מכונית ירוקה

מכונית ירוקה הוא כינוי למכונית "ידידותית לסביבה" הצורכת כמות מועטה של דלק או שצורכת דלק המזהם את הסביבה פחות מהדלק המקובל במכוניות רגילות או שמכילה מקור אנרגיה מתחדש.

בין המכוניות הירוקות ניתן למנות מכוניות חשמליות שנוסעות בעזרת מצברים, מכוניות סולאריות עם תאים פוטואלקטריים, מכוניות "מימניות" שנוסעות באמצעות תא דלק שמבוסס על הפקת חשמל באמצעות תהליך כימי בו מעורב מימן, מכוניות מימניות עם מנוע שרפה, מכוניות המבוססות על הנעה היברידית, שיש בהן מנוע בנזין לצד מנוע חשמלי המבוסס על אנרגיה היברידית ומופעל בהספקים נמוכים במיוחד בשטח עירוני, ומכוניות המונעות באמצעות ביו דיזל.

אחת ההבטחות הבולטות של ברק אובמה במסע הבחירות שלו לנשיאות ארצות הברית הייתה הפיכת תעשיית המכוניות לידידותית יותר לסביבה.

הצורך במכוניות ירוקות
 שרפת דלק מאובנים היא אחת הסיבות המרכזיות לאפקט החממה – תהליך התחממות כדור הארץ בגלל שינוי הרכב האטמוספירה. מעבר לתחבורה המונעת בדלקים ידידותיים לסביבה יסייע להאטת התהליך המאיים ליצור אסון אקולוגי שישמיד חלק ניכר מאוכלוסיית החי בכדור הארץ.
 הנפט שעל כדור הארץ יאזל ביום מהימים ואם לא נהיה ערוכים לזה, הטכנולוגיה תשותק כשהנפט יאזל וייווצר רעב המוני שישמיד חלק ניכר מהאנושות ומהחיות החקלאיות. יש הערכות על פיהן "שיא תפוקת הנפט" כבר חלף.
 למדינות רבות אין נפט ומעבר לשימוש בדלקים המצויים בתחומן יקטין את התלות שלהן במדינות אחרות, יקנה להן חוסן פוליטי ויגן עליהן מבריחת הון. מעבר לזאת, העובדה שהיצואניות הנפט הבולטות הן מדינות לא דמוקרטיות יוצרת תלות של העולם הדמוקרטי בדיקטטורות ומדינות רדיקליות כמו איראן, לוב וונצואלה. תלות זו מאיימת על זכויות האדם בעולם כולו.

מכונית אולטרה לייט
המכוניות המקובלות בעשור הראשון של המאה ה-21 מבזבזות את רוב האנרגיה המופקת מהדלק שלהן בחיכוך בין חלקיהן ובהסעת המסה הכבדה של עצמן. האנרגיה המתבזבזת בחיכוך שבתוך בוכנות המנוע מוערכת בכחצי מהאנרגיה האגורה בדלק. אנרגיה נוספת מתבזבזת בהסעת מסת המנוע עצמו, מסת השלדה המגנה מפני פגיעות בתאונת דרכים ומסת שאר חלקי הרכב. מעריכים כי במכונית בה נוסע הנהג בלבד מושקע אחוז בודד מהאנרגיה האצורה בדלק בהסעת הנהג עצמו. לשם המחשת נכונות הערכה זו אפשר להשוות את צריכת הדלק של אופנוע לזו של המכונית.

במכונית אולטרה לייט המנוע בנוי באופן שונה מהמקובל ושאר חלקי המכונית עשויים מחומרים קלים וחזקים מהמקובל. אבות טיפוס של מכוניות כאלה כבר קיימים. אולם, מעבר לייצור המוני של מכוניות אלו אינו נראה באופק משום שהדבר צורך שינוי קיצוני בשיטות העבודה של יצרני ומתקני כלי הרכב, החלפת המכונות והמכשור והכשרה מחודשת לעוסקים רבים בתחום.

מכוניות חשמליות 

הטכנולוגיה הבסיסית של מכוניות חשמליות היא פשוטה, ותיקה ומוכחת. זו אותה טכנולוגיה שמשמשת אותנו במכשירים חשמליים רבים ברוב תחומי החיים. מכונית חשמלית יוצרה לראשונה ב-1838. בתחילת המאה העשרים היוו מכוניות חשמליות רוב בקרב כלי הרכב המונעים בעולם.
להלן מספר גורמים שגרמו לכך שכיום מרבית כלי הרכב מונעים במנוע בעירה פנימית ולא במנוע חשמלי
 בשנת 1912 הציגה קדילאק, לראשונה ביצור סדרתי, את המתנע החשמלי למנוע בנזין. עד אז נאלצו נהגי המכוניות להתניע אותן באמצעות מנואלה, וזאת הייתה פעולה קשה פיזית, ואפילו מסוכנת במקרים בהם המנואלה הסתובבה כנגד כיוון הסיבוב וגרמה אף לפגיעות גופניות. מכונית חשמלית הייתה הרבה יותר קלה לתפעול לעומת מכונית שהונעה במנוע בעירה פנימית גם בזכות יתרונות נוספים, כמו זה שאין צורך בתזמון הצתה ידני - פעולה שבוצעה במנוע בעירה פנימית במקביל לכל שאר פעולות הנהיגה. תזמון ההצתה החשמלי והמתנע החשמלי נכנסו ליצור סדרתי אצל מרבית יצרני הרכב במהלך שנות ה-20, וכך נמחק אחד היתרונות של ההנעה החשמלית.
 גורם חשוב נוסף היה "ניצחונה" של שיטת זרם החילופין ברשת החשמל על שיטת הזרם הישר, כאשר יצרני החשמל נטשו את שיטת הזרם הישר, שהיא השיטה למילוי מצברים, נאלצו בעלי מכוניות חשמליות לרכוש ממירי זרם יקרים, דבר שהפך את רכישת הרכב ואחזקתו ליקרה.
 התפתחותה המהירה של תעשיית הרכב, בעיקר בזכות יזמים כמו הנרי פורד, שהפכו אותה לעממית יותר, ובחירתה של תעשייה זו במנוע בעירה פנימית. בימינו זהו אולי הגורם המשפיע ביותר על היחס בין הנעה קונבנציונלית לבין הנעת חשמלית.
 תעשיית הנפט, שהפכה לאחת מהתעשיות החזקות והמשפיעות ביותר בעולם כלו, והתחבורה היא אחד הלקוחות החשובים שלה.

במשך קרוב לחמישים שנה, עד לשנות ה-70 לערך, כמעט נעלמה כליל המכונית החשמלית. יחד עם זאת כלי רכב חשמליים הוסיפו לשמש במגוון רחב של שימושים - החל ממלגזות שפועלות במחסנים, דרך רכבי גולף, קלנועיות וגם בכל קטר רכבת בעולם.
כל קטרי הרכבת המודרניים בעולם מונעים על ידי מנועים חשמליים, מפני שרק מנועים כאלה מסוגלים לייצר את מומנט הכוח העצום שנדרש לצורך הנעת רכבת. בעוד שעובדה זו ברורה בקטרים חשמליים, הרי גם בקטרי דיזל, מה שמסובב את הגלגלים אינו אותו מנוע דיזל, אלא מנוע חשמלי שמקבל את אספקת החשמל שלו ממנוע הדיזל. מנועי הדיזל שעל הרכבת הם בסך הכל גנרטורים לצורך אספקת חשמל למנועים החשמליים.

את הסוללות של המכוניות החשמליות ניתן לחלק לשני סוגים:

סוללות נטענות 

הטכנולוגיה הראשונה היא סוללות נטענות. עד לפני מספר שנים הבעיה הייתה טעינה ממושכת, עלות יקרה והספקים נמוכים, ועל כן השימוש הנפוץ במכוניות אלו היה בדרך כלל בדגמים קטנים ובמקומות סגורים כמו מגרשי גולף ובתי חולים, ולהסעים זעירים כגון כיסאות גלגלים חשמליים וקלנועית למיניהם.

בשנים האחרונות היו מספר פריצות דרך מדעיות בתחום הסוללות החשמליות המבוססות ליתיום וחלקיקים מתעשיית הננוטכנולוגיה, פיתוחים שמקנים היום אפשרות להטעין את הסוללה בשקע החשמלי של הבית במשך 5 שעות או בהטענה של בין 1 - 10 דקות בזרם חשמלי חזק יותר במקומות שיועדו לכך (תחנות טעינה) וכך לפתור את בעיית זמן הטעינה הארוך שהיווה מכשול. הודות לפיתוחים אלה פחתה במידה ניכרת הסכנה בהתחממות או התפוצצות הסוללה עקב עודף טעינה או שינויי טמפרטורה קיצוניים.

בין ראשי החוקרים של מכוניות חשמליות ניצב פרופסור הירושיי שיניזו מאוניברסיטת קאייו היפנית, שהצליח ליצור ב-2003 מכונית חשמלית המכונה "אליקה", המגיעה ל-370 קמ"ש ולמרחק של 300 ק"מ בטעינה אחת. בנובמבר 2004 שיניזו הפתיע שוב כאשר אליקה עקפה את מהירות התאוצה של פורשה 911 טורבו באותו הזמן והגיעה מ-0 ל-100 קמ"ש ב-4 שניות. בשנת 2008 הגיע דגם משופר יותר של אליקה למהירות של 400 קמ"ש. למכונית שמונה גלגלים בעלי מנועים נפרדים, בתפוקה כוללת של 600 כוחות סוס. עקב האכילס של המכונית היא עלותה. למכונית 320 מצברי ליתיום שעלותם כ-20 מיליון ין. אף שביפן ישנה הטכנולוגיה המפותחת ביותר בתחום, דווקא בסין ישנו יישום מסחרי של טכנולוגיה זו. חברה סינית מייצרת מוניות חשמליות, המבוססות גם הן על סוללות ליתיום. המהירות המקסימלית שלהן היא 120 קמ"ש, והן בעלות טווח נסיעה של 350 ק"מ לטעינה אחת.

לאחרונה חברה אמריקאית בשם פניקס מוטורקארס החלה לייצר מכוניות חשמליות המבוססות על הסוללה החדשנית והידידותית לסביבה של חברת אלטרנאנו מארצות הברית המבוססת ליתיום, טיטניום וחלקים מתעשיית הננוטכנולוגיה, ומאפשרת טעינה מהירה של עד 10 דקות המקנה טווח נסיעה של 200 ק"מ לטעינה כיום ועד 400 ק"מ (שיפור של הסוללה שייצא לשוק ב-2009), יתרונה הנוסף הוא באורך חיי הסוללה, שמספיקה ל-400,000 ק"מ של נסיעה מצטברת תוך כדי 15,000 פריקות והטענות מחדש (cycle) לעומת עד 1,000 מחזורים בסוללות ליתיום רגילות.

כיום גם נאגר חזרה החשמל המופק מהתאוטה של המכונית על ידי המרת 85% מהאנרגיה הזו לחשמל המוחזר ישירות לסוללה ומטעין אותה מחדש.

באמצע שנת 2009 הודיעו מספר חברות מסחריות כגון רנו, ניסאן ופורד על שלבים מתקדמים בפיתוח של מכוניות חשמליות. הדעה הרווחת כיום היא שהרכבים החשמליים יכנסו לייצור סדרתי (המוני) החל משנת 2010 ויתנו מענה מספק לרב האוכלוסייה מבחינת טווח הנסיעה לכל הטענה, חיסכון ניכר בעלויות אחזקת הרכב והנסיעה, בטיחות ונוחות.

סוללה שלא נטענת בחשמל המבוססת אבץ-אוויר 
שיטה שנייה פותחה על ידי חברת "דלק חשמלי" מירושלים.
בתהליך זה אבץ מתכתי מתרכב עם החמצן שבאטמוספירה. בראקציה זו נוצרת תחמוצת אבץ, בתהליך המשחרר אנרגיה. החיסרון של שיטה זו, הוא הצורך בהחלפת המצברים לאחר פריקתם, כיוון שלא ניתן לטעון אותם בחשמל. לשם כך יש להקים מערך של "תחנות דלק" שמחליפות את הסוללות.
החלפת הסוללות אורכת כיום כ-10 דקות, אך החברה שואפת להגיע לשתי דקות. שיטה זו מתאימה יותר לחברות גדולות שיש להם מערך לוגיסטי מתאים לבצע את החלפות המצברים. השיטה נוסתה בגרמניה בידי רשות הדואר הפדרלית. חברת החשמל הישראלית רכשה את הזיכיון לשימוש בדלק חשמלי במזרח התיכון. לשיטה זו פוטנציאל במנועים של מכשירים חד פעמיים כמו למשל טילי טורפדו ימיים.

מכוניות סולאריות

מכונית סולארית היא מכונית הממירה את אנרגיית השמש לאנרגיה חשמלית באמצעות תאים פוטו-וולטאיים. טכנולוגיה זו נחשבת לטכנולוגיה לא מעשית בגלל החסרונות השונים הגלומים בה, כמו מחירה היקר, השטח הרב של תאים סולאריים הדרוש להפקת אנרגיה לנסיעה במהירות סבירה ואי זמינות בתנאי עננות בחורף ובלילה.

עם זאת חברת ונטורי מצרפת החלה בשנת 2007 להציע שני כלי רכב ביצור סדרתי : אקלקטיק ואסטרולאב. האסטרולאב יכולה לנסוע במהירות של עד 120 קמ"ש וטווח הנסיעה שלה הוא כ 110 ק"מ. נתונים מרשימים אלו יחסית לקטגוריה זו הם תוצאה של תכנון קפדני המשלב מקדם גרר נמוך ומשקל של 280 קילוגרם, משקל ששייך לקטגורית מכוניות המיקרו.

מכוניות מימניות

תא דלק
הטכנולוגיה העיקרית בתחום זה מכונה תא דלק, המבוסס על מיזוג מימן וחמצן בתהליך אלקטרוכימי קטליטי ומפיק אנרגיה חשמלית באופן ישיר (ללא יצירת חום ואנרגיה מכנית), וכן מים כתוצר לוואי.

שימוש במימן נחשב בטעות על ידי רבים כמקור של אנרגיה מתחדשת. אולם המימן בטכנולוגיה זו דומה לאגירת אנרגיה בסוללה חשמלית, מכיוון שלשם הפקת המימן (לדוגמה על ידי אלקטרוליזה של מים) דרוש מקור אנרגיה אחר שיכול להיות מזהם או לא. יתרונה של טכנולוגיה זו על פני סוללה חשמלית רגילה טמון בממדים הזעירים יחסית הדרושים לאגירת אנרגיה בכמות נתונה, בהיות המערכת עצמה בלתי מזהמת בניגוד לסוללה ובעלות הנמוכה יחסית לסוללות הענק הדרושות להנעת כלי רכב חשמליים. בתא הדלק המימני ישנו בזבוז אנרגיה, כפועל יוצא של החוק השני של התרמודינמיקה, על פיו לצורך הפקת המימן יש להשתמש ביותר אנרגיה מאשר זו שמתקבלת מתהליך מיזוג המימן והחמצן בתא הדלק, אך עם זאת הנצילות האנרגטית שלו עולה בהרבה על זו של מנוע בעירה פנימית, יתרון המתבטא גם הוא בזיהום סביבה מופחת.

שימוש במימן כאמצעי לאגירת אנרגיה יכול להקטין את הזיהום ואת צריכת האנרגיה הכרוכים בתחבורה (בגלל יעילות אנרגטית גבוהה יותר של תחנות כוח מרכזיות בהשוואה למנועי בערה פנימית). כמו כן שימוש זה יכול להעביר את פליטת זיהום האוויר למקום מרוחק יותר מבני האדם (על ידי ייצור בתחנת כוח שאינה בלב העיר). עם זאת, הוא אינו פותר בעיות כמו התחממות כדור הארץ, שיא תפוקת הנפט, או זיהום אוויר בגלל התלות שלו בהפקת האנרגיה ממקורות אחרים.

תאגיד ג'נרל מוטורס מפתח תאי דלק לשימוש ביתי, החברה חשפה באוגוסט 2003 אב-טיפוס של מתקן תא דלק נייח שלטענתה יספק 7 קילוואט חשמל לצרכנים ביתיים. אף שאחוז אגירת האנרגיה של מימן נמוך מזה של בנזין, מהנדסי חברת BMW טוענים כי הם התגברו על אתגר הנדסי זה, ויצרו אב טיפוס בשם H2R.

בנוסף מתקיים היום מחקר עולמי בניסיון להפיק מימן ישירות מקרינת השמש. מחקר אינטנסיבי בנושא נערך גם במכון ויצמן ובטכניון. אם מחקרים אלו יתנו פרי, ניתן יהיה להשתמש במימן מאנרגיה מתחדשת.

מכוניות היברידיות מקביליות
במכוניות אלה, שהן יצור כלאיים, מותקנים זה לצד זה שני מנועים: מנוע בנזין או דיזל בעל נפח קטן ולצדו מנוע חשמלי. בהספקים נמוכים מופעל המנוע החשמלי, ואילו בהספקים גבוהים מצטרף אוטומטית מנוע הבנזין אל המנוע החשמלי או מחליף אותו. היתרון של שיטה זו הוא הפחתת זיהום האוויר והרעש, החשוב במיוחד באזור העירוני, וכן חיסכון בדלק.

בעשור הראשון של המאה ה-21 החלו להימכר בישראל המכוניות ההיברידיות "טויוטה פריוס" "הונדה סיוויק IMA" "מרצדס-בנץ s400 hybrid" ודגמי hybrid של "לקסוס". במכוניות אלה, ובמכוניות כלאיים חדשות נוספות, קיים מנגנון שטוען את מצברי המנוע החשמלי בעזרת החיכוך שנוצר בבלמים בעת בלימה. כך המנוע החשמלי חוסך דלק בניצול אנרגיה שבדרך כלל מתבזבזת.

כמה ממכוניות אלה (טויוטה פריוס למשל) משתמשות בשני המנועים ביחד, תוך ויסות עבודתם, לצריכת דלק אופטימלית. עם צאתן של מכוניות אלו לשוק עלו טענות שונות על קרינה אלקטרומגנטית גבוהה במיוחד, במושבים האחוריים. אך סכנתה לא הובררה, וקיימים חילוקי דעות בין המומחים בעניין.

מכוניות היברידיות טוריות

במכונית היברידית טורית, בדומה למכונית היברידית מקבילית, מותקן מנוע בעירה פנימית לצד מנוע חשמלי. בניגוד למכונית ההיברידית המקבילית, ההנעה נעשית על ידי המנוע החשמלי בלבד ואילו מנוע הבעירה הפנימית משמש רק כגנרטור, שתפקידו לטעון את המצבר של המנוע החשמלי כאשר הוא מתרוקן. בשימוש טיפוסי, שבו המכונית משמשת לנסיעות קצרות יחסית, לא יתעורר כלל צורך במנוע הבעירה הפנימית וכל הטעינה תיעשה משקע חשמלי.

דגם של מכונית היברידית טורית בשם "שברולט וולט" נמצא בפיתוח על ידי חברת ג'נרל מוטורס.

אין לבלבל בין הנעה היברידית טורית לבין הנעה דיזל-חשמלית שבה הגנרטור מספק חשמל ישירות למנוע החשמלי כך שמנוע הבעירה הפנימית צריך להיות גדול יותר ולעבוד כל הזמן.

מכוניות ביו דיזל
במכוניות אלו, שיש להן מנוע דיזל, משתמשים בתוספת דלק ביו דיזל, המופק משמן צמחי. מנוע הדיזל הראשון נסע על שמן בוטנים. לדלקים צמחיים מקדם זיהום נמוך בהרבה, עד כשני שלישים פחות מאשר לדלק המחצבי, ושימוש בהם מאפשר מיחזור שמן טיגון ממסעדות, למשל. לצורך שימוש בביו דיזל אין צורך לבצע התאמות במיוחדות במנוע, אלא אם כן מדובר באקלים קר, שבו יש צורך להתקין התקן לקדם-חימום המנוע בשל צמיגות הביו דיזל או לדללו במעט סולר. כיום הביו דיזל משמש בדרך כלל כתוסף למנוע הדיזל, בריכוז של כ-20%.

מכוניות אוויר
חברה צרפתית בשם MDI פיתחה מכונית שפועלת על אוויר דחוס. במכונית מכל אוויר דחוס, שיטען על ידי משאבה חשמלית במשך כארבע שעות. דגם שפותח מסוגל לנסוע במהירות של 110 קמ"ש לטווח של עד 150 ק"מ. גם טכנולוגיה זו (כמו המימן) היא דוגמה לשימוש במאגר אנרגיה "נקי" ולא למקור אנרגיה, היות שיש צורך באנרגיה כדי לדחוס את האוויר.

ביקורת
מכוניות גורמות לבעיות רבות בתחומי הסביבה והחברה, מלבד זיהום אוויר, או התחממות כדור הארץ, גם מכוניות שיצרכו אך ורק דלק ממקור אנרגיה מתחדש, יגרמו לבעיות אלה.

מכוניות גורמות לבזבוז אנרגיה עצום, היות שכדי להעביר אדם במשקל 70 קילוגרם, יש לשנע מכונית במשקל מאות קילוגרמים לפחות. גם תוך שימוש באנרגיה מתחדשת, רוב האנרגיה הזו תבוזבז ולא תשמש לשינוע אנשים או סחורות. כמו כן, יש צורך להשתמש באנרגיה רבה ובחומרי גלם רבים ומזהמים כדי לייצר מכונית, לתחזק אותה, להשתמש בחלקיה שימוש חוזר או למחזר את החלקים לחומרי גלם.

יש הרואים במכונית הירוקה ניסיון שטחי לתת מענה לתחבורה מקיימת, בעיקר מצד תאגידי המכוניות ומצד גורמים המעוניינים בהמשך המגמות הנוכחיות של פיתוח בלתי מקיים ושל המשך הפרוור.

לדוגמה גם עם מכוניות המשתמשות בדלק מתחדש, ספק אם ניתן להמשיך ולהשתמש במכונית הפרטית כמקור תחבורה עיקרי לצרכים יומיומיים. זאת היות שלדלקים המתחדשים בפרט, ולדלקים האחרים בכלל, ערכי החזר אנרגיה על השקעת אנרגיה נמוכים מאלה של הנפט.

פתרונות אחרים לתחבורה מקיימת, מתרכזים סביב תכנון מקיים יותר של הערים ושל הקשרים בין הערים, כמו בנייה צפופה עם מרחבים של אזורים ירוקים, הגדלת כוחה של התחבורה הציבורית, ועידוד שימוש באופניים ובהליכה רגלית.

מבקרים אחרים חושבים שליצרני המכוניות ולכוחות השוק לבדם אין סיכוי לעמוד במשימת הפיכת התחבורה לידידותית לסביבה. הם סוברים שיש להסביר לציבור הרחב את חשיבות העניין ולהשקיע בנושא מאמץ מחקרי רב על חשבון משלם המיסים ולהיעזר בחקיקה.

ביקורת אחרת נמתחת מצד כבדי ראייה. מכוניות היברידיות הן שקטות במיוחד. כבדי ראייה או עוורים נעזרים בחוש השמיעה על מנת לזהות סכנות מתקרבות. בשנת 2008 הוצע בארצות הברית חוק בשם The Pedestrian Safety Enhancement Act שיחייב התקנת אמצעי מרעיש במכוניות אלו.

ראו גם
 מנוע המכונית
 רכב חשמלי מונע מצבר
 הנעה היברידית
 אנרגיה מתחדשת
 שיא תפוקת הנפט
 מיזם בטר פלייס

קישורים חיצוניים

 על סוללות בהטענה מהירה, כתבה במגזין פורבס
 על דלק חשמלי, באתר מט"ח
 הנשיא בוש מכריז על מהפכת האנרגיה הבאה: מכוניות מונעות במימן, באתר מט"ח
 הנשיא בוש מכריז על מהפכת האנרגיה הבאה: מכוניות מונעות במימן, באתר מט"ח
 מכון ויצמן מציג: מכוניות מבוססות מימן על בסיס אנרגיית השמש - כולל מצגת פלאש, מתוך האתר IsraCast (אנגלית)
 דודו לביא, נא להכיר: SOLO - מכונית חשמלית לנוסע יחיד  - בבלוג אפלטון
 מכונית בהנעה אנושית

הערות שוליים

מכוניות
תחבורה בת קיימא