Ny viden

Forbrændingsmotoren skal ikke dø

Det kan godt være, at den forurener og er gammeldags, men ny forskning skal skabe rene forbrændingsmotorer, som i mange år frem over vil dominere i den tunge trafik og i ulande

Af and - 26. oktober 2017

Vi, der dagligt kører bil, har ofte lidt sort miljøsamvittighed parkeret et sted i mylderet af hverdagstanker, særligt når vi kører ind på tanken og fylder benzin eller diesel på. Vi ved godt, at det er skidt for miljøet i form af klimaforandringer og forurening med partikler og kvælstofoxider, de såkaldte NOx-gasser. Den dårlige samvittighed er tæt forbundet med forbrændingsmotoren. Men det er der ved at blive lavet om på.

For selv om de har siddet i vores biler i langt over 100 år og er sat i skammekrogen som forurenende og CO2 -syndere, bør de ikke kastes på lossepladsen. Det mener i hvert fald en forskningsgruppe fra Lund, der arbejder på at gøre forbrændingsmotorer (stue)rene.

– Vores forskning retter sig særligt mod den tunge transport, hvor emissionerne er store pga. stort forbrug af diesel og de tunge marine oliebrændstoffer. Her vil miljøgevinsten være særlig stor i mange år fremover, hvis vi kan lave en renere forbrændingsmotor, fortæller Martin Turén, der er forskningsleder på Institut for Energiforskning på Lunds Universitet. Han leder en gruppe på godt 35 mand.

Han er helt med på, at personbilen i fremtiden nok ikke kommer til at køre med en traditionel forbrændingsmotor – i hvert fald ikke i den vestlige verden. Men det betyder ikke, at den skal klodses op på teknologisk museum blandt fortidsteknologier

– Fremover bliver el- og hybridbilen sandsynligvis det smarte valg for de fleste privatbilister i den vestlige verden, til gengæld vil landevejs- og skibstransport af tunge laster fortsat være domineret af forbrændingsmotoren, fordi energiomkostningerne fylder meget og fordi køretøjet skal fungere under mange geografiske, klimatiske og samfundsmæssige forhold. Transport i ikke-vestlige lande vil ofte ikke fungere med el eller brint, da der vil være mangel på understøttende energiinfrastruktur i mange år endnu.

Teknologien er pålidelig, og i de moderne biler er der som regel lang rækkevidde. Bilen løser kort sagt sin opgave og får vores hverdag til at fungere.

Forventningerne fra både forskerne i Lund og bilfabrikanterne er, at forbrændingsmotorer først omkring 2050 vil forsvinde fra produktionslinjerne, især fordi lande med lavere indkomster vil fortsætte med at køre i dem pga. af anskaffelsespris og energiinfrastruktur.

Og bilen som vi kender den, med forbrændingsmotoren, har stadig nogle store fordele – det er en velkendt og billig teknologi, der understøttes af et globalt netværk af mekaniske værksteder, reservedele og brændstofinfrastruktur. Teknologien er pålidelig, og i de moderne biler er der som regel lang rækkevidde. Bilen løser kort sagt sin opgave og får vores hverdag til at fungere. Og forskerne i Lund er nået langt med at skabe en bedre forbrændingsmotor.

Alkoholer er fremtidens bæredygtige brændstof
Forskningen i Lund foregår i avancerede motorlaboratorier, hvor målet er at finde det optimale brændstof til den optimale forbrændingsmotor.

Når det gælder brændstoffet, er forskerne blandt andet interesseret i dets energiindhold og evnen til at brænde så rent som muligt, altså med et minimum af forurening og CO2-udledning. Og hvad angår ren forbrænding kommer alkoholer som methanol og etanol ind på en klar førsteplads. Og selv om de indeholder mindre energi pr enhed end fx diesel, så har de den store fordel, at de kan nemt kan produceres bæredygtigt. Etanol fremstilles primært vha. gæring af afgrøder og efterfølgende destillering til 99.x sprit. Metanol kan tilsvarende rimelig nemt fremstilles på mange forskellige måder ud fra biomasse eller syntetisk.

