Hol tart jelenleg az elektromobilitás folyamata, kik diktálják a járműfejlesztés trendjeit, a technológiai versenyben jelenleg milyen fejlesztési irányokat preferálnak a gyártók, illetve napjainkban milyen új megoldásokon dolgoznak a mérnökök? – ezekről a kérdésekről is beszélgettünk Horváth Csongor mérnökkel, a Robert Bosch Kft. elektromos hajtáslánc-fejlesztés üzletágának szenior szakértőjével, aki azt is elárulta, versenyben van-e még az üzemanyagcellás technológia, lesz-e elegendő szintetikus üzemanyag, és miért rizikós, ha Kína ellenőrzi a ritkaföldfém-piac csaknem egészét?
Mérnöki szempontból hogyan definiálható az elektromobilitás?
A Boschnál meglehetősen tágan értelmezzük a kérdést, a kis elektromos rollertől az e-bike kerékpárokon át egészen a nyerges vontatóig beszélünk elektromobilitásról, és nagyon fontos, hogy ide soroljuk az ún. megosztott technológiákat is, ahol több műszaki megoldás osztozik ugyanazon motorháztető alatt. Az elektromobilitás fogalomkörébe ezért azok a hibrid járművek is beletartoznak, melyeknél ugyanazok a komponensek vannak jelen – részben azok a villamosgépek is dolgoznak –, mint a tisztán elektromos hajtású gépek esetében.
Nagyjából százötven éve is készültek elektromos hajtású járművek, sőt egy ideig uralkodó megoldás is volt. Miért állt meg akkor ennek a hajtástípusnak a fejlesztése?
Nekünk személyesen is nagy motivációt jelent, hogy a legelső elektromos, „villamdelejes forgonnyal” készült autómakett megalkotása 1855-ben – harminc évvel Benz négyütemű motorja előtt – egy magyar feltaláló, Jedlik Ányos nevéhez fűződött. Csaknem százhetven éve foglalkoztatja a konstruktőröket, hogy villamos géppel valamilyen módon járműveket hajtsunk. Nagy újdonságot nem fogok mondani: az adott térfogat vagy tömegegységben tárolt energia mennyisége volt a döntő tényező abban, hogy egykor nem a villamoshajtás lett a járműipar meghatározó fejlődési pályája. Régen ólomsavas akkumulátorok készültek, amelyek képességeikben messze elmaradtak a villanyautókban ma használt lítiumion-celláktól. Ha megnézzük a klasszikus belsőégésű motorokban használt benzin vagy gázolaj gravimetrikus energiasűrűségét, azt látjuk, hogy jelenleg Wh/kg-ban 11-12 ezres értéknél járunk, míg a fejlettnek mondott Li-ion akkucsomag esetében 350 Wh/kg-nál. Ez a hatalmas különbség a magyarázat arra, hogy miért a dugattyús motorok terjedtek el, még akkor is, ha egyébként a belsőégésű motorok hatásfoka – különösen a járműgyártás hajnalán – nem volt túlságosan meggyőző. Onnantól kezdve azonban, hogy az autómobilok már nemcsak egy szűk elit játékszerei voltak, hanem komoly szállítási feladatok és távolságok leküzdésére használható járművekké léptek elő, a hajdani elektromos autók hatótáv értékei már kevésnek bizonyultak.
Napjainkban mire jó ez a technológia és milyen problémákat oldhat meg?
Biztosan tudom állítani: a technológia napjainkban már száz százalékosan érett arra, hogy a városi közlekedés emissziós problémáját hatékonyan kezelhesse. Roppant fontos, hogy a közlekedés lokálisan mekkora kibocsátással jár együtt, és ebben az elektromobilitás ma verhetetlen, a globális széndioxid-mérleget ugyanis mindenképpen jól kezeli. Másként megfogalmazva, az elektromos autó a helyben keletkezett károsanyag-kibocsátás miatt fontos. Ha az elektromos energia tisztán karbonmentes forrásból keletkezne, akkor állíthatnánk egy elektromos autóról, hogy az üzemeltetése során egyáltalán nem bocsát ki szén-dioxidot, vagy más, a levegőminőséget rontó káros anyagot. Ezzel együtt is jelenleg ez a legtisztább közlekedési forma. Ha megnézzük, mindemellett mire jó még az elektromobilitás, azt mondhatjuk, hogy a járművek karakterisztikáját, nyomatékát, a hajtáslánc érettségét tekintve a teher- vagy árufuvarozásban is lehetne létjogosultsága – más kérdés, jó-e nekünk, ha például egy kamionba tíz tonnányi akkumulátort helyezünk el, míg a szállítható teher összehasonlíthatatlanul kevesebb, mint egy azonos méretű dízelüzemű járműben.
Tudjuk, hogy jellemzően kik használják ma az elektromos autókat?
Különbséget kell tenni aközött, mi az, ami napjaink igény-leképződése az utakon, és mi az, ami az autógyártók szerint már a csőben van. Napjaink közlekedésében elsősorban drága vagy egzotikus elektromos autókat látunk, melyeknek valamilyen lenyűgöző, extrém tulajdonságuk van, mondjuk eszméletlen a gyorsulásuk. Találkozhatunk persze városi modellekkel is, de lássuk be, Teslából sokkal több jön szembe velünk, mint mondjuk Zoé-ból vagy e-Up-ból. Három-négy évvel ezelőtt még azzal kerestek meg bennünket az autógyárak, hogy olyan hajtásláncot adjunk, amivel járműszinten el tudunk érni 0-ról 100 km/h sebességre 6 másodperces gyorsulást egy kisméretű autó esetében. Azért egy városi elektromos kisautónak – amit többnyire bevásárlásra, munkába járásra használunk – talán nem kellene ugyanazt a gyorsulást produkálnia, mint egy kifejezetten sportos járműnek. Ma már azt is látjuk, hogy a gyártók végre észleltek valamiféle igényváltozást, mert elkezdett „hagyományosodni” az e-autók piaci kínálata – nyomaték és gyorsulás tekintetében például jóval visszafogottabb, szolidabb gépkocsikat dobnak piacra. Először egy Wow!-effektusra volt szükség, hogy az elektromos autókat eladhassák, a technológia azonban mostanra konszolidálódott, az elérhetőbb árú, komfortosabb modellekre mutatkozik vásárlói kereslet.
Melyik igaz inkább: a gyártók befolyásolják a jövő vásárlóit és a piaci trendeket, vagy a felhasználói igények alakítják a vásárlói keresletet?
A gyártók szerintem tűpontosan letapogatják a különféle vásárlói igényeket, és elsősorban ezekre reagálnak. Tipikus példa erre az SUV kategória, vagyis a szabadidő-autók kérdésköre. Még tíz-húsz évvel ezelőtt is normális szedánokkal jártak komplett családok nyaralni az Adriára, most pedig szinte mindenki, aki csak megteheti, túlméretezett autót – városi terepjárót, crossovert, SUV-ot stb. – vásárol. És persze Teslát. Az első modern, kiforrott elektromos autók sokakat felcsigáztak, izgalmasnak tűnt az új, zöldebb, jövőbe mutató technológia, ám nem mindenki akart pokolian gyors, nagyon nyomatékos karakterisztikájú, sportos autót, ezért a gyártók a vásárlói igényekre reagálva – mára már szinte minden szegmensben, a kisautóktól a luxuskategóriáig – újabb és újabb elektromos modelleket dobtak piacra.
Ez a magyarázat arra is, hogy a ma kapható modellek háromnegyede szinte teljesen ugyanúgy néz ki?
E mögött inkább a szektor erős platformizálása áll: a gyártók gépjármű-platformokat fejlesztenek hatalmas, többszáz millió euró nagyságrendű költségekkel, és ezeken a platformokon változtatják a takarólemezeket, cserélik a hajtáslánc-kínálatot és mindez azt eredményezni, hogy a különféle modellek alig-alig különböznek egymástól. A kérdés másik oldala pedig az, hogy a gyártók előszeretettel benchmarkolják egymást, így ha üzleti sikert látnak a konkurencia valamely modelljénél, zokszó nélkül követik annak bevált sikerreceptjét.
A technológiai versenyben jelenleg milyen fejlesztési irányokat – hajtáslánc, akkupakk stb. – preferálnak a gyártók, illetve napjainkban milyen új megoldásokon dolgoznak a mérnökök?
A Bosch-nál régóta hiszünk a technológiai diverzitásban, ezért a belsőégésű motorokba szánt alkatrészek korszerűsítésével ugyanúgy foglalkozunk, mint villamos hajtásláncok vagy tüzelőanyagcellák fejlesztésével. Azt látom – és ez is egyfajta innovációs irányként rajzolódik ki –, hogy az akkumulátor-fejlesztések diverzifikálódnak, a klasszikus lítiumionos akkuk mellett megjelennek új megoldások – például a nátriumionos technológia –, a kutatók és a mérnökök próbálnak fenntarthatóbb energiatároló-technológiákat létrehozni, illetve vannak olyan generális trendek, mint a nikkel- és kobalt-tartalom csökkenése vagy az újrahasznosíthatóság szerepe. Kevesen tudják például, hogy azokban az elektromos járművekben, amelyek napjainkban körülöttünk közlekednek, 90 százalék felett újrahasznosítható akkupakkal szereltek. És van még egy új trend, aminek szerintem lesz/lehet létjogosultsága: a különböző tulajdonságú cellacsomagok keverten is megjelennek majd az akkupakkokban, vegyítve az eltérő technológiák előnyeit. Hajtáslánc oldalon, pontosabban a villamosgépek terén is egyfajta forradalom zajlik. A legelterjedtebbek a ritkaföldfémek felhasználásával készült permanens mágneses szinkrongépek, ám erős tendenciák mutatkoznak az iparban abba az irányba is, hogy a ritkaföldfém-tartalmat drasztikusan csökkentsük. A ritkaföldfém-biznisz nagyjából 75-80 százalékát Kína ellenőrzi, ami geopolitikai, árazási problémákat vet fel, adott esetben kritikus ellátási helyzetekhez vezethet, illetve azt is tudni kell, hogy ezek az alkatrészek a villamosgépek termikusan legkritikusabb elemei. Jelenleg egy két-három cipősdoboz méretű elektromos hajtásláncból 150 kW csúcsteljesítménnyel rendelkező erőforrást lehet megvalósítani, a klasszikus villamoshajtás azonban nem képes arra, hogy folyamatosan leadja ezt a csúcsteljesítményt, az inverterben lévő logika ugyanis visszaveszi a teljesítményt. Ez is probléma lehet, mert ha valaki repetitív módon, gyorsítva előzget, azt tapasztalhatja, hogy ezt egyre csökkenő intenzitással tudja megtenni. Ez a „viselkedés” is olyan műszaki részletkérdés, amit igyekeznek orvosolni az iparági mérnökök. Sokszor túlméretezéssel oldják meg, és nem engedik elérni a valódi csúcsteljesítményt, sokszor pedig úgy, hogy új technológiát vezetnek be – egy példa erre az olajhűtés elterjedése a villamosgépekben. Szintén új trend a mágnes nélküli gépek fejlesztése. Az aszinkron vagy elektronikusan gerjesztett forgórészű gépek, az ún. ESM technológia valódi reneszánszának lehetünk tanúi. Napjainkban minden az elektrifikációról szól, és óriási igény van a rézre. 2020-ban 4,8 dollár/kg volt a réz világpiaci ára, 2030-ra várhatóan már 13 dollár környékén lesz, ezért az elektromos hajtásláncokban lévő villamosgépek gyártásánál előtérbe fog kerülni a második legjobb, könnyen elérhető vezető is, az alumínium. Világpiaci ára 2020-ban 1,6 dollár/kg volt, 2030-ra 3,16 dollár környékére taksálják. Az ár mellett az alumínium használata mellett szól az újrahasznosíthatóság is: a rezet nem nagyon lehet a vasmatériával együtt ledarálni, együtt olvasztani, az alumínium esetében azonban a kutatók megoldást találtak a szükséges olvadék-szeparációra.
A hatótávolság drasztikus növekedése lehet a kulcs az e-mobilitás további térnyerésre?
A vezetőm jegyezte meg nemrég, hogy nagyon szeretne már elektromos autóval lemenni az Adriára. A kollégáimmal utána is néztünk, vajon mikor lesz ez lehetséges, mikor teljesülhet a kívánsága. Az Egyesült Államok energiaügyi minisztériuma folyamatosan monitorozza az eladott elektromos járművek medián hatótávolságát. Ha ezekből az adatokból extrapolálunk, akkor az látszik, hogy 2030-ra 700 km-es medián hatótávolság lesz elérhető a piac viszonylag sok modelljével. E mögött egyébként egy jelentős technológiai átállás is megbújik: a lítiumionos akkumulátorcsomagok után várhatóan 2026-28 között kezdenek elterjedni a lítium-levegő akkumulátorok, melyek reális méret, térfogat és tömeg mellett biztosíthatnak értelmezhető hatótáv-ugrást. A 620 kilométeres Budapest–Zadar távolság például egyetlen töltéssel lehozható lesz.
A Bosch üzemanyagcellákkal is foglalkozik. Versenyben van még ez a technológia is?
