Η βελτίωση της ποιότητας του αέρα στις ανεπτυγμένες οικονομίες, ειδικά στις μεγάλες πόλεις, εξαρτάται κατά κύριο λόγο από την εισαγωγή σύγχρονων ηλεκτρικών οχημάτων (ΗΟ) που σχεδιάστηκαν για βιώσιμη ανάπτυξη. Ωστόσο, ο μηδενικός ρύπος που υπόσχονται τα ΗΟ δεν είναι τόσο χωρίς ρύπους όσο θα μπορούσε κανείς να φανταστεί.
Το έργο LOWBRASYS (σύστημα χαμηλών εκπομπών φρένων) έχει δείξει ότι η φθορά των πατινιών των φρένων μπορεί να συμβάλει έως και 55% στις μη εξαγωγικές εκπομπές στα συμφορούμενα αστικά περιβάλλοντα. Αυτές οι εκπομπές αποτελούνται από σωματίδια που περιέχουν άνθρακα (PM), τα οποία προέρχονται από μικρά σωματίδια που παράγονται κατά το φρενάρισμα των οχημάτων. Αυτό ισχύει τόσο για τα ΗΟ όσο και για τα οχήματα με κινητήρα καύσης.
Παρόλο που οι εκπομπές από την εξάτμιση των οχημάτων στην Ευρώπη έχουν μειωθεί σημαντικά, οι εκπομπές σκόνης από τα φρένα και τα ελαστικά παραμένουν σημαντικό περιβαλλοντικό και υγειονομικό ζήτημα, ειδικά με την αύξηση του αριθμού των οχημάτων στους δρόμους. Κάθε φορά που ενεργοποιείται το φρένο ενός οχήματος, απελευθερώνονται επιβλαβείς μικροσκοπικές μεταλλικές σωματίδια λόγω της φθοράς των πατινιών των φρένων. Σύμφωνα με δεδομένα από το Εθνικό Ατμοσφαιρικό Κατάλογο Εκπομπών του “Ηνωμένου Βασιλείου, οι μη εξαγωγικές εκπομπές αποτελούν πλέον την κύρια πηγή ρύπανσης από τη σκόνη που σχετίζεται με την κυκλοφορία οχημάτων, και ότι αυτά τα σωματίδια προκαλούν έως και το 20% της συνολικής ατμοσφαιρικής ρύπανσης από σωματίδια. Οι κίνδυνοι για την υγεία που συνδέονται με τα μικροσκοπικά σωματίδια που αιωρούνται στον αέρα έχουν μελετηθεί εκτενώς και έχει δειχθεί ότι αποτελούν σοβαρή απειλή για την υγεία, καθώς μπορούν να φτάσουν βαθιά στους πνεύμονες του ανθρώπου. Αυτό είναι ιδιαίτερα επικίνδυνο καθώς οι σωματίδια βρίσκονται κοντά στο επίπεδο του εδάφους, όπου βρίσκονται τα παιδιά. Εκτός από τις φυσικές τους ιδιότητες, οι εκπομπές από τα φρένα συνήθως εμπίπτουν στην κατηγορία PM10 (με διάμετρο 10 μικρόμετρα ή μικρότερη), πράγμα που σημαίνει ότι είναι εισπνεύσιμα και παρόμοια σε μέγεθος με τον γύρη των φυτών. Ωστόσο, τα σωματίδια μπορεί να είναι ακόμη μικρότερα (στην κατηγορία PM2.5), πράγμα που τα καθιστά ευκολότερα να απορροφηθούν.
Οι επόμενες γενιές επιστρωμάτων φρένων
Ενώ το Ευρωπαϊκό Κοινοβούλιο έχει συμφωνήσει να καθυστερήσει την εισαγωγή των αυστηρότερων προτύπων Euro 7 μέχρι το μεσαίο του 2030 – πέντε χρόνια περισσότερα από το αρχικά προβλεπόμενο – δεν υπάρχει αμφιβολία ότι μερικά από τα αρχικά προτεινόμενα νέα πρότυπα στο Euro 7 επικεντρώνονται περισσότερο στις μη εξαγωγικές εκπομπές. Σε μια ευρέως παραπεμπόμενη μελέτη που διεξήχθη από την ανεξάρτητη εταιρεία δοκιμών εκπομπών Emissions Analytics, διαπιστώθηκε ότι όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα και η ροπή του οχήματος, τόσο υψηλότερη είναι και η ένταση των εκπομπών σωματιδίων. Με μέσο βάρος 500 kg, οι κατασκευαστές ΗΟ θα επηρεαστούν αναπόφευκτα από την αυστηρότερη νομοθεσία, παρά την πρόσφατη καθυστέρηση στην εφαρμογή.
Αν και τα κεραμικά πατάκια φρένων γενικά παράγουν λιγότερη σκόνη φρένων σε σύγκριση με τα μεταλλικά (και η σκόνη που παράγουν είναι λιγότερο τοξική), δεν αποτελούν εφικτή λύση για τον μέσο καταναλωτικό αυτοκίνητο καθώς δεν λειτουργούν αποτελεσματικά μέχρι να θερμανθούν και να φθάσουν σε βέλτιστη λειτουργικότητα. Ως αποτέλεσμα, η χρήση τους περιορίζεται κυρίως σε αυτοκίνητα αγώνων, πολυτελή πρεμιέρα αυτοκίνητα και σπορ αυτοκίνητα.
