Kør på mindre med brintbrændselsceller – RMI

Kør på mindre med brintbrændselsceller

Originalt udgivet på ACT news.

Og selv om brintbrændselscellekøretøjer (FCEV’er) har eksisteret siden 1960’erne, er de for nylig dukket op som en potentiel løsning til at dekarbonisere tung transport. Nikola Motors har netop meddelt, at det har rejst 1 mia. dollar i finansiering til sin brintkøretøjsteknologi og har tilføjet nogle betydelige nye partnere, herunder CNHI og Bosch. Tidligere i år lancerede virksomheden også en dristig køreplan for 700 tankstationer i hele landet og sikrede sig et partnerskab med Anheuser-Busch med 800 køretøjer for at hjælpe med at dekarbonisere virksomhedens fragtflåde. Hvad gør FCEV’er til et godt valg til dekarbonisering af tung transport? Lad os undersøge lighederne, fordelene og udfordringerne ved FCEV’er sammenlignet med konventionelle forbrændingslastbiler.

Det er det samme, bare bedre

En af fordelene ved FCEV’er er, at brint bruger en tankningsinfrastruktur, der svarer til konventionelle lastbiler. Det betyder, at FCEV’er kan tankes på eksisterende lastbilstoppesteder i hele landet, og at tankningsoplevelsen vil være ens. En lastbil kan fyldes med brint på mindre end 15 minutter, og processen med at tanke en FCEV svarer til tankning af en dieselbil; brintgas pumpes ind i køretøjets tank ved hjælp af en gaspumpe og en dyse, der svarer til en traditionel dieselpumpe.

En anden fordel er brints energitæthed. Diesel har en energitæthed på 45,5 megajoule pr. kg (MJ/kg), hvilket er en smule lavere end benzin, som har en energitæthed på 45,8 MJ/kg. Brint har derimod en energitæthed på ca. 120 MJ/kg, hvilket er næsten tre gange mere end diesel eller benzin. Elektrisk set svarer energitætheden for brint til 33,6 kWh anvendelig energi pr. kg i forhold til diesel, som kun indeholder ca. 12-14 kWh pr. kg. Det betyder i virkeligheden, at 1 kg brint, der anvendes i en brændselscelle til at drive en elmotor, indeholder omtrent den samme energi som en liter diesel. Når dette tages i betragtning, hævder Nikola, at dens køretøjer kan opnå mellem 12 og 15 mpg ækvivalent, hvilket er langt over det nationale gennemsnit for en diesellastbil, som er omkring 6,4 mpg.

Elektriske drivlinjer er også mere effektive end forbrændingsmotorer. Med en forbrændingsmotor overføres ca. 50 % af den producerede energi til varme, men elektriske drivlinjer mister kun 10 % af deres energi til varme. Denne effektivitetsforskel viser, hvor meget forbrugerne mister med mindre effektive forbrændingsmotorer.

Prisen er en anden attraktiv egenskab ved brint. Dieselpriserne svæver i øjeblikket tæt på 3,00 dollars pr. gallon, og med den nylige indskrænkning af den saudiarabiske olieproduktion er det rimeligt at forvente yderligere prisstigninger for diesel. Men på brintfronten tyder den seneste analyse fra Bloomberg New Energy Finance på, at produktionsprisen pr. kilo brint kan være så lav som 1,40 USD pr. kilo om ca. ti år.

Når det drejer sig om tung transport, er vægten vigtig. FCEV’er tilbyder det samme høje drejningsmoment, som batteri-elektriske køretøjer har, men med lavere vægt. Et eksempel er den anslåede vægtforskel mellem den batterielektriske Lion 8 og brintbrændselscellebilen Nikola One; Lion 8 har en 480-kWh-batteripakke med en rækkevidde på 250 miles, hvilket svarer til ca. 2-5 tons. En Nikola One med en rækkevidde på ca. 500-750 miles anslås at have en batteripakke på 250 kWh, som sandsynligvis vil veje omkring 2,5-3 tons.

Tager man disse faktorer i betragtning, er der en klar mulighed for, at brint kan blive et alternativt brændstof med lavt kulstofindhold, lave omkostninger og lav vægt til tunge lastbiler. FCEV-lastbiler er dog ikke uden udfordringer.

Det er ikke let at være grøn

Selv om brintgas ikke har nogen farve eller lugt, vil vi for at støtte dekarboniseringen af tung transport have brug for grøn brint og en masse af det. Grøn brint, også kaldet vedvarende brint, er brint, der udelukkende fremstilles ved hjælp af vedvarende energi, typisk ved hjælp af elektrolyseprocessen. Ved elektrolyse af vand anvendes elektricitet til at adskille vand til gasformigt brint (H2) og ilt (O2), hvorved elektrisk energi omdannes til kemisk energi. Der er stadig spørgsmål om, hvor hurtigt produktionen af grønt brint kan skaleres; produktionskapaciteten for elektrolyseringsanlæg er først begyndt at stige betydeligt.

De største udfordringer med brint drejer sig om transport og opbevaring. Brint produceres i gasform, og det skal opbevares under tryk eller direkte fortyndes. Begge disse processer kræver yderligere energi, som kan være fra vedvarende energikilder eller ej. Der er nye metoder på vej, som anvender kemiske bindinger (typisk kaldet flydende organiske brintbærere ) eller ammoniak til at transportere brint i stabil tilstand. Disse metoder kræver ikke tryk eller kryogen fortynding og kræver derfor mindre energi til at transportere og opbevare brinten. Teknologien er dog stadig på et relativt tidligt udviklingsstadie og er ikke klar til at blive indført i stor skala.

En anden løsning på transport- og opbevaringsudfordringerne har været at fokusere på lokaliseret produktion. Nikola har indgået et samarbejde med Nel og Bosch om at levere et netværk af lokale brintproduktionsstationer, der udnytter vedvarende energikilder og elektrolyseringsanlæg, hvorved logistikkæden i forbindelse med konventionel diesel- og benzinforsyning skæres væk. I fremtiden kan vi potentielt også bruge naturgasinfrastruktur til at transportere brint, hvilket reducerer behovet for stor infrastrukturudvikling. Dette kunne også give mulighed for at levere brint fra centrale produktionshubs i stedet for lokale anlæg.

En anden ulempe ved brint er rækkevidden. Ifølge Nikola er rækkevidden for en brændselscellebil 500-750 miles, afhængigt af last og terræn; Toyota Kenworth FCEV-lastbiler har en rækkevidde på ca. 300 miles. Dette blegner i sammenligning med dieseltrucks, som kan køre langt over 1.000 miles uden at tanke op. Men med chauffører, der er begrænset til 500 miles om dagen, vil denne faktor måske ikke medføre en væsentlig forstyrrelse af standardpraksis.

Hvor snart er nu?

Selv om der er udfordringer, er tiden for brint nu, og her er grunden:

Vi oplever et øget pres fra myndighederne og en øget efterspørgsel fra industrien. Den Europæiske Union har forpligtet sig til at fjerne benzin- og dieselkøretøjer inden 2030. Samtidig skaber standarder for rene brændstoffer og tilhørende investeringer i Californien og Canada det politiske grundlag for forandringer. Hyundai planlægger produktion af op til 700.000 FCEV’er om året inden 2030, og Japan sigter mod 800.000 FCEV’er inden 2030. Og med teknologiomkostninger, der forventes at nå break-even med diesellastbiler på flere markeder, er der en betydelig dynamik og investering i brint.

Desto flere projekter, der i stigende grad anvender brændselscelleteknologier, jo større er potentialet for omkostningsreduktion og investering i teknologien. Kinas forpligtelse til at få 1 million brændselscellekøretøjer på vejene inden 2030 (med investeringer på 7,6 mia. dollars i tunge lastbiler) giver et enormt potentiale for betydelige fremskridt i effektiviteten og omkostningspunkterne for brændselscellekøretøjer.

Væskebrinte har før oplevet falske daggry, men dette kulstoffattige alternativ er ved at blive skubbet frem af nogle af de største virksomheder på planeten på tværs af flere sektorer. Toyota Kenworth har en lang erfaring med at udvikle lastbiler, der anvender brændselscelleteknologi, og i 2019 tilføjede virksomheden 10 T680’ere, der skal bruges i Los Angeles havn og i hele Sydcalifornien. Shell har for nylig investeret massivt i brintelektrolyser i stor skala, som tilbyder en kulstoffri løsning til produktion af brint uden kulstof. Tidligere på måneden købte Cummins et markedsledende elektrolyserings- og brændselscelleproduktionsfirma, Hydrogenics, for 290 mio. dollars. Det er alle sammen signaler om et seriøst engagement fra industriens ledere til at bevæge sig ind på brint- og brændselscelleområdet.

Rocky Mountain Institute (RMI) arbejder på at identificere mulighederne for grøn brint til at fremskynde dekarboniseringen i sektorer, der har haft svært ved at gøre fremskridt, og vi er først nu begyndt at se den rolle og position, som denne teknologi kan have i dekarboniseringen af godstransportsektoren. Vi håber, at du vil deltage i RMI og North American Council for Freight Efficiency (NACFE) til en paneldiskussion om brint inden for lastbiltransport den 8. oktober.