Kör mindre med vätgasbränsleceller – RMI

Kör mindre med vätgasbränsleceller

Originellt publicerat på ACT news.

Och även om vätgasdrivna bränslecellsfordon (FCEV) har funnits sedan 1960-talet har de nyligen dykt upp som en potentiell lösning för att avkarbonisera tunga transporter. Nikola Motors har just meddelat att de har fått 1 miljard dollar i finansiering för sin vätgasfordonsteknik och har fått några betydande nya partners, däribland CNHI och Bosch. Tidigare i år lanserade företaget också en djärv färdplan för 700 tankstationer i hela landet och säkrade ett partnerskap för 800 fordon med Anheuser-Busch för att hjälpa till att minska koldioxidutsläppen från dess fraktflotta. Vad gör FCEV:er till ett bra val för att minska koldioxidutsläppen från tunga transporter? Låt oss undersöka likheterna, fördelarna och utmaningarna med FCEV:er jämfört med konventionella förbränningslastbilar.

Det är samma sak, fast bättre

En av fördelarna med FCEV:er är att vätgasen använder en tankningsinfrastruktur som liknar den för konventionella lastbilar. Detta innebär att FCEV:er skulle kunna tankas vid befintliga lastbilsstationer runt om i landet och att tankningsupplevelsen skulle vara likartad. En lastbil kan fyllas med vätgas på mindre än 15 minuter och processen för att tanka en FCEV liknar tankningen av en dieselbil; vätgasen pumpas in i fordonets tank med hjälp av en gaspump och ett munstycke som liknar en traditionell dieselpump.

En annan fördel är vätgasens energitäthet. Diesel har en energitäthet på 45,5 megajoule per kilogram (MJ/kg), vilket är något lägre än bensin, som har en energitäthet på 45,8 MJ/kg. Vätgas däremot har en energitäthet på cirka 120 MJ/kg, nästan tre gånger mer än diesel eller bensin. I elektriska termer motsvarar vätgasens energitäthet 33,6 kWh användbar energi per kg, jämfört med diesel som bara rymmer cirka 12-14 kWh per kg. Vad detta egentligen innebär är att 1 kg vätgas, som används i en bränslecell för att driva en elmotor, innehåller ungefär samma energi som en gallon diesel. Med detta i åtanke hävdar Nikola att dess fordon kan få mellan 12 och 15 mpg motsvarande, vilket är långt över det nationella genomsnittet för en diesellastbil, som ligger på cirka 6,4 mpg.

Elektriska drivlinor är också mer effektiva än förbränningsmotorer. Med en förbränningsmotor överförs cirka 50 % av den genererade energin till värme, medan elektriska drivlinor endast förlorar 10 % av sin energi till värme. Denna skillnad i effektivitet visar hur mycket konsumenterna förlorar med mindre effektiva förbränningsmotorer.

Priset är en annan attraktiv egenskap hos vätgas. Dieselpriserna ligger för närvarande nära 3,00 dollar per gallon, och med den senaste tidens inskränkning av Saudiarabiens oljeproduktion är det rimligt att förvänta sig ytterligare prisökningar för diesel. Men när det gäller vätgas, visar en färsk analys från Bloomberg New Energy Finance att produktionspriset per kilo för vätgas kan vara så lågt som 1,40 dollar per kilo om ungefär tio år.

När det gäller tunga transporter spelar vikten roll. FCEV:er erbjuder samma höga vridmoment som batterielektriska fordon, men med lägre vikt. Ett exempel är den uppskattade viktskillnaden mellan den batterielektriska Lion 8 och den vätebränslecellsdrivna Nikola One. Lion 8 har ett 480 kWh-batteripaket med en räckvidd på 250 mil, vilket motsvarar cirka 2-5 ton. En Nikola One, med en räckvidd på cirka 500-750 mil, beräknas ha ett batteripaket på 250 kWh, vilket sannolikt skulle väga cirka 2,5-3 ton.

Med hänsyn till dessa faktorer finns det en tydlig väg för vätgas att bli ett alternativt bränsle med låg kolhalt, låg kostnad och låg vikt för tunga lastbilar. FCEV-lastbilar är dock inte utan utmaningar.

Det är inte lätt att vara grön

Även om vätgas inte har någon färg eller lukt kommer vi att behöva grönt vätgas, och mycket av det, för att stödja dekarboniseringen av tunga transporter. Grön vätgas, även kallad förnybar vätgas, är vätgas som framställs enbart med hjälp av förnybar energi, vanligtvis genom elektrolys. Vid elektrolys av vatten används elektricitet för att separera vatten till gasformigt väte (H2) och syre (O2), varvid elektrisk energi omvandlas till kemisk energi. Det finns fortfarande frågor kring hur snabbt produktionen av grönt vätgas kan skalas upp; tillverkningskapaciteten för elektrolysatorer har bara börjat öka avsevärt.

