Vetypolttokennoilla ajetaan vähemmällä – RMI

Vetypolttokennoilla ajetaan vähemmällä

Originally posted on ACT news.

Vaikka vetypolttokennoajoneuvot (FCEV) ovat olleet olemassa jo 1960-luvulta lähtien, ne ovat viime aikoina nousseet esiin mahdollisena ratkaisuna raskaan liikenteen hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi. Nikola Motors ilmoitti juuri, että se on kerännyt miljardi dollaria rahoitusta vetyajoneuvoteknologiaansa varten, ja se on lisännyt joitakin merkittäviä uusia kumppaneita, kuten CNHI ja Bosch. Aikaisemmin tänä vuonna yhtiö käynnisti myös rohkean etenemissuunnitelman 700 tankkausaseman rakentamiseksi valtakunnallisesti ja varmisti 800 ajoneuvon kumppanuuden Anheuser-Buschin kanssa auttaakseen sen rahtilaivaston hiilidioksidipäästöjen vähentämisessä. Mikä tekee FCEV-autoista hyvän valinnan raskaan liikenteen hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi? Tarkastellaan FCEV-ajoneuvojen yhtäläisyyksiä, etuja ja haasteita verrattuna tavanomaisiin polttomoottoriautoihin.

Se on sama, vain parempi

Yksi FCEV-ajoneuvojen eduista on se, että vedyn tankkausinfrastruktuuri on samanlainen kuin tavanomaisissa kuorma-autoissa. Tämä tarkoittaa, että FCEV:t voitaisiin tankata nykyisillä rekkapysäkeillä eri puolilla maata, ja tankkauskokemus olisi samanlainen. Kuorma-auto voidaan täyttää vedyllä alle 15 minuutissa, ja FCEV:n tankkausprosessi on samanlainen kuin dieselkuorma-auton tankkaus; vetykaasu pumpataan ajoneuvon säiliöön kaasupumpulla ja suuttimella, joka on samanlainen kuin perinteinen dieselpumppu.

Toinen etu on vedyn energiatiheys. Dieselin energiatiheys on 45,5 megajoulea kilogrammaa kohti (MJ/kg), mikä on hieman pienempi kuin bensiinin, jonka energiatiheys on 45,8 MJ/kg. Sen sijaan vedyn energiatiheys on noin 120 MJ/kg eli lähes kolme kertaa suurempi kuin dieselin tai bensiinin. Sähköisessä mielessä vedyn energiatiheys vastaa 33,6 kilowattituntia käyttökelpoista energiaa kiloa kohti, kun taas dieselin energiatiheys on vain noin 12-14 kilowattituntia kiloa kohti. Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että 1 kg vetyä, jota käytetään polttokennossa sähkömoottorin käyttövoimana, sisältää suunnilleen saman verran energiaa kuin gallona dieseliä. Kun tämä otetaan huomioon, Nikola väittää, että sen ajoneuvot saavuttavat 12-15 kilometrin ekvivalenttikulutuksen, mikä on huomattavasti enemmän kuin dieselkuorma-autojen kansallinen keskiarvo, joka on noin 6,4 kilometrin kulutus.

Sähköinen voimansiirto on myös tehokkaampi kuin polttomoottori. Polttomoottorissa noin 50 prosenttia tuotetusta energiasta siirtyy lämmöksi, mutta sähköinen voimansiirto menettää vain 10 prosenttia energiastaan lämmöksi. Tämä tehokkuusero osoittaa, kuinka paljon kuluttajat menettävät tehottomampien polttomoottoreiden avulla.

Hinta on toinen vedyn houkutteleva ominaisuus. Dieselin hinta liikkuu tällä hetkellä lähellä 3,00 dollaria gallonalta, ja kun Saudi-Arabian öljyntuotantoa on hiljattain supistettu, on kohtuullista odottaa dieselin hinnan nousevan edelleen. Vedyn osalta Bloomberg New Energy Financen tuoreen analyysin mukaan vedyn tuotantokilohinta voisi olla noin vuosikymmenen kuluttua vain 1,40 dollaria kilogrammalta.

Raskasliikenteisessä liikenteessä painolla on merkitystä. FCEV-ajoneuvot tarjoavat saman suuren vääntömomentin kuin akkusähköautot, mutta pienemmällä painolla. Esimerkkinä voidaan mainita akkusähköauto Lion 8:n ja vetypolttokennoauto Nikola Onen arvioitu painoero; Lion 8:ssa on 480 kilowattitunnin akkupaketti, jonka toimintasäde on 250 mailia, mikä vastaa noin 2-5 tonnia. Nikola Onessa, jonka toimintasäde on noin 500-750 mailia, on arviolta 250 kilowattitunnin akkupaketti, joka painaa todennäköisesti noin 2,5-3 tonnia.

Kun nämä tekijät otetaan huomioon, vety on selkeä vaihtoehtoinen polttoaine raskaiden kuorma-autojen hiilidioksidipäästöiltään vähähiiliseen, kustannuksiltaan edulliseen ja painoltaan edulliseen polttoaineeseen. FCEV-kuorma-autot eivät kuitenkaan ole vailla haasteita.

Ei ole helppoa olla vihreä

Vaikka vetykaasulla ei ole väriä tai hajua, raskaan liikenteen hiilidioksidipäästöjen vähentämisen tukemiseksi tarvitsemme vihreää vetyä ja paljon sitä. Vihreä vety, jota kutsutaan myös uusiutuvaksi vedyksi, on vetyä, joka valmistetaan pelkästään uusiutuvalla energialla, yleensä elektrolyysin avulla. Veden elektrolyysissä käytetään sähköä veden erottamiseksi kaasumaiseksi vedyksi (H2) ja hapeksi (O2), jolloin sähköenergia muutetaan kemialliseksi energiaksi. Vielä on epäselvää, kuinka nopeasti vihreän vedyn tuotantoa voidaan skaalata; elektrolyyserien tuotantokapasiteetti on vasta merkittävästi kasvamassa.

