Προμηθέας (όχημα)

Ο Προμηθέας είναι το πρωτότυπο όχημα που κατασκευάστηκε απο το την ομάδα Ecomarathon της σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (ΕΜΠ). Το όχημα κινείται με ηλεκτρικό κινητήρα μονίμων μαγνητών και τροφοδοτείται μέσω κυψέλων υδρογόνου. Κατασκευάστηκε και διαγωνίστηκε το 2009 στον Πανευρωπαϊκό διαγωνισμό οικολογικής οδήγησης Shell Eco Marathon, στην κατηγορία των πρωτότυπων οχημάτων. Στόχος της ομάδας ήταν η κατασκευή ενός οικολογικού οχήματος το οποίο θα μπορούσε να διανύσει την μεγαλύτερη δυνατή απόσταση καταναλώνοντας ενέργεια ίση με 1 ισοδύναμο λίτρο βενζίνης.

Ονομασία
Το όχημα ονομάστηκε Προμηθέας από τον μυθικό Τιτάνα Προμηθέα που, σύμφωνα με την αρχαία ελληνική μυθολογία, έκλεψε τη φωτιά από τον Δία και την έδωσε στους ανθρώπους.
Η επιλογή αυτή δεν είναι τυχαία καθώς ο Προμηθέας εμφανίζεται στο έμβλημα του ΕΜΠ.

Προδιαγραφές
Οι προδιαγραφές του οχήματος βασίστηκαν κυρίως στους κανόνες του διαγωνισμού Shell Eco Marathon. Έτσι, η βασική απαίτηση ήταν πως το όχημα έπρεπε να διανύσει όσο το δυνατόν μεγαλύτερη απόσταση με 1 ισοδύναμο λίτρο βενζίνης.
Δεδομένου ότι οι κανόνες του διαγωνισμού επέβαλαν να τρέχει με ταχύτητα τουλάχιστον 30 χλμαω, ο Προμηθέας σχεδιάστηκε για διαδρομές κοντά σε αυτή την ταχύτητα .Επιπλέον έπρεπε να φέρει οδηγό βάρους τουλάχιστον 50 κιλών,ζυγισμένο με πλήρη εξάρτηση, και να πληροί κάποιες προδιαγραφές ασφαλείας.

Τεχνικές Λεπτομέρειες

Κίνηση
Για την κίνηση του οχήματος χρησιμοποιήθηκε ένας ηλεκτρικού κινητήρας μονίμων μαγνητών ειδικά σχεδιασμένος με στόχο την ελαχιστοποίηση της απώλειας ενέργειας στο όχημα. Οι ηλεκτρικές μηχανές έχουν συνήθως πάνω από δύο φορές υψηλότερη ενεργειακή απόδοση από τις αντίστοιχες μηχανές εσωτερικής καύσης, αφού με σωστή σχεδίαση φτάνουν σε επίπεδα άνω του 90%.

Ο ειδικός ηλεκτρικός κινητήρας μονίμων μαγνητών υψηλής απόδοσης σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε ειδικά για τις απαιτήσεις του αυτοκινήτου από την ομάδα Eco Marathon της σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του ΕΜΠ.
Ο κινητήρας αποτελείται από ένα σταθερό τμήμα (στάτης) πακτωμένο στον κορμό του αυτοκινήτου, ένα λεπτό διάκενο αέρα (μεγαλύτερο από 1 χιλιοστό) και ένα κινούμενο τμήμα (ρότορας), προσαρμοσμένο στον πίσω κινητήριο τροχό. Όλη η ανάπτυξη ροπής συμβαίνει σε αυτό το λεπτό στρώμα αέρα, χωρίς τριβή των κινούμενων μερών μεταξύ τους και την αντίστοιχη απώλεια ενέργειας.
Η ροπή κίνησης αναπτύσσεται εκεί μέσω της αλληλεπίδρασης δύο περιστρεφόμενων μαγνητικών πεδίων, ένα από το στάτη και ένα από το ρότορα.

Η απώλεια ενέργειας του κινητήρα αυτού (όπως και στους άλλους ηλεκτρικούς κινητήρες) εντοπίζεται στην παραγωγή των δύο μαγνητικών πεδίων και στην περιστροφή τους. 
Συγκεκριμένα, το πεδίο του στάτη παράγεται από πηνία στην περιφέρειά του που διαρρέονται από ρεύμα, με συνέπεια ωμικές απώλειες. 
Το μαγνητικό πεδίο του ρότορα σε αυτόν τον κινητήρα δημιουργείται από τους μόνιμους μαγνήτες χωρίς ανάγκη για ρεύμα και την αντίστοιχη απώλεια.
Επιπρόσθετα, η περιστροφή μαγνητικού πεδίου που διαπερνά το σίδηρο του κινητήρα ευθύνεται για το υπόλοιπο μέρος της ενέργειας που χάνεται.