For lastbil- og skibsmotortyper har man i Lund opnået større effektivitet end i personbilmotorer. Op til 51% af brændstoffets energiindhold kan overføres til fremdrift.

Og her ligger en af nøglerne gemt. Hvis alkoholerne er fremstillet syntetisk eller af biomasse, kan der opnås op til 90% reduktion af den menneskeskabt CO2 , når det bruges i en forbrændingsmotor. Og det er netop, hvad forskerne i Lund har vist.

Markant forbedring af forbrændingsmotorens effektivitet
Men ikke bare brændstoffet er væsentligt. Også selve motoren har betydning for at mindske forureningen. De bedste benzin-personbiler har i dag en motor med en virkningsgrad på 33-34 procent. Høj motoreffektivitet er lig med længere på literen. Men ved at benytte en personbilmotor med høj virkningsgrad, som kører på metanol, har forskerne i Lund opnået, at 43% af brændstoffets energiindhold omsættes til mekanisk arbejde.

For lastbil- og skibsmotortyper har man i Lund opnået større effektivitet end i personbilmotorer. Op til 51% af brændstoffets energiindhold kan overføres til fremdrift. Baseret på de seneste resultater forventer forskningsleder Martin Tunér, at man snart rammer 60% effektivitet for lastbilmotorer.

Det er naturligvis ikke helt så godt som elbiler, hvor godt 70% af den strøm, der kommer ind gennem kablerne omsættes til fremdrift på hjulene. Men her har især batterierne nogle store ulemper. De er tunge i forhold til den energi, der kan puttes ind i dem og de lagrer energien dårligt over tid, dvs. de aflader af sig selv lidt efter lidt. Ligesom stærk kulde reducerer kapaciteten. Dertil kommer, at batterierne er energikrævende og dyre at producere, fordi de indeholder metaller, som er vanskelige at udvinde.

Forbrændingsmotoren har en plads i fremtiden
Hvis man spørger andre steder i forskningsmiljøet om, hvorvidt forbrændingsmotoren i kombination med ”grønne” brændstoffer har en fremtid, er der ikke tvivl.

– Der er grundlæggende fire udfordringer med forbrændingsmotoren, som vi kender den i dag. Den har en lav virkningsgrad, den udleder NOx, hvilket især er et problem for dieselmotorer, den udleder partikler og endelig anvender den i dag fossil energi, hvilket betyder, at den udleder CO2 og dermed bidrager til den globale opvarmning. Ved at anvende det rigtige brændstof kan man imidlertid løse alle fire problemstillinger og fastholde de ting, der har gjort forbrændingsmotoren så populær, nemlig at den er produceret af billigere materialer, er relativ robust, relativ billig i drift, at brændstoffet er tilgængeligt stort set alle steder, og den virker i alle klimatiske forhold fra Grønland til Saudi Arabien, siger brændstofekspert og observatør i det Internationale Energiagentur (IEA) Per Koustrup fra firmaet Nordic Green.

Heller ikke på Institut for Mekanisk Teknologi på Danmarks Tekniske Universitet har man travlt med at afskaffe forbrændingsmotoren, fortæller Professor Jesper Schramm

– Forbrændingsmotoren vil fortsat have relevans i hybrid-personbiler, men i særdeleshed i lastbiler og skibe til lange transporter, hvor der endnu ikke er et brugbart alternativ.

Især hvis man kombinerer motoren med metanol produceret fra overskuds-el

– I Danmark producerer vi meget vedvarende el. Hvis man imidlertid optegner produktionen af el fra vindmøller og forbruget over et typisk døgn, vil man se, at vi ikke her i Danmark kan aftage al strømmen selv. Den kommer til at indgå i et netværk af el-producenter over landegrænserne. Konsekvensen er, at man måske kan lukke ned for kulkraftværker i et af nabolandene, hvilket er udmærket i miljøsammenhæng. Alligevel vil det give mening for Danmark at lagre overskudsstrøm, fx som metanol. Metanol er et udmærket brændstof til forbrændingsmotorer. Det forurener meget lidt, sammenlignet med konventionelle brændstoffer, slutter Jesper Schramm.