כוכבים טכנולוגיים נולדים

ב – 24.5.08 התקיימה באירופה תחרות הזמר ה-“אירוויזיון”, בהשתתפות נציג ישראל, שנבחר בתוכנית “כוכב נולד”. באותו יום הסתיימה באירופה תחרות מסורתית נוספת,  “Shell Eco-marathon Europe”, המתקיימת בחסות חברת הנפט “של”.

תחרויות טכנולוגיות

 ב – 24.5.2008 הופיע ה-“כוכב הנולד”, בועז מעודה, על במת אולם בלגרד בסרביה כנציג ישראל בתחרות הזמר האירופית אירוויזיון 2008. באותו יום הסתיימה גם תחרות “Shell Eco-marathon Europe 2008 – מרתון כלי תחבורה יעילים בצריכת דלק וידידותיים לסביבה שנערך באירופה בחסות חברת הנפט “של”. בתחרות זו השתתפו קבוצות מבתי ספר שונים ברחבי העולם, רובם ממדינות אירופה המערבית, אך גם ממדינות נוספות ובהן, תורכיה, ברזיל  וערב הסעודית. מישראל לא הופיעו נציגים בתחרות. בשנים האחרונות אמצעי התקשורת במדינת ישראל התברכו בתוכניות תחרותיות בתחומים מגוונים, ובהם הזמר, הבידור, המחול, הדרמה, או הבישול. הצד החיובי בתוכניות אלו הוא עידוד מצוינות והענקת הזדמנויות לניידות חברתית ומקצועית לבעלי כשרונות. המתחרים בתוכניות השונות עומדים לשיפוט של שופטים מקצועיים וקהל צופים רחב, המוציא את העוקץ מטענות של משוא פנים או קידום על סמך קשרים משפחתיים, חברתיים או מפלגתיים. הזוכים והמשתתפים בתחרויות עשויים ליהנות מחשיפה תקשורתית ופרסים שיכולים למנף את כשרונותיהם. תחרויות בתחום היצירתיות הטכנולוגית עשויות לעורר הד תקשורתי ולעודד תחרותיות, צמיחה ומצוינות בתחומי טכנולוגיה מגוונים, ולהשפיע לחיוב על החברה והכלכלה.

“Shell Eco-marathon” היא תחרות טכנולוגית מסורתית המתקיימת באירופה משנת 1985, ומציבה אתגר לבניית כלי רכב חסכוניים בצריכת דלק וידידותיים לסביבה. בתחרות משתתפות קבוצות של תלמידי תיכון בעיקר מאירופה, והאתגר המוצב להם מידי שנה הוא לבנות כלי רכב מנועי שניתן יהיה לנהוג בו מרחק גדול ככל האפשר באמצעות ניצול אנרגיה מיטבי ופליטת מזהמים נמוכה ככל הניתן. הקבוצות חופשיות לעשות שימוש בכל סוג אנרגיה מקובל, כולל בנזין, דיזל, ביו-דלקים, גאז נוזלי, אנרגיית שמש, סוללות חשמליות, או תאי דלק הפועלים באמצעות מימן. את כלי הרכב ניתן לבנות בכל צורה שהיא ומכל חומר שהוא, והם לא נדרשים לעמוד בתקני בטיחות ובדרישות נוחות מקובלים. בתחרות המרתון נשברים מידי שנה שיאים טכנולוגיים, וכך גם ארע בתחרות שהתקיימה במאי 2008. הזוכה בקטגוריה של בניית אבטיפוס של רכב חסכוני וידידותי לסביבה הייתה קבוצת תלמידי תיכון “לה ג’וליברי” מצרפת ששברה שיא באמצעות כלי רכב שנסע 3,383 קילומטרים תוך שימוש בליטר דלק אחד באמצעות מנוע בעירה פנימית. באופן ציורי נאמר כי כלי הרכב שזכה מסוגל לנוע מרחק של כ – 15 קילומטרים כשהוא צורך כף דלק. הקבוצה קבעה גם שיא חדש בפליטת מזהמים נמוכה – אב הטיפוס פלט 0.8 גרם פחמן דו-חמצני לקילומטר בלבד. קבוצת תלמידי גימנסיה מהאג שבהולנד, שברה שיא בקטגורית רכב עירוני, כאשר בנתה רכב המונע על ידי תאי דלק מימני, שהצליח לנוע מרחק של 848 קילומטרים באמצעות ליטר מימן.

