General Motors debuterer batteriets elektriske bolt, som lover å
ha en 200-mile rekkevidde og koster rundt $ 30,000. GM, CC BY

n et forsøk på å hoppe på adopsjon av brenselcelle elektriske kjøretøy, gjorde Toyota Motors tidligere denne måneden mer enn 5,600 patenter tilgjengelig for andre bilprodusenter. Noen dager senere innførte General Motors elektrisk bolt, et elektrisk kjøretøy designet for å kjøre 200 miles på batterier.

Bilprodusenter, i mellomtiden, fortsetter å utvikle enda andre typer elektriske kjøretøyer: plug-in hybrider og hybridelektroder.

Elektriske kjøretøy er det mest lovende alternativet til konvensjonelle bensin- og dieseldrevne biler. Men hvordan er hver teknologi forskjellig? Og hva er de relative fordelene og kommersielle utfordringene til hver?

Hvordan vi kom hit

La oss starte med likheter. Elektriske kjøretøyer med elektriske plugger, hybrid elektriske kjøretøyer (HEV), plug-in hybrid elektriske kjøretøyer (PHEVs) og brenselcelle elektriske kjøretøyer (FCEVer) er alle elektriske kjøretøyer. De drives alle av en elektrisk motor og har batterier til å lagre eller tilbringe strøm etter behov og absorbere energi ved bremsing av kjøretøyet.

Noen av disse kjøretøyene kan også generere elektrisitet om bord, enten gjennom en bensindrevet forbrenningsmotor eller en hydrogendrevet brenselcelle.

De representerer alle en grunnleggende pause fra bensinforbrenningsvogner vi kjører i dag på tre måter: drivstasjonen er elektrisk, snarere enn mekanisk; Motoren under hetten er elektrokjemisk i stedet for forbrenningsbasert; og drivstoffet er elektrisitet og hydrogen, i stedet for bensin.

Kraftene bak disse teknologiske skiftene begynte i slutten av 1980s med bilprodusenters anerkjennelse om at den langsiktige tilgjengeligheten av petroleum er begrenset, og at en alternativ kjøretøyplattform og drivstoff ville være nødvendig for å sikre en levedyktig fremtidig forretningsmodell. Hydrogen ble valgt som brensel og en 25-årssti for kommersialisering av brenselcellekjøretøy ble etablert.

Siden 1990 har det oppstått tre ytterligere krefter for å bekrefte beslutningen om å målrette hydrogenbrenselcellekjøretøyet som fremtidens produkt, herunder klimaendringer, politikk som favoriserer uavhengig brensel og luftkvalitetskrav, spesielt i California.

Batteri elektriske kjøretøyer (BEV)

I de siste fem årene har det imidlertid vært en gjenoppblomstring av batteridrevne kjøretøyer, som bare er avhengig av batteristrøm. Eksempler er Nissan Leaf, GM Spark og Kia Soul. Etter 40 til 60 miles er batteriene oppbrukt og må lades opp ved å plugge inn i en boligkrets eller en 220-volt, spesialbygget lader på et kommersielt senter eller på arbeidsplassen. Ladetiden avhenger av spenningen, ladeteknologien og batteriet "ladestatus" (dvs. hvor mye batteriet har blitt uttømt), men krever vanligvis en til seks timer for fullt oppladning av kjøretøyet.

En BEV er attraktiv fordi rekkevidden tilfredsstiller flertallet av turer tatt av publikum, lading hjemme er praktisk og kjøring er vibrasjonsfri og stille. Størrelsen på kjøretøyet er relativt liten, noe som gir god manøvrerbarhet og relativt lett parkering, og det er ingen luftforurensende stoffer under kjøring. BEVer har også potensial til å balansere elnettet ved å lade over natten når nettressurser er underutnyttet.

Å arbeide mot BEV er den tiden som kreves for å lade bilen og angst angst - det vil si bekymring over begrenset kjøreområde - oppleves av drivere, noe som effektivt reduserer bilens bruksområde. Lading kan også spenne elnettet, og det er tilfeller der det ikke er lading infrastruktur tilgjengelig, spesielt for folk som bor i leiligheter.
Etter California's null utslipp kjøretøy mandat, ble BEVs først kommersialisert i 1990s, men markedet gikk ned i 2000s. Med en rekke personbiler tilgjengelig for salg eller leieavtale, blir markedet testet i dag for å vurdere offentlig etterspørsel etter dette begrensede, men praktiske kjøretøyet. Fremskritt innen batteriteknologi har potensial til å øke rekkevidden.

Hybrid Electric Vehicles (HEV)

Hybrid elektriske kjøretøy er et BEV med en bensin forbrenningsmotor om bord for å generere elektrisitet og flytte bilen i forbindelse med elektrisk motor. De kan gi det samme 300-mile-området som folk forventer med et vanlig bensinbil. Og med avanserte programvarekontroller, forbrenner motoren seg med batteriene for å oppnå høy effektivitet og lav utslipp av forurensende stoffer.

