ยานยนต์ ที่เป็นมิตรที่สุดในโลกได้เกิดขึ้นแล้ว

ZEDU-1 ยานยนต์ที่ได้ชื่อว่า รักษ์โลกที่สุด แม้ว่ามันจะไม่ได้ถูกสร้างจากสุดยอดเทคโนโลยีล้ำอนาคต แต่มันคือ Re-Engineering ที่ปรับวิธีคิดใหม่โดยมองไปที่จุดเล็กๆ ที่ก่อให้เกิดมลภาวะขึ้น แบบที่ไม่เคยมีผู้ผลิตรถยนต์ใดๆ ใส่ใจมาก่อน

หน่วยงานทางด้านอวกาศของเยอรมันนีที่มีชื่อว่า Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt หรือชื่อย่อ DLR ได้ปล่อยผลงานการพัฒนา Zero Emission Drive Unit – Generation 1 (ZEDU-1) รถยนต์ต้นแบบที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมโดยมีเป้าหมายคือลดการปลดปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์และอนุภาคฝุ่นต่างๆ สู่สิ่งแวดล้อมภายนอก

เรียกว่า แนวคิดนี้ เพื่อจมูกที่โล่งสบายแบบไร้ PM2.5 โดยที่ไม่ต้องไปหาสุดยอดเทคโนลีล้ำอนาคตจากต้นกำเนิดพลังงานแบบใหม่ แต่แค่ใส่ใจส่วนประกอบอื่นๆ ที่ยังคงสร้างมลพิษสู่อากาศที่เราหายใจอยู่ในทุกวัน

มลพิษ สิ่งที่ใครๆ ก็รังเกียจ แต่ก็ต้องเจอ

ในปัจจุบันหากเราพูดถึง พาหนะ ที่ใช้ในการคมนาคม สิ่งหนึ่งที่เกิดและเคยเป็นประเด็นสังคมไปทั่วโลกก็คือมลพิษที่ถูกสร้างขึ้น เพราะไม่ว่าจะใช้เครื่องยนต์แบบไหน จะเบนซินหรือดีเซล ก๊าซเหลวหรือก๊าซธรรมชาติ ล้วนสร้างมลพิษได้ทั้งสิ้น อย่างที่เรารู้จักกันก็ดีคือ ก๊าซพิษอย่าง คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) จากน้ำมันเบนซิน และไนโตรเจนออกไซด์ (NOX) จากน้ำมันดีเซล

ทำให้เกิดแนวคิดเมื่อหลายสิบปีที่ผ่านมาว่า ถ้าเราสามารถหยิบเอาแหล่งสร้างพลังงานอื่นๆ มาแทนเครื่องยนต์สันดาปภายใน เพื่อแก้ปัญหาการสร้างฝุ่นและก๊าซพิษจากเชื้อเพลิงทั้งสองแบบที่กล่าวมา อะไรจะเข้ามาแทนที่เทคโนโลยีเครื่องยนต์จากพลังงานฟอสซิล นี้ได้ สิ่งที่มนุษย์คิดได้นั้นอย่างหนึ่งก็คือ การหยิบเอาพลังงานไฟฟ้าด้วยมอเตอร์และแบตเตอรี่มาใช้ในการขับเคลื่อนแทน

โดยที่หลายคนคิดว่ามันคือแนวคิดใหม่สดสำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์ แต่จริงๆ แล้วการหยิบเอาเทคโนโลยีไฟฟ้ามาใช้ในยานยนต์นั้นเกิดมาตั้งแต่เมื่อร้อยกว่าปีที่แล้ว หลักฐานพบว่า คาร์ล เบนซ์ ชายผู้ก่อนตั้งแบรนด์รถยนต์ระดับลักชูรี่ในปัจจุบันและเรียกว่าเป็นบุคคลแรกๆ ของโลกที่เริ่มประดิษฐ์ยานพาหนะที่มีระบบขับเคลื่อนขึ้นบนโลก ก่อนที่รถยนต์คันแรกของ เบนซ์ นั้นจะออกสู่สาธารณะ เขาเคยพยายามที่จะใช้มอเตอร์ไฟฟ้าและแบตเตอรี่เป็นแหล่งพลังงาน แต่ด้วยเทคโนโลยีของมอเตอร์ไฟฟ้าในสมัยนั้นที่สร้างพลังงานได้น้อย แรงบิดต่ำรวมถึงแบตเตอรี่ที่เก็บไฟฟ้าได้ไม่มาก ทำให้เชื้อเพลิงฟอสซิลกลายตัวเลือกสำหรับรถยนต์คันแรกๆ ของโลกไปแทน