במוזיאון הרכב של סן דייגו מוצג אופנוע שהגיע להישג מרשים של צריכת דלק נמוכה. אופנוע זה נסע מרחק של 3,930 קילומטרים באמצעות מיכל דלק של כ – 45 ליטרים בנזין, כלומר הוא צרך ליטר דלק ל – 87 קילומטרים, כשהוא נסע על כביש מהיר בקליפורניה מעורב בתנועה רגילה. האופנוע נבנה בשנת 1981 ביוזמת מט גוזטה למטרת תחרות “קרייל ווטר” – תחרות האופנוע היעיל בעולם מבחינה אנרגטית. האופנוע התבסס על דגם אופנוע קיים – GN125Z תוצרת “סוזוקי”, בעל מנוע שתי פעימות ובוכנה אחת בנפח 124 סמ”ק. האופנוע עבר שינויים ושיפורים כדי להפוך אותו ליעיל יותר בצריכת אנרגיה – האופנוע כוסה ביציקת פיברגלס ופוליאורתן במטרה לשפר את המבנה האווירודינמי שלו, הבלמים שלו שונו, כאשר הבלמים בחזית הוגדלו, ואילו האחוריים בוטלו, הגלגל האחורי של האופנוע היה מסוגל לנוע בירידות כשהוא משוחרר משרשרת ההנעה, ויחס התמסורת שלו שונה כדי להפוך אותו לחסכוני. האופנוע של מט גוזטה הגיע למקום השלישי בתחרות האופנוע היעיל, המקום הראשון הפגין צריכת דלק של כ – 170 קילומטרים לליטר דלק.

בעולם מתקיימות תחרויות נוספות המציבות אתגרים דומים בתחום יעילות האנרגיה לתנועה, ובהם ה: “Automotive X Prize” ו –  “Solar car racing”.

כיצד משופרת יעילות צריכת האנרגיה?

כיצד משיגים משתתפי תחרויות יעילות צריכת אנרגיה תוצאות כה מרשימות בהשוואה לכלי רכב רגילים?

על רכב נע פועלים 4 כוחות עיקריים: הכוח המניע – המספק לכלי הרכב את האנרגיה הקינטית כדי להתקדם, כוח הכבידה של כדור הארץ, התנגדות האוויר הבולמת את התנועה וחיכוך הגלגלים. יעילות צריכת האנרגיה מושגת על ידי טיפול מרבי במשתנים המשפיעים על צריכת האנרגיה. התוצאות המדהימות של צריכת דלק ופליטות נמוכות המושגות בתחרויות דורשות הבנה של פעולת הרכב, הכוחות הפועלים עליו, מערכות ההנעה והמערכות הנלוות, והדלקים המשמשים את כלי רכב.

* המסה – המסה של כלי הרכב היא משתנה המשפיע על כל הכוחות הפועלים עליו, ולכן ככל שכלי הרכב קל יותר, כך נדרשת פחות אנרגיה כדי להניע אותו במישורים ובעליות, להקטין את התנגדות האוויר ואת החיכוך עם הקרקע. כלי הרכב המשתתפים בתחרויות יעילות האנרגיה נבנים מחומרים קלים, ובהם עצי בלזה, בדי משי או פולימרים שונים, כדי להקטין את מסת כלי הרכב ככל האפשר, והם מיועדים להובלת נהג בודד וקל משקל. כלי הרכב התחרותיים מוותרים על מערכות הקיימות בכלי רכב רגילים, כמו מערכת חשמל מורכבת, או מערכת מיזוג אוויר.

* מבנה אווירודינמי – כוח הגרר של התנגדות האוויר לרכב הנע מולו הוא תוצאת מכפלה של חתך פני הרכב במקדם חיכוך, במהירות היחסית של האוויר (בריבוע), ובצפיפות האוויר, (חלקי שניים). מכאן שככל שחתך פני הרכב קטן יותר כך גם קטנה התנגדות האוויר. מלבד חתך הרכב קיימת חשיבות למבנה רכב המאפשר זרימת אוויר מהירה סביב גוף הרכב. הנהיגה במרבית כלי הרכב שהשתתפו בתחרויות יעילות האנרגיה נערכה על ידי נהג שוכב או שפוף, כדי להקנות לכלי הרכב חתך פנים מצומצם בכיוון הנסיעה ומבנה יעיל מבחינה אווירודינמית. כלי הרכב התחרותיים אינם כוללים מראות צד, פגושים או פנסים, שעלולים להגדיל את התנגדות האוויר.

