Een elektrisch voertuig op batterijen in het wagenpark van de Universiteit van Queensland. CC BY-SA
Lage energie-efficiëntie is al een groot probleem voor benzine- en dieselvoertuigen. Gewoonlijk is slechts 20% van het totaal well-to-wheel energie wordt eigenlijk gebruikt om deze voertuigen van stroom te voorzien. Het andere 80% gaat verloren door oliewinning, raffinage, transport, verdamping en motorwarmte. Deze lage energie-efficiëntie is de belangrijkste reden waarom voertuigen op fossiele brandstoffen emissie-intensief zijn en relatief duur om te rijden.
Met dit in gedachten wilden we de energie-efficiëntie van elektrische en waterstofvoertuigen begrijpen als onderdeel van een recente paper in het Luchtkwaliteit en klimaatverandering Journal.
Elektrische voertuigen stapelen zich het best op
Op basis van een brede scan van onderzoeken wereldwijd, hebben we vastgesteld dat elektrische voertuigen met batterij aanzienlijk minder energieverliezen hebben in vergelijking met andere voertuigtechnologieën. Interessant is echter de well-to-wheel-verliezen van voertuigen met waterstofbrandstofcellen bleken bijna net zo hoog te zijn als voertuigen op fossiele brandstoffen.
Gemiddelde well-to-wheel energieverliezen door verschillende voertuigaandrijftechnologieën, met typische waarden en bereiken. Opmerking: deze cijfers houden rekening met productie, transport en aandrijving, maar houden geen rekening met de energiebehoeften van de productie, die momenteel marginaal hoger zijn voor voertuigen met elektrische en waterstofbrandstofcellen in vergelijking met voertuigen met fossiele brandstof.
In het begin lijkt dit aanzienlijke verschil in efficiëntie verrassend, gezien de recente aandacht voor het gebruik van waterstof voor transport.
Terwijl de meeste waterstof vandaag (en voor de nabije toekomst) is geproduceerd uit fossiele brandstoffen, is een nulemissiepad mogelijk als hernieuwbare energie wordt gebruikt om:
vloeibaar maken of de waterstof comprimeren tot een economisch volume (1 kg waterstof neemt 12 kubieke meter op @ standaard atmosferische druk; 1 kg waterstof = ongeveer 100 km rijbereik)
en ten slotte waterstof afleveren aan een brandstofcelvoertuig.
Hierin ligt een van de belangrijke uitdagingen bij het benutten van waterstof voor transport: er zijn veel meer stappen in het energie-levenscyclusproces, vergeleken met het eenvoudiger, directe gebruik van elektriciteit in elektrische voertuigen op batterijen.
Elke stap in het proces leidt tot een energieverlies en dus een efficiëntieverlies. De som van deze verliezen verklaart uiteindelijk waarom voertuigen op waterstofbrandstofcellen gemiddeld drie tot vier keer meer energie nodig hebben dan elektrische voertuigen op batterijen per afgelegde kilometer.
Invloed elektriciteitsnet
De toekomstige betekenis van lage energie-efficiëntie wordt duidelijker bij onderzoek van de mogelijke effecten van het elektriciteitsnet. Als de bestaande 14 miljoen lichte voertuigen van Australië elektrisch zouden zijn, zouden ze ongeveer 37 terawattuur (TWh) elektriciteit per jaar nodig hebben - een toename van 15% in de nationale elektriciteitsproductie (ongeveer gelijk aan de bestaande jaarlijkse hernieuwbare generatie van Australië).
Maar als dezelfde vloot zou worden omgezet om op waterstof te rijden, zou het meer dan vier keer de elektriciteit nodig hebben: ongeveer 157 TWh per jaar. Dit zou een toename van 63% van de nationale elektriciteitsproductie met zich meebrengen.
Een recente Infrastructuur Victoria rapport kwam tot een vergelijkbare conclusie. Het berekende dat een volledige overgang naar waterstof in 2046 - voor zowel lichte als zware voertuigen - 64 TWh elektriciteit zou vereisen, het equivalent van een 147% toename van het jaarlijkse elektriciteitsverbruik van Victoria. Batterij-elektrische voertuigen zouden ondertussen ongeveer een derde van het bedrag (22 TWh) nodig hebben.
Sommigen beweren dat energie-efficiëntie in de toekomst niet langer belangrijk zal zijn, omdat sommige voorspellingen suggereren dat Australië zou kunnen bereiken 100% hernieuwbare energie zodra de 2030s. Hoewel het huidige politieke klimaat suggereert dat dit een uitdaging zal zijn, zelfs als de overgang plaatsvindt, zullen er concurrerende eisen zijn voor hernieuwbare energie tussen sectoren, wat het blijvende belang van energie-efficiëntie benadrukt.
Er moet ook worden erkend dat hogere energie-eisen zich vertalen in hogere energieprijzen. Zelfs als waterstof in de toekomst prijspariteit met benzine of diesel zou bereiken, zouden elektrische voertuigen 70-90% goedkoper blijven rijden, vanwege hun hogere energie-efficiëntie. Dit zou het gemiddelde Australische huishouden redden meer dan A $ 2,000 per jaar.
Pragmatisch plan voor de toekomst
Ondanks de duidelijke energie-efficiëntievoordelen van elektrische voertuigen boven waterstofvoertuigen, is de waarheid dat er geen zilveren kogel is. Beide technologieën worden geconfronteerd met verschillende uitdagingen op het gebied van infrastructuur, consumentenacceptatie, impact op het netwerk, technologische volwassenheid en betrouwbaarheiden rijbereik (de volume nodig voor voldoende waterstof vergeleken met de batterij-energiedichtheid voor elektrische voertuigen).
Elektrische voertuigen op batterijen zijn nog geen geschikte vervanging voor elk voertuig op onze wegen. Maar op basis van de vandaag beschikbare technologie is het duidelijk dat een aanzienlijk deel van de huidige vloot zou kunnen overgaan op batterij-elektrisch, inclusief veel auto's, bussen en vrachtwagens voor korte afstanden.
Een dergelijke overgang vertegenwoordigt een verstandige, robuuste en kostenefficiënte aanpak voor het realiseren van de aanzienlijke transportemissiereducties die nodig zijn binnen de korte tijdsbestekken die zijn geschetst door het recente Intergovernmental Panel on Climate Change rapport over beperking van de opwarming van de aarde tot 1.5 ℃, terwijl ook de transportkosten worden verlaagd.
Samen met andere energiezuinige technologieën, zoals de directe export van hernieuwbare elektriciteit naar het buitenland, zullen elektrische voertuigen op batterijen ervoor zorgen dat de hernieuwbare energie die we de komende decennia opwekken, wordt gebruikt om de grootste hoeveelheid emissies zo snel mogelijk te verminderen.
Ondertussen moet onderzoek worden gedaan naar energie-efficiënte opties voor vrachtwagens over lange afstanden, schepen en vliegtuigen, en naar de bredere rol voor zowel waterstof als elektrificatie bij het verminderen van emissies in andere sectoren van de economie.
Met de Federale Senaat Select Commissie voor elektrische voertuigen Laten we hopen dat het definitieve rapport op december 4 wordt afgeleverd, laten we hopen dat het blijvende belang van energie-efficiëntie in het vervoer niet is vergeten.
Over de auteur
Jake Whitehead, Research Fellow, De universiteit van Queensland; Robin Smit, adjunct-professor, De universiteit van Queenslanden Simon Washington, hoogleraar en hoofd van de civiele techniek, De universiteit van Queensland
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.
books_technology
