Elektriske racerbiler bliver opladet med glycerin

Vroooom! Vrooom!

Nypudsede historiske racerbiler er i den just overståede weekend blevet kastet rundt i hårnålesvingene konstrueret omkring Bellahøj i København. Det skete til gadeløbet Copenhagen Historic Grand Prix, hvor blandt andre prins Joachim og Kevin Magnussen trådte på speederen, hvilket dog langtfra var til alles fornøjelse.

Naboer klager over støjgener, og ifølge målinger foretaget af civilingeniør Kåre Press-Kristensen fra Det Økologiske Råd stiger udledningen af ultrafine partikler i lokalområdet med 50-100 gange under løbet, hvilket udgør en helbredsrisiko for folk med luftvejslidelser eller hjerte-kar-problemer.

Men meget kan ændre sig i de kommende år for motorløbsscenen i København. For det første arbejder erhvervsmanden Lars Seier Christensen og tidligere videnskabsminister Helge Sander i kulisserne på at få afviklet et Formel 1-løb i København. For det andet er der den grønne joker:

I kulisserne arbejder nemlig også iværksætteren Jørn Grønkjær på at afvikle et Formula E Grand Prix i hovedstadens gader.

Og hvis de internationale løbsledelser og Københavns Kommune først vifter med startflaget foran de mere støjsvage, strømdrevne racerbiler, hvordan vil det grønne regnskab da se ud?

Anklager om greenwashing

Ingeniøren har forsøgt at få en kvantificeret livscyklsusanalyse og detaljerede estimater af CO2-udledningerne forbundet med opladningen af elektriske racerbiler ved et løb i København. Jørn Grønkjær henviser til den internationale organisation bag Formula-E til besvarelse af vores spørgsmål.

Herfra blæser et eksakt svar en anelse i vinden, og organisationen har undladt at forholde sig til de konkrete spørgsmål.

Det sker, til trods for at netop de lave emissioner er noget, som Formula-E bryster sig med. Og til trods for at modstanderne af racerbiler uden brændstofmotorer ifølge arrangørerne af Formula-E ofte fremhæver forureningen forårsaget af elproduktionen som et vidnesbyrd for greenwashing.

»Dette argument har en vis værdighed i lande, hvor hovedforsyningen til det nationale strømnet stammer fra kulfyrede kraftværker (selv om argumentet stadig neglierer det faktum, at mængden af kulstof produceret i processen med at skabe og distribuere benzin eller diesel stadig er større). Ikke desto mindre, hvis elbiler skal gøre en væsentlig forskel for kvaliteten af luften, vi indånder, er det afgørende, at vi oplader dem med elektricitet produceret af lavemissionskilder,« lyder det i en skriftlig forklaring fra Formula-E sendt til Ingeniøren.

Her er der så den krølle, at elektriciteten produceret til opladningen af e-racerbilerne ifølge løbsledelsen har flere kilder og varierer en anelse fra løb til løb.

»Det afhænger af, hvilken opladningsinfrastruktur som er til stede ved løbet – eksempelvis bliver der anvendt strøm produceret af vandkraft ved løb i Montreal. Men i de fleste tilfælde bliver alle Formula E-bilerne opladt med Aquafuel- generatorer via nul-emissions-glycerin så ren, at man faktisk kan drikke den,« fortæller Sam Mallinson, presseansvarlig hos Formula E Operation.

Og føler du dig hægtet af her ved betegnelsen Aquafuel-generator, så fortvivl ikke. Du er ingenlunde den eneste. De såkaldte Aquafuel-generatorer er nemlig et patenteret påfund udviklet til de elektriske motorløb af et britisk selskab ved navn Aquafuel Reseach Ltd.

Formula E-arrangørerne havde nemlig brug for et sæt mobile og miljøvenlige generatorer, der kunne fragtes rundt med den elektriske racerløbserie, hvis konkurrencer afholdes på indtil videre fem kontinenter i ti byer, herunder New York, Zürich, Hong Kong, Paris og Rom.

Aquafuel Research Ltd. hittede så i 2009 på at anvende og modificere et sæt standard Cummins kta50-dieselgeneratorer, så de i stedet for diesel kan anvende glycerin som brændstof.

Disse dieselgeneratorer med glycerin som brændstof anvendes til opladning af de elektriske racerbiler før og under løb. En enkelt generator leverer 42 kW effekt per bil.

Nærmest for godt

»Vi var nødt til at lave en masse forskning, inden vi fandt på en forbrændingscyklus, der gør det muligt at forbrænde glycerin i en dieselmotor. Og det virkelig smukke er, at vi nu er i stand til at gøre det med vores egne patenterede vedvarende generatorer med et rigtig rent brændstof – altså rent med hensyn til kulstofemissioner og den lokale luftkvalitet,« lyder det fra Aquafuels adm. direktør, Paul Day, i en skriftlig udtalelse.

Glycerin, der jo også er kendt som glycerol, er en farveløs, lugtfri og sødtsmagende trivalent sukkeralkohol.

Glycerin er ved stuetemperatur meget tyktflydende, indgår desuden i alle fedtstoffer og dannes primært som biprodukt ved biodieselproduktion. Men i tilfældet med glycerinen anvendt i forbindelse med strømproduktionen til Formula-E oplyser Aquafuel Research, at de udelukkende anvender denne glycerin skabt via transesterificering i relation til biodieselfremstilling.

