Ett batterielektriskt fordon i University of Queenslands fordonsflotta. CC BY-ND
Låg energieffektivitet är redan ett stort problem för bensin- och dieselfordon. Vanligtvis bara 20% av det totala well-to-wheel energi används faktiskt för att driva dessa fordon. De andra 80% går förlorade genom oljeutvinning, förfining, transport, indunstning och motorvärme. Denna låga energieffektivitet är det främsta skälet till att fordon med fossila bränslen är utsläppskrävande och relativt dyra att köra.
Med detta i åtanke försöker vi förstå energieffektiviteten hos el- och vätebilar som en del av en nyligen papper offentliggjordes i Luftkvalitet och klimatförändringsdagbok.
Elektriska fordon staplas bäst
Baserat på en omfattande undersökning över hela världen fann vi att batterielektriska fordon har betydligt lägre energiförluster jämfört med andra fordonsteknologier. Intressant är dock de väl-till-hjulet förluster av vätgasbränslecellfordon visade sig vara nästan lika högt som fordon med fossila bränslen.
Genomsnittliga energiförluster väl till hjul från olika fordonsteknologier med typiska värden och intervall. Anmärkning: Dessa siffror står för produktion, transport och framdrivning, men fångar inte krav på tillverkningsenergi, som för närvarande är marginellt högre för elfordon och vätgasbränslecellfordon jämfört med fordon med fossila bränslen.
Till att börja med kan denna betydande effektivitetsskillnad verka överraskande med tanke på den senaste tidens uppmärksamhet vid användning av väte för transport.
Medan de flesta väte idag (och under överskådlig framtid) produceras från fossila bränslen, en nollutsläppsväg är möjlig om förnybar energi används för att:
vätska eller komprimera väte till en ekonomisk volym (1 kg väte tar upp 12 kubikmeter @ standardatmosfäriskt tryck; 1 kg väte = ungefär 100 km körområde)
och till slut leverera väte till ett bränslecellfordon.
Här ligger en av de betydande utmaningarna med att utnyttja väte för transport: det finns många fler steg i energiförloppsprocessen jämfört med den enklare, direktanvändningen av el i batterielektriska fordon.
Varje steg i processen medför en energitrafik och därför en effektivitetsförlust. Summan av dessa förluster förklarar i slutändan varför vätgasbränslecellfordon i genomsnitt kräver tre till fyra gånger mer energi än elektriska batteribilar per kört kilometer.
Effekter på elnätet
Den framtida betydelsen av låg energieffektivitet klargörs vid undersökning av de potentiella effekterna på elnätet. Om Australiens befintliga 14 miljoner lätta fordon var elektriska skulle de behöva cirka 37 terawattimmar (TWh) el per år - en ökning med 15% i den nationella elproduktionen (ungefär motsvarande Australiens befintliga årliga förnybara produktion).
Men om samma flotta konverterades till väte skulle den behöva mer än fyra gånger elen: ungefär 157 TWh per år. Detta skulle innebära en ökning med 63% i den nationella elproduktionen.
En nyligen Rapport från infrastruktur Victoria nådde en liknande slutsats. Den beräknade att en full övergång till väte i 2046 - för både lätta och tunga fordon - skulle kräva 64 TWh el, motsvarande en ökning av 147% i Victorias årliga elförbrukning. Batterielektriska fordon skulle under tiden kräva ungefär en tredjedel av beloppet (22 TWh).
Vissa kan hävda att energieffektiviteten inte längre kommer att vara viktig i framtiden med tanke på att vissa prognoser tyder på att Australien skulle kunna nå 100% förnybar energi så snart 2030. Medan det nuvarande politiska klimatet antyder att detta kommer att vara utmanande, även när övergången inträffar, kommer det att finnas konkurrerande krav på förnybar energi mellan sektorer, och betonar den fortsatta betydelsen av energieffektivitet.
Det bör också inses att högre energibehov motsvarar högre energipriser. Även om väte uppnådde prisparitet med bensin eller diesel i framtiden, skulle elfordon förbli 70-90% billigare att köra på grund av deras högre energieffektivitet. Detta skulle spara det genomsnittliga australiensiska hushållet mer än A $ 2,000 per år.
Pragmatisk plan för framtiden
Trots de elektriska fordons tydliga energieffektivitetsfördelar jämfört med vätebilar är sanningen att det inte finns någon silverkula. Båda teknologierna står inför olika utmaningar när det gäller infrastruktur, konsumentacceptans, nätpåverkan, teknikmognad och tillförlitlighet, och körområde (den volym som behövs för tillräckligt med väte jämfört med batteriets energitäthet för elfordon).
Batterielektriska fordon är ännu inte en lämplig ersättning för varje fordon på våra vägar. Men baserat på den teknik som finns tillgänglig idag är det uppenbart att en betydande del av den nuvarande flottan kan övergå till att vara batteri elektrisk, inklusive många bilar, bussaroch korttransporter.
En sådan övergång representerar en förnuftig, robust och kostnadseffektiv metod för att leverera de betydande minskningar av transportutsläpp som krävs inom de korta tidsramarna som skissats av regeringskontrollpanelen för klimatförändringar. rapport om begränsning av den globala uppvärmningen till 1.5 ℃, samtidigt som transportkostnaderna minskas.
Tillsammans med andra energieffektiva tekniker, till exempel direkt export av förnybar el utomlands, batteri elektriska fordon kommer att se till att den förnybara energin vi genererar under de kommande decennierna används för att minska den största mängden utsläpp, så snabbt som möjligt.
Samtidigt bör forskning fortsätta om energieffektiva alternativ för långväga lastbilar, sjöfart och flygplan, liksom den bredare rollen för både väte och elektrifiering för att minska utsläppen över andra sektorer i ekonomin.
Med Federal Senate Select Committee on Electric Vehicles som kommer att leverera sin slutrapport december 4, låt oss hoppas att den fortsatta betydelsen av energieffektivitet i transport inte har glömts bort.
Om författaren
Jake Whitehead, forskningsstipendiat, University of Queensland; Robin Smit, adjungerad professor, University of Queenslandoch Simon Washington, professor och chef för skolan för civilingenjör, University of Queensland
Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.
books_technology