Για να επιτευχθεί υψηλή απόδοση στον ηλεκτρικό κινητήρα μονίμων μαγνητών, επιλέχθηκαν οι θέσεις των μονίμων μαγνητών, έγινε επιλογή υλικών κατασκευής και διαστασιολόγηση του ηλεκτρικού και μαγνητικού τμήματος της μηχανής, μέσω θεωρητικών υπολογισμών και προσομοιώσεων με Η/Υ και την βοήθεια εξειδικευμένων προγραμμάτων.
Καθώς τα  χαρακτηριστικά λειτουργίας των ηλεκτρικών κινητήρων εξαρτώνται από πολλές σχεδιαστικές παραμέτρους, η βελτιστοποίησή τους ήταν μια απαιτητική διαδικασία.

Καύσιμη Ύλη
Το όχημα Προμηθέας χρησιμοποιεί ως πηγή ενέργειας το υδρογόνο. Η αξιοποίηση του υδρογόνου και η μετατροπή του σε ηλεκτρισμό στο όχημα Προμηθέας γίνεται μέσω της τεχνολογίας κυψελών καυσίμου (fuel cell technology) που μετατρέπουν ηλεκτροχημικά το υδρογόνο σε ηλεκτρισμό. 

Το υδρογόνο επιλέχθηκε καθώς είναι ένα οικολογικό καύσιμο το οποίο παράγεται με την χρήση ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία με την σειρά της θα μπορούσε να προέρχεται απο ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ). Κατά τη διαδικασία της καύσης του υδρογόνου παράγεται μόνο νερό. Αυτό σημαίνει πως η χρήση ηλεκτρισμού απο ΑΠΕ για την παραγωγή υδρογόνου οδηγεί σε ένα 100% οικολογικό καύσιμο.

Τα πλεονεκτήματα που συντέλεσαν στην επιλογή του υδρογόνου ως καύσιμου κατά την σχεδίαση είναι τα εξής:
 Το υδρογόνο έχει τo υψηλότερο ενεργειακό περιεχόμενο ανά μονάδα βάρους από οποιοδήποτε άλλο γνωστό καύσιμο, 120,7 kJ/gr και περίπου τρεις φορές μεγαλύτερο από αυτό της συμβατικής βενζίνης.
 Κάνει πιο καθαρή καύση. Όταν καίγεται με οξυγόνο παράγει μόνο νερό και θερμότητα. Όταν καίγεται με τον ατμοσφαιρικό αέρα, ο οποίος αποτελείται περίπου από 68% άζωτο, παράγονται επίσης μερικά οξείδια του αζώτου, σε αμελητέο ωστόσο βαθμό. Έτσι συμβάλλει σημαντικά στην μείωση των εκπομπών αέριων ρύπων και βοηθά σημαντικά στον περιορισμό της μόλυνσης του περιβάλλοντος. Το ποσό του νερού που παράγεται κατά τη καύση είναι τέτοιο ώστε να θεωρείται επίσης αμελητέο και επομένως μη ικανό να επιφέρει κάποια κλιματική αλλαγή ακόμα και με μαζική χρήση της τεχνολογίας αυτής για την παραγωγή ενέργειας.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι
 Ευρωπαϊκή διάκριση για την ομάδα «Προμηθέας» του ΕΜΠ, Ελευθεροτυπία
 Νέο ρεκόρ οικονομίας καυσίμου από φοιτητές του ΕΜΠ, Το Βήμα
 Σημαντική ευρωπαϊκή διάκριση για την ομάδα «Προμηθέας» του ΕΜΠ, Ναυτεμπορική
 Προμηθέας: οικολογικό όχημα υδρογόνου από το ΕΜΠ, ΕΚΤ

Παραπομπές
 Επίσημο site Ecomarathon Team 2010 Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου
 Eπίσημο site Ecomarathon Team 2009 Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου 
 Επίσημη Ιστοσελίδα Ευρωπαϊκού Shell Eco Marathon 2009
 Eκπομπές καυσαερίων Κυψελών Υδρογόνου

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο