Mobil membuang energi. Setiap kali Anda melepas gas, gas panas keluar dari pipa knalpot. Itu hilang. Sia-sia. Selama beberapa dekade, para insinyur menyaksikan panas menghilang dan mengangkat bahu. Sekarang mereka menjadi serakah.
Dengan menyusutnya cadangan bahan bakar fosil dan kota-kota yang terserang kabut asap, industri otomotif menghadapi masalah. Mesin pembakaran internal adalah mesin yang tidak efisien. Mereka membakar bahan bakar, menciptakan gerakan, dan membuang sisanya sebagai panas. Banyak yang keluar melalui sistem pembuangan. Desainer otomotif sudah mengetahui kebocoran ini sejak awal tahun 1970-an. Mereka telah mencoba menyambungkannya sejak saat itu.
Solusinya bukanlah keajaiban. Ini pemulihan dan resirkulasi panas buangan.
Ini terdengar seperti jargon teknik. Ini sebenarnya cukup sederhana. Alih-alih membiarkan energi panas keluar ke atmosfer, mobil malah menangkapnya. Itu mendaur ulangnya. Hasilnya? Penghematan bahan bakar yang lebih baik. Emisi yang lebih rendah. Aliran pembuangan yang lebih bersih sebelum sampai ke jalan.
Mengapa Menangkap Panas Buang?
Anda mungkin mengira knalpot hanyalah udara kotor. Dia. Tapi ini juga panas. Sangat panas. Panas itu mewakili energi potensial. Pekerjaan potensial. Kekuatan potensial.
Insinyur menggunakan limbah panas ini dalam beberapa cara.
Pertama, mereka menjaga mesin tetap hangat. Mesin dingin tidak efisien. Mereka membakar lebih banyak bahan bakar untuk mencapai suhu operasi. Dengan menggunakan panas knalpot untuk menghangatkan cairan pendingin mesin, motor akan bertahan lebih lama. Ini penting bahkan ketika mobil telah didiamkan berjam-jam. Sisa panas di blok membantu.
Kedua, mereka memanaskan kabin. Mengapa membakar bahan bakar ekstra hanya untuk menjalankan pemanas? Gunakan knalpot sebagai gantinya. Ia bekerja di musim dingin yang dalam. Ini menghemat gas sekaligus menjaga jari-jari kaki Anda tetap hangat.
Ketiga, mereka mengatasi nitrogen oksida. Nitrous oksida (N2O) adalah gas rumah kaca yang kuat. Menguranginya adalah prioritas. Sistem pembuangan dapat membantu menghilangkan emisi ini sebelum meninggalkan kendaraan.
Terakhir, beberapa sistem menghasilkan listrik. Ya. Panas menjadi volt. Ini memberi daya pada aksesori atau membantu mengisi daya baterai. Memang keuntungannya kecil, tetapi setiap watt berarti.
Koneksi Hibrid
Anda dapat memasang teknologi ini di mobil mana pun. Truk, SUV, sedan. Tapi hibrida adalah yang paling peduli.
Hibrida hidup dari efisiensi. Intinya adalah memeras setiap mil dari setiap galon. Toyota Prius 2010 adalah contoh utama. Ia menggunakan strategi pemulihan panas knalpot yang canggih untuk memaksimalkan jangkauannya. Prius tidak hanya mengandalkan motor listriknya. Ini mengoptimalkan output mesin bensin. Ini menangkap kembali limbah. Ini meminimalkan kerugian.
Pada mobil berbahan bakar standar, Anda mungkin mengabaikan peningkatan efisiensi sebesar 2%. Dalam hibrida, 2% itu adalah perbedaan antara menyalakan steker berikutnya atau kehabisan daya.
Cara Kerja dalam Praktek
Istilah pemulihan panas buang mencakup keseluruhan proses. Itu bukan satu bagian. Itu adalah sebuah sistem. Panas berpindah dari manifold buang ke cairan pendingin. Mulai dari cairan pendingin hingga blok mesin. Mulai dari knalpot hingga inti pemanas kabin.
Itu sebuah siklus. Energi masuk. Berolahraga. Limbah diminimalkan.
Ini bukan hanya tentang menghemat uang di pompa bensin. Ini tentang memerangi polusi udara. Dengan mendaur ulang gas buang sebelum keluar, mobil menghasilkan lebih sedikit senyawa berbahaya. Udara mendapat istirahat
Mengapa dinitrogen oksida penting dalam emisi mobil
Karbon dioksida mendapat banyak kebencian. Ini adalah penjahat utama dalam kisah perubahan iklim. Namun mesin pembakaran internal membuang banyak polutan lainnya ke udara. Salah satu yang besar adalah dinitrogen oksida (N2O). Ini adalah unsur utama dalam kabut asap. Ini juga merupakan gas rumah kaca.
