Hybridbil
Hybridbil är en typ av bil som använder två eller flera kraftkällor för att drivas. Det vanligaste är att bilen utöver en vanlig förbränningsmotor (bensin- eller dieseldriven) även har en eller flera elmotorer och batterier som hjälper till att driva bilen. På svenska kallas den även elhybridbil (EHV på engelska, Electro Hybrid Vehicle). En begränsad variant av en sådan bil som ger mindre miljöfördelar är mildhybrid(en) (BAHV på engelska, battery-assisted hybrid vehicle), jämfört med en full hybrid(en). En tredje variant kan laddas från elnätet och köras flera mil på batterier, och kallas laddhybrid (PHV, på engelska Plug-in Hybrid Vehicle). I Sverige premieras mild hybrid minst och laddhybrid mest med miljöbilsbonus och sänkt fordonsskatt. När man kör kan båda motorerna arbeta för att driva bilen, antingen samtidigt eller var och en för sig. Hybridbilar använder förbränningsmotorn för att ladda elmotorns batteri under färd, men också inbromsningar och tomgång kan användas för laddning. En del av den energi som blir spillvärme i en vanlig bil kan tas tillvara som el i batteriet och driva elmotorn. Även bromsenergin kan lagras i batteriet. På så sätt reduceras bränsleförbrukningen. En "vanlig" hybridbil kan inte laddas med el utifrån. Elmotorn gör istället hybridbilen till en extra energieffektiv bil för fossilt eller förnybart drivmedel. En laddhybrid är en hybridbil med ett extra stort batteri, som går att ladda från en extern källa, till exempel vägguttag. Den mest välkända elhybridbilen är idag Toyota Prius, världens första massproducerade hybridbil. Hybridbilar som utgör kombinationer av bränslecellsbilar och batterielbilar förekommer. Förbränningsmotorn och elmaskinen eller elmaskinerna arbetar tillsammans för att i första hand åstadkomma två förbättringar som minskar bränsleförbrukning och utsläpp. Förbränningsmotorer arbetar bäst vid jämn gång, med varvtal och belastning inom vissa ramar. I en hybridbil kan förbränningsmotorn i första hand användas för att ladda batteriet, med optimal belastning, eller åtminstone körning med låg effekt undvikas. Då effektbehovet är litet kan motorn stängas av helt. Tack vare elmotorn kan förbränningsmotorn vara mindre och snålare än i en normal bil med samma prestanda. Den energi som finns i bilens rörelse kan till en del återvinnas vid inbromsning genom att låta elmaskinen bromsa bilen. Elmaskinen fungerar då som generator som ger elektricitet som lagras i batteriet. Elektriciteten används sedan för att accelerera bilen igen. Växlingen mellan bensin- och elmotorn sker automatiskt, liksom styrning av laddningen. Bränsleförbrukningen reduceras mest i bilköer eller stadstrafik i låg fart. En förbränningsmotor utan hybridteknik har under sådana förhållanden hög förbrukning på grund av dålig verkningsgrad vid låg belastning. Vid stillastående är förbränningsmotorn i en hybridbil avstängd, utom när den behövs för uppvärmning vintertid. Batteriernas egenskaper är avgörande för en hybridbils prestanda. De bör kunna ge tillräcklig ström för elmotorns maximala effekt och klara att ta emot så stor del som möjligt av bromsenergin. Det främsta problemet för elbilar är batteriernas vikt. För en hybridbil är detta ett mindre problem, då batterierna kan laddas under gång, men om man vill undvika att starta förbränningsmotorn i stadstrafik eller för korta resor är det ändå en problematik att beakta. De traditionella billiga blybatterierna är tunga. Lättare batterier är dyra och också de är tunga och skrymmande nog att begränsa bilarnas räckvidd. I en del bilmodeller används batterier av typ nickel-metallhydrid (NiMH), men även litiumjonbatterier förekommer. Forskning kring väteceller har pågått länge, men tekniska problem återstår. En hybridbil klassas i vissa fall som miljöbil. Chevrolet Tahoe Hybrid 2008–2013. Att hjälpa förbränningsmotorn att arbeta med hög verkningsgrad och undvika tomgångskörning. Mercedes-Benz S-400 Hybrid.
