Come funzionano i veicoli a basso consumo energetico

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Bassa energia, sì ... ma non è proprio di questo che stiamo parlando. Vuoi saperne di più? Dai un'occhiata a queste immagini di auto elettriche. MECKY / Scelta del fotografo / Getty Images

Un veicolo a basso consumo energetico è un'auto o un camion che utilizza meno energia rispetto a un veicolo a benzina convenzionale. I veicoli a basso consumo energetico (o LEV) assumono più comunemente la forma di ibridi benzina-elettrici o di componenti elettrici plug-in, ma ci sono alcune alternative meno comuni.

I fan dei LEV includono i sostenitori della tecnologia pulita e delle risorse rinnovabili, i conducenti che sono felici di spendere meno alla pompa e l'ambiente. I LEV sono stati progettati per ridurre la dipendenza dai combustibili fossili non rinnovabili che vengono elaborati per produrre benzina. Dal momento che bruciano meno carburante tradizionale (o del tutto assente), i LEV non emettono sostanze chimiche nocive nell'aria tanto quanto le normali auto a gas. Quindi, sono migliori per un'economia energetica sostenibile a lungo termine e sono migliori per l'aria che respiriamo.

Esiteremmo, a questo punto, a chiamare i LEV una tendenza, il che è una buona cosa. Non sono più particolarmente nuovi, anche se la tecnologia continua a migliorare in termini di diventare più efficienti, più accessibili e più facili da usare, e più simili a un'auto normale che una persona media vorrebbe acquistare e guidare. Sebbene una volta i motori a combustibile alternativo si trovassero solo in auto compatte aerodinamiche che venivano spesso derise come troppo goffi per guadagnare un appeal di massa, quello stigma è per lo più obsoleto. Gli acquirenti di camion, SUV e auto di lusso hanno tutti opzioni LEV ... e la Prius un tempo dall'aspetto goffo, ora una vista di tutti i giorni, brandisce ancora i suoi angoli come un distintivo d'onore.

Non consideriamo più i LEV come valori anomali; si sono integrati senza problemi nel flusso del traffico. Ma le differenze di fondo non sono ancora ampiamente comprese. Vale la pena dare un'occhiata più da vicino. E tutto ciò pone la domanda: i LEV sono la nuova norma ... e come funzionerà??

Contenuti
  1. Due volte la potenza, metà dell'ustione
  2. Due milioni e contano: gli ibridi sono la nuova norma?
  3. Plug-in preziosi
  4. L'impianto elettrico fornirà mai la carica corretta?
  5. E quando ibridi ed elettrici non sono abbastanza taglienti ...
  6. Nota dell'autore
I funzionari della città hanno annunciato nel febbraio del 2012 che il 92% della flotta di taxi di San Francisco è composta da veicoli ibridi o CNG, rendendo San Francisco la città dei taxi più verde della nazione. Justin Sullivan / Getty Images

Gli ibridi, uno dei primi e più facili da usare per i consumatori, sono in genere configurazioni benzina-elettriche. Generalmente, un motore a gas alimenta l'auto e un motore elettrico entra in azione per aiutare in accelerazione o carico pesante. Ogni produttore ha armeggiato con i rapporti esatti di benzina ed energia elettrica per soddisfare il proprio mercato di riferimento, con alcuni che fanno affidamento più pesantemente sull'energia elettrica, mentre altri si inclinano verso la benzina. Per la maggior parte, però, funzionano più o meno allo stesso modo. Questa disposizione riduce significativamente la quantità di carburante che viene bruciata, poiché le auto possono svolgere il lavoro con motori molto più piccoli. Alcuni modelli ibridi utilizzano persino il motore elettrico per tutti i tipi di guida a bassa velocità o carico ridotto.

Gli ibridi hanno una serie di altre caratteristiche che contribuiscono alla loro reputazione di efficienza energetica. La frenata rigenerativa era tra le più innovative delle prime caratteristiche ibride ed è ancora in uso. Quando il guidatore preme il pedale del freno, il motore elettrico funge da freno, inviando un segnale attraverso la trasmissione per dire alle ruote di rallentare. Le ruote contengono ancora energia, quindi, invece di perdere l'energia (come farebbe con una normale frenata meccanica) viene spinta indietro attraverso la trasmissione verso il motore, dove viene immagazzinata fino a quando l'auto non ne ha bisogno di nuovo per l'accelerazione. Molti ibridi riducono o eliminano anche lo spreco di carburante al minimo spegnendo il motore quando l'auto si ferma e riaccendendolo quando il guidatore preme il gas.

