Temat pojazdów elektrycznych ostatnimi czasy obrósł w niezliczoną ilość legend, wierzeń i nowoczesnych zabobonów. Tak dzieje się zawsze, kiedy myślowe rozprzężenie prowadzące do intelektualnego dadaizmu skonfrontujemy z próbą zrozumienia otaczającego nas świata. To sytuacja znacznie gorsza niż w przypadku pradawnych, prymitywnych ludów, ponieważ oni chcieli się rozwijać i do poznania świata używali swej najlepszej logiki. W naszym przypadku jest to bezprecedensowe uwstecznienie.
Sytuacja taka sprawia, że logika myślenia traci na sile argumentacji w zetknięciu z pozbawionym logiki odbiorcą. Jest to jednak niezwykle dogodne do manipulacji wszelakich. Oto bowiem żyjemy w świecie, gdzie wiedza zastępowana jest indoktrynacją. Jeśli ta tendencja się nie zmieni, to czekają nas wieki znacznie ciemniejsze niż średniowiecze. W takiej sytuacji bardzo łatwo jest lansować jako „ekologiczne” utopijne rozwiązania jak panele czy elektryczne samochody. Tymczasem miast ku świetlanej przyszłości zmierzamy do ekologicznej katastrofy. „Ekologia” – tak, ale tylko taka, na której można zarobić. To doprowadzi nas do zguby.
W niniejszym cyklu składającym się z kilku części przedstawimy Państwu historię pojazdów elektrycznych, zasady ich funkcjonowania, zalety, wady oraz potencjalne kierunki rozwoju.
Poniższy, uproszczony rys historyczny, przytoczonymi nazwiskami zapewne wzbudzi skojarzenia ze znanymi dziś, a nazwanymi od swych twórców, parametrami fizycznymi prądu elektrycznego.
Pryncypia stojące za silnikiem elektrycznym znane są od 1785 roku (!!!), na długo przed silnikiem spalinowym, zaledwie 22 lata po zbudowaniu pierwszej maszyny parowej przez Jamesa Watta w roku 1763 (!!!).
W 1820 roku Hans Christian Orsted odkrył, że prąd elektryczny może posłużyć do wytworzenia pola magnetycznego, obserwując zachowanie igły kompasu. Kilka tygodni później Francuz Andre-Marie Ampere sformułował swoje prawo mówiące o wytworzeniu fizycznej siły na skutek oddziaływania prądu elektrycznego i pola magnetycznego.
W roku 1821 Michael Faraday zaprezentował opisany przez Ampere efekt eksperymentalnie, pokazując jak zamienić go na ruch obrotowy.
W 1827 roku węgierski fizyk Anyos Jedlik opracował sprawny komutator zapewniający ciągłość obrotów silnika elektrycznego prądu stałego.
W roku 1831 Michael Faraday odkrył zjawisko indukcji elektromagnetycznej, tworząc koncept pola elektromagnetycznego.
Sprawny i dający się wykorzystać do napędu różnych urządzeń silnik elektryczny prądu stałego w 1832 roku zbudował Brytyjczyk William Sturgeon. Był to nadal głęboki wiek pary, a o silniku spalinowym nikt jeszcze nawet nie marzył! Dlatego okres ten zwano wiekiem pary i elektryczności.
Ciekawostka. Walka producentów prądu stałego (Edisona) i przemiennego (Westinghousa) wydaje się nam pieśnią zamierzchłej przeszłości (lata 1880–1890). Przecież od dziesiątków lat mamy wszędzie prąd przemienny. Nic bardziej mylnego! Przykładowo Helsinki zasilane były prądem stałym do późnych lat czterdziestych. Sztokholm do lat siedemdziesiątych! Teatry na Broadwayu używały stałego prądu do 1975 roku. Dopiero w roku 1998 (tak, to nie pomyłka, tysiąc dziewięćset dziewięćdziesiąty ósmy) firma Consolidated Edison poczęła wycofywać się z dystrybucji prądu stałego, mając wówczas około 4600 odbiorców. W 2006 roku było ich już zaledwie sześćdziesięciu, a ostatni odbiorca został odłączony dopiero w 2007 roku!!! Firma Pacific Gas oraz Electric Company do dziś dostarczają prąd stały w San Francisco, głównie do wind w niektórych budynkach.
W Europie „Central Electricity Generating Board” w Wielkiej Brytanii utrzymywała 200-woltową elektrownię prądu stałego w Bankside Power Station w Londynie do 1981 roku. Zasilała ona wyłącznie maszyny drukarskie prądu stałego na Fleet Street, ówczesnym sercu brytyjskiego przemysłu prasowego.
W roku 1799 Alessandro Volta zbudował pierwszą chemiczną baterię pozwalającą uzyskiwać prąd elektryczny, opierając się przy tym na pracach zmarłego w 1796 roku Luigiego Galvani. Jego bateria (stos) składała się z płytek cynkowych i miedzianych poprzekładanych kartonem nasączonym w słonej wodzie. Była już więc anoda, katoda i elektrolit. Do dziś nic się nie zmieniło!
Ważnym i zarazem słabym elementem silnika elektrycznego prądu stałego był komutator. Komutator składa się ze szczotek dociskanych do dzielonych na sekcje pierścieni. Jest to urządzenie mechaniczne, na szczotkach powstaje iskrzenie, bowiem cała moc elektryczna przechodzi właśnie przez te szczotki. To sprawia, że występują wyraźne straty energii na komutatorze, a szczotki i pierścienie w szybkim tempie ulegają zużyciu. Dopiero genialny Nikola Tesla rozwikłał ten problem, konstruując silnik prądu przemiennego. To pozwoliło utorować drogę prądowi przemiennemu jako bardzo wygodnemu do przesyłu. Wygodnemu, ponieważ w transformatorach można było dowolnie modyfikować (zmieniać) jego napięcie, zapewniając jego stałą wartość niezależnie od odległości od elektrowni. Prądu stałego transformować (czyli zmieniać napięcia w transformatorach) się nie da. Co to oznacza? Ano im dalej mieszkamy od elektrowni, tym niższe mamy napięcie prądu stałego w gniazdkach – i nic nie można na to poradzić. Przy prądzie przemiennym problem ten nie występuje. Spadki napięcia wraz z odległością od elektrowni również są, lecz kompensuje się je, stosując transformatory o odpowiednim przełożeniu.
Jaką rolę pełnił wówczas oraz i dziś prąd elektryczny? Czy był (jest) źródłem energii? Nie, Moi Drodzy! Prąd elektryczny nie jest żadnym źródłem, a jedynie wygodnym nośnikiem energii, którą należy gdzieś wytworzyć, jej pośrednią i wygodną w transporcie formą, którą zamienia się w naszych domach na ciepło, pracę mechaniczną, oświetlenie i zasilanie (ładowanie baterii) urządzeń elektronicznych.
Kiedy były już baterie kwasowo-ołowiowe i elektryczne silniki, w naturalny sposób ktoś musiał wpaść na pomysł, by zbudować z tego pojazd. Jak to zwykle bywa, dziś trudno jest jednoznacznie ustalić, kto pierwszy tego dokonał.
Francuzi uważają, że był to Gustave Trouve, który zbudował takowy pojazd już w 1880 roku i zaprezentował go rok później na międzynarodowej wystawie w Paryżu.
Brytyjczycy uważają, że bezsprzecznym pionierem, budowniczym pierwszego samochodu o napędzie elektrycznym był Thomas Parker, zwany też Edisonem Europy, który swój pojazd ukończył w 1884 roku. Zasilany był bateriami jego własnej konstrukcji. Niestety jedynym na to dowodem jest fotografia wykonana w roku 1895.
W Niemczech uważa się, że pierwszy samochód elektryczny zbudował Andreas Flocken w 1888 roku, nazwany „Flocken Elektrowagen”.
Nie bacząc na palmę pierwszeństwa, od początku XX wieku małe pojazdy elektryczne bardzo zyskiwały na popularności na całym świecie. Zapewniały sprawny transport na terenie miast. Szczególnie zyskiwały w oczach kobiet z zamożnej klasy średniej, dla których wczesne samochody spalinowe kojarzyły się z niemiłym zapachem, wibracjami, skomplikowaną zmianą biegów i trudnym rozruchem. Do elektryka wskakiwało się i odjeżdżało. Szybko, cicho i elegancko. Krótkie dystanse miejskie, mała prędkość ruchu i dostępność stacji ładowania na terenie miast sprawiały, że ani niewielki zasięg, ani też małe prędkości i częsta konieczność ładowania nie były dla użytkowników wielkim kłopotem.W warsztatach i na prywatnych posesjach amerykańskich miast pojawiały się stacje do ładowania baterii elektrycznych samochodów. W dodatku ówczesne samochody elektryczne przewyższały pojazdy spalinowe również swymi osiągami, czyli przyspieszeniem i prędkością! Nie sposób było nie ulec temu urokowi! W artykule z 1911 roku zamieszczonym w New York Times pisano:
„W ciągu ostatnich kilku lat projektanci elektrycznych samochodów osobowych poczynili ogromne postępy, a maszyny te zachowały całą swoją wczesną popularność i stale zyskują przychylność zarówno mężczyzn, jak i kobiet”.
Choć wypowiedź ta liczy sobie już 110 lat, brzmi jak najnowsze hasła propagandowe obwieszczające nam niesłychaną „innowację”.
W tamtym okresie pojazdy elektryczne w Nowym Jorku stanowiły aż 1/3 wszystkich pojazdów! Przykładowo w trzech miastach: Nowym Jorku, Chicago i Bostonie eksploatowano w sumie 2370 pojazdów, z czego 1170 parowych, 400 spalinowych i 800 elektrycznych!