Miljöbil
En miljöbil är en typ av personbil som uppfyller bland annat lägre utsläpp av miljöfarliga ämnen, jämfört med vanliga bilar. Det finns ingen enhetlig definition av begreppet miljöbil, utan olika kriterier tillämpas av olika kommuner och myndigheter. Inom EU bestäms vilka bilar som är miljöbilar genom klassificeringssystemet Euro. För Euro 6 är maxgränserna koldioxid per kilometer högst 50 gram för dieselbilar och 100 gram för bensinbilar. Exempel på miljöbilar är hybridbilar, laddhybridbilar, elbilar, gasbilar och etanolbilar om de uppfyller de regler som finns om utsläpp, men även vissa konventionella bensin- eller dieseldrivna bilar. Det finns också vätgasbilar som går på vätgas (H2) och utsläppen från en bränslecell ihop med vätgas är rent vatten, vilket är väldigt miljövänligt. Fram till och med den 30 juni 2009 fick privatpersoner 10 000 kr i miljöbilspremie vid köp av en ny bil, kravet var att köparen behöll den i mer än sex månader. Från och med 1 januari 2010 infördes befrielse från fordonskatt i 5 år för nya miljöbilar i Sverige. Regeringen beslutade den 22 december 2011 att införa en supermiljöbilspremie för att stimulera försäljningen och användningen av nya bilar med låg klimatpåverkan. Premien omfattar personbilar med mycket låga utsläpp av växthusgaser, max 50 gram koldioxid per km. Från den 1 januari 2016 skiljer man mellan rena elbilar, som inte släpper ut någon koldioxid, och laddhybrider, som släpper ut högst 50 gram koldioxid per km vid blandad körning. Premien är 40 000 kr vid köp av ren elbil och 20 000 kr för laddhybrider. Under de fyra åren 2012-2015 utbetalades mer än en halv miljard kronor. 2016 utbetalades 347,9 miljoner kronor. Under 2017 har det hittills (tom 2017-08-01) utbetalats över 182 miljoner kronor i supermiljöbilspremie. En bil som klassats som miljöbil särbehandlas med generellt lägre beskattning (detta upphör 1 juli 2018), parkeringsförmåner (i vissa kommuner), tillåtelse att trafikera miljözoner och (i vissa kommuner) även nyttja körfält för kollektivtrafik. Samtidigt som skattebefrielsen upphör infördes bonus-malus. Den 8 november 2022 upphörde miljöbonusen med en dags varsel och utan remissförfarande.
Elbil
Skeptiker har också uttryckt oro för att beroendet av oljeländer ersätts med ett nytt beroende av import från länder med instabila regimer som kan sätta upp handelshinder. Ökningen av litiumbrytningen har gått långsamt och priserna har stigit. Litium betraktas ändå inte som en potentiell konfliktresurs eftersom rika fyndigheter existerar i flera länder, medan kobolt (i huvudsak från Kongo, som har en lång historia av konflikter och korruption) kan bli en begränsande faktor. Olika studier uppskattar att jorden har litiumreserver för 4 miljarder elbilsbatterier, eller till samtliga elbilar och hybridbilar som kan komma att tillverkas fram till minst år 2100. Vissa typer av litiumjonbatterier kan innehålla miljöfarliga ämnen, främst kobolt och fluor, varför de bör återvinnas på ett kontrollerat sätt när de förbrukats. Effektiv återvinning eller återbruk av förbrukade battericeller kan dessutom minska produktionen av koldioxid under tillverkningsprocessen av batterier. Återvinning av kobolt, nickel och litium är viktigt för att förhindra en framtida brist. Återvinning av metaller kan reducera CO2-utsläppen vid batteriproduktionen. Återvinning förekommer i Kina och Sydkorea, och är under uppbyggnad i Europa. De anläggningar som finns återvinner en liten andel av de batterier i världen som bör ha nått sin livslängd. Återvinningsprocesserna är inte särskilt effektiva och lönsamma. Gruvdrift är i allmänhet billigare än återvinning, och därför har utvecklingen av återvinningsprocesser varit långsam. Ett annat skäl är att litiumjonbatteriteknologi kontinuerligt förändras och processer för att återvinna dessa batterier har föråldrats snabbt. I ökande grad återvinnes dock nickel, kobolt, koppar och aluminium. Industriell återvinning av litium, mangan, aluminium, de organiska lösningsmedlen för elektrolyt och grafit är potentiellt också möjlig, men görs idag endast i liten skala. Litium är billigare att utvinna än övriga av dessa metaller, och återvinning kostar ungefär fem gånger mer än utvinning, medan kobolt är den dyraste av dessa att utvinna. Faror i samband med återvinningsprocesser av litiumjonbatterier är