Denne bus genopliver en næsten 120 år gammel teknologi

Denne bus har dieselmotor og nitrogenmotor. Illustration: Horiba Mira/Dearman

Britiske Dearman har i samarbejde med Horiba Mira og universitetet i Coventry udviklet en bybus, de beskriver som en revolution:

En bybus med hybridmotor, som kører på diesel og flydende nitrogen. Bussen har nu været igennem en række tests og er et skridt nærmere at blive sluppet ud i trafikken, meddeler Dearman i en pressemeddelelse.

Det er Dearman, som har udviklet motorteknologien, der bruges i bussen.

Bussen hedder CE Power og er udviklet med tanke på at forårsage så lidt lokal luftforurening som muligt.

Nitrogen er ikke brændbart og kan derfor ikke bruges i en forbrændingsmotor. I stedet bruges det til at drive en nitrogenmotor, som drives af det tryk, der skabes, når nitrogen bliver til en gas via en varmeveksler.

Men i lighed med en forbrændingsmotor er en nitrogenmotor en stempelmotor. Nitrogen udvider sig 710 gange, når det forvandles til gas, og denne udvidelse bruges til at drive et stempel

Som en dampmaskine

Dearman sammenligner motoren med en dampmaskine.

Forskellen er, at mens en dampmaskine kræver meget energi til at koge vand og producere damp, har nitrogen et kogepunkt på -195,8 grader. Dermed kan varme fra omgivelserne ganske enkelt bruges til at koge nitrogenet. Dette gøres i en varmeveksler, før nitrogenet sendes videre til motoren.

Der er derfor ikke behov for at tilføre mere energi til systemet for at få motoren til at fungere.

Teknologien er næsten 120 år gammel

Teknologien er langtfra ny. En bil kaldet Liquid Air blev præsenteret med en lignende motor allerede i 1899. Men teknologien har generelt ikke haft kommerciel udbredelse.

Sådan virker nitrogenmotoren. Illustration: Dearman

Dearmans motor er baseret på den gamle teknologi, men har derudover en varm væske kaldet en varmevekslervæske i cylinderen, der sørger for, at gassen næsten konstant er udvidet. Dette giver en højere virkningsgrad.

Væsken er i praksis for det meste vand, der holder den samme temperatur som omgivelserne.

Rent praktisk fungerer motoren ved, at varmevekslervæsken sprøjtes ind i cylinderen. Derefter sprøjtes kryogenisk nitrogen i gasform ind, og nitrogenet ekspanderer ved kontakt med væsken.

Når gassen ekspanderer, presses stemplet ned, og der skabes bevægelse. Når stemplet går op, åbnes exoventilen, således at nitrogengassen går ud, mens varmevekslervæsken kan blive samlet op. Denne kan derefter bruges igen.

Som en elbil

På en måde kan en nitrogenmotor sammenlignes med en elbil. Nitrogenet fremstilles trods alt udelukkende ved hjælp af elektricitet. Luft komprimeres ved hjælp af en kompressor for derefter at blive destilleret til oxygen og nitrogen.

Det eneste udledning, der sker fra en nitrogenmotor, vil derfor være den udledning, der er forårsaget af elektricitetsproduktionen, som det er tilfældet med en elbil.

Motoren i den nye bus er udviklet af Dearman. Tanken er, at bussen skal bruge nitrogen som brændstof ved lave hastigheder, under 32 kilometer i timen. Når hastigheden øges, starter dieselmotoren.

Dieselmotorer har den største udledning under accelerationen, og en bus stopper ofte. Så hvis diesel kun bruges, når bussen er kommet op i hastighed, er ideen, at meget af udledningen kan fjernes helt.

Omkostningsseffektiv nuludledningsløsning

En fordel med denne løsning er ifølge Dearman, at den er omkostningseffektiv sammenlignet med andre nuludledningsløsninger.

Andengenerations Dearman-nitrogenmotor. Illustration: Dearman

Firmaet hævder, at et sådant system vil vare hele bussens levetid, gør det muligt at producere styresystemet lokalt, og gør det let at fylde tanken op på nogle få minutter.

En anden fordel er, at gasindustrien allerede har den nødvendige infrastruktur på plads, og at der er let adgang til nitrogen.

Selve motoren er ifølge Dearman lavet af konventionelle materialer, som allerede bruges i motorproduktionen.

Et batteri er mere kompliceret at lave og kræver adgang til en række råmaterialer som lithium og kobolt, lyder det fra Dearman.