Abszolút. A hidrogén üzemanyagon alapuló cellák ugyanúgy elektromos hajtásokat szolgálnak ki, mint az akkumulátor-csomagok. A legfőbb probléma, hogy ebben a szegmensben irgalmatlan összegű töltő-infrastruktúra beruházásokra lenne szükség, ráadásul jelenleg a hidrogén szállítása sem annyira egyszerű feladat. Egy hidrogén-töltőállomás és egy klasszikus benzinkút fejlesztés között minimum tízszeres a szorzó. Voltak első fecskék, emlékszünk még a Toyota Mirai-ra, tudjuk, hogy a technológia személyautó méretben is működőképes, viszont az látszik, hogy az üzemanyagcellás technológia előnyeit elsősorban a fuvarozásban és a logisztikában lehet majd kihasználni. A haszongépjárműveknél kifejezetten előnyös, ha üzemanyagcellában tárolunk üzemanyagot, hiszen az akkumulátorokhoz képest ezek jóval kisebb tömegűek, és beruházásoldalról is itt lesz értelme a használatnak. Arra még nagyon sokat kell várni, hogy kiterjedt hidrogén-töltőanyaghálózat, infrastruktúra épüljön ki, és nem is biztos, hogy mindezt a mai benzinkutak mintájára kell elképzelnünk, sokkal inkább a jelentős közlekedési csomópontokban és logisztikai központokban lehet majd ezek koncentrálódására számítani a jövőben.
Mit gondol arról, hogy az EU-ban 2035-re tervezik a belső égésű motorok gyártásának leállítását? Mentőövet jelenthet a dugattyús motoroknak a szintetikus üzemanyagok megjelenése?
Valóban létezik egy 2035-ös céldátumunk, és sok gyártó – talán meggondolatlanul – megpróbált rá is licitálni erre, mondván, előrébb hozzák belső égésű motorjaik fejlesztésének leállítását. Mostanában viszont inkább arról olvashatunk a sajtóban, hogy az autógyárak szinte egytől-egyig felülbírálják korábbi döntésüket vagy elhamarkodott vállalásaikat. Technológiai diverzitásra szükség van, és ameddig tisztán elektromos járművel nem lehet maradéktalanul kiszolgálni a vásárlói igényeket, ameddig az elektrifikációs úton nem haladtunk eléggé előre, addig velünk lesznek, jelen kell lenniük a piacon más hajtásláncoknak is. A belső égésű motorokkal szerelt járművekre szerintem még egy jódarabig biztosan szükségünk lesz. Nem vennék rá mérget, hogy a 2035-ös határidőt az EU-ben nem fogják hamarosan felülírni, módosítani, eltolni. Ami a szintetikus üzemanyagok szerepét illeti, a helyzet sajnos komplikáltabb annál, mint amit a kérdés optimizmusa sugall. Nemzetközi szinten a 2035-ig lekötött szintetikus üzemanyag-projektek kimenete, előre jelzett termelőkapacitása a német ipar esszenciális igényeinek tíz százalékát sem fedezné, vagyis a közlekedés ilyetén zöldítéséhez biztosan nem lesz elegendő szintetikus üzemanyag. És akkor még nem beszéltünk arról, mennyi lesz az ún. eFuel literenkénti ára, milyen költségstruktúra mentén milyen fejlődési pályája rajzolódhat ki, így e pillanatban legfeljebb annyit szögezhetünk le: a szintetikus üzemanyag – a jelenlegi pillanatkép alapján – nem egy gyorsan és széles körben elterjedő technológia lesz.
Melyik hajtáslánc mellett tenné le a voksát? Melyik lehet a közeljövő uralkodó technológiája?
Mérnökként egy nagyon vegyes mobilitási kép kialakulására számítok. Kis méretű járművek esetében valószínűsíthetően az elektromos hajtás fog dominálni, a nagyobb járműveknél – beleértve az SUV-okat és az áruszállításra használt, ún. könnyű haszongépjárműveket – a hibrid hajtásláncok lesznek meghatározók, a nagyobb méretű közlekedési eszközöknél – például a nyerges vonatóknál – a tüzelőanyagcella és a hidrogén belső égésű motor lehet az uralkodó, míg a repülőgépek és a konténerszállító hajók esetében a szintetikus üzemanyag lehet az egyetlen jó megoldás. A legfőbb kérdés persze a jövőben is az lesz, hogy az egyes járműkategóriákban támasztott igényeket hogyan lehet a leghatékonyabban összehangolni, optimalizálni, azaz hova és mi lesz a jó.
Ön milyen autóval közlekedik?
A céges autóm egy kis lökettérfogatú 1,3-as turbós benzinmotorral szerelt Mercedes CLA. Annak ellenére, hogy elektromobilitással foglalkozom, nagyon kedvelem a hagyományos, régi autókat, ezért a feleségemmel két hobbijárművet is használunk: egy gyári állapotú Honda CRX-et, és egy 3-as BMW-t (E46) 2,8-as szívóbenzines, hathengeres motorral. Utóbbi esetében nem tudtam kiirtani magamból a mérnököt, úgyhogy némi plusz élmény reményében kicseréltem az autó differenciálművét.
Dubniczky Miklós
