德国著名物理学家质疑内燃机的效率并倡导电动化转型

物理学家和科学传播者约翰内斯·库肯斯通过质疑所谓的“高效内燃机”的叙述,再次点燃了德国的能源辩论。

他的声明出现在一个政治背景下,该背景以推迟2035年后淘汰热机的提议为标志。

效率的物理极限

对库肯斯来说,“高效发动机”这个术语是误导性的:它不对应任何真实的物理量。热机本质上是受不可移动限制的热机

热力学第二定律规定,热量转化为运动永远不可能是完全的。总会有一部分重要的热量作为余热损失。

  • 即使在最先进的发动机中,理论上限也在65%左右。
  • 在实际条件下,目前的柴油和汽油发动机很少超过25%的有效效率
  • 其余的以不推动车辆的热量形式散失。

几十年来,工业界完善了阀门、传感器和喷射系统,但这一过程已触底。“今天,我们的效率约为45%,并且遇到了物理限制。永远不可能达到80%或90%。”库肯斯说。

比较很明显:电动机在理想条件下的效率已超过90%

电子燃料的幻影

库肯斯对合成燃料(电子燃料)能够拯救内燃机的政治希望持怀疑态度。他将其生产描述为一个极其耗能的三阶段过程:

  1. 电解以获得氢气。
  2. 从空气中捕获CO₂。
  3. 碳氢化合物合成。

结果并不乐观:

  • 电子燃料仅包含其制造过程中投入的可再生能源的一半。
  • 在低效发动机中燃烧时,仅有10%的初始能量到达道路
  • 使用相同数量的电力,电动车行驶的距离是使用电子燃料的内燃机的六倍
内燃机
库肯斯警告热力学限制和加速电气化转型的必要性。

可再生电力:宝贵的资源

库肯斯的论点不仅限于能量计算,还涉及其日常影响。如果可再生电力是有限的,那么将其用于将可用能量减少到一小部分的燃料是否有意义?

像德国和西班牙这样的国家正在扩大太阳能和风能,但供应仍然是战略资源。10%和70%效率之间的差异完全改变了能源格局。

经济和气候风险

中国以更便宜的电动车型和巩固的供应链前进时,欧洲的转型更为缓慢且矛盾。对库肯斯来说,延长热机的寿命是一个气候和经济错误

  • 更多的排放和对已经承压的生态系统的压力。
  • 随着CO₂价格的上涨,维持一辆内燃车的成本将高于运营电动车。
  • 未能适应技术的公司可能会在不再等待的市场中落后。

电动机的优势

电动机更好地利用每千瓦时:

  • 在实际道路上,效率约为70%,即使考虑到充电和传输损失。
  • 其机械简单性降低了维护成本。
  • 电池的关键材料(锂、镍、钴)被回收并重新投入生产链。

欧洲已经推动电池回收网络,这是减少外部依赖的关键。

社会抵触和文化变革

驾驶者中仍然存在抵触情绪:对续航能力、价格和充电点的疑虑。许多看法来自电动车的初期阶段,当时它们价格昂贵且基础设施不足。

如今,情况正在改变:

  • 更实惠的车型。
  • 超过400公里的续航能力。
  • 在高速公路和城市地区扩展的充电网络。

对约翰内斯·库肯斯来说,推迟淘汰热机将是一个深刻的错误。从物理、经济和环境逻辑来看,电动机是更优的技术。每多一年使用内燃机意味着更多的排放,更多的热量被困在大气中,以及对脆弱生态系统的更多压力。

能源转型不仅是技术挑战,也是文化和政治挑战。欧洲有机会引领,但需要加快步伐,以免在已经押注电气化的全球市场中落后。

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