Dearman har hovedsageligt fokuseret på at levere sin teknologi til kølebiler og ikke til motoren, men til køleanlæggene. Sådanne køleanlæg drives i dag som regel af dieselaggregater.

Testen af bussen blev udført af Horiba Mira, som gennemførte den langs en simuleret busrute. Hvornår teknologien evt. skal testes på offentlig vej, vides ikke.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Det er da både smart og ingeniørmæssigt spændende, med stempler og ventiler. Ekspanderende gasser og opsamling af vædsker. Enhver maskiningeniør vil gnide sig i hænderne ved tanken om at arbejde på en sådan motor, men det er IKKE fremtidens motor.

Elektriske motore, til fremdrif, er løsningen. Om motoren så skal integreres i hjulet, eller i karosseriet er så et spørgsmål om uaffjedret vægt, aksler og kardanled, ophæng og dæmpning.

Hvor strømmen til motoren så skal komme fra er den store tekniske og især politiske udfordring. Batterier, brændselsceller, solceller, hamsterhjul eller vindmøller. Skal strømmen flyttes med, og det er jo bydende nødvendigt, så skal den flyttes i et eller andet medie.

Batterier er tunge, dyre og miljømæssigt tvivlsomme, men giver frie designmuligheder.

Brændselceller er dyre, tunge og "brændstof" afhængige, og valget af brændstof er vitalt for deres miljø kvalitet!

Der er masser af muligheder, men "Nitrogen motoren" er ikke en af dem!

  • 14
  • 8

Ok, men så kunne det drive en generator, hvis bilen skal køre på el. Og måske en mikrobatteri/kondensator til at lagre bremseenergien og udligne produktion/forbrug.

Mon flydende nitrogen til bybusser mm. kunne være interessant i det setup?

  • 5
  • 5

Fælles for disse "energikilder" er at de ikke er direkte anvendelige. Nitrogen er ganske vidst frit tilgængeligt, men skal først komprimeres, køles, destileres for at adskille ilt, argon, CO2 og alle de andre gasser i atmosfæren. Det koster energi og derefter koster det energi at opbevare og transportere krygoene luftarter. Brint, er endnu mere håbløst da det ikke findes frit tilgængeligt på planeten, men altid er kemisk bundet til andre grundstoffer. En kemisk binding der er MEGET effektiv og derfor kræver masser af energi at skille ad. Brint er ikke særligt sjovt at opbevare og håndtere, især ikke i sin kryogene form. Heller ikke i komprimeret form, er det ukompliceret at transportere. Derudover er det EKSTREMT brandfarligt og eksplosivt.

  • 11
  • 4

Er der ikke mere logisk at lade bussen køre med EL motorer og bruge trykket fra nitrogenen til at drive en turbine der producerer elektricitet? Som så både kan køre bussen og lade batteriet hvis der er behov. Og så er det meste af teknologien allerede klar og udviklet.

  • 8
  • 3

Flydende nitrogen - eller luft - kan nemmere produceres af "overskudsstrøm" end så mange andre ting (methan, methanol, brint, etc.).

Når man i dag laver flydende nitrogen, så bruges der en stor mængde energi på at køle det ned til -200°C, men næsten lige så meget på at separere N2 og O2 (og Ar). Flydende luft ville kunne laves for 200 - 300 kWh/ton, løst anslået fra mine erfaringer med kryogene luftseparationsanlæg. Flydende nitrogen (LIN) koster >400 kWh/ton

Man ville kunne lagre meget store mængder af dette drivmiddel i meget lang tid med lav tab. Måske endda ligefrem sæsonlagring. Der er en høj energitæthed på 200 kWh/m³. Til sammenligning har en varmeakkumulator med omkring 50 kWh/m³.

  • 10
  • 3

Ved at skyde en elektrisk transmission ind er der yderligere tab af virkningsgrad, så er det enklere at køre på batterier. Turbiner er ikke velegnet til køretøjs drift, da de kun har en rimelig virkningsgrad ved konstant høj belastning. Stempelmaskiner holder en rimelig virkningsgrad selv ved lav belastning.

  • 5
  • 1

Hej journalist og redaktion

Jeg har ikke noget imod at I bringer oversatte artikler med mellemrum, men kunne I lade være med at bruge clickbait-overskrifter?

I vil gerne betragtes som et seriøst medie, ikke?

kthxbye
  • 9
  • 5

Det skulle være endnu mere interessant hvis man skrev lidt om virkningsgrader, realistisk udvundet energi pr liter, osv. Hvor mange liter bruges der pr kilometer for en bus?

