De 200 jaar oude natuurwet die de droom van de ‘super-motor’ genadeloos sloopt

Politieke wensen versus harde fysica

De Duitse regering vecht in Brussel voor het behoud van de verbrandingsmotor. De eis: motoren die ‘hoge-efficiëntie’ bieden, moeten ook na het verbod in 2035 toegestaan blijven. Het klinkt als een nobel streven om technologie te blijven verbeteren. Maar zoals het Duitse zakenblad Handelsblatt scherp analyseert, stuiten deze politieke ambities op een muur die al bijna tweehonderd jaar overeind staat.

Het antwoord op de vraag hoe zuinig een benzine- of dieselmotor maximaal kan zijn, werd namelijk al gegeven voordat de eerste auto überhaupt gebouwd was. Het zogenaamde Carnot-proces, een natuurkundig model uit 1824, bepaalt de absolute theoretische grens. En die grens is onverbiddelijk.

Waarom hitte het probleem is

In de basis beschrijft het Carnot-proces hoe een machine warmte omzet in beweging. Het rendement hangt volledig af van het temperatuurverschil: hoe groter het verschil tussen de hitte in de motor en de temperatuur daarbuiten, hoe efficiënter de machine.

Voor autofabrikanten betekent dit een pijnlijk dilemma. Om een hoger rendement te halen, moeten de verbrandingstemperaturen omhoog. Maar extreem hoge temperaturen zorgen voor meer slijtage, vereisen exotische materialen en zorgen paradoxaal genoeg vaak voor een slechtere uitstoot van bepaalde schadelijke stoffen. De natuurkunde dwingt ingenieurs hier in een spagaat.

De 40-procent grens

In een perfecte, theoretische wereld zou een verbrandingsmotor volgens de Carnot-regels een rendement van iets meer dan 60 procent kunnen halen. In de praktijk komen we daar niet eens bij in de buurt. Zelfs de modernste, meest geavanceerde dieselmotoren blijven steken rond de 40 procent. Benzinemotoren presteren vaak nog slechter.

Dat betekent concreet dat van elke euro die je in de tank gooit, zestig cent direct verdampt in de vorm van nutteloze warmte en geluid. Technische hoogstandjes zoals turbo’s en directe inspuiting hebben de motoren de afgelopen decennia wel zuiniger gemaakt, maar de rek is eruit. Het Carnot-rendement is een glazen plafond waar geen enkele ingenieur doorheen breekt.

E-fuels lossen het probleem niet op

Voorstanders van de verbrandingsmotor wijzen vaak naar synthetische brandstoffen (e-fuels) als de redding. Hiermee zou je CO2-neutraal kunnen rijden. Dat klopt wellicht voor de uitstoot, maar het verandert niets aan de inefficiëntie van de motor zelf.

Ook bij het verbranden van synthetische benzine geldt de wet van Carnot. Je verliest nog steeds het overgrote deel van de energie aan warmte. Omdat het maken van e-fuels ook enorm veel stroom kost, is de totale energieverspilling in de keten gigantisch. De natuurwetten trekken zich niets aan van politieke labels als ‘klimaatneutraal’.

Waarom de elektromotor wint

De analyse van Handelsblatt maakt duidelijk waarom de elektrische auto thermodynamisch gezien gehakt maakt van de verbrandingsmotor. Een elektromotor is namelijk geen warmtemachine. Hij hoeft geen energie om te zetten in hitte om beweging te creëren, maar zet stroom direct om in kracht.

Hierdoor ontsnapt de EV aan de beperkingen van het Carnot-proces. Terwijl de beste verbrandingsmotoren zwoegen om 40 procent efficiëntie te halen, tikt een elektromotor met gemak de 90 procent aan. Het is geen kwestie van ‘modernere’ techniek, maar van een fundamenteel ander en superieur natuurkundig principe.