Ett batteri elfordon i University of Queenslands fordonsflotta. Upphovsman:CC BY-ND
Låg energieffektivitet är redan ett stort problem för bensin- och dieselfordon. Vanligtvis, endast 20% av den totala väl-till-hjulenergin används faktiskt för att driva dessa fordon. De andra 80 % går förlorade genom oljeutvinning, förfining, transport, avdunstning, och motorvärme. Denna låga energieffektivitet är den främsta anledningen till att fossila fordon är utsläppsintensiva, och relativt dyrt att köra.
Med detta i åtanke, vi försökte förstå energieffektiviteten hos el- och vätgasfordon som en del av en nyligen publicerad artikel som publicerades i Air Quality and Climate Change Journal.
Elbilar staplar sig bäst
Baserat på en bred genomgång av studier globalt, fann vi att batteridrivna elfordon har betydligt lägre energiförluster jämfört med andra fordonsteknologier. Intressant, dock, brunncellerna för bränslecellfordon visade sig vara nästan lika höga som fossila bränslefordon.
I början, denna betydande effektivitetsskillnad kan verka förvånande, med tanke på den senaste tidens uppmärksamhet på att använda väte för transport.
Medan det mesta väte idag (och under överskådlig framtid) produceras från fossila bränslen, en nollutsläppsväg är möjlig om förnybar energi används för att:
Häri ligger en av de betydande utmaningarna med att utnyttja väte för transport:det finns många fler steg i energilivscykelprocessen, jämfört med det enklare, direkt användning av el i batteridrivna elfordon.
Varje steg i processen medför ett energistraff, och därför en effektivitetsförlust. Summan av dessa förluster förklarar slutligen varför vätgasbränslecellfordon, i genomsnitt, kräver tre till fyra gånger mer energi än batteridrivna elfordon, per färdad kilometer.
Elnätet påverkar
Den framtida betydelsen av låg energieffektivitet tydliggörs vid granskning av de potentiella elnätets effekter. Om Australiens befintliga 14 miljoner lätta fordon var elektriska, de skulle behöva cirka 37 terawattimmar (TWh) el per år – en ökning med 15 % av den nationella elproduktionen (ungefär motsvarande Australiens befintliga årliga förnybara produktion).
Genomsnittliga energiförluster mellan olika fordon från olika drivlinor för fordon, visar typiska värden och intervall. Obs:dessa siffror står för produktionen, transport och framdrivning, men fångar inte tillverkningens energibehov, som för närvarande är marginellt högre för el- och vätebränslecellfordon jämfört med fossila fordon.
Men om samma flotta konverterades till körning på väte, den skulle behöva mer än fyra gånger så mycket el:ungefär 157 TWh per år. Detta skulle innebära en ökning av den nationella elproduktionen med 63%.
En ny rapport från Infrastructure Victoria kom fram till en liknande slutsats. Den beräknade att en fullständig övergång till vätgas 2046 – för både lätta och tunga fordon – skulle kräva 64 TWh el, motsvarande en ökning med 147 % av Victorias årliga elförbrukning. Batteridrivna elfordon, under tiden, skulle kräva ungefär en tredjedel av mängden (22 TWh).
Vissa kanske hävdar att energieffektivitet inte längre kommer att vara viktigt i framtiden eftersom vissa prognoser tyder på att Australien skulle kunna nå 100 % förnybar energi så snart som 2030-talet. Även om det nuvarande politiska klimatet antyder att detta kommer att bli utmanande, även när övergången sker, det kommer att finnas konkurrerande krav på förnybar energi mellan sektorer, betonar den fortsatta betydelsen av energieffektivitet.
Det bör också erkännas att högre energibehov leder till högre energipriser. Även om väte nådde prisparitet med bensin eller diesel i framtiden, elfordon skulle förbli 70-90% billigare att köra, på grund av deras högre energieffektivitet. Detta skulle spara det genomsnittliga australiensiska hushållet mer än 2 dollar, 000 per år.
Pragmatisk plan för framtiden
Trots de tydliga energieffektivitetsfördelarna med elfordon framför vätgasfordon, sanningen är att det inte finns någon silverkula. Båda teknikerna står inför olika utmaningar när det gäller infrastruktur, konsumentacceptans, nätverk, teknisk mognad och tillförlitlighet, och räckvidd (volymen som krävs för tillräckligt väte jämfört med batteriets energitäthet för elfordon).
Batteridrivna elfordon är ännu inte en lämplig ersättning för alla fordon på våra vägar. Men baserat på den teknik som finns tillgänglig idag, det är klart att en betydande andel av den nuvarande flottan kan övergå till att vara batterielektrisk, inklusive många bilar, bussar, och kortdistansbilar.
En sådan övergång representerar en vettig, robust och kostnadseffektiv metod för att leverera de betydande transportutsläppsminskningar som krävs inom de korta tidsramar som skisseras av den mellanstatliga panelen för klimatförändringars senaste rapport om att begränsa den globala uppvärmningen till 1,5 ℃, samtidigt som transportkostnaderna sänks.
Tillsammans med andra energieffektiva tekniker, som direkt export av förnybar el utomlands, batteridrivna elfordon kommer att se till att den förnybara energin vi genererar under de kommande decennierna används för att minska den största mängden utsläpp, så fort som möjligt.
Under tiden, forskning bör fortsätta om energieffektiva alternativ för långväga lastbilar, sjöfart och flygplan, såväl som den bredare rollen för både väte och elektrifiering för att minska utsläppen inom andra sektorer av ekonomin.
Med Federal Senate Select Committee on Electric Vehicles inställd att leverera sin slutrapport den 4 december, låt oss hoppas att den fortsatta betydelsen av energieffektivitet inom transporter inte har glömts bort.
Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.