* חיכוך – גלגלי רכב באים במגע עם פני הדרך ומפעילים כוח המניע את כלי הרכב. כוח הסיבוב הוא תוצאת מכפלה של מקדם התנגדות הסיבוב במסת הרכב, כפול תאוצת כוח המשיכה של כדור הארץ. כדי להגיע לחתך גלגלים מיטבי בתחרויות יעילות האנרגיה נעשה שימוש בצמיגים דקים המנופחים בלחץ אוויר גבוה. לשם השוואה, שטח המגע של צמיגי מכונית רגילה עם הכביש הוא כ – 50 אינטש מרובע ומעלה, ואילו שטח המגע של צמיגי כלי הרכב העומדים בתחרות יעילות צריכת דלק הוא בסביבות 6 אינטש מרובע ופחות מכך.

* מהירות הרכב – ככל שמהירות כלי הרכב נמוכה התנגדות לחץ האוויר פוחתת. במרתון כלי הרכב מהירות כלי הרכב המשתתפים בתחרות נמוכה יחסית למהירות תנועה של כלי רכב רגילים כדי להקטין את גרר האוויר. בתחרויות אחרות מוצבים לכלי הרכב תנאים של מהירות נסיעה. נסיעה במהירות שיוט קבועה עם מערכת תמסורת השואפת למינימום של פעולות האצה ובלימה תורמת אף היא לחסכון בצריכת אנרגיה.

* אנרגיית בלימה – כלי רכב רגיל נדרש במהלך הנסיעה לבלום, בדרך כלל כתגובה לתנאי הדרך וכלי הרכב שסביבתו. בחלק מתחרויות יעילות הדלק, סביבת הנסיעה נקייה באופן יחסי ואינה דורשת בלימות מרובות, כך שניתן להשיג צריכת דלק נמוכה בהשוואה לתנאי דרך מקובלים. בהקשר זה יש למנועים חשמליים יתרון יחסי לעומת מנועי בעירה, משום שהם מסוגלים להחזיר חלק מאנרגית הבלימה. יתרון זה בצירוף הנעה ישירה מהמנוע לגלגלים מעניק יתרונות להנעה חשמלית, המסוגלת להפחית את האנרגיה להנעת כלי רכב עד לכעשירית מזו הנדרשת לכלי רכב המונעים על ידי מנועי בעירה. מעניין לציין שהרכב המנצח בתחרות האחרונה של חברת “של” כלל מנוע בעירת פנימית ולא מנוע חשמלי – במקרה זה הפחתת המסה של המצבר החשמלי סיפקה חסכון גבוה יותר מיתרונות הנצילות הגבוהה של הרכב החשמלי.

* סוג המנוע והדלק –  מנועי דיזל בדרך כלל יעילים יותר ממנועי בנזין, עקב שריפה יעילה יותר של הדלק. למנועי דיזל יעילות אנרגטית של 45% ואילו למנועי בנזין יעילות אנרגטית של 30%. לשימוש בדיזל יתרון נוסף משום שבליטר דיזל יש תכולת אנרגיה גבוהה בסביבות 10% – 20% בהשוואה לליטר בנזין.

השווקים לא מתפשרים

רכב משפחתי מקובל צורך ליטר דלק בנסיעה של 9 – 20 קילומטרים, ואילו תלמידי תיכון “לה ג’וליברי” הצליחו לבנות רכב שמסוגל לנוע 3,383 קילומטרים באמצעות ליטר דלק אחד. השאלה המתבקשת היא, מדוע יצרני הרכב מוכרים כלי רכב שצריכת הדלק שלהם רחוקה מהשיא המופלא שקבעו תלמידי התיכון?

התשובה הפשוטה היא שאילוצי בטיחות ודרישות אמינות ונוחות גורמים לכלי הרכב המקובלים הנעים על הכבישים לצרוך אנרגיה גבוהה בהרבה מהמינימום ההכרחי. נסיעה בסביבת כלי רכב כבדים, קשיחים ומהירים מחייבת את יצרני הרכב ליישר קו עם הסכנות האורבות בדרכים, וכך כל כלי הרכב הופכים לכבדים, קשיחים, צרכני אנרגיה גבוהים יותר, ובכך מעלים את רף הסיכונים בדרכים. משקלו של רכב משפחתי מקובל הוא טון ולמעלה מכך, ובסביבה שבה מרבית כלי הרכב כבדים קיימת נטייה להתיישר עם המשקל הממוצע או לעבור אותו.

