Hybrider vinner på dieselfusk
De senaste veckorna har varit tuffa både för Volkswagen-ledningen och för dieselförespråkare. Somliga ser framför sig ett genombrott för elbilar, men frågan är om det inte är hybridbilarna som drar det längsta strået i stället.
Kaliumjon
Batterier till elbilar blir billigare och kan laddas (och laddas ur) snabbare. Vi ser också forskning som visar att litium kanske kan bytas mot kalium, som är billigare och finns tillgänglig i mycket större mängd (880 gånger vanligare i jordskorpan). Kaliumjonbatterier kan vara nyckeln till fortsatt prisfall på uppladdningsbara batterier (läs Kaliumjonbatterier möjlig utmanare).
Vad vi däremot inte ser är batterier med särskilt mycket bättre kapacitet i förhållande till massan. För t ex kaliumjonbatterier får vi vara glada om vi kan bibehålla dagens kapacitet. För att få användbara långfärdsprestanda i en elbil krävs också i fortsättningen minst ett halvt ton batterier och helst betydligt mer.
Hybrider sparar motorn
En massiv övergång till ”rena” elbilar ligger alltså långt borta. Dagens elbilar fungerar ganska bra i storstäder och för normala arbetsresor, men inte för längre sträckor.
Om vi i stället tittar på andra sidan av problemet – förbränningsmotorn – hittar vi andra problem. Dieselmotorn tycker allt sämre om korta körsträckor i takt med att motorn effektiviseras och får lägre utsläpp. Många korta sträckor med kall motor är dåligt för motorn. För att inte tala om de moderna katalysatorerna, som behöver komma upp i nästan 200 °C för att fungera.
Så det kanske är läge att lägga ännu mer fokus på hybridbilen och framför allt hybridbilen med dieselmotor. Det vore inte bara bra för luften i innerstaden, utan också bra för motorn.
Konstgödsel
Dagens dieselmotorer är förvånansvärt effektiva och det går att öka verkningsgraden ytterligare med hjälp av bland annat högre insprutningstryck och högre kompression. Resultatet blir visserligen högre utsläpp av kväveoxider, men det går att hantera genom tillsats av urea i katalysatorn (selektiv katalytisk reduktion). Det här görs redan i många miljödieselbilar och reducerar halten av NOx med ca 95 procent.
Men för att efterbehandlingen skall fungera måste katalysatortemperaturen upp i minst 180 °C. Att starta och stoppa motorn hela tiden är inte särskilt lyckat.
Över huvud taget tycker dieselmotorer ganska illa om att köras i korta intervall. Det märks om inte annat på serviceintervallen i moderna bilar, där man inte bara tittar på tid och körsträcka. De som mest kör långsträckor får betydligt längre intervall mellan service än de som kör kortsträckor.
Urea är förresten ett väldigt vanligt ämne, som framför allt används som konstgödsel i lantbruket. Priset ligger då strax över 10 kronor per kilo kväve. Det borde motsvara ca fyra kronor litern för de ureatillsatser som används i bilar (ca 32 procent urea). Den som lyckas köpa Adblue (som tillsatsen kallas) för det priset är bara att gratulera.
Hyfsat stora batterier
En dieselhybrid med hyfsat stort batteri är alltså ingen dålig lösning för den som gillar att köra både kortsträckor och långsträckor. De tidiga hybriderna klarade inte att köra särskilt länge på el, men med ett batteri i storleksklassen 10 kWh klarar man både arbetsresor (inte för långa), att lämna och hämta på dagis och att åka till affären för att köpa mat. Dieselmotorn mår bara bra av att slippa de här kortresorna. Den mår ännu bättre om man dessutom gör hyggligt många långresor.
Om man bor i villa/radhus eller har parkeringsplats med eluttag blir det hela riktigt bra. För ett så här pass litet batteri räcker ett vanligt eluttag både för laddning och värme.
Långsträckor
Jag har då och då gjort elaka beräkningar vad gäller elbilar och långresor och jag tänker inte repetera alla siffrorna här. Två av jätteproblemen är i alla fall behovet av stora och tunga batterier (minst ett halvt ton) och behovet av många snabbladdningsstationer med hög effekt. En tankstation för elbilar med samma kapacitet (i antal bilar) som en liten bensinstation med bara fyra ”slangar” behöver klara 5-10 MW vid toppbelastning och ha över hundra uttag. Dessutom måste elbilen tanka mellan tre och sex gånger så ofta som en ”normal” bil.