elektriska risker, kemiska risker och brandreaktioner. En risk är också att elektrolytmaterialet litiumhexafluorofosfat reagerar med vatten och bildar frätande och giftig fluorvätesyra. Celler är ofta nedsänkta i lösningsmedel för att förhindra detta. Den totala kilometer- eller årskostnaden för elbilar har varit avsevärt högre än för jämförbara konventionella bilar, exempelvis i Sverige 2014, men har sedan dess sjunkit och i vissa fall passerat fossilbilar (enligt branschen själv våren 2018). Om man kan ladda hemma eller på arbetet är laddkostnaden endast en bråkdel av kostnaden för fossila bränslen per mil, men elbilar har i allmänhet ett högt inköpspris och har hittills tappat något mer i andrahandsvärde per år. Leasing är ibland ekonomiskt fördelaktigt, och kan kännas tryggare om man är orolig för andrahandsvärdet. För den som bara behöver köra ett fåtal mil varje dag och kan ladda hemma varje natt kan en laddhybrid vara mer prisvärd, trots dubbla drivlinor, eftersom en sådan har mindre batterier. Då räcker ett vanligt enfasuttag. Inköpspriset utgörs till viss del av kostnaden för batteripaketet men påverkas också av storleken på tillverkningsserierna. Det finns även elbilar vars inköpspris inte inkluderar batterierna, vilka i så fall hyrs med en fast månadskostnad, som visar att priset för batteriet utgör cirka en fjärdedel av elbilens pris. Batteriernas livslängd (de flesta tillverkarna ger 8 års garanti) avgör den långsiktiga kostnaden, genom påverkan av andrahandsvärdet eller kostnad för batteribyte eller renovering av vissa battericeller. Elbilarna har färre slitdelar som kräver underhåll, jämfört med en konventionell bil. Elbilens motor och motorrum har färre detaljer, och kräver därför mindre montagearbete än en fossilbil.
Kiselkarbid
Kiselkarbid, kemisk formel SiC, är en kemisk förening som tack vare sin hårdhet används som slipmedel och tack vare sin eldfasthet som material i deglar och ugnar. Dopad kiselkarbid används även som halvledare inom elektronik för tillämpningar med höga spänningar, höga strömmar, höga frekvenser och höga temperaturer då den inte ger upphov till lika stora energiförluster (i form av värme) som kiselbaserad elektronik. Kiselkarbid används också inom juvelindustrin och kallas då moissanite. Ytterligare namn för kiselkarbid är carborundum eller karborundum. En polytyp är när samma ämne får delvis olika fysikaliska egenskaper till följd av hur bindningarna mellan atomerna är ordnade. Polytyper ger en annorlunda uppbyggnad i en dimension (av kristallens tre dimensioner). För kiselkarbid är det hur bindningarna mellan kiselatomen och kolatomen är vinklade. Både kisel och kol binder till fyra andra atomer. Vinkeln mellan två bindningar i en atom är 120 grader. Utgå ifrån en kol-kisel-binding. Då kan de tre resterande bindningarna på de båda atomerna antingen vara spegelvända sett utifrån ett plan mellan de båda atomerna, eller vara vridna 60 grader relativt varandra. Hur sedan dessa två olika varianter kombineras (ovanpå varandra) ger upphov till en sekvens, där varje stackningssekvens är en polytyp. Kiselkarbid har ungefär 200 kända polytyper. För att ange vilken polytyp som avses används olika notationer. En vanligt förekommande notation är Ramsdells notation. Den bygger på att ange hur många kol-kisel-lager som behövs innan sekvensen upprepas, samt vilken kristallstruktur kristallen har (kubisk (C), hexagonal (H) och romboeder (R)). Vanligt förekommande kiselkarbid med Ramsdells notation är 3C, 4H, 6H och 15R. Genom kiselkarbidens hårdhet och värmetålighet i kombination med dess låga densitet i förhållande till metallegeringar med samma egenskaper används kiselkarbid i vissa bromsbeläggningar och munstycken för raketmotorer. Transistorer av kiselkarbid tål höga strömmar. Detta lämpar sig väl i bland annat hybridbilar. Tillverkning av wafers av tillräcklig storlek och kvalitet för dessa tillämpningar är under utveckling. Högtemperaturtillämpningar finns bland annat inom rymdfarten. NASA bedriver egen utveckling på området. För de återstående två egenskaperna finns kiselkarbidbaserad elektronik i högspänningsanläggningar och i mobiloperatörernas basstationer. Kiselkarbid kan även användas som substrat vid framställning av grafen. En vanlig kommersiell process för att tillverka kiselkarbid är Achesonprocessen som patenterades