Honda Insight e Toyota Prius, entrambe lanciate nel 2000, sono state le prime ibride per il mercato di massa disponibili negli Stati Uniti. Sono stati accolti da un segmento piccolo ma entusiasta di acquirenti di auto, per il loro design aerodinamico non ortodosso tanto quanto la loro reputazione rispettosa della Terra. La maggior parte dei consumatori, tuttavia, era titubante ... disorientata dalle berline spioventi angolari, dal costo iniziale di ingresso e dal senso compiaciuto di superiorità che sembrava avvolgere gli ibridi come una nuvola. Ora sono disponibili praticamente da tutti i produttori in quasi tutte le forme. Allora, come sono riusciti alla fine gli ibridi ad ammaliare le masse?

Il consumatore medio, di fronte al compito di acquistare una nuova auto o un SUV, non ha ragioni pratiche convincenti per non considerare un'opzione ibrida. Il prezzo iniziale è l'unica barriera all'ingresso e le case automobilistiche sono riuscite a ridurre questa differenza in modo che sia praticamente trascurabile su un nuovo acquisto.

Supponendo, ovviamente, che tutte le altre cose siano uguali (cosa che non lo sono mai veramente). Gli acquisti di auto possono essere tanto emotivi quanto logici, ed è comprensibile se qualcuno è morto su un modello o un assetto che non è disponibile in un ibrido ... o se il ringhio di un V8 è semplicemente troppo cattivo per ignorarlo.

Ma per la persona media, queste cose non contano e un ibrido soddisferà perfettamente le loro esigenze. Questo di per sé è un risultato del settore automobilistico. Pochi minuti di navigazione forniscono alcune illustrazioni convincenti. Ad esempio, Toyota, uno dei primi leader nella promozione di ibridi tradizionali, ha sei modelli ibridi disponibili a partire dall'estate del 2012 - morti anche con la gamma di auto e furgoni.

Due milioni di ibridi sono stati venduti dal 2012, con vendite che hanno raggiunto il picco appena prima della recessione e sono rimaste abbastanza stabili durante il declino [fonte: Essex e Olanda]. Quindi, anche se un ibrido potrebbe non essere la scelta predefinita per la maggior parte degli acquirenti di auto, continuano a vincere nuovi convertiti.

I veicoli elettrici (li chiameremo EV) sono nella loro fase adolescenziale, almeno rispetto agli ibridi. Le auto elettriche funzionano con motori elettrici alimentati da batterie. Quando la batteria è scarica, può essere ricaricata su una stazione di ricarica pubblica o tramite un adattatore speciale che funziona con la corrente domestica. Sebbene le batterie per veicoli elettrici siano notevolmente migliorate, sono ancora un anello debole nell'economia di possedere un veicolo elettrico. Il costo della sostituzione e l'impatto dello smaltimento possono far torcere le mani ad alcune persone dall'ansia. E nei primi giorni delle auto elettriche, i critici hanno sottolineato che i conducenti dovevano stare particolarmente attenti a non allontanarsi troppo da un punto di ricarica. L'autonomia della batteria è aumentata e l'infrastruttura elettrica è migliorata, ma la necessità di ricaricare dopo ogni viaggio può ancora essere un inconveniente.

Un tema chiave nei veicoli elettrici è la sostenibilità. Ad esempio, le case automobilistiche sono alla ricerca di alternative ai tradizionali motori elettrici ad alta potenza basati su magneti permanenti che si basano su metalli delle terre rare. Stanno anche cercando modi più efficienti per alimentare le auto: anche se funzionano in modo pulito, l'elettricità che usano potrebbe provenire da fonti sporche (come centrali a carbone o combustibili fossili).

I primi tentativi di integrare i pannelli solari direttamente nelle auto non hanno funzionato, ma un'azienda del New Jersey ha svelato una stazione di ricarica per veicoli elettrici che utilizza l'energia solare per alimentare le batterie delle auto. Queste SunStation sono molto più versatili dell'infrastruttura EV esistente, poiché non devono necessariamente attingere alla rete elettrica.