HEVs har blitt tilbudt for salg i USA siden 2000, med Prius, først introdusert av Toyota i Japan i 1997, et fremtredende eksempel. I 2012 og 2013 var Prius det bestselgende kjøretøyet i California, med over syv millioner kjøretøy solgt, noe som gjenspeiler forbrukernes bemerkelsesverdig positive aksept av kjøretøyet.

Plug-in Hybrid Electric Vehicles (PHEV)

PHEV er en HEV med ekstra batterikapasitet som kan gi et elektrisk drevområde på mellom ti og 60 miles. Chevy Volt kan for eksempel kjøre nesten 40 miles på batteristrøm før en bensingenerator slår inn. Dette gjør det enkelt å lade batteriene over natten hjemme og en daglig elektrisk rekkevidde som de fleste amerikanske myndigheter ikke overskrider. Og PHEV gir den 300-mil-rekkevidden som kjøregruppen er vant til. En plug-in Prius har et større batteri og har en all-elektrisk
rekkevidde på ca. 10 miles før du går inn i hybridmodus. Toyota 

Hydrogen Brenselcelle Elektriske Kjøretøyer (FCEV)

Brenselcelle kjøretøy er hybrid elektriske kjøretøy med to store forskjeller. En brenselcelle, en elektrokjemisk enhet som tar drivstoff, for eksempel hydrogen og oksygen fra luften for å generere elektrisitet, erstatter bensinmotoren under hetten. Brenselcellen har bemerkelsesverdig høy effektivitet (tre ganger den vanlige bensinbilen) og nullutslipp av luftforurensende stoffer ved kjøring. Reaksjonsproduktet er vann, som er uttømt gjennom utløpsrøret med nitrogen og noe oksygen gjenstår fra luften. Og i stedet for en bensintank er det hydrogenlagertanker. Tankstoffet til et brenselcellebil er sammenlignbart med en vanlig bensinbil, og drivstoff kan hentes hjemmefra.

Noen av utfordringene knyttet til brenselcellekjøretøy er det begrensede antall hydrogenbrenselstasjoner nasjonalt. California har de fleste hydrogenbrennstoffstasjoner i USA, med 51 projisert å fungere ved slutten av 2015, over 70 ved slutten av 2017, og 100 av 2020. Sekstiåtte stasjoner betraktes som det opprinnelige minimum for å støtte aksept av brenselcellebiler i staten.

Kommer fremover

Markedet oppdager at BEV er et attraktivt komplement (ikke erstatning) til det vanlige bensinkjøretøyet. Den bensindrevne HEV og PHEV er i ferd med å oppfylle miljøbestemmelsene, samtidig som den generelle kjøropplevelsen av rekkevidde og størrelse markedet er vant til.

Kostnaden for kjøretøyene og kostnaden for kjøring av kjøretøyene er for alle praktiske formål konkurransedyktige og overbevisende. Avhengig av kostnaden for strøm og kostnaden for bensin, kan prisen per kilometer favorisere den ene eller den andre. PHEV gir kunden muligheten til å bruke enten strøm eller bensin.

Brenselcelle elektriske kjøretøyet kommer frem som en naturlig utvikling av hybrid og plug-in elektrisk hybrid. Som et resultat kan man forutse at BEV og FCEV representerer neste generasjons alternativer til det konvensjonelle og hybridiserte bensinkjøretøyet for å oppfylle letttransportbehov. BEV gir bekvemmelighet og manøvrerbarhet, og FCEV gir utvalg, fleksibilitet i kjøretøystørrelse og rask drivstoff. Begge kjøretøyene oppnår brensel uavhengighet, en adskillelse fra geo-politikk og attraktiv miljøegenskaper.

Kjøpekostnad og driftskostnad for batteridrevne og brenselcellebiler er sammenlignbare i dag. Det er sannsynlig at hydrogenkostnadene vil redusere i fremtiden på grunn av markedskonkurranse og fremskritt innen teknologi, og at kostnaden for elektrisitet vil øke. Det betyr at per mile kostnadene ved å drive en brenselcelle elektriske kjøretøy, sammenlignet med et batteri elektrisk kjøretøy, vil sannsynligvis bli lavere.

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på Den Conversation
Les opprinnelige artikkelen.

Om forfatteren

Dr. Scott Samuelsen er professor i mekanisk, romfart og miljøteknologi ved University of California, Irvine (UCI). Han er direktør for det avanserte kraft- og energiprogrammet, UCI-forbrenningslaboratoriet og det nasjonale brenselcelleforskningsenteret for det amerikanske energidepartementet og California Energy Commission. Professor Samuelsen er medforvalter for California Stationary Fuel Cell Collaborative, en unik offentlig-privat allianse som adresserer kritisk teknologi og markedshindringer for å akselerere kommersialiseringen av avanserte kraftproduksjonssystemer.