ZEDU-1 ต้นแบบเพื่อสิ่งแวดล้อม เห็นในสิ่งที่คนอื่นมองข้าม

ศูนย์ศึกษาความรู้ด้านอวกาศของประเทศเยอรมันนี หรือ DLR เริ่มเห็นว่าควรหันมาดูแลเรื่องอากาศที่สะอาดกันอย่างจริงจัง เลยเริ่มโครงการศึกษาแนวคิดว่าถ้าเรายังคงต้องมี ยานพาหนะ บนโลกนี้อีกต่อไป การเปลี่ยนมาเป็นรถยนต์ไฟฟ้าก็จะตอบโจทย์ได้เพียงส่วนเดียว DLR ก็เลยต้องไปค้นหาว่าจะต้องทำเรื่องไหนเพิ่มบ้าง

งานนี้ DLR เลยมองหาพันธมิตรที่จะเข้ามาช่วยเรื่องการพัฒนายานยนต์ เลยมาลงตัวที่ HWA Engineering Speed ซึ่งนอกจากจะเก่งเรื่องการสร้างรถยนต์เพื่อแข่งขัน ยังมีทีมวิศวกรและช่างเทคนิคที่ชำนาญเทคโนโลยีล้ำยุคจากสนามแข่ง และ HWA ยังเป็นหนึ่งในบริษัทเยอรมันที่มีโปรเจกต์ความร่วมมือในการสร้างรถยนต์จากพลังงานทางเลือกอื่นๆ ซึ่งเป็นเจ้าใหญ่และสำคัญอันดับต้นๆ อีกด้วย

กลับมาที่รถรักษ์โลกที่เรากำลังคุยกัน ซึ่งเป็นโครงการที่ทั้งสองหน่วยงานตั้งเป้าเพื่อศึกษาหายานยนต์ยุคใหม่ ที่สามารถลดมลพิษแบบองค์รวมได้มากที่สุดและสร้างผลกระทบได้จริง โดยหลักการก็คือเพื่อให้เป็น รถยนต์ไฟฟ้า คันแรกที่ไม่ก่อมลพิษที่เป็นฝุ่นขนาดต่างๆ สู่อากาศที่เราหายใจ จึงมุ่งเน้นการแก้เรื่องฝุ่นอันตรายที่เกิดจากทั้งผงผ้าเบรคและการออกแบบเพื่อลดการสึกหรอของยางรถยนต์

นี่ยังไม่รวมต้นแบบของ Porsche ที่เริ่มนำออกมาทดสอบตั้งแต่ปี 1899 แถมยังมีต้นแบบรถยนต์ไฮบริด (ที่มีคนไทยหลายคนยังเชื่ออยู่ว่าผู้ผลิตแบรนด์ใหญ่ของประเทศคือผู้คิดค้น) จนเอาไปใช้จริงในยานขับเคลื่อน Lunar Rover ในภารกิจอพอลโลสำรวจดวงจันทร์

ออกแบบระบบเบรกใหม่ ด้วยแนวคิดระบบปิด

รถยนต์ปัจจุบันที่เราใช้งานอยู่ ไม่ว่าจะเป็นรถน้ำมันหรือไฟฟ้า ต่างยังใช้เทคโนโลยีระบบเบรกแบบเดิมๆ ทั้งดิสก์และดรัมเบรกซึ่งส่วนประกอบสำคัญของระบบเบรกแบบนี้ก็คือชุดสร้างแรงดันและผ้าเบรค เมื่อเราเหยียบเบรคจะทำให้ชุดลูกสูบดันไปที่แผ่นผ้าเบรคให้จับไปที่จานเบรคที่ติดอยู่กับเพลาขับเคลื่อนรถ หรือดันชุดแผ่นผ้าเบรคเพื่อชะลอความเร็วของดุมล้อในระบบเบรคแบบดรัม

แต่ระบบเบรกที่ออกแบบใหม่สำหรับใช้ในโครงการนี้ก็คือ “ระบบปิด” เพราะเราจะไม่ได้เห็นชุดจานดิสก์เบรกอยู่ที่ล้ออีกต่อไป แต่จะถูกนำไปซ่อนไว้ในบริเวณเพลาที่ต่อมาจากระบบถ่ายทอดกำลัง ซึ่งทีมได้พัฒนาระบบดิสก์เบรกแบบหลายจาน (multi-disc brake) ติดตั้งไว้ในชุดเกียร์ทดของส่วนติดตั้งเครื่องยนต์ไฟฟ้าและทำงานร่วมกับเบรกไฟฟ้าที่อาศัยแรงทางแม่เหล็กไฟฟ้ามาหน่วงการหมุนของมอเตอร์ไฟฟ้า โดยพลังงานไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในระหว่างการเบรค (regenerative energy) จะถูกนำกลับไปใช้เกือบทั้งหมด

