Den här gången tänkte jag titta på elfordon och elprylar. Det finns ju så många områden där de gör en så fantastisk nytta. Bilar, bussar, båtar, cyklar, mopeder, motorsågar – listan kan göras hur lång som helst. Men tekniken passar inte alla och inte överallt.

Jag gillar att göra kalkyler och överslagsberäkningar för att se om saker som sägs eller skrivs stämmer med verkligheten. Det är förvånansvärt enkelt och visar till exempel att det mesta som sägs om elflyg är snömos. Samma sak gäller väldigt mycket som sägs om energiförsörjning, återanvändning och hållbarhet.

Däremot finns det väldigt mycket positivt att säga om elektriska fordon och andra elektriska prylar. Så låt oss göra lite snabba kalkyler.

Elcykeln är fantastisk
Fordon som är naturligt energieffektiva går ofta lätt att elektrifiera. Cykeln är väl det bästa exemplet, där futtiga 60 W kan räcka för en hastighet uppåt 25 km/h. Den klassiska cykeln är ju begränsad till den effekt som en människa klarar att ge ifrån sig under hyfsat lång tid och då hamnar man runt 60 W. Om man tar hänsyn till verkningsgrad för elmotor, batteri och transmission behöver en elcykel förmodligen drygt 100 W för att göra samma arbete.

Det här innebär att ett batteripaket på i sammanhanget futtiga 200 Wh bör räcka i två timmar eller knappt fem mil om föraren inte hjälper till och det dubbla om cyklisten lägger manken till en aning. Elcykeln är med andra ord en klar vinnare.

Orsaken till att cykeln är effektiv är framför allt att den har så lågt rullmotstånd och det beror i sin tur på att ekipaget väger så lite. Rullmotståndet varierar i och för sig med däcktyp, lufttryck (i däcken) och hjulstorlek, men skillnaderna är inte riktigt så stora som man skulle kunna tro. Den viktigaste parametern är i stället totalvikten. Rullmotståndet ökar sedan linjärt med hastigheten.

Aerodynamiskt sett är däremot cykeln ganska kass. Frontarean är visserligen liten, men strömlinjeformen är hemsk. Det här gör inte så mycket vid låga hastigheter, men vid högre hastigheter blir cykeln hopplös (och tur är väl det). Luftmotståndet ökar med kvadraten på hastigheten och vid hastigheter över 100 km/h kan en cykel mycket väl ha nästan lika hög energiförbrukning som en bil.

Mopeder och motorcyklar
Det här märks också när vi vill elektrifiera mopeder och motorcyklar. En moped som körs i 45 km/h har väldigt mycket större energiförbrukning per mil än en cykel som körs i 25 km/h. Luftmotståndet är visserligen den stora boven, men mopedens högre vikt och bredare däck ger också ett betydligt större rullmotstånd.

Ändå är elektriska mopeder alldeles utmärkta fordon. Enligt en del mopedtillverkare räcker ett batteri på 1 kWh ca 2,5 mil (andra säger 4 mil) – något som i och för sig låter ganska dåligt i jämförelse med elcyklar. Ett batteri på 2 kWh bör i alla fall utan vidare räcka i fem mil.

Ett såpass stort batteri kostar uppåt 15 000 kronor så batterikostnaden är plötsligt ganska signifikant. Men med en milkostnad mellan trettio och femtio öre är det ändå ganska lätt att räkna hem elmopeden.

Kalkylen blir betydligt jobbigare när vi kommer till motorcyklar. I motorvägshastighet drar en elmotorcykel nästan lika mycket som en elbil beroende på den dåliga aerodynamiken. Man kan knappast räkna med mer än en mil per kWh och de batteripaket på 7 till 14 kWh som brukar finnas räcker alltså mellan 7 och 14 mil. Ett batteri med en kapacitet på 14 kWh väger någonstans runt 80 kg och kostar minst 70 000 kronor.

Men det kan det kanske vara värt.

Aerodynamiska fordon
Det går naturligtvis att konstruera små fordon med mycket lägre energiförbrukning än konventionella cyklar, mopeder och motorcyklar. En vanlig cykel har en luftmotståndskoefficient, Cw, på ca 0,9 och en frontarea på ca 0,35 kvadratmeter. Det innebär en CwA på ca 0,32, alltså i klass med GMs tidiga elbil EV-1 (som har mycket lägre Cw, men större frontarea). Mopeder och motorcyklar hamnar i samma område.

Ett fordon med liten frontarea och låg luftmotståndskoefficient kommer förstås att ha en mycket lägre CwA. Redan en vanlig bil med bra aerodynamisk form har ett Cw runt 0,25 (0,24 för Prius) och mera extrema konceptbilar som Volkswagens enlitersbil hamnar under 0,16. Riktigt extremt är det för deltagarna i tävlingen Shell Ecomarathon. De måste komma under 0,05 för att ha en chans till vettiga placeringar. Den senaste vinnaren i Ecomarathons elbilsklass körde nästan 90 mil på en kWh.

Sedan skall man förstås komma ihåg att luftmotståndet spelar ganska liten roll för ett tungt fordon som körs i låg hastighet. Över ”brytpunkten” där luftmotståndet är lika stort som rullmotståndet blir sedan luftmotståndet snabbt helt dominerande. För en vanlig cykel ligger brytpunkten en bit under 20 km/h, medan den för bilar ofta hamnar runt 50 km/h.

Bilar för korta avstånd
Och vad är det då för fel på elbilar?

Svaret är naturligtvis – inga alls. Elbilar är i grunden alldeles utmärkta även om de också har sina begränsningar, precis som alla andra fordon.

Den mest uppenbart användbara elbilen är rimligen laddhybriden. Den löser problemet med korta transporter på ett smidigt sätt samtidigt som den klarar långa avstånd utan att ställa krav på ny infrastruktur. För väldigt många innebär laddhybriden att den stora majoriteten av resorna görs enbart med eldrift, samtidigt som man inte avsvär sig möjligheterna att göra långresor på ett enkelt sätt.

Nackdelen med laddhybriden sägs vara att den adderar komplexitet jämfört med en ren elbil. Men laddhybriden är samtidigt både lättare och billigare, så det är svårt att ta de argumenten på allvar.

Ett alternativ till laddhybriden är förstås att ha en vanlig bensin- eller dieselbil och en enklare ren elbil. Men återigen – det är en dyr lösning utan särskilt stora fördelar. Så länge laddhybriden är lika billig eller billigare måste rimligen de flesta föredra den framför den ”riktiga” elbilen.

Många tror kanske att laddhybriden är ett sämre ”klimatval”, men det är långtifrån säkert. En modern laddhybrid har för det mesta ett batteri med en kapacitet någonstans mellan 10 och 15 kWh. Det skall jämföras med elbilens 60 till 100 kWh. För att elbilen skall bli bättre ur klimatsynvinkel krävs att laddhybriden för det mesta kör på bensin. Så verkar det inte vara.

Men visst kan det finnas orsak att ha en ”riktig” elbil. Den som till exempel kör tio till tjugo mil till jobbet varje dag kan spara en slant på att klara hela sträckan på el. Allt handlar om hur man använder sin bil.

För min egen del fungerar fortfarande den konventionella bilen bäst. Jag kör inte särskilt mycket kortsträckor, men däremot ofta långsträckor över 50 mil. Men den dag jag hittar en laddhybrid som är riktigt bränslesnål på långsträckor kanske jag tänker om.

Deplacerande båtar
Cyklar, mopeder och bilar är nog bra, men ibland vill man ut på havet också. För fartyg och båtar kan eldrift vara väldigt intressant, även om det finns problem. Ett av dem är att energiförbrukningen skiljer så otroligt mycket mellan olika båttyper och olika hastigheter.

Vatten är ett ganska säreget medium med en del udda egenskaper. En båt med hyfsade hydrodynamiska egenskaper och slät bottenyta har låg energiförbrukning upp till den så kallade deplacementsfarten, då bogvågens våglängd är lika stor som båtens vattenlinje. Om man försöker öka hastigheten ytterligare gör vattnet sitt bästa för att bromsa (och lyckas otroligt bra).

Maxhastigheten i knop för en deplacerande båt kan enkelt beräknas som 2,427 gånger roten ur vattenlinjens längd. En fyra meter lång båt kommer nästan upp i fem knop, en 9,6 meter lång båt (min) kommer upp i 7,5 knop och ett hundra meter långt fartyg kommer upp i 24,3 knop.

Om man nöjer sig med deplacementsfart har man inga större problem. Då går det att använda åror, segel eller förvånansvärt små motorer. Min 2,5 ton tunga segelbåt har till exempel en dieselmotor på 8 hästkrafter och normalt sett räcker halv effekt alldeles utmärkt.

Då går det åt ca 1,2 l bränsle per timma eller knappt två deciliter per distansminut.
Om jag gick över till el skulle jag säkert klara mig med 3 kW för att tuffa fram i sex knop. Åtta timmars körning skulle kräva 24 kWh och jag skulle komma 48 distansminuter.

Nu verkar det lite fånigt att släpa runt med mast, segel och framför allt en köl som väger en bra bit över ett ton om man inte vill segla. En ”riktig” elbåt borde rimligen kunna göras betydligt energisnålare. Det där motorcykelbatteriet på 14 kWh kan nog utan vidare klara en dagstur i sex knop.

Då är det betydligt svårare att elektrifiera de snabba planande båtarna. Här ser vi ofta motorer över hundra hästkrafter och för att hålla 25 eller 30 knop krävs massor av effekt. En hyfsat stor båt kör slut på ett Teslabatteri (85 kWh) på bara en dryg timme.

Det går att få ner energiförbrukningen med hjälp av bärplan och annat, men ännu så länge är det nog säkrast att satsa på deplacementsfart om man vill köra på el.

Flygplan blir för tunga
Vill man göra det riktigt svårt för sig kan man alltid satsa på elektriska flygplan. Då blir kalkylerna extremt jobbiga.