Hybridbilen har inga bränsleproblem eftersom den använder befintlig infrastruktur och har lång räckvidd. För långsträckor är den ju i praktiken en ”vanlig” bil. Dubbla drivlinor plus batteri väger visserligen en del, men mycket mindre än drivlina plus batteri för en elbil med långfärdsprestanda.
Dyrt
Hybridbilens stora problem är förstås priset. Den är visserligen betydligt billigare än motsvarande elbil, men klart dyrare än vanliga diesel- eller bensinbilar. Men för den som behöver köra mycket kortsträckor kan det ändå vara värt det.
För det handlar ju till slut om att olika användare har olika behov. För min egen del har jag till exempel inga planer på varken hybridbil eller elbil, helt enkelt för att jag inte så ofta kör kortsträckor. Om jag skall in till Stockholms innerstad tar jag oftast bussen och kontoret ligger bara 50 meter från huset. Däremot kör jag ofta långsträckor.
Den som bara kör kortsträckor och har tillgång till laddstolpe kanske ändå gör bäst i att köpa en elbil med relativt kort räckvidd. Med ett batteri i klassen 20-25 kWh blir priset inte alltför hemskt och bilen väger inte så väldigt mycket mer än en vanlig bil. För långresor går det alltid att hyra en konventionell bil, men det gäller att göra kalkylen i förväg. Det behövs inte många hyrbilsturer för att motivera en hybridbil.
Med det här resonemanget har nog ändå hybridbilen framtiden för sig. Så länge vi inte ser dramatiskt högre kapacitet per kilo på batterier är det egentligen bara vätgasbilen (som också är en hybridbil) som kan konkurrera direkt med dieselhybriden. Men den förutsätter en helt ny infrastruktur, plus att verkningsgraden vid vätgasproduktion och i bränslecellerna inte är mycket att skryta med.
Det kanske är dags för Volkswagen att göra en ordentlig hybridsatsning.
Filed under: Göte Fagerfjäll
Aktuellt ämne och Volkswagen gör verkligen en satsning på plug-in hybrider, batteriforskning och batteribilar som ska kunna konkurrera med Tesla. Tesla gör redan idag rena batteribilar med 85 kWh batterikapacitet. De har dessutom byggt upp ett laddsystem som gör det möjligt att färdas över hela Europa med lite gleshet i de östra staterna.
VW eller eg. Audi kommer med konkurrerande bil om två år och de celler som idag finns i eUp och eGolf har 25 Ah. Med samma cellstorlek kan prototyper idag ökas till 60 Ah, så det händer mycket på cellsidan. Olika lösningar för att höja energitäthet, förbättra säkerhet och minska kostnad tas fram över hela världen idag så rimligtvis kommer nästa generation batterbilar att fördubbla körsträckan.
Viktigast är dock priset som bör ner till 150 $/kWh från det läge vi har idag ca. 270 $/kWH för att en stor övergång till batteri-bilar ska ske. Redan idag är det på gränsen att en batteribil lönar sig om ser till totalkostnad. ( Beror lite på andrahandsvärdet). Men jag tror vi ser början på en marknad för elbilar och den ökar stadigt.
Vad gäller laddning finns en poäng att det tar tid om inte effekten är hög, men en bedömning kan vara att när man kört 30 mil kan det vara lämpligt att stanna och fika medan bilen laddas. Ett inte orimligt scenario för nästa generation. Undersökningar i USA tyder på att de stora flertalet laddningar sker i hemmet eller på jobbet och det räcker för de flesta resor.
Resurser för Lithium kan vara en kritisk punkt, men enligt undersökningar ska de kända och brytbara resurserna räcka till 2 miljarder elbilar.
Hybrider kommer säkert starkt efter VW’s klavertramp, men de har förbränningsmotor, elsystem, batteri och eventuellt ett induktivt laddsystem. Eftersom man måste ut och koppla sladdar efter 5 mil. Ett komplicerat och i slutändan dyrt system.
Hej Göte,
mycket intressant artikel om elbilar kontra hybridbilar.
