Forlan
Gri Atmaca
Öncelikle hibrit otomobil teknolojisinin neden ortaya çıktığını anlatmakla başlayalım. Bildiğiniz üzere içten yanmalı motor kullanan otomobiller Karl Benz’in 1886 yılında ürettiği Velo isimli otomobilden bu yana dünyanın her köşesinde en çok kullanılan ulaşım araçları oldular. İnsan nüfusu, enerji üretimindeki teknolojik gelişmeler ve toplumların refah seviyesi arttıkça, gelişen sanayi ve maliyetlerin düşmesi ile yollardaki otomobil sayısı ve bu otomobillere ulaşmakta doğru orantılı şekilde arttı.
1960’lara kadar bariz etkileri görülmese de artık günümüzde hem sanayileşmenin hem de yollardaki otomobil sayısının artması, dünyayı bir nevi termostata çeviren atmosferdeki karbondioksit oranının 1900’lü yıllara oranla tam iki katına çımasına sebep oldu. Artan tüketici bilinci ve hükümetlerin teşvikleri sonucu üreticiler, daha az karbondioksit salınımı yapan alternatif yakıtlı otomobil tasarımlarıyla tüketicinin karşısına çıktılar. Henüz ülkemizde yaygınlaşmamış olsa da elektrik enerjisinin nispeten daha ucuz olduğu ülkelerde artık adım başı bir hibrit otomobil görmek mümkün.
İçten yanmalı bir otomobilin verimliliği %30 civarında, dizel araçlarda bu oran elbette biraz daha yukarı çıkıyor. Yani arabanızın yakıt deposuna koyduğunuz her 100 beygir güç üretebilecek yakıtın sadece 30 beygirlik bölümünü motorunuzdan alabiliyorsunuz. Geriye kalan %70 lik bölümünü ise ısı, ses ve titreşim olarak kaybediyorsunuz. Sürtünmeden, rüzgardan ve diğer iç bileşenlerden kaynaklanan kayıpları da hesaba katınca bu kayıplar %85’leri bulmakta. Ancak bir hibit otomobil içinde bu sürtünme vb. kayıplar söz konusu. Yani verimlilik farkı sadece araçların motorlarından kaynaklanmakta.
Elektrik motorlarında ise verimlilik oranı %90 lara çıkmakta, sonuçta herhangi bir yanma/patlama olmadığı için ısınma, ses ya da titreşim gibi enerjinin kaybolabileceği faktörler mevcut değil. Ancak bu %90’lık verim, enerjinin frenleme sonrası tekerlekten bataryalara, sonra bataryalardan geri elektirik motoruna donüşü sonucunda %60-65’lere kadar düşmekte ( %90 jeneratör x %80 batarya x %90 motor = %64.8 ) ki yine de bir içten yanmalı motora oranla iki kat yüksek verimlilik demektir bu.
Hibrit otomobil kelimesi her ne kadar kelime anlamı olarak iki farklı yakıt rezervini ortak kullanan araçlar anlamına gelse de, günümüzde sadece elektrik enerjisi ya da sadece hidrojen yakıt hücresi kullanan araçlar için de kullanılmakta. Örneğin Tesla Model S, Hyundai ix35, Honda FCX Clarity gibi.
1 – HEV (Hybrid Electric Vehicle) – Elektrikli Hibrit Araçlar
İçten yanmalı motorun yanı sıra elektrik motorların ve bataryaların kullanıldığı araç güç üretim ve aktarım bileşenleri (powertrain). Bu türün en büyük dezavantajı uzun yolda fazla fren yapmadan gidilirken bataryanın bitmesi ve dışarıdan şarjın imkansız oluşu. Örnek: Honda Insight.
2 – PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) – Şarj Edilebilir Elektrikli Hibrit Araçlar
HEV’ye ek olarak bataryaların dışarıdan da şarj edilebildiği powertrain’ler. Aynı zamanda en yaygın ve en çok yatırım yapılan hibrit teknolojisi türü. Örnek: Chevrolet Volt, Toyota Prius, Honda Accord Hybrid, BMW i8.
3 – FCV (Fuel-Cell Vehicle) – Hidrojen Yakıt Hücreli Araçlar
İçten yanmalı motor yerine 2 hidrojen atomunun (H2) birer elektronlarının anot yardımı ile ayrıştırılıp daha sonra bu elektronların elektrik motora gönderildiği powertrain. Geriye kalan pozitif yüklü elektronsuz H2 molekülü ise oksijenle birleştirilip saf su şeklinde dışarı atılır. Bu türün dezavantajı yakıt hücrelerinin 40 derecenin üzerinde çalışamaması ve hava sıcaklığı çok düştüğünde egzozdaki suyun donması. Örnek: Hyundai ix35, Mercedes B serisi F-Cell
4 – EV ya da PEV (Electric Vehicle/Pure Electric Vehicle) – Saf Elektrikli Araçlar
Herhangi bir sıvı yakıt rezervi olmayan, sadece bataryalar ve elektrik motorlarından oluşan powertrain’ler. Üretimi ve dizaynı diğer türlere göre en basit alternatif yakıtlı araç türü. Dezavantajları; elektrik fiyatının her ülkede petrolden daha ucuz olmaması, batarya şarj süresinin uzunluğu. Örnek: Tesla Model S, BMW i3, Nissan Leaf.
Bu dört çeşidin dışında, otomobilin verimliliğini arttırmak amacıyla volan (flywheel), yani yüksek hızda dönen diskler de kullanılmakta. Örneğin Volvo S60 modelinde tamamen mekanik volan kullanırken Porsche 911GT3R Hybrid modelinde elektromekanik volan kullanılmakta. Bu teknikten kısaca bahsetmek gerekirse manyetik rulmanlar üzerine oturtulmuş volan, bir şaft, sürekli değişken vites kutusu (CVT – Continously Variable Transmission) ve bir de debriyaj ile vites kutunuza bağlıdır. Otomobil frenlediğinde debriyaj devreye girip diski vites kutusuna bağlar, böylece yavaşlayan araç diski döndürmeye başlar. Bu şekilde otomobilin kinetik enerjisi volana aktarılmış olur. Araç hızlanmak istediğinde bu sefer volandaki açısal momentum aynı yöntemle vites kutusuna, oranda diferansiyel yoluyla tekerleklere iletilir. Elektromekanik teknikte ise volan bir elektrik motorunun içindedir. Bir diğer elektrik motoru jeneratör şeklinde otomobil yavaşlarken devreye girip elektrik üretir. Bu elektrik, volanın içinde olduğu elektrik motoruna iletilir ve bobinlerle sarılı volanı döndürmeye başlar. Otomobil ivme kazanmak istediğinde bu sefer volanın kinetik enerjisi elektrik üretir ve bu elektrik tekerleğe bağlı diğer elektrik motora gönderilip tekerleğe verilir.
Saf Elektrikli Araçlar, Hidrojen Yakıt Hücreli Araçlar ve Volan bazlı araçların çalışma prensipleri elektrik-hibrit türlerine göre çok daha basit olduğunu söylemek mümkün. Temelde bakacak olursak Tesla Model S’in pazardan alınan 2 tane kalem pille çalışan küçük kablolu oyuncak arabadan hiç bir farkı yok. Pil, motor ve kumanda. Öte yandan Hibrit Elektrik Araçlar ve Şarj Edilebilir Hibrit Elektrik Araçlar seri, paralel, hem seri hem paralel gib 3 temel iç kurguyla kullanılmakta. Bunların üzerine çok daha komplike olan General Motors’un geliştirdiği çift modlu powertrain ve Toyota’nın THS sistemi de mevut. Lakin bunların sadece isminden bahsedip bırakmayı tercih ediyorum. Termodinamikte entropi konseptini, fizikte izafiyet teorisini bir başkasına anlatmak ne kadar zor ise bu kompleks sistemleri anlatabilmek de o kadar zor.
Bu serinin ilk yazısını burada noktalamadan önce bir kaç noktaya değinmek istiyorum. Otomobiller gün geçtikçe daha da karmaşık makinelere evrilmekte. Bugün alacağınız sıfır kilometre bir otomobilin aslında bir otomobilden çok bilgisayar olduğunu unutmamak gerek. Eğer yerli bir hibrit otomobil üretilirse bu otomobili farklı kılacak olan motoru ya da aksamı değil, yazılımı olacaktır. İçten yanmalı motorlar, elektirik motorları, vites kutuları ve piller insanlık tarafından onlarca yıldır bilinen teknolojiler. Bütün bu bileşenleri bir harmoni içerisinde bir araya getirmek ise kimsenin çok fazla tecrübeye sahip olmadığı asıl kilit nokta.
Ümidim bir an önce ilk yerli hibrit otomobilin, kalitesi ne olursa olsun, üretilip mühendisimizin tecrübe kazanması ve teknolojide söz sahibi konuma gelmesi. Gelecek hibritte ve elektrikli araçlarda.