W 1908 roku w Colorado (Denver) Oliver P. Fritchle, chemik i inżynier elektryk rozpoczął produkcję własnych samochodów elektrycznych. Jego pojazdy, jak szeroko reklamował, mogły przejechać 100 mil (160 km) na jednym ładowaniu! Fritchle produkował jedne z najlepszych baterii do samochodów swego czasu! Aby zareklamować swoje samochody, odbył na jednym z nich (kosztującym wówczas 2000 dolarów) podróż z Lincoln w Nebrasce do Nowego Jorku! Było to prawie 3000 km po kompletnych bezdrożach. Podróż zajęła 20 dni. Oliver ładował swój dwumiejscowy pojazd podczas nocy, w warsztatach czy centralach elektrycznych. To był wielki sukces!
Thomas Edison w wywiadzie z 1884 roku oznajmił:
„Wielki sekret pozbycia się pieców, kotłów i prądnic potrzebnych do wytwarzania energii elektrycznej zostanie odkryty najpewniej w przeciągu dziesięciu lat”.
Jego celem była bezpośrednia zamiana węgla w energię elektryczną w procesie katalitycznego utleniania w czymś, co dziś nazwalibyśmy ogniwem paliwowym. Zmuszony niepowodzeniem do zarzucenia prac, opracował bardziej wydajne i trwałe baterie niklowo-alkaliczne. Niestety okazały się one też większe i droższe od powszechnie stosowanych wówczas kwasowo-ołowiowych.
Pierwszego maja 1899 roku elektryczny samochód o nazwie La Jamais Contente (zawsze niezadowolona), za którego sterami zasiadł znany kierowca wyścigowy, Belg Camille Jenatzy, jako pierwszy na świecie pokonał barierę 100 km/h, osiągając w Achères pod Paryżem aż 105,85 km/h! Rekord ten pozostawał niepobity przez trzy lata, a pobił go w końcu pojazd o napędzie parowym.
Europa również nie pozostawała w tyle
W 1899 roku Ferdinand Porsche zbudował swój elektryczny pojazd wyposażony w silniki elektryczne prądu stałego umieszczone w piastach kół przednich. Wówczas znany konstruktor pracował w firmie Jakob Lohner& Co. Pojazd nazywał się Lohner-Porsche. Rok później powstała wersja z silnikami elektrycznymi w każdym kole. Tym sposobem był to pierwszy samochód na świecie z napędem na wszystkie koła (AWD – All Wheel Drive)! Pojazd rozwijał 60 km/h, posiadał baterie kwasowo-ołowiowe i ważył około 1800 kg.
W 1894 roku Francuz Louis Antoine Kriéger zajął się produkcją elektrycznych, dwuosobowych samochodów w Paryżu. Do niego też należał rekord jazdy bez ładowania! W roku 1901 jego samochód pokonał 307 km na w pełni naładowanych bateriach (!!!). Dziś taki rezultat jest nie do pobicia!
Louis Kriéger na tym nie poprzestał. Zauważył bowiem, że można znacznie wydłużyć ten dystans, gdyby istniała możliwość doładowania baterii na pokładzie pojazdu podczas jazdy. W tym celu w 1903 roku zainstalował w swoim elektrycznym pojeździe niewielki silnik spalinowy napędzający prądnicę, która mogła ładować akumulatory. Tym sposobem zbudował pierwszy na świecie hybrydowy układ napędowy (!!!). Swoje pojazdy elektryczne Louis budował do 1909 roku.
Firmy produkujące małe samochody elektryczne pojawiały się na całym świecie jak grzyby po deszczu, a samochody elektryczne były powszechne niemal w każdym większym mieście na całym ówczesnym świecie. Budowano elektryczne taksówki, pojazdy trójkołowe oraz motocykle!
Załamanie rynku elektryków
Szczyt popularności samochodów elektrycznych na świecie nastąpił w 1912 roku. Wówczas to wspomniany powyżej Fritchle budował około 198 elektrycznych pojazdów rocznie. Wtedy była to bardzo duża liilość!
W tym samym okresie nastąpił znaczący postęp w produkcji silników spalinowych. Zapewniały one pojazdom znacznie większy zasięg oraz szybkie uzupełnianie paliwa. Dodatkowym atutem była cena pojazdów spalinowych. Przykładowo Ford Model T, którego produkcja rozpoczęła się w 1908 roku, już w 1912 kosztował 650 dolarów (!!!). W tym samym czasie średnia cena elektrycznego samochodu wahała się w granicach 1750–2000 dolarów! Za cenę jednego elektryka można było mieć trzy samochody benzynowe! To przechyliło szalę i zdecydowało o raptownie gasnącej popularności samochodów elektrycznych. Nabywcom spalinowych pojazdów nie przeszkadzało, że hałasują, że dymią i nieładnie pachną, że wibrują, a do ich prowadzenia służy cały gąszcz dźwigni, przycisków, pedałów i korbek. Cena, zasięg i łatwość tankowania były nie do pobicia. Żaden elektryk nie mógł przecież wziąć zapasu prądu na pokład, natomiast dodatkowa bańka z benzyną nie była żadnym problemem. Do takich wniosków ludzkość doszła ponad 100 lat temu.