การออกแบบติดตั้งชุดเบรกให้รวมอยู่ในส่วนของมอเตอร์ไฟฟ้าขับเคลื่อน ทำให้ชุดเบรกมีขนาดเล็กลงได้  โดยที่ภายในชุดเบรกจะมีอ่างน้ำมันสำหรับรองรับฝุ่นผงอนุภาคที่เกิดขึ้นจากการเสียดสีในในการเบรค อีกทั้งยังออกแบบให้มีตัวกรองน้ำมันเบรกเพื่อให้ตัวน้ำมันยังคงประสิทธิภาพการจับฝุ่นผงใกล้เคียงเดิม ช่วยลดการปล่อยอนุภาคฝุ่นจากชุดเบรกไม่ให้เล็ดลอดฟุ้งกระจายออกสู่สิ่งแวดล้อมภายนอก

Aero Dynamic ขั้นสุด

ผลสืบเนื่องจากการออกแบบชุดเบรกด้วยการย้ายตำแหน่งติดตั้งจากบริเวณล้อ ไปอยู่ในส่วนของเครื่องยนต์ ทำให้บริเวณซุ้มล้อของรถมีพื้นที่ว่างเพิ่มมากขึ้น ทีมพัฒนาของ DLR ได้ออกแบบซุ้มล้อพิเศษที่ครอบปิดล้อทั้งหมดของรถเอาไว้ ซุ้มล้อนี้ถูกออกแบบมาเพื่อช่วยในการดักเก็บฝุ่นจากการสึกหรอของยางรถยนต์ในระหว่างที่วิ่งไปบนพื้นถนน ซึ่งเป็นการออกแบบรูปทรงโดยอาศัยความรู้ตามหลักอากาศพลศาสตร์ ทำให้ในระหว่างที่รถวิ่ง พื้นที่ว่างภายในซุ้มล้อจะมีความดันอากาศน้อยกว่าความดันอากาศภายนอกตัวรถ (หรือมีสภาพเป็น negative pressure) จึงเป็นการจำกัดพื้นที่มิให้อนุภาคฝุ่นจากเศษยางที่สึกหรอฟุ้งออกสู่ภายนอก

และเพื่อดักเก็บอนุภาคฝุ่นที่ยังคงฟุ้งอยู่ภายในซุ้มล้อระหว่างที่รถวิ่ง เลยมีการติดตั้งพัดลมเพื่อดูดอากาศและฝุ่นภายในซุ้มล้อให้มาผ่านแผ่นกรองดักฝุ่น ก่อนที่จะปล่อยเพียงอากาศสะอาดให้ไหลผ่านออกไปนอกตัวรถ

ทีมพัฒนาของ DLR ได้ทดสอบตัวรถในห้องทดสอบ และนำออกวิ่งทดสอบในสนาม ด้วยความเร็วไม่เกิน 50 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ผลคือตัวรถสามารถดักจับฝุ่นต่างๆ จากระบบเบรกและการสึกหรอของล้อยางไว้ได้ทั้งหมด ในขณะที่ถ้าวิ่งด้วยความเร็วสูงกว่านั้น อนุภาคฝุ่นจากการสึกหรอของยางจะถูกปล่อยออกมาเพียงแค่ 20-30% เมื่อเทียบกับรถยนต์ทั่วไป ส่วนฝุ่นจากระบบเบรกนั้นยังคงสามารถดักจับเอาไว้ได้ทั้งหมด

DLR จะพัฒนาเทคโนโลยีนี้ต่อไปและหาความร่วมมือจากบริษัทผู้ผลิตรถยนต์เพื่อนำเอาเทคโนโลยีเหล่านี้ไปใช้งานจริงในอุตสาหกรรมยานยนต์

มาถึงแค่ตรงนี้ก็ ว๊าว แล้ว เพราะหากอุตสาหกรรมรถยนต์หยิบเอาเทคโนโลยีที่เกิดจากโครงการนี้ไปใช้ ก็อาจทำให้สภาพอากาศบนโลกนี้จะสะอาดขึ้นมาก ช่วยให้เราได้สูดหายใจจากอากาศที่สะอาดขึ้น ด้วยสุขภาพที่ดีขึ้นในอนาคต แค่คิดก็ชื่นใจแล้ว…

สำหรับท่านผู้อ่านที่สนใจและติดตามข่าวสารและบทความเกี่ยวกับ รถยนต์ไฟฟ้าและยานยนต์รักษโลก สามารถติดตามอ่านเพิ่มเติมได้ ที่นี่