiliare precum sistemul de iluminare din tren. Iar asta înseamnă o reducere a facturilor la energia electrică, ceea ce este important atât pentru bugetul celor de la Fortescue, cât mai ales pentru mediul incinjurator dacă energia respectivă provenea din surse poluante precum cărbuni.
Și nu știu exact de ce, dar ceva îmi spune că Fortescue și Williams Advanced Engineering vor reuși să obțină mai mult de 20%.