Ci sono proposte in circolazione che potrebbero rendere i veicoli elettrici ancora più efficienti, oltre ad aumentare l'efficacia dei costi per i loro proprietari. Un team di ricercatori dell'Università del Delaware suggerisce che i veicoli elettrici potrebbero accendersi principalmente durante le ore non di punta, quando l'energia è meno costosa. Quindi, se un'auto viene parcheggiata e collegata al caricabatterie quando si verifica un picco imprevisto nella richiesta di energia, le auto potrebbero essere intercettate per reimmettere l'energia immagazzinata nella rete e la società di servizi invierà un assegno di sconto o crediti di elettricità al proprietario.

Nell'elenco dei migliori risultati in termini di efficienza dell'EPA, gli ultimi due sono classificati a una città / autostrada combinata di 50 miglia per gallone (21,3 chilometri per litro) (entrambi i membri della gamma Toyota Prius, uno supera l'altro in base a un chilometraggio urbano leggermente più alto ). Il veicolo più efficiente nell'elenco (e quindi il veicolo più efficiente disponibile) è l'elettrico Mitsubishi i-MiEV, che raggiunge l'equivalente di 112 miglia per gallone (47,6 chilometri per litro) combinate.

Non dare per scontato che le case automobilistiche stiano facendo questi investimenti per la bontà del loro cuore. Per legge, sono tenuti a rispettare gli standard di emissione, che di solito sono applicati in media. Ad esempio, BMW può compensare il chilometraggio inefficiente delle sue auto ad alte prestazioni producendo ibridi ed elettrici di alto livello che attireranno il pubblico di destinazione di BMW. Materiali come la fibra di carbonio e altri compositi resistenti ma leggeri migliorano l'efficienza e aiutano a giustificare un prezzo premium, entrambi i quali aumentano la reputazione di strada del marchio.

Un altro esempio di lusso, la Tesla Roadster (che è fondamentalmente una trasmissione elettrica inserita in una carrozzeria Lotus Elise) sarebbe un'auto piccola e potente per la maggior parte degli standard, ed è davvero impressionante per un veicolo elettrico. Il suo motore elettrico produce 288 cavalli e trasmette l'88 percento della potenza della batteria alle ruote [fonte: The Economist]. (L'auto media raggiunge circa il 30-40 percento di efficienza della trasmissione.) Un'auto sportiva elettrica come questa potrebbe essere un'auto in crisi di mezza età per i ricchi, ma mostra comunque ciò che è possibile.

I veicoli elettrici raggiungeranno l'accettazione generale solo se gli acquirenti di auto si sentiranno a proprio agio con le loro stranezze: le caratteristiche e le caratteristiche che li fanno sembrare scomodi. Le case automobilistiche e gli operatori di marketing hanno lavorato duramente per far sembrare alcuni svantaggi percepiti come vantaggi (ad esempio, dovrai collegare il tuo veicolo elettrico per ricaricare mentre fai la spesa ... ma potresti ottenere un parcheggio prioritario presso la stazione di ricarica- negozio di alimentari amichevole). Trovare la terminologia è una sfida con un obiettivo simile. Quindi, per il bene di mettere i veicoli elettrici in un contesto che gli acquirenti di auto capiranno, sono valutati in miglia per gallone per consentire il confronto con i veicoli a gas. Ovviamente, non ci sono galloni nella batteria di un veicolo elettrico, quindi lo standard è che 33,7 chilowattora equivalgono a un gallone di benzina (entrambi producono la stessa quantità di energia).

Finora, tuttavia, le vendite di veicoli elettrici sono deludenti per alcuni, ma stimolanti per altri. La Nissan Leaf e la Chevy Volt, le prime due opzioni degli Stati Uniti, hanno venduto complessivamente 17.345 nel 2011. Queste vendite sono inferiori alle aspettative di Nissan e GM, ma sono più del doppio delle vendite complessive del primo anno di Honda Insight e Toyota Prius ibride. di 9350 - e guarda quanto lontano sono arrivati ​​dall'anno 2000 [fonte: Szczesny].

Stanno ancora soffrendo crescenti dolori: finora nel 2012, Chevy ha richiamato Volt per studiare gli incendi effettivi della batteria e, poco dopo il lancio, Fisker ha richiamato tutti i loro Karma per valutare il rischio di potenziali incendi. Tali problemi, tuttavia, sono caratteristici di tutti i veicoli: qualsiasi auto può avere problemi meccanici.