»Det er helt forbløffende, hvordan alt ser ud til at gå op i en højere enhed. Glycerins smøreevne er meget bedre end dieselolie, så alle de bevægelige dele i injektionssystemet smøres meget bedre, og de forbliver rene. Eftersom man hverken producerer sod eller partikler, forbliver olien, og fordi udstødningen er så ren, forbliver katalysatorerne til rengøring af emissionerne i rigtig god stand, og de forbliver i deres bedste driftszone hele tiden, da de aldrig bliver tilstoppede. Ud over alt det er det forbavsende mere effektivt end diesel i den samme type motor,« lyder lovprisningen fra Paul Day.

Et mindre mirakel

Præcis hvordan det britiske firma for ni år siden formåede at bære sig ad med at ændre generatoren og blandingsforholdet i glycerinen, så generatoren fungerer gnidningsfrit med glycerin som brændstof i stedet for diesel, er en hemmelighed, som firmaet holder tæt til kroppen.

En af de offentligt tilgængelige kilder, som går mest i dybden med teknikken bag den glycerin-drevne generator, er givetvis en artikel publiceret i The Chemical Engineer tilbage i 2011.

En af forfatterne til artiklen er Paul Day, der betegner den glycerin-drevne generator som et mindre mirakel. Et springende punkt har været at tweake den traditionelle dieselmotor en anelse. Den fungerer jo grundlæggende ved selvantændelse af brændstoffet, idet den indsugede luft komprimeres i dieselmotoren, hvorefter temperaturen stiger så meget, at den indsprøjtede dieselolie selvantænder, lige før stemplet når øverste position. Ved forbrændingen stiger temperatur og tryk i cylinderen yderligere, så stemplet presses tilbage og yder mekanisk arbejde.

Hvor godt diselmotoren rent faktisk præsterer – og om den præsterer overhovedet – afhænger så af adskillige indbyrdes forhold. Eksempelvis brændstoftypens cetantal, som er et mål for tændvilligheden. Diselolie har typisk et cetantal på 38-50, og brændstoffer med cetantal lavere end 25 vil blive betragtet som værende yderst vanskelige at få til at selvantænde. Et sådant brændstof er glycerin umiddelbart på grund af et lavt cetantal på omkring 3,5.

Oveni kommer så samspillet med selve motorens udformning. Eksempelvis indsugningstakten. Her suges ren luft ind i cylinderen med stemplets nedafgående bevægelse og indsugningsventilens åbning. Hvis motoren har en turbo monteret, vil den rene luft blive presset ind i cylinderen af det tryk, som turboen skaber, typisk 0,5 til 2,0 bar.

Læg hertil kompressionsforholdet og temperaturen ved forbrændingen, idet forstøvet diesel kræver en temperatur på over 500 grader for at antænde. Den høje temperatur opnås i kompressionstakten ved hjælp af stemplets opadgående bevægelse, som typisk giver et tryk på 30 til 50 bar og dermed den høje temperatur, som antændelsen kræver.

Og her passer glycerin umiddelbart skidt ind i ligningen i stedet for diselolie. Og dog, ifølge David Day og hans ingeniører hos Aquafuel.

Højere temperatur ved luftindtag

Et springende punkt for at muliggøre anvendelsen af glycerin har været at lade dieselmotoren arbejde med højere temperaturer ved luftindtaget.

Her har den konventionelle udlægning hidtil været, at det bør undgås, fordi højere temperaturer ved luftindtaget vil reducere effekten, eftersom der vil være mindre ilt i den indgående, varmere luft. Og med mindre ilt til stede vil der opstå øgede udledninger på grund af en ukomplet forbrænding.

Heldigvis kan vi jo gøre brug af ladeluftkølere, foreslår David Day. De kan jo køle indsugningsluften ned, inden den sendes ind i motoren sammen med brændstoffet, der så bliver forbrændt under en bedre fyldningsgrad, påpeger han.

»Men hvis du øger både temperaturen ved luftindtaget under motorens drift fra 60 grader til 200 grader og dets massestrøm (mass flow), så vil det være muligt at forbrænde væsker eller gasser med hvilket som helst cetantal, så længe de har en kalorimetrisk brændværdi (altså tilstrækkelig mængde kemisk energi frigivet ved forbrænding, red.). I så fald er begrænsningen ved cetantallet ikke længere en hæmsko,« lyder det fra David Day i The Chemical Engineer.

Står det britiske firmas ord til troende, skulle man altså mene, at selskabet har en interessant business case for investorer eller myndigheder på udkig efter grønne el-løsninger til eksempelvis microgrids. Det kan så undre, at opfindelsen ikke har nydt større udbredelse.

For partnerskaber og kommercielle anvendelsesmuligheder har Aquafuel fisket efter siden 2010, og de har ikke ligefrem banket på hos det britiske selskab. Måske stilstanden hænger sammen med manglende tekniske uddybninger på grund af patentet.

Indtil videre er det blevet til installationen af den glycerindrevne generator til 28 øko-huse i Essex og så partnerskabet med Formula E og dermed et udstillingsvindue i ti af klodens storbyer.