מהנדסי תעשיית הרכב מודעים ללקחים שלמדו תלמידי הגימנסיות שהשתתפו במרתון של חברת “של”. תעשיות הרכב היפניות, האירופאיות וההודיות הציעו בעבר, והן מציעות בהווה, מגוון כלי רכב צמומים שמשקלם נמוך מ – 600 ק”ג המיועדים לחמישה נוסעים. בשווקי הרכב קיימים דגמים של רכבי ספורט המיועדים לנוסע בודד או לשני נוסעים שמשקלם נמוך מ – 400 ק”ג. המשקל הנמוך מקטין את צריכת האנרגיה, אך עלול לפגום בבטיחות הרכב ולעורר חששות בקרב הצרכנים. כלי הרכב הקלים מיועדים בעיקר לסביבה עירונית, בה מהירות הנסיעה נמוכה יחסית וסיכוני הבטיחות הופכים לסבירים ושקולים.

חברת ג’נרל מוטורס שיווקה משך תקופה מוגבלת את הרכב החשמלי “וולט”, שהיה יעיל מבחינת צריכת אנרגיה, אך שיווקו של הרכב החשמלי הופסק, כנראה עקב חוסר בשלות. חברת פולקסוואגן יצרה בשנת 1999 דגם בשם “פולקסוואגן לופו L3” – כלי רכב שתוכנן במטרה להיות יעיל במיוחד בצריכת אנרגיה, והוא נחשב לרכב היעיל ביותר מבחינה אנרגטית שנמכר בשווקים. ה-“פולקסווגן לופו” היה בעל מנוע דיזל והוא הגיע לצריכה של ליטר דלק לכ – 33 קילומטרים. הדגם לא זכה להצלחה מסחרית, כנראה משום שעל חשבון יעילות צריכת הדלק הוא לקה במגרעות – הנוסעים סבלו מרעשים, תגובת העברת ההילוכים שבו הייתה איטית כדי לשפר את צריכת האנרגיה, אך היא לא ענתה לטעמם של הצרכנים, וחסרו בו מערכות בקרת אקלים. כלי הרכב היעילים בצריכת אנרגיה הנמכרים כיום הם ה-“אודי A2” – דגם דיזל הצורך ליטר דלק לכ – 33 קילומטרים, ה- “סמארט פורטו” המגיעה לצריכת דלק של כ – 29 קילומטרים לליטר, או הרכב ההיברידי “טויוטה פריוס”, הצורך ליטר דלק כדי לנוע כ – 23 קילומטרים.

יעילות צריכת האנרגיה של כלי הרכב מקיימת “סחר חליפין” עם שיקולים אחרים, ולא תמיד זוכה לעדיפות. צרכני ויצרני כלי רכב מוכנים להפחית את מסת הרכב, אך מערכות בטיחות שונות מגדילות את משקל כלי הרכב ואת החומרים מהם כלי הרכב מורכבים. צמיגים דקים עשויים לחסוך אנרגיה, אך לגרוע מיציבות הרכב ואחיזת הכביש שלו. מערכות בקרת בלימה עשויות לפצות על אחיזת כביש נמוכה, אך יש להן מחיר כלכלי גבוה. שימוש בחומרים קלים עלול לעלות בבטיחות ובמחיר של בלאי מואץ. אווירודינמיקה משופרת עלולה לפגוע בנוחות או בקיבולת המטען שניתן לשאת בכלי רכב, או במראה כלי הרכב.

למרות ההבדלים בין כלי רכב הנמכרים בשווקים לכלי הרכב המשתתפים בתחרויות מדעיות וטכנולוגיות לבניית כלי רכב יעילים, לא ניתן להתעלם מהיעילות הפוטנציאלית המוכחת. התחרויות ממחישות כי מפתחים עצמאיים ואפילו תלמידי תיכון מסוגלים לבנות כלי רכב מנועיים המסוגלים לנוע ביעילות העולה עשרות מונים על זו של כלי הרכב הרגילים, וכי ציפיות גבוהות משוק כלי הרכב לחסכון באנרגיה ובפליטת מזהמים אינן דמיוניות. בכוחן של תחרויות טכנולוגיות לדרבן השכלה, יצירתיות ופיתוחים טכנולוגיים וכלכליים, ויפה לאמץ את רעיון “הכוכב הנולד” גם לתחומי הטכנולוגיה והמדע.

מקורות וחומר לעיון:

http://www.shell.com/home/content/eco-marathon-en/europe/2008/results/dir_results.html

http://www.shell.com/home/content/eco-marathon-en/europe/2008/press_releases/sem_press_2008_nogaro.html

 http://www.suzukicycles.org/high_milage_suzuki.shtml

 http://en.wikipedia.org/wiki/Low-energy_vehicle

 http://en.wikipedia.org/wiki/Vehicle_efficiency

 http://autoxprize.typepad.com/axp/2007/10/the-car-equatio.html

 http://www.progressiveautoxprize.org/auto/prize-details

Leave a Reply