De största utmaningarna med vätgas handlar om transport och lagring. Vätgas produceras i gasform, och den måste lagras under tryck eller direkt flytande. Båda dessa processer kräver ytterligare energi, som kan komma från förnybara källor eller inte. Det finns nya metoder som använder kemiska bindningar (vanligtvis kallade flytande organiska vätgasbärare ) eller ammoniak för att transportera vätgas i ett stabilt tillstånd. Dessa metoder kräver inte tryck eller kryogen fluidisering och kräver därför mindre energi för att transportera och lagra vätgasen. Tekniken befinner sig dock fortfarande i ett relativt tidigt utvecklingsstadium och är inte redo för storskaligt införande.

En annan lösning på transport- och lagringsutmaningarna har varit att fokusera på lokaliserad produktion. Nikola har samarbetat med Nel och Bosch för att leverera ett nätverk av lokala vätgasproduktionsstationer som utnyttjar förnybara energikällor och elektrolyserare, vilket innebär att logistikkedjan för konventionell diesel- och bensinförsörjning stryks. I framtiden skulle vi också potentiellt kunna använda naturgasinfrastruktur för att transportera vätgas, vilket minskar behovet av stor infrastrukturutveckling. Detta skulle också kunna erbjuda ett sätt att tillhandahålla vätgas från centrala produktionshubbar i stället för lokala byggen.

En annan nackdel med vätgas är räckvidden. Enligt Nikola är räckvidden för en bränslecellslastbil 500-750 mil, beroende på last och terräng; Toyota Kenworth FCEV-lastbilar har en räckvidd på cirka 300 mil. Detta är en blek jämförelse med diesellastbilar, som kan köra långt över 1 000 mil utan att tanka. Med förare som är begränsade till 500 mil per dag kan denna faktor dock inte orsaka några större störningar i den vanliga verksamheten.

Hur snart är det nu?

Även om det finns utmaningar är det dags för vätgas nu, och här är skälen till det:

Vi ser ett ökat tryck från myndigheter och en ökad efterfrågan från branschen. Europeiska unionen har åtagit sig att ta bort bensin- och dieselfordon senast 2030. Samtidigt skapar standarder för rena bränslen och tillhörande investeringar i Kalifornien och Kanada den politiska grunden för förändring. Hyundai planerar för produktion av upp till 700 000 FCEV:er per år till 2030, och Japan siktar på 800 000 FCEV:er till 2030. Och med teknikkostnader som förväntas nå break-even med diesellastbilar på flera marknader finns det en betydande drivkraft och investeringar i vätgas.

Desto fler projekt som i allt högre grad använder sig av bränslecellsteknik, desto större är potentialen för kostnadsminskningar och investeringar i tekniken. Kinas åtagande att få ut 1 miljon bränslecellsfordon på vägarna till 2030 (med 7,6 miljarder dollar investerade i tunga lastbilar) erbjuder en enorm potential för betydande framsteg i fråga om effektivitet och kostnadspunkter för bränslecellsfordon.

Vätgas har upplevt falska gryningar tidigare, men detta koldioxidsnåla alternativ drivs av några av de största företagen på planeten inom flera sektorer. Toyota Kenworth har en lång erfarenhet av att utveckla lastbilar som använder bränslecellsteknik och under 2019 har företaget lagt till 10 T680 som ska användas i Los Angeles hamn och i hela södra Kalifornien. Shell har nyligen gjort stora investeringar i storskaliga vätgaselektrolyser, som erbjuder ett koldioxidfritt alternativ för vätgasproduktion. Tidigare den här månaden förvärvade Cummins ett marknadsledande företag för tillverkning av elektrolysatorer och bränsleceller, Hydrogenics, för 290 miljoner dollar. Detta är alla signaler om ett seriöst engagemang från industriledare för att ta sig in på vätgas- och bränslecellsområdet.

Rocky Mountain Institute (RMI) arbetar med att identifiera möjligheterna för grön vätgas för att påskynda dekarboniseringen i sektorer som har haft svårt att göra framsteg, och det är först nu som vi börjar se den roll och position som denna teknik kan ha i dekarboniseringen av godstransportsektorn. Vi hoppas att du kommer att ansluta dig till RMI och North American Council for Freight Efficiency (NACFE) för en paneldiskussion om vätgas inom lastbilstrafiken den 8 oktober.