Spildvarmen kan man jo bruge til fjernvarme og flydende kvælstof er let at opbevare og tanke.

Ingen problemer med at få tilstrækkelig med aircondition i bussen på varme sommerdage ;-)

  • 8
  • 1

Flydende luft ville kunne laves for 200 - 300 kWh/ton, løst anslået fra mine erfaringer med kryogene luftseparationsanlæg

Da jeg så på Dearman udviklingen mv for ca. et år siden var det netop Liquid Air, som de ville køre på. Jeg forstår ikke helt, at de nu vil køre på kvælstof - bortset fra, at de slipper for mulige ubehagelige overraskelser med ilten, som ved stilstand kan lagdele I tanken = delvis separation.

  • 2
  • 0

@David Bachmann

Er der ikke mere logisk at lade bussen køre med EL motorer og bruge trykket fra nitrogenen til at drive en turbine der producerer elektricitet? Som så både kan køre bussen og lade batteriet hvis der er behov. Og så er det meste af teknologien allerede klar og udviklet.

Det er fordi diesel-motoreren allerede er der og forbundet til hjulene at de vil gen-bruger stempelmotoren.

For 5-10 år siden arbejde PSA (Peugeot og Citroën) også på at konstruere hybrid-biler der bruger komprimeret luft. Det har de droppet igen.

Et andet fransk opstart firma MDI har for ca. 10 år siden lavet bybil der kører på komprimeret luft.

  • 3
  • 0

Er der er en fordel ved at lagre luften kryogenisk i stedet for i tryktanke? Større kapacitet?

Støre kapacitet, mindre vægt, men kræver at man kan fordampe gassen med luft. De første selvfremdrevne torpedoer fra 1866 anvendte trykluft og stempelmotor, så teknikken er snarer 150 år. Sådan et kryo-anlæg skal formentlig køre 8000 timer om året, hvis der skal være økonomi i det, så det er ikke noget man kan bruge til at udligne forskellen i elproduktion og -forbrug.

  • 2
  • 0

Dearman er forhåbentlig bedre til at fremstille motorer end de er til at stave (vaproisation).

Kvælstof (N) fordamper som bekendt ved 77 K.

Hvad er forholdet mellem den energi, der skal anvende til at separere og nedkøle N til 70 K eller derunder (angiveligt 400+ kWh/ton), fremstille den egnede beholder, tappe det på beholder, transportere det, osv., hhv. den energi man sparer ved at bruge en motor, der (også) kan drives af N?

  • 2
  • 0

Dearmans motor er baseret på den gamle teknologi, men har derudover en varm væske kaldet en varmevekslervæske i cylinderen, der sørger for, at gassen næsten konstant er udvidet. Dette giver en højere virkningsgrad. <<

I en almindelig bilmotor har man en forbrændingstemperatur som er (meget) højere end "varmevekslervæskens" fordampningstemperatur, som er højere end den kølende omgivende lufts temperatur.

I en Dearman burde det vel være omvendt? Kvælstoffets fordampningstempemperatur skal være lavere end "varmevekslervæskens" fordampningstemperatur, som skal være lavere end den varmende omgivende lufts temperatur!

Fungerer vand som "varmevekslervæske"? Burde det ikke være fx etylalkohol?

John Larsson

  • 1
  • 1

lagdeling i tanken er næppe det største problem, men hvis der fordampes N2 direkte fra tanken (til brug i motor/turbine) vil du få fraktionel distillation hvilket vil efterlade opkoncenterert flydende O2 i tanken, og det er noget man bare SLET ikke vil have i en bil/bus.....

Kogepunkt (1 Atm) for O2: 90 K Kogepunkt (1 atm) for N2: 77 K

Ren O2 (enten gas eller flydende) er noget farligt noget, næsten alt brænder eksplosivt i ren ilt....

  • 1
  • 0

At virkningsgraden er dårlig er ikke nødvendigvis en show-stopper, hvis bare fremstillingen af flydende N2 er billig nok. Har nogen et overslag på hvad kapitalomkostningen til et kryogenisk separationsanlæg er? (fx i kr. pr. ton N2 pr. time) Kan anlæggene klare at man starter og stopper dem jævnligt (så de kan bruges til at aftage vind og sol-produktion)? Og hvor langt kan man køre på et ton flydende kvælstof?

  • 0
  • 1
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten