Wie das Luftauto funktioniert

Könnten Luftfahrzeuge solche Benzinpreise in Erinnerung rufen? - Siehe Bilder von Fahrzeugen mit alternativen Kraftstoffen. Tetra Images / Getty Images

Benzin ist schon der Kraftstoff der Vergangenheit. Es scheint vielleicht nicht so, wenn Sie sich auf dem Weg zur Arbeit tanken, aber das Erdöl, aus dem es hergestellt wurde, geht allmählich zur Neige. Es verschmutzt auch die Luft, deren Atmung zunehmend ungesund wird, und die Menschen wollen nicht mehr die hohen Preise zahlen, die Ölfirmen dafür verlangen. Die Automobilhersteller wissen das alles und haben viel Zeit und Geld investiert, um den Kraftstoff der Zukunft zu finden und zu entwickeln.

Die Suche läuft, aber was wird dieser Treibstoff der Zukunft sein? Fertige Kraftstoffe wie Erdöl werden immer schwieriger zu finden, und die Automobilhersteller wenden sich umweltfreundlicheren Energiequellen wie Batterien zu. Diese Batterien können mit Energie aufgeladen und in ein Auto gegeben werden, wo diese Energie freigesetzt werden kann. So gut diese Idee auch scheinen mag, einige Hersteller glauben, Luft könnte eine noch bessere Energiequelle werden.

Luft? Auf den ersten Blick scheint die Idee, ein Auto in der Luft zu fahren, fast zu gut, um wahr zu sein. Wenn wir Luft als Kraftstoff verwenden können, warum sollten wir darüber nachdenken, etwas anderes zu verwenden? Luft ist überall um uns herum. Die Luft läuft nie aus. Luft ist umweltfreundlich. Das Beste ist, dass die Luft frei ist.

-Leider kann Luft allein nicht als Kraftstoff verwendet werden. Zunächst muss Energie darin gespeichert werden, indem die Luft mit einem mechanischen Luftkompressor fest zusammengedrückt wird. Sobald die Druckluft freigesetzt ist, dehnt sie sich aus. Diese expandierende Luft kann zum Beispiel verwendet werden, um die Kolben anzutreiben, die einen Motor antreiben. Die Idee, ein Fahrzeug mit Druckluft anzutreiben, ist nicht neu: Frühe Prototypen eines luftbetriebenen Fahrzeugs reichen bis in die Mitte des 19. Jahrhunderts zurück^th Jahrhundert, noch vor der Erfindung des Verbrennungsmotors.

Mindestens ein Hersteller glaubt, dass er bereit ist, Luftfahrzeuge an die amerikanische Öffentlichkeit zu verkaufen. Wenn alles gut geht, könnten diese Autos relativ bald in den USA erhältlich sein [Quelle: Sullivan]. Auf den nächsten Seiten werden wir uns mit dieser Technologie befassen, den Gründen, warum Sie sie möglicherweise verwenden möchten - und einigen Gründen, die Sie möglicherweise nicht verwenden.

Der AirPod One von MDI und sein Druckluftmotor befinden sich am Hauptsitz von MDI in der Nähe von Nizza, Frankreich. Lionel Cirroneau / AP Foto

-Die Gesetze der Physik schreiben vor, dass nicht kontaminierte Gase einen bestimmten Raum füllen. Der einfachste Weg, dies in Aktion zu sehen, besteht darin, einen Ballon aufzublasen. Die elastische Haut des Ballons hält die Luft fest im Inneren, aber sobald Sie mit einem Stift ein Loch in die Oberfläche des Ballons bohren, dehnt sich die Luft mit so viel Energie nach außen aus, dass der Ballon explodiert. Das Komprimieren eines Gases auf kleinem Raum ist eine Möglichkeit, Energie zu speichern. Wenn sich das Gas wieder ausdehnt, wird diese Energie für die Arbeit freigesetzt. Das ist das Grundprinzip hinter dem, was ein Luftfahrzeug zum Laufen bringt.- -

In die ersten Luftfahrzeuge werden Luftkompressoren eingebaut. Nach einer zügigen Fahrt können Sie das Auto mit nach Hause nehmen, in die Garage stellen und den Kompressor anschließen. Der Kompressor verwendet Luft aus der Umgebung des Fahrzeugs, um den Druckluftbehälter wieder aufzufüllen. Leider ist dies eine ziemlich langsame Methode zum Auftanken und es wird wahrscheinlich bis zu zwei Stunden dauern, bis eine vollständige Nachfüllung erfolgt. Wenn sich die Idee eines Luftwagens durchsetzt, werden an normalen Tankstellen Lufttankstellen verfügbar, an denen der Tank viel schneller mit bereits komprimierter Luft aufgefüllt werden kann. Das Befüllen Ihres Tanks an der Pumpe dauert wahrscheinlich drei Minuten [Quelle: Cornell].

Die ersten Luftfahrzeuge werden mit ziemlicher Sicherheit die von der französischen Firma Motor Development International (MDI) entwickelte Druckluftmaschine (CAE) verwenden. Luftfahrzeuge, die diesen Motor verwenden, werden Tanks haben, die wahrscheinlich 90,6 Kiloliter Druckluft aufnehmen werden. Das Gaspedal des Fahrzeugs betätigt ein Ventil an seinem Tank, das es ermöglicht, Luft in ein Rohr und dann in den Motor abzulassen, wo der Druck der Luftausdehnung gegen die Kolben drückt und die Kurbelwelle dreht. Dies erzeugt genug Strom für Geschwindigkeiten von ungefähr 56 Kilometern pro Stunde. Wenn das Luftfahrzeug diese Geschwindigkeit überschreitet, wird ein Motor eingeschaltet, um den Luftkompressor im Auto zu betreiben, damit er im laufenden Betrieb mehr Luft komprimieren und dem Motor zusätzliche Leistung liefern kann. Die Luft wird auch erwärmt, wenn sie auf den Motor trifft, wodurch das Volumen erhöht wird, damit sich das Auto schneller bewegen kann [Quelle: Cornell].

Guy Negre von MDI zeigt im Januar 2009 den AirPod One-Prototyp. Lionel Cirroneau / AP Photo

Ein wesentlicher Vorteil der Verwendung von Druckluft zum Antrieb des Motors eines Autos besteht darin, dass ein reines Druckluftfahrzeug keine Verschmutzung am Auspuff verursacht. Insbesondere werden die Druckluftautos, die wir wahrscheinlich in naher Zukunft sehen werden, erst dann verschmutzen, wenn sie Geschwindigkeiten von mehr als 35 Meilen pro Stunde erreichen. Dann wird der interne Luftkompressor des Autos eingeschaltet, um zusätzliche Geschwindigkeit zu erreichen. Der Motor, der diesen Luftkompressor antreibt, benötigt Kraftstoff, der eine geringe Luftverschmutzung verursacht. Einige Brennstoffe (Sie können umweltfreundliche Biokraftstoffe oder fossile Brennstoffe verwenden) werden auch verwendet, um die Luft zu erwärmen, wenn sie aus dem Tank austritt. Die neuesten Druckluftmotoren bieten den Fahrern auch die Möglichkeit, fossile Brennstoffe oder Biokraftstoffe zu verwenden, um die Luft beim Eintritt in den Motor zu erwärmen. Nichtsdestotrotz stellt diese Technologie eine deutliche Verbesserung gegenüber Fahrzeugen dar, die mit Verbrennungsmotoren angetrieben werden und bei jeder Geschwindigkeit erhebliche Mengen an Umweltverschmutzung verursachen.

Luftfahrzeuge sind außerdem leichter als herkömmliche Fahrzeuge. Die Aluminiumkonstruktion dieser Fahrzeuge hält ihr Gewicht unter 907 Kilogramm (2.000 Pfund), was für die Kraftstoffeffizienz dieser Fahrzeuge von entscheidender Bedeutung ist und ihnen hilft, über längere Zeiträume schneller zu fahren.

Ein weiterer Vorteil von Luftfahrzeugen ist, dass der Kraftstoff bemerkenswert billig sein sollte, ein wichtiger Gesichtspunkt in Zeiten volatiler Gaspreise. Einige Schätzungen gehen davon aus, dass die Autos umgerechnet 171 Kilometer pro Gallone erreichen werden, obwohl Druckluft wahrscheinlich nicht pro Gallone verkauft wird. Eine aussagekräftigere Schätzung ist, dass zum Befüllen des Druckluftbehälters möglicherweise nur Strom im Wert von 2 USD benötigt wird. Sie benötigen jedoch auch Benzin, um den Elektromotor anzutreiben, der die Luft während der Fahrt komprimiert [Quelle: Cornell].

Die Fahrzeuge selbst werden auch relativ billig sein. Zero Pollution Motors, das die Veröffentlichung der ersten Luftfahrzeuge in den USA plant und einen Aufkleberpreis von etwa 17.800 US-Dollar schätzt, würde diese Fahrzeuge für preisbewusste amerikanische Käufer erschwinglich machen [Quelle: Max].

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Könnte Ihnen das bei einem Flugzeugabsturz passieren? Clive Streeter / Getty Images

-Während ein Luftfahrzeug keine Verschmutzung durch bereits komprimierte Luft in seinem Tank erzeugt, entsteht dennoch eine Verschmutzung, wenn die Luft komprimiert wird, sowohl während sich das Auto bewegt als auch während es betankt wird. Wie bereits erwähnt, wird der Luftkompressor des Fahrzeugs wahrscheinlich mit Benzin betrieben, und dieses Gas verursacht beim Verbrennen Umweltverschmutzung.

Der Luftkompressor an der Tankstelle wird wahrscheinlich mit Strom betrieben. Die Erzeugung dieses Stroms kann verschmutzen oder nicht, abhängig davon, wie dieser Strom erzeugt wird. Beispielsweise könnte kohlebetriebener Strom erhebliche Mengen an Umweltverschmutzung verursachen. Sauberere Stromquellen wie Atomkraft oder Wasserkraft führen zu einer weitaus geringeren Umweltverschmutzung. Laut der Website Gas 2.0 würde ein Luftfahrzeug in den USA ungefähr 0,176 Pfund Kohlendioxidemissionen pro Meile verursachen, basierend auf dem durchschnittlichen Mix elektrischer Energiequellen während des Betankens. Zum Vergleich: Ein Toyota Prius Hybrid, der einen batteriebetriebenen Elektromotor mit einem Verbrennungsmotor kombiniert, erzeugt etwa 0,34 Pfund Kohlendioxid pro Meile. Obwohl das Luftfahrzeug nicht ganz umweltfreundlich ist, stellt es dennoch eine Verbesserung gegenüber einem der beliebtesten Hybridautos auf dem Markt dar [Quelle: Nuccitelli].

Die Entfernung kann je nach Reisegewohnheiten auch zum Nachteil werden. Die Strecke, die ein Luftfahrzeug ohne Auftanken zurücklegen kann, ist entscheidend, da nur sehr wenige Tankstellen zunächst über Druckluftpumpen verfügen. Wenn Sie nur vorhaben, Ihr Luftfahrzeug für kurze Wege zu verwenden - Entfernungen von weniger als 100 Meilen -, ist dies in Ordnung. Die Wartezeit von ein bis zwei Stunden, bis der eingebaute Luftkompressor des Fahrzeugs einen mit Luft gefüllten Tank komprimiert, kann jedoch bei Überlandfahrten zu einem Problem werden. Zero Pollution Motors - der amerikanische Zweig von MDI und das Unternehmen, das am wahrscheinlichsten das erste Luftfahrzeug für den US-Markt produziert - strebt an, bald ein Auto zur Verfügung zu haben, das mit einem Lufttank plus 8 Gallonen zwischen 800 und 1.000 Meilen fahren kann Gas [Quelle: Cornell]. Frühe Prototypen haben jedoch Entfernungen zurückgelegt, die näher an 120 Meilen liegen - gut genug für den täglichen Pendelverkehr, aber nicht ausreichend für längere Fahrten [Quelle: Motavalli].

Was passiert, wenn ein Luftfahrzeug bei einem Unfall Schaden erleidet? Druckluftbehälter können schließlich gefährlich sein. Um diese Gefahr zu verringern, bestehen die Lufttanks aus Kohlefaser und sind so konstruiert, dass sie bei einem Unfall eher reißen als zerbrechen. Dieser Riss würde es dem "Kraftstoff" ermöglichen, harmlos in die Umgebungsluft zu entweichen. Die Hersteller befürchteten, dass Luft, die aus einem Ende des Tanks entweicht, einen raketenartigen Effekt erzeugen und das Auto mit einem Luftstrahl antreiben könnte. Das Ventil an den Kraftstofftanks der Autos wurde seitlich angebracht, um diesen Effekt zu minimieren.

Trotz dieser Vorsichtsmaßnahmen besteht die Sorge, dass die Leichtbauweise der Luftfahrzeuge es ihnen möglicherweise erschwert, die strengen amerikanischen Sicherheitsanforderungen zu erfüllen, und dass dies die Ankunft von Luftfahrzeugen auf dem US-amerikanischen Markt verzögern könnte. Andere Faktoren sind ebenfalls in den Vordergrund gerückt, und wir werden als nächstes mehr darüber erfahren.

Ein Blick in den AirPod One-Prototyp. Lionel Cirroneau / AP Foto

Indiens Tata Mo-tors werden wahrscheinlich in den nächsten Jahren das erste Luftfahrzeug auf dem Markt produzieren. Das Luftfahrzeug von Tata Motors wird ebenfalls den CAE-Motor verwenden. Obwohl Tata im August 2008 bekannt gab, dass sie noch nicht bereit sind, ihre Luftfahrzeuge für die Massenproduktion auszurollen, plant Zero Pollution Motors weiterhin, ein ähnliches Fahrzeug in den USA zu produzieren. Zusammen als FlowAIR bekannt, kosten diese Autos etwa 17.800 US-Dollar. Das in New Paltz, New York, ansässige Unternehmen gibt bekannt, dass es ab Mitte 2009 Reservierungen für Fahrzeuglieferungen entgegennehmen wird. Das Unternehmen plant, im ersten Produktionsjahr 10.000 Luftfahrzeuge auf den Markt zu bringen [Quelle: Max]. MDI hat kürzlich auch den Joystick-gesteuerten AirPod vorgestellt, die neueste Erweiterung seines Air-Car-Arsenals. Obwohl der AirPod eine Höchstgeschwindigkeit von nur 43 Meilen pro Stunde erzeugt, ist er auch extrem leicht und erzeugt keine Emissionen.

Große Automobilhersteller beobachten den Luftfahrzeugmarkt mit Interesse. Wenn sich die ersten Modelle bei den Verbrauchern durchsetzen, werden sie wahrscheinlich ihre eigenen Luftfahrzeugmodelle entwickeln. Derzeit planen einige kleinere Unternehmen, nach den MDI-basierten Fahrzeugen Luftfahrzeuge auf den Markt zu bringen. Diese beinhalten: 

• K'Airmobiles -- Das französische Unternehmen K'Air Energy hat Prototypen eines luftbetriebenen Fahrrads und eines leichten Straßenfahrzeugs auf der Basis des K'air-Luftkompressionsmotors gebaut [Quelle: -K'air]
• Air Car Factories SA -- Das spanische Unternehmen hat einen Luftautomotor, der derzeit entwickelt wird. Der Eigentümer des Unternehmens ist derzeit in einen Streit mit dem ehemaligen Arbeitgeber MDI über die Rechte an der Technologie verwickelt [Quelle: MDI].

Die MDI-Fahrzeuge werden zunächst die einzigen Luftfahrzeuge auf dem Markt sein. Berichten zufolge hat MDI die Technologie jedoch an Hersteller in einem Dutzend verschiedener Länder lizenziert, sodass Luftfahrzeuge bald weltweit verfügbar sein sollten.

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Weitere großartige Links

• Luftfahrzeugfabriken (Motor Development International)
• Tata Motors
• Motoren ohne Umweltverschmutzung

Quellen

• Chapa, Jorge. "MDI-Druckluftauto." Inhabitat.com. 1. Juni 2007. (abgerufen am 30.09.2008) http://www.inhabitat.com/2007/06/01/tata-motors-air-car/
• Cornell, Clayton B. "Ein Luftauto, das Sie 2009 sehen konnten: ZPMs 106 MPG Druckluft-Hybrid." Gas2.org. 15. Juli 2008. (28.09.2008) http://gas2.org/2008/07/15/an-air-car-you-could-see-in-2009-zpms-106-mpg-compressed- Luft-Hybrid /
• Gizmag.com. "Französisches Auto läuft mit Drucklufttechnologie." 2. Dezember 2004. (30.09.2008) http://www.gizmag.com/go/3523
• Jones, Benjamin. "106-mpg Air Car für nur 18.000 US-Dollar im Jahr 2010." Ecomodder.com. 26. August 2008. (28.09.2008) http://ecomodder.com/blog/2008/08/26/106mpg-air-car-18000-coming-2010
• Max, Josh. "Druckluftauto kommt mit 2010 Breeze." New York Daily News. 24. März 2008. (30.09.2008) http://www.nydailynews.com/services/autos/2008/03/24/2008-03-24_compressed_air_car_coming_with_2010_bree.html
• Motavalli, Jim. "Das Luftauto bläst zurück ins Bild." NYTimes.com. 10. September 2008. (30.09.2008)
• http://wheels.blogs.nytimes.com/2008/09/10/the-air-car-blows-back-into-the-picture
• Nuccitelli, Dana. "Air Cars vs. Electric Cars vs. Hybrids - Welche sind umweltfreundlicher?" Gas2.org. 11. September 2008. (30.09.2008) http://gas2.org/2008/09/11/air-cars-vs-electric-cars-vs-hybrids-which-are-greener
• Sullivan, Matt. "Ein luftbetriebenes Auto, das 2009 bis 2010 für unter 18.000 US-Dollar in die USA kommt, könnte eine Reichweite von 1000 Meilen erreichen." Beliebte Mechanik. 22. Februar 2008. (28.09.2008) http://www.popularmechanics.com/automotive/new_cars/4251491.html