Problemet är flygtiden i förhållande till batterivikten. Vi kan till exempel utgå från ett litet fyrsitsigt flygplan (Cessna 172) med en motor på 150 hästkrafter och en ekonomisk marschfart på 110 knop. Maximala räckvidden är drygt 100 mil, tomvikten är 650 kg och maximal startvikt är 1089 kg. Med full tank (188 l/140 kg) får vi lasta in maximalt 300 kg. Det blir alltså inget bagage om tre passagerare vill med på långresa. Den här flygplanstypen känns väldigt hemtam, även om det var många år sedan jag senast flög den.

Nåväl, vi byter Lycoming O320-motorn till en elmotor. Lycomingmotorn har en torrvikt på 111 kg och vi kanske vinner några kilo på att byta till elmotor. Låt oss öka lastförmågan från 440 kg till 460 kg.

Vid marschfart kräver planet normalt sett 35 l bensin per timme. Om vi räknar med att motorn har en verkningsgrad på strax över 30 procent blir det 100 kWh per timme (1 l flygbensin motsvarar 9,1 kWh).

Elmotor och batteri har väl i bästa fall 85 procents verkningsgrad så vi behöver en batterikapacitet på ca 115 kWh per timme. Om vi utgår från Teslabatterier får vi 85 kWh från en batteripacke som väger 540 kg. Med samma förutsättningar som förut (300 kg nyttolast) får vi in 160 kg batterier med 25 kWh kapacitet. Det räcker för 13 minuter i marschfart, men troligen bara drygt hälften för start med fullt gaspådrag. Nu spelar det ingen roll – vi skulle ändå aldrig få starttillstånd med så liten gångreserv.

Om vi struntar i passagerare och bagage kan vi i stället få in 360 kg batterier. Det ger oss en halvtimmes flygtid i marschfart, men vi skulle fortfarande inte få starttillstånd. På en okontrollerad flygplats där ingen ställer frågor skulle vi kanske våga göra några övningsvarv.

Drönare, segelflyg och zeppelinare
Konventionella flygplan kommer knappast att elektrifieras innan vi har en helt ny och effektivare batterigeneration. Däremot duger dagens batterier för drönare med relativt kort flygtid.

För drönare är dessutom eldriften och styrmöjligheterna fantastiska. Det är oerhört mycket billigare att kunna detaljreglera fyra eller fem elmotorer med fasta rotorer än att göra samma sak med bensinmotorer, transmissioner och ställbara rotorer med variabla rotorvinklar.

Elmotorer kan också redan idag användas som hjälpmotorer till segelflygplan. Där räcker det med några minuters gångtid.

Man kan mycket väl tänka sig eldrift på luftskepp, zeppelinare. Där är inte batterivikten ett lika stort problem och det är enbart en fördel att batterivikten är densamma oberoende av laddning. Luftskeppen kan dessutom täckas med solceller och på det sättet få närmast obegränsad gångtid.

Problemet är väl framför allt att luftskepp har så förtvivlat svårt att ta sig över tröskeln från ”intressant pryl” till användbar teknik. Det finns massor av bra orsaker till det men de tänker jag inte ta upp här.

Men jag hoppas ändå att någon i framtiden tar upp tanken på lyxiga eldrivna kryssningsluftskepp. Att sakta, tyst och på låg höjd sväva fram över Afrikas savanner borde vara värt en del. Speciellt om man samtidigt kan sitta bekvämt vid panoramafönstret och avnjuta sin femrätters middag.

Motorsåg
Elektriska truckar, lastbilar (för korta avstånd) och bussar är vid det här laget ganska självklara. De är ättlingar till de gamla elektriska mjölkbilarna i England och vår egen postbil, Tjorven. Elektriska gruvmaskiner och elektriska entreprenadmaskiner kommer också att bli vanliga med all rätt. Och vem vet – kanske får vi någon dag se elektriska traktorer i lantbruket.

Men det jag själv verkligen skulle vilja ha är en vettig elektrisk motorsåg till ett rimligt pris. Det där med att hålla en rykande tvåtaktsmotor ett par decimeter från näsan har aldrig riktigt tilltalat mig.

Och jodå, jag vet att det finns batteridrivna motorsågar. Jag äger till och med en billig batterisåg som ibland duger till ett och annat. Men inte ens Stihls bästa batterisåg duger riktigt när det är allvar.

Problemet med elektriska motorsågar är förstås att gångtiden blir så kort. Man behöver bortåt 3 kW och det är fulleffekt som gäller när man fäller träd. Då räcker inte ett enkilos batteri mycket mer än fem minuter. Batteriet blir dessutom väldigt varmt.

En vacker dag lanserar säkert någon en användbar motorsåg med minst tre batterier och separat (troligen bensindriven) laddstation med batterikylare. Men risken är överhängande att det blir alldeles för dyrt för mig.

I vilket fall som helst innebär de elektriska cyklarna, mopederna, motorcyklarna, bilarna båtarna och drönarna att elektronikindustrin har en ljus framtid.

Filed under: Göte Fagerfjäll