Ci sono alcune prove che suggeriscono che i veicoli elettrici stanno soddisfacendo le aspettative dei loro proprietari ... ma non è esattamente semplice. Uno studio sull'impianto elettrico plug-in in California mostra che le auto lì guidano una media di 26 miglia (41,8 chilometri) al giorno, che è notevolmente inferiore a quanto gli americani pensano di guidare. Ecco il trucco (o, almeno, uno dei cattivi): queste auto tendono ad essere di proprietà di persone con redditi sproporzionatamente alti, come, a sei cifre e oltre. Ciò potrebbe non qualificarsi come seriamente ricco, ma significa che i conducenti di veicoli elettrici della California non rappresentano esattamente la popolazione generale. Sono comunque inclini a possedere auto elettriche e possono farlo senza troppi crampi nello stile di vita.

Entro la metà del 2012, le vendite di veicoli elettrici erano in anticipo rispetto al 2011, con più modelli che si univano a Leaf e Volt. Gli analisti del settore prevedono un aumento che probabilmente imiterà l'ascensione decennale degli ibridi gas-elettrici, anche se il continuo miglioramento dei tradizionali veicoli a benzina rallenta la crescita.

Una concept car Honda FCX viene esposta al 100 ° Salone dell'Auto di Los Angeles il 30 novembre 2006 a Los Angeles, in California. David McNew / Getty Images

... c'è sempre un'alternativa che brilla all'orizzonte. Come l'acqua. O campi di grano.

Due tecnologie che hanno mostrato molte promesse iniziali erano basate sulla premessa dei biocarburanti: idrogeno ed etanolo. E sebbene siano ancora in corso molte ricerche per sviluppare metodi efficienti ed economici per raccogliere questa energia e determinare la sostenibilità a lungo termine, i primi tentativi di commercializzare in massa queste fonti di carburante non hanno raggiunto il loro potenziale.

Le auto a idrogeno funzionano con una cella a combustibile che funziona in modo simile a una batteria nel modo in cui immagazzina e fornisce energia: la differenza è che una cella a combustibile si esaurisce e deve essere ricaricata. La cella a combustibile funziona scindendo l'idrogeno nelle sue parti fondamentali: un elettrone e un protone. Gli elettroni si uniscono per formare l'elettricità per alimentare l'auto, che lascia dietro di sé l'idrogeno ionizzato. Un rapido incontro con un po 'di ossigeno lungo il tubo di scappamento, e il gioco è fatto: le emissioni di questa vettura sono costituite da acqua.

L'idrogeno è l'elemento naturale più abbondante del pianeta, ma ciò non significa che sia facile sfruttarlo per il carburante. L'idrogeno può essere prodotto dall'acqua e dal gas naturale, ma i processi sono dolorosi. Spetta agli scienziati capire come ridurre il dolore - più efficiente e meno costoso - rispetto alla produzione di benzina a base di petrolio da combustibili fossili. C'è anche il problema appiccicoso della raccolta di massa di idrogeno in modo rispettoso dell'ambiente. L'idrogeno è anche infiammabile, il che rende difficile lo stoccaggio e il trasporto, soprattutto in forma gassosa.

Nonostante tutto, ci sono alcune auto a idrogeno sul mercato, ma il mercato stesso è piuttosto limitato. Più specificamente, i residenti in California possono, per una forte somma mensile, noleggiare un'auto a idrogeno (la Honda FCX Clarity è la più importante, con qualche concorrenza da Mercedes) - il costo include manutenzione, assicurazione e carburante a idrogeno. Toyota e Hyundai sperano di iniziare a vendere auto a idrogeno nel 2015 (il prezzo di vendita target di Toyota è di circa $ 50.000), anche se l'infrastruttura renderà ancora la proprietà un problema per la maggior parte degli americani. GM e Toyota dicono che possono costruire le auto per il 10 percento di quello a cui erano abituati (sebbene il costo di produzione sia ancora di sei cifre a testa basso) [fonte: Valdes-Dapena]. Ma non eccitarti troppo. Non saranno disponibili per l'acquisto, in California o altrove, fino a quando non saranno compiuti notevoli progressi in termini di convenienza (i produttori devono dimostrare di poter costruire auto a idrogeno a un costo che significa che avranno un prezzo conveniente per un segmento più grande della popolazione) e infrastrutture (l'idrogeno è ragionevolmente disponibile).