Det finns en ännu bättre lösning enligt min uppfattning.
Elektrifiera vägarna, och ladda bilarna under färd via induktion.
Detta görs på rätt många ställen redan i världen men då gäller det bussar i stadstrafik. adae städer som omnämnts är inga små städer så det blir ganska långa resor.
Prata med Prof. Alakyly (tyvärr vet jag inte om jag stavat hans namn rätt) men skall finnas i Lund.
Mvh
Angående elektrifierade vägar.
Många som skriver om transportsektorn verkar bara utgå från dagens situation och teknologi. Om 10 till 20 år förmodar jag att batterier lagrar minst dubbelt så mycket energi per kilo men förmodligen ännu mer. Då kommer en elbil inte att väga väsentligt mer än en bränsledriven och nästan hela poängen med elvägar försvinner. En elväg kostar säkert väldigt mycket att bygga och kommer sannolikt inte att betala sig innan teknologin sprungit ifrån dem.
Ladda bussar i stadstrafik är säkert bra för de lokala utsläppen men för att minska transportsektorns samlade utsläpp behövs andra lösningar. I stadsmiljö finns inte behovet av elvägar eftersom även dagens elbilar fungerar väl inom en stad. Problemen är på längre sträckor och här blir kostnaden för infrastruktur för höga.
Jag tror att vi kommer gå till elbil via laddhybrider. När vi väl är där kommer, på gott och ont, även järnväg att betraktas som en felinvestering. Automatiskt styrda elbilar i täta kolonner kommer kanske fortfarande inte upp till samma verkningsgrad som tåg, men tillräckligt nära. Flexibiliteten är mycket större och man kommer direkt till destinationen utan byte, dessutom med eventuellt tungt bagage. Allt detta på redan befintlig infrastruktur.
Lägger man till en gnutta mer intelligens i våra urusla trafikljus så kommer även stadstrafiken flyta på bra.
Lite märkligt att ingen tagit Volvos ECC-koncept vidare, men det var väl alldeles för långt före sin tid.
Hybridbilar som de ser ut nu är för komplicerade, dvs som en hopslagen elbil och vanlig bil.
En elbil är ju superenkel, förutom batteriet som många är oroliga för är det bara lite elektronik och en elmotor. Jämfört med en superkomplex fossilvärmebil krävs ju i princip ingen service.
Att ha en pyttemotor på fast varvtal (t ex Diesel med urea-rening) som i princip kan gå ”jämt” känns som en mycket bättre lösning. Skulle säker räcka gott med en 5-10 kW på pyttemotorn…
Eldrift passar stadsbussar riktigt bra, då de går i bestämda rutter och man kan planera in laddningen därefter. Induktiv överföring på bestämda hållplatser är en lösning men konduktiva lösningar finns också. Vad som blir bäst får kanske framtiden avgöra. Flera försök med induktiv laddning pågår men egentligen ingen riktig kommersiell drift ännu. Om man bortser från en linje i Sydkorea. Göteborg stoltserar med en helelektrisk linje med konduktiv laddning sedan en tid tillbaka.
Om man vill bli av med koldioxid från tunga transporter är elväg nästan ett måste. Alternativet är bränsleceller men då ska vätgasen produceras på ett förnyelsebart sätt. Eller kärnkraft. Det finns tankar om att ett elvägssystem skulle kunna användas av lätta personbilar också. Det utesluter kontaktlinor men det kanske fungerar med de system som läggs ut på(eller i) marken.
Om systemet bygger på induktiv överföring måste en standard för detta etableras och varje bil och lastbil ska installera en mottagare med relativt hög effekt. Förmodligen är det här lönsamt om man tänker att varje bil har ett litet batteri och istället en mottagare. Dock är frågan om konceptet bil håller för att man kan köra 5-10 mil utanför de vägar som är elektrifierade. Bilar köper man för att få frihet och flexibilitet. Dessutom lär det dröja åtskilliga år innan systemen är på plats så att en övergång till eldrift kan göras på bred front. Men provdrift med tunga fordon är på gång i Sandviken och Arlanda.
Kul debatt och jag skall titta närmare på elvägarna.