av Edward Goodrich Acheson 1893. I denna process blandas kieseloxid, koks, sågspån och vanligt salt. När blandningen värmts upp mellan elektroder till cirka 2200 °C skapas kiselkarbiden med biprodukten koldioxid. Anledningen till att sågspån tillsatts är att skapa porer som kan evakuera koldioxiden som skapas under reaktionen. Efter att blandningen svalnat kan olika kvaliteter av kiselkarbid urskiljas. I mitten finns kiselkarbid av högre kvalitet som är lämplig att använda inom elektronikindustrin. Kiselkarbiden utanför kärnan används ofta till blästring eller slipning, dock efter att först malts ner till önskad storlek. För halvledartillämpningar krävs näst intill perfekta kristaller, alltså en låg koncentration av defekter. En metod för att tillverka kiselkarbid med hög renhet har utvecklats vid Linköpings universitet i samarbete med ABB - (HTCVD-metoden). Metoden, (High Temperature Chemical Vapor Deposition), bygger på att man blandar kisel och kol i gasform till skillnad från den gängse metoden där man blandar kisel och kol i pulverform. Tillväxten sker vid 2000 °C. I processen används kisel i form av silan, kolvätet etan, klorgas och väteklorid. Man har goda skäl att tro att kiselkarbid i denna nya form kommer att bli ett basmaterial inom elektronikindustrin. Genom fluorescerande kiselkarbid kan miljövinster göras genom energibesparingar då glödlampan byts ut mot vita lysdioder.
Planetväxel
En planetväxel är ett sammansatt transmissionsystem, bestående av flera olika transmissionselement, vanligen i form av kugghjul. Den består då av ett eller flera yttre kugghjul, satellithjul eller planethjul, som roterar omkring ett centralt kugghjul, ett inre solhjul. Vanligen är satellithjulen monterade på en rörlig bärare, som i sin tur kan rotera i förhållande till solhjulet på en egen axel, koncentrisk med solhjulets axel. En planetväxel måste dessutom också inkludera ett yttre drev i form av en kuggring, en ytterring. Alla kuggelement är ständigt i kontakt, men de olika axlarna kan i vissa utföranden låsas individuellt för att uppfylla olika utväxlingsändamål. Planethjulets rörelse kring solhjulet är epicyklisk, därav namnet planetväxel. I många tillämpningar är en av de tre komponenterna stationär (fix), medan en av de två övriga komponenterna förmedlar ingående rörelse som utgör drivande kraft till systemet. Den tredje komponenten förmedlar då utgående kraft och rörelse från systemet. Den resulterande utväxlingen beror dels på antalet kuggar i varje del av systemet, dels på vilken (om någon) av axlarna som hålls låst. Genom att driva, bromsa och ta ut kraft från de olika delarna i olika kombinationer kan man få en nedväxling, uppväxling eller ändra rotationsriktning (backväxel). Med flera planetväxlar ihopkopplade kan man få fler utväxlingar. Hur stor uppväxling man får beror även på den proportionella storleken av de ingående kugghjulen. Planetväxlar används bland annat i automatväxellådor, skruvdragare och helikoptrar. De förekommer också i lastbilars drivhjul som en navreduktionsväxel. En annan tillämpning är cyklar med navväxel. T-Forden var utrustad med en manuell planetväxellåda. En vanlig pennvässare innehåller en planetväxel, där dreven inte är parallella, utan vinklade. En modernare uppfinning är hybridbilar, t.ex. Toyota Prius, som har en typ av planetväxel för att koppla ihop förbränningsmotorn och elmotorn med drivhjulen med möjlighet att fördela kraften mellan dem. Planetväxelns bästa egenskaper är att den kan byggas i modulsystem för att få hög utväxling på kompakt yta. Planetväxlar är effektivast vid låga varvtal och höga moment. De har också den fördelen att de kan växlas under viss belastning genom att man bromsar eller frikopplar olika delar av växeln. Det är den egenskap som används i många bilars automatlådor, och gör att man kan få en ryckfri växling. Ett annat användningsområde är att den kan fungera som differential med asymmetrisk momentfördelning. Ett exempel på detta är Subarus VTD-transmission som finns på vissa modeller. Solhjul: det inre, centrala kugghjulet. Planetbärare: håller minst ett, vanligen tre eller flera, kugghjul som roterar runt solhjulet. Ytterring: en yttre kuggring med inåtvända kuggar, i kontakt med planethjulet (-hjulen). Utgörs ofta av en del av växelkroppen. Transmissionsbibeln Förklaringar, bilder, videor.