Sebbene l'idrogeno non sia un biocarburante, in senso stretto, i ricercatori nel Regno Unito hanno recentemente scoperto un modo per produrre bioidrogeno pulito dai rifiuti alimentari, senza emissioni. Questo processo potrebbe anche essere utilizzato per produrre idrogeno dai sottoprodotti della produzione di etanolo [fonte: Hill].

Ovviamente, questo ci porta all'etanolo, l'altro importante biocarburante con potenziale, che ha anche subito notevoli battute d'arresto. L'E85, uno di questi esempi, è un carburante che è una miscela di etanolo all'85% (un carburante a base di mais) e benzina al 15%. (Al contrario, la benzina normale contiene circa il 10% di etanolo.) Diluendo la benzina, vengono utilizzati meno combustibili fossili e l'auto sputa una concentrazione minore di idrocarburi nocivi che causano lo smog. Alcuni esperti del settore speravano che l'E85 avrebbe aiutato a risolvere i nostri problemi energetici, ma l'intero sforzo è stato un disastro sin dall'inizio.

General Motors ha investito molto nello sviluppo e nel marketing di veicoli a carburante flessibile compatibili con l'E85 che potevano funzionare sia con biocarburante che con benzina (gli scettici affermano che era per aiutare a raggiungere le medie federali del carburante su tutta la gamma di GM). Nel frattempo, i sussidi governativi incoraggiavano gli agricoltori a coltivare mais per la produzione di etanolo, piuttosto che cibo. I prezzi sono stati mantenuti più bassi della benzina normale grazie ai crediti d'imposta federali di 38 centesimi al gallone. Nonostante questi sforzi, la piccola percentuale di persone che aveva fatto un atto di fede nell'acquisto di un nuovo veicolo E85 ha avuto difficoltà a trovare rifornimenti di carburante: le stazioni di servizio che vendevano E85 erano difficili da trovare e si trovavano solo in alcune regioni (si stima 2 per cento delle stazioni di servizio). La scadenza di quel mais si abbassa significa che c'è molto meno incentivo a fare E85, e i crediti d'imposta scaduti all'inizio del 2012 significano che i prezzi sono notevolmente più alti. I prezzi sono particolarmente volatili per l'E85 perché il mercato dipende sia dai prezzi del carburante che dai prezzi del mais.

Se l'idrogeno e i biocarburanti possono superare la loro reputazione danneggiata, potrebbero ancora avere un ruolo nel futuro dei LEV. È ottimistico pensare di poter alimentare le nostre auto con risorse rinnovabili, ma almeno sappiamo che non è davvero impossibile.

È difficile dedurre se la credibilità dell'impianto elettrico plug-in sia aumentata o diminuita dalla borghesia californiana. Secondo CleanTechnica, la metà di tutti i veicoli elettrici in California è di proprietà di famiglie con un reddito superiore a $ 150.000 [fonte: Shahan].

Certo, questo non va lontano in California ... quindi ho sentito. (Ma di certo non mi dispiacerebbe scambiare posizione e stile di vita.)

La statistica non è davvero una sorpresa. Ha senso che la situazione piuttosto unica della California sia stata studiata per questo articolo, perché lo stato ha investito così tanto nella tecnologia e nelle infrastrutture per supportare i veicoli elettrici. Questo perché i californiani adottano stereotipicamente le nuove innovazioni tecnologiche e sono stereotipicamente interessati alle attività rispettose dell'ambiente. Inoltre, la California deve spingere queste iniziative. È enorme, le persone guidano molto e in alcune parti dello stato (qui ti guarda, L.A.) l'aria è sporca.

Sembra un po 'ipocrita, tuttavia, che queste famiglie a sei cifre probabilmente non utilizzino un veicolo elettrico come unica macchina (sulla base delle insinuazioni fatte dal suddetto articolo di origine ... e supportate dalla mia forse limitata comprensione della natura umana). È meglio, ovviamente, usare un veicolo elettrico per un viaggio entro i limiti di autonomia, ma quando tutte quelle miglia di buone vibrazioni sono compensate da viaggi nella mezza età-crisi-mobile, qual è il punto? (A meno che, ovviamente, non stiamo parlando di una Tesla.)

Forse la disconnessione è il risultato del pensiero che l'evitamento del consumismo dovrebbe essere un effetto collaterale naturale dell'ecocompatibilità ... ma nemmeno i tratti associati all'industria automobilistica. Man mano che i veicoli elettrici si diffondono verso est, probabilmente assisteremo a un cambiamento nel loro ruolo.

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fonti

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