Bara ett par kommentarer:
Om vi antar att elbilen är dubbelt så effektiv som dieselbilen på landsväg kan vi räkna med 6 kWh per kg dieselolja (ett kilo diesel innehåller ca 12 kWh energi) i jämförelser med batterier. Energiinnehållet i ett Tesla-batteri (85 kWh) på 540 kg motsvaras då av 14 kilo (17 liter) dieselolja. För att få samma räckvidd som en dieselbil med en tank på 50 l (42 kg) krävs batterier med en kapacitet på 250 kWh och en vikt runt 1,5 ton.
Det är alltså inte så att en fördubblad kapacitet per kilo batteri (och inte mycket talar för det de närmaste åren) skulle jämna ut förhållandet mellan elbilar och dieselbilar. Vi talar fortfarande om en skillnad på mer än en faktor 30. Och om långfärdsbilen måste släpa runt på ett ton (minst) batterier finns det väldigt stor marginal för andra lösningar, till exempel dieselhybrider. En hyfsad liten dieselmotor väger inte mycket över 100 kg.
Idag har mediadebatten en nästan total fokus på elbilar för långa avstånd. Jag tycker att den debatten är kontraproduktiv, eftersom man så lätt kan visa att elbilar inte kan konkurrera på just det segmentet. För kortdistans är däremot elbilar alldeles utmärkta och då finns heller ingen som helst anledning att förvandla bilarna till flera ton tunga pansarvagnar. Samma sak gäller busslinjer i innerstaden, där elbussar fungerar alldeles utmärkt och kommer att bli ännu bättre när serieproduktionen kommer igång på allvar.
/göte
Tesla’s laddstationer i Frankrike har förvånat då de ofta används av norska bilister. D.v.s systemet funkar och Tesla-ägarna är nöjda.
Dock håller jag med om att elbilarna i första hand är till för städer och att det är där vi borde börja. Alla andrabilar bör kunna vara elektriska, så bra är de idag.
Sälv kör jag en e-up som andra bil och det funkar alldeles utmärkt.
Hej Göte
Varför tar ingen upp bränslecellsbilar som borde vara en konkurrent till både elbilar, laddhybrider och vanliga bilar?
Både Toyota och Hyundai har redan kommersiella bränslecellsbaserade bilar till försäljning.
Läste dessutom i Ny teknik nr 40 om bränsleceller som använder diesel för att ge el i tunga lastbilar när dom står uppställda utan tillgång till el. Enligt uppgift minskar dieselförbrukningen från ca 3 liter per timma när motorn körs på tomgång till ca 1 liter per timma med bränslecellen. Detta bör ju innebära att bränslecellen har 3 gånger högre effektivitet. Dock nämns ingenting om W/kg och W/dm3 eller om verkningsgrad vilket ju är viktigt om den skall gå att använda i personbilar.
Dessutom om det går att köra en bränslecell på diesel borde det gå att köra den på andra kolväten, t ex E85 eller biogas och i så fall skulle man för bränslecellsbilar inte behöva bygga upp ett distributionssystem för vätgas vilket ju används i dagens bränsleceller i bilar.
Att ha en elbil med relativt kort räckvidd som andrabil är naturligtvis inte dumt och löser i mångt och mycket samma problem som hybridbilen gör. I praktiken är det säkert så det redan fungerar för dagens elbilsförare.
Bränslecellsbilar är i allt väsentligt identiska med andra elhybridbilar.Skillnaden är att förbränningsmotorn har ersatts av bränsleceller och bränsletanken innehåller vätgas under tryck i stället för dieselolja. Bränslecellspacken väger ungefär lika mycket som en dieselmotor (ca 100 kg) och den totala verkningsgraden för hela härligheten hamnar i ungefär samma nivå som för dieselhybrider (beroende på hur man framställer vätgasen).
Tekniken är inte dum, men bränsleceller kräver ännu en dyr infrastruktur (vätgas), priset är mycket högt och livslängden på bränslecellerna har hittills varit kort. Toyota säger sig (enligt Ny Teknik) ha reducerat priset för själva bränslecellspaketet till 350 000 kronor och fått upp livslängden till någotsånär rimlig nivå, men i jämförelse med en dieselmotor är bränslecellerna väldigt dyra och förmodligen ganska kortlivade.
En stor finess med bränsleceller är att man kan framställa vätgas ur vatten (hydrolys) om man har gott om el, till exempel från kärnkraftverk.
/göte