Ένας άλλος προκλητικός παράγοντας είναι ότι, λόγω του αναγεννητικού φρεναρίσματος στα ΗΟ, ο χρήστης των φρένων συνήθως είναι λιγότερο έντονη σε σύγκριση με τα οχήματα με κινητήρα καύσης. Η μειωμένη χρήση καθιστά τα μεταλλικά φρένα πιο ευάλωτα στη διάβρωση, η οποία μπορεί να επηρεάσει την λειτουργικότητα και την ασφάλεια, προκαλώντας πιθανώς συχνές αντικαταστάσεις δίσκων και ακόμη και αντικαταστάσεις ολόκληρου του συστήματος φρένων. Η βέλτιστη λύση μέχρι στιγμής ήταν η επικάλυψη των δίσκων φρένων με μία συνδυασμένη κράμα κράματος μετάλλου και κεραμικής σκόνης – ένα υλικό ανθεκτικό στη διάβρωση που δημιουργεί στρώση με χαμηλή ή μηδενική αντίσταση.
Σύγχρονη διαχείριση θερμότητας στα ΗΟ
Καθώς η ισχύς των ηλεκτρικών οχημάτων και το μέγεθος των μπαταριών αυξάνονται, είναι αναγκαία η χρήση πιο αποδοτικών συστημάτων ψύξης. Τα πιο προηγμένα αυτοκινητικά ψυγεία – ανταλλακτήρες θερμότητας που βοηθούν στη μεταφορά θερμότητας από τον κινητήρα προς τα έξω – είναι συνήθως υβριδικά μοντέλα από χαλκό και αλουμίνιο. Παλαιότερα, κατασκευάζονταν από καθαρό χαλκό ή καθαρό αλουμίνιο, αλλά αυτό είχε προβλήματα σε σχέση με το βάρος ή την παραγωγή. Ενώ ο χαλκός μπορεί να κολληθεί, είναι βαρύς και μειώνει την αυτονομία – για κάθε δέκα κιλά, το όχημα μπορεί να ταξιδέψει ένα χιλιόμετρο λιγότερο. Αντίθετα, το αλουμίνιο, αν και ελαφρύτερο, δεν μπορεί να κολληθεί, προκαλώντας προκλήσεις στην αποδοτική παραγωγή.
Εφαρμόζοντας ένα στρώμα χαλκού με πάχος 100 έως 200 μικρομέτρων σε μια αλουμινένια βάση, οι κατασκευαστές αυτοκινήτων ωφελούνται από τα πλεονεκτήματα και των δύο υλικών, επιτρέποντας για μια απόδοση που είναι 30% καλύτερη από το αλουμίνιο μόνο του. Ο χαλκός έχει σημαντικά καλύτερη θερμική αγωγιμότητα και η ικανότητα να κολληθεί επιτρέπει μια περαιτέρω βελτίωση της μεταφοράς θερμότητας έως και 20%. Η χρήση επίστρωσης με χαλκό μπορεί επίσης να βοηθήσει στον αποφυγή τοπικών ζωνών υψηλής θερμότητας που μπορεί να μειώσουν την απόδοση του οχήματος, να μειώσουν την αυτονομία και να μειώσουν τη διάρκεια ζωής του οχήματος λόγω υπερβολικής θέρμανσης. Παράλληλα, τα περισσότερα αλουμινένια εξαρτήματα μπορούν ακόμη να προσφέρουν αυξημένη αυτονομία.
Επόμενη γενιά ψύξης για οχήματα της επόμενης γενιάς
Η επόμενη γενιά ψύξης είναι μια τεχνική επικόλλησης υλικού στην οποία λεπτά μεταλλικά σωματίδια μεγέθους από 5 έως 50 μικρομέτρων προωθούνται προς ένα υπόστρωμα – στην περίπτωση αυτή, το φρένο – χρησιμοποιώντας υψηλή πίεση αερίων. Τα σωματίδια, τα οποία ξεκινούν τη ζωή τους στη θερμοκρασία του περιβάλλοντος, τοποθετούνται σε ένα ρεύμα αζώτου ή ήλιου, το οποίο θερμαίνεται και επιταχύνεται με τη βοήθεια ενός υπερηχοτροπικού ακροφυσίου σε απίστευτες ταχύτητες που κυμαίνονται από 500 έως 1200 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η θερμοκρασία της μεταλλικής σκόνης παραμένει πολύ χαμηλότερα από το σημείο τήξης, επιτρέποντάς της να φτάσει στο υπόστρωμα και να δημιουργήσει έναν ισχυρό δεσμό. Αυτή η τεχνική, η οποία ονομάζεται ψεκασμός κρύας κατάθλιψης, έχει ως αποτέλεσμα μια πυκνή και κολλητική επίστρωση, που προσφέρει βελτιωμένη αντοχή και μειώνει τον κίνδυνο διάβρωσης.
Εφαρμόζοντας αυτές τις καινοτόμες τεχνολογίες φρένων και ψύξης, οι κατασκευαστές μπορούν να συμβάλουν στη βελτίωση της ποιότητας του αέρα στις πόλεις και να μειώσουν τις περιβαλλοντικές και υγειονομικές επιπτώσεις των μη εξαγωγικών εκπομπών. Αυτές οι προηγμένες τεχνολογίες επιτρέπουν ένα πιο βιώσιμο μέλλον για την αστική κινητικότητα, μειώνοντας τις αρνητικές επιπτώσεις της σκόνης των φρένων και βελτιστοποιώντας την απόδοση των ηλεκτρικών οχημάτων.
Συχνές ερωτήσεις
The source of the article is from the blog regiozottegem.be