Vedyn suurimmat haasteet liittyvät kuljetukseen ja varastointiin. Vetyä tuotetaan kaasumaisessa muodossa, ja se on varastoitava paineen alaisena tai nesteytettävä suoraan. Molemmat prosessit vaativat lisäenergiaa, joka voi olla peräisin uusiutuvista lähteistä. On kehitteillä menetelmiä, joissa käytetään kemiallisia sidoksia (tyypillisesti nestemäisiä orgaanisia vetykantajia ) tai ammoniakkia vedyn kuljettamiseen vakaassa tilassa. Nämä menetelmät eivät vaadi painetta tai kryogeenistä nesteytystä, ja siksi ne vaativat vähemmän energiaa vedyn kuljettamiseen ja varastointiin. Teknologia on kuitenkin vielä suhteellisen varhaisessa kehitysvaiheessa, eikä se ole valmis laajamittaiseen käyttöön.

Toinen ratkaisu kuljetus- ja varastointihaasteisiin on ollut keskittyminen paikalliseen tuotantoon. Nikola on tehnyt yhteistyötä Nelin ja Boschin kanssa toimittaakseen paikallisten vedyntuotantoasemien verkoston, jossa hyödynnetään uusiutuvia energialähteitä ja elektrolyysereitä, jolloin perinteisen dieselin ja bensiinin toimitukseen liittyvä logistiikkaketju jää pois. Tulevaisuudessa voisimme myös mahdollisesti käyttää maakaasuinfrastruktuuria vedyn kuljettamiseen, mikä vähentäisi suuren infrastruktuurin kehittämisen tarvetta. Tämä voisi myös tarjota keinon toimittaa vetyä keskitetyistä tuotantokeskuksista paikallisen rakentamisen sijaan.

Yksi toinen vedyn haittapuoli on kantama. Nikolan mukaan polttokennoauton toimintasäde on 500-750 mailia kuormasta ja maastosta riippuen; Toyota Kenworthin FCEV-kuorma-autojen toimintasäde on noin 300 mailia. Tämä kalpenee verrattuna dieselkuorma-autoihin, jotka voivat kulkea reilusti yli 1000 mailia ilman tankkausta. Koska kuljettajien ajomatka on kuitenkin rajoitettu 500 kilometriin päivässä, tämä tekijä ei välttämättä aiheuta merkittävää häiriötä vakiokäytäntöihin.

Miten pian on nyt?

Haasteista huolimatta vedyn aika on nyt, ja tässä on syy siihen:

Sääntelypaine ja teollisuuden kysyntä ovat kasvaneet. Euroopan unioni on sitoutunut luopumaan bensiini- ja dieselajoneuvoista vuoteen 2030 mennessä. Samaan aikaan puhtaita polttoaineita koskevat standardit ja niihin liittyvät investoinnit Kaliforniassa ja Kanadassa luovat poliittisen perustan muutokselle. Hyundai suunnittelee jopa 700 000 FCEV-auton vuosittaista tuotantoa vuoteen 2030 mennessä, ja Japanin tavoitteena on 800 000 FCEV-autoa vuoteen 2030 mennessä. Teknologian kustannusten odotetaan saavuttavan useilla markkinoilla kannattavuusrajan dieselkuorma-autojen kanssa, joten vetyyn kohdistuu merkittävää vauhtia ja investointeja.

Mitä useammissa hankkeissa käytetään yhä enemmän polttokennoteknologiaa, sitä enemmän on mahdollisuuksia kustannusten alentamiseen ja investointeihin teknologiaan. Kiinan sitoumus saada miljoona polttokennoajoneuvoa liikenteeseen vuoteen 2030 mennessä (7,6 miljardin dollarin investoinnit raskaaseen kuorma-autoliikenteeseen) tarjoaa valtavan potentiaalin polttokennoajoneuvojen tehokkuuden ja kustannuspisteiden merkittävään parantamiseen.

Vety on ennenkin nähnyt vääränlaista aamunkoittoa, mutta muutamat planeetan suurimmista yrityksistä edistävät tätä vähähiilistä vaihtoehtoa useilla eri aloilla. Toyota Kenworthilla on pitkä kokemus polttokennoteknologiaa käyttävien kuorma-autojen kehittämisestä, ja vuonna 2019 se lisäsi 10 T680-kuorma-autoa käytettäväksi Los Angelesin satamassa ja kaikkialla Etelä-Kaliforniassa. Shell on hiljattain investoinut voimakkaasti suuren mittakaavan vetyelektrolyysereihin, jotka tarjoavat nollahiilivaihtoehdon vedyn tuotantoon. Aiemmin tässä kuussa Cummins osti markkinoiden johtavan elektrolyyserin ja polttokennoja valmistavan yrityksen, Hydrogenicsin, 290 miljoonalla dollarilla. Nämä kaikki ovat merkkejä alan johtajien vakavasta sitoutumisesta vety- ja polttokennoalalle.

Rocky Mountain Institute (RMI) pyrkii kartoittamaan vihreän vedyn mahdollisuuksia nopeuttaa hiilidioksidipäästöjen vähentämistä aloilla, joilla edistyminen on ollut vaikeaa, ja vasta nyt alamme nähdä, millainen rooli ja asema tällä teknologialla voi olla rahtiliikenteen hiilidioksidipäästöjen vähentämisessä. Toivomme, että osallistutte RMI:n ja North American Council for Freight Efficiency (NACFE) paneelikeskusteluun vedystä kuorma-autoliikenteessä 8. lokakuuta.