Sama seperti CO2, N2O memerangkap panas dari sinar matahari. Itu membuat energi panas tetap terkunci di atmosfer. Tanpa adanya gas rumah kaca, bumi akan menjadi batuan beku. Terlalu banyak akan menjadi oven yang panas terik. Kita memerlukan iklim khusus untuk bertahan hidup. Pertanian bergantung padanya. Lapisan es bergantung padanya. Mengubah keseimbangan itu akan mengubah cara kita hidup. Ini bukan hanya tentang suhu. Ini tentang stabilitas.
Mengurangi N2O dari mobil sama mendesaknya dengan mengurangi karbon. Masalahnya adalah kimianya. Nitrous oksida terbentuk pada suhu yang sangat tinggi. Jadi solusinya tampak jelas. Turunkan suhunya. Di sinilah peran resirkulasi panas gas buang.
Bagaimana resirkulasi gas buang mengurangi polusi
Komponen inti di sini adalah katup resirkulasi gas buang (EGR ). Itu adalah mekanik sederhana dengan pekerjaan besar. Ketika tekanan balik terbentuk di sistem pembuangan, katup terbuka. Ini mengirimkan sebagian dari gas bekas itu kembali ke ruang bakar.
Mengapa mencampur knalpot kotor dengan campuran bahan bakar-udara segar? Kedengarannya berlawanan dengan intuisi. Anda memasukkan gas inert ke dalam campuran. Ini mengencerkan kandungan oksigen. Lebih sedikit oksigen berarti bahan bakar terbakar lebih lambat. Ini juga berarti pembakarannya lebih dingin.
Panas tinggi menghasilkan N2O. Panas rendah mencegahnya. Dengan menurunkan suhu pembakaran puncak, sistem EGR memotong pembentukan dinitrogen oksida pada sumbernya. Kebanyakan sistem juga mendinginkan gas buang sebelum masuk kembali ke dalam ruangan. Efek pendinginan celup ganda ini membuat luka bakar menjadi lebih ringan.
Ada manfaat sekunder. Pembakaran yang lebih dingin mengurangi kehilangan perpindahan panas. Lebih banyak energi dari bahan bakar digunakan untuk menggerakkan piston. Lebih sedikit lagi yang lolos sebagai limbah panas. Itu berarti penghematan bahan bakar yang lebih baik. Hal ini juga memberikan lebih banyak ruang bagi pemrogram mesin untuk bekerja. Dengan suhu yang lebih rendah, risiko ledakan menurun. Mereka dapat mengatur waktu pengapian dengan lebih presisi. Mesin berjalan lebih mulus. Ini berjalan lebih bersih.
Keuntungan hybrid dan trik pemanasan
EGR bukan hanya tentang kinerja puncak. Ini membantu selama fase pemanasan kritis. Saat Anda menghidupkan mesin dingin, mesin menjadi kaya. Itu tidak efisien. Sistem EGR membantu memanaskan cairan pendingin dan bahan bakar lebih cepat. Mesin mencapai suhu pengoperasian optimal lebih cepat.
Ini sangat besar untuk hibrida. Kebanyakan hibrida mematikan mesin pembakaran internal ketika berhenti. Duduk di lalu lintas cukup lama, dan mesin itu menjadi dingin. Menghidupkan kembali mesin dalam keadaan dingin tidak efisien dan menimbulkan polusi. EGR membantu menjaga panas. Ini menjaga mesin agar tidak keluar dari kisaran idealnya terlalu cepat. Hasilnya adalah hibrida yang tetap efisien bahkan dalam lalu lintas macet.
Bisakah gas buang menghasilkan listrik?
Sirkulasi gas buang menghemat bahan bakar. Ini mengurangi polusi. Namun para insinyur melihat peluang lain. Limbah panas tetaplah energi. Itu hanya melarikan diri. Bagaimana jika Anda bisa menangkapnya? Bagaimana jika Anda bisa mengubah limbah panas tersebut menjadi listrik?
Konsep ini mendapatkan daya tarik. Alih-alih membiarkan panas hilang ke atmosfer, sistem baru bertujuan untuk memanfaatkannya. Hal ini dapat memberi daya pada sistem tambahan. Hal ini dapat mengurangi beban pada alternator. Bahkan bisa disalurkan langsung ke baterai bertegangan tinggi pada mobil hybrid dan EV. Idenya sederhana. Tidak ada yang hilang. Semuanya digunakan.
mengubah limbah buangan menjadi tenaga yang dapat digunakan
Fisika dimulai pada tahun 1821. Thomas Seebeck, seorang fisikawan Jerman, menemukan bahwa bahan tertentu menghasilkan panas dari listrik. Hal sebaliknya juga benar. Anda bisa mengubah panas menjadi listrik. Selama hampir dua abad, para insinyur otomotif mengabaikannya. Bahannya terlalu mahal. Efisiensinya sangat buruk.
Itu telah berubah.
Departemen Energi AS kini mendanai pengembangan sistem pemulihan panas limbah termoelektrik yang praktis untuk kendaraan. Mereka melihat masa depan di mana teknologi ini bukan sekadar keingintahuan laboratorium. Itu adalah sebuah komponen.
kenapa knalpot jadi sasaran utama
Mobil mengeluarkan panas ke mana-mana. Radiatornya. Blok mesin. Namun kebocoran terbesar terjadi pada knalpot. Ini adalah selang pemadam kebakaran energi panas yang terbuang. Kebanyakan mobil modern sudah mensirkulasi ulang gas buang melalui loop EGR. Teknologi ini menjadi wajib untuk standar emisi yang lebih ketat.
Itu menciptakan sebuah celah.
Anda bisa menjebak panas yang terbuang itu. Gunakan perangkat termoelektrik untuk mengubahnya langsung menjadi listrik. Tidak ada bagian yang bergerak. Tidak ada turbin yang rumit. Hanya konversi solid-state. Listrik ini tidak hilang begitu saja. Ini memberi daya pada sistem kelistrikan mobil. Ini mengisi ulang baterai. Pada kendaraan listrik hibrida dan plug-in, ia menjalankan motor listrik.
Ini adalah putaran yang bersih.
Mengubah limbah panas menjadi listrik membantu mengurangi emisi dinitrogen oksida dengan mendinginkan gas buang sebelum bercampur dengan bahan bakar.
Knalpot yang lebih dingin berarti kimia pembakaran yang lebih baik. Ini membantu konverter katalitik melakukan tugasnya. Sistem termoelektrik bertindak sebagai heat sink. Ini menarik energi keluar dari aliran gas. Gas yang tersisa akan lebih dingin ketika masuk kembali ke siklus pembakaran.
mobil mana yang paling diuntungkan
Mobil apa pun mendapat dorongan. Tapi perhitungannya lebih menyukai hibrida.
Generator termoelektrik memperluas jangkauan. Ini melengkapi paket baterai tegangan tinggi. Artinya motor listrik bekerja lebih lama. Mesin pembakaran internal lebih jarang menyala. Ini juga mengurangi waktu pengisian ulang untuk hibrida plug-in. Anda memanen energi yang telah dibuang ke atmosfer.
Pada dasarnya ini adalah energi bebas. Ya, tidak gratis. Perangkat keras membutuhkan uang. Namun penghematan bahan bakar mengimbanginya.
dorongan menuju masa depan bebas fosil
Kita membutuhkan teknologi ini sekarang. Tidak dalam dua puluh tahun. Sekarang.
Efisiensi bahan bakar dan rendahnya polusi adalah kunci bagi era mobil berikutnya. Kendaraan yang tidak terlalu bergantung pada bahan bakar fosil adalah tujuannya. Sistem EGR dan tenaga termoelektrik adalah jembatannya. Mengembangkannya saat ini dapat mencegah kerusakan iklim yang diakibatkan oleh menunggu sampai bahan bakar fosil menjadi langka. Atau lebih buruk lagi, hingga atmosfer tidak mampu lagi menyerap dampaknya.
Garis waktunya ketat.
menyelami lebih dalam efisiensi otomotif
Jika Anda ingin memahami ekosistem teknologi mobil yang lebih luas, lihat bagaimana sistem ini berinteraksi. Drive-by-wire mengubah cara input mencapai mesin. Pembacaan MPG instan menunjukkan dampak real-time dari kebiasaan mengemudi Anda. Sistem bantuan rem mengoptimalkan tenaga pengereman, yang terkait dengan pemulihan energi pada kendaraan hibrida.
Kendaraan SmartWay menunjukkan bagaimana armada logistik menggunakan data untuk mengurangi emisi. Stasiun pengisian bahan bakar alternatif merupakan infrastruktur yang dibutuhkan untuk beralih dari bahan bakar gas.
Ini bukanlah perbaikan yang terisolasi. Itu adalah bagian dari mesin.
sumber dan bacaan lebih lanjut
- Kongres Mobil Hijau melaporkan termoelektrik mendapatkan fokus pengembangan pada bulan Juli 2005.
- Joseph Heremans mencatat pada tahun 2008 bahwa material baru dapat membantu mobil mengubah panas menjadi listrik.
- Thaindian News menyoroti daur ulang panas buangan untuk mobil ramah lingkungan pada bulan Februari 2008.
Teknologi ini semakin matang. Pendanaannya sudah ada. Tantangan teknisnya bukan lagi “bisakah kita melakukannya?” Pertanyaannya adalah “seberapa cepat kita bisa membuatnya cukup murah?”
