Ein Batterie-Elektrofahrzeug in der Fahrzeugflotte der University of Queensland. CC BY-ND
Bei Benzin- und Dieselfahrzeugen ist die niedrige Energieeffizienz bereits ein großes Problem. In der Regel nur 20% des Gesamtbetrags gut zu rad Energie wird tatsächlich verwendet, um diese Fahrzeuge anzutreiben. Der andere 80% geht durch Ölgewinnung, Veredelung, Transport, Verdampfung und Motorwärme verloren. Diese niedrige Energieeffizienz ist der Hauptgrund, warum Fahrzeuge mit fossilen Brennstoffen emissionsintensiv und relativ teuer im Betrieb sind.
Vor diesem Hintergrund haben wir uns zum Ziel gesetzt, die Energieeffizienz von Elektro- und Wasserstofffahrzeugen als Teil von a jüngsten Papier veröffentlicht im Journal zu Luftqualität und Klimawandel.
Elektrofahrzeuge stapeln sich am besten
Basierend auf einem breiten Scan von Studien weltweit haben wir festgestellt, dass batterieelektrische Fahrzeuge im Vergleich zu anderen Fahrzeugtechnologien signifikant geringere Energieverluste aufweisen. Interessant sind jedoch die radneutralen Verluste von Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge waren fast so hoch wie Fahrzeuge mit fossilen Brennstoffen.
Durchschnittliche Well-to-Wheel-Energieverluste aus verschiedenen Fahrzeugantriebstechnologien mit typischen Werten und Reichweiten. Anmerkung: Diese Zahlen beziehen sich auf Produktion, Transport und Antrieb, berücksichtigen jedoch nicht den Energiebedarf der Herstellung, der derzeit für Elektro- und Wasserstoffbrennstoffzellenfahrzeuge im Vergleich zu Fahrzeugen mit fossilen Brennstoffen geringfügig höher ist.
Auf den ersten Blick mag dieser signifikante Wirkungsgradunterschied angesichts der jüngsten Aufmerksamkeit für die Verwendung von Wasserstoff für den Transport überraschend erscheinen.
Während heute der größte Teil des Wasserstoffs (und auf absehbare Zeit) wird hergestellt aus fossile Brennstoffeist ein emissionsfreier Weg möglich, wenn erneuerbare Energie verwendet wird, um:
den Wasserstoff auf ein wirtschaftliches Volumen verflüssigen oder komprimieren (1 kg Wasserstoff nimmt 12 Kubikmeter bei normalem Luftdruck auf; 1 kg Wasserstoff = ungefähr 100 km Reichweite)
und schließlich Wasserstoff an ein Brennstoffzellenfahrzeug liefern.
Hierin liegt eine der wesentlichen Herausforderungen bei der Nutzung von Wasserstoff für den Verkehr: Der Prozess des Energie-Lebenszyklus umfasst wesentlich mehr Schritte als die einfachere direkte Nutzung von Elektrizität in batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen.
Jeder Schritt im Prozess verursacht einen Energieverlust und damit einen Effizienzverlust. Die Summe dieser Verluste erklärt letztendlich, warum Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge im Durchschnitt drei- bis viermal mehr Energie benötigen als Batterie-Elektrofahrzeuge pro gefahrenem Kilometer.
Auswirkungen auf das Stromnetz
Die zukünftige Bedeutung einer geringen Energieeffizienz wird durch die Untersuchung der möglichen Auswirkungen auf das Stromnetz verdeutlicht. Wenn Australiens vorhandene 14-Millionen-Light-Vehicles elektrisch betrieben würden, bräuchten sie ungefähr 37 Terawattstunden (TWh) Strom pro Jahr - eine Steigerung der nationalen Stromerzeugung um 15% (ungefähr gleichbedeutend mit Australiens bestehender jährlicher erneuerbarer Stromerzeugung).
Wenn dieselbe Flotte jedoch auf Wasserstoffbetrieb umgestellt würde, würde sie mehr als das Vierfache des Stroms benötigen: ungefähr 157 TWh pro Jahr. Dies würde eine Steigerung der nationalen Stromerzeugung um 63% bedeuten.
Eine kürzlich Infrastruktur Victoria Bericht zu einem ähnlichen Ergebnis gelangt. Es wurde berechnet, dass ein vollständiger Übergang zu Wasserstoff in 2046 - sowohl für leichte als auch für schwere Fahrzeuge - 64 TWh Strom erfordern würde, was einem Anstieg des jährlichen Stromverbrauchs in Victoria um 147% entspricht. Elektrofahrzeuge mit Batterie benötigen ungefähr ein Drittel der Menge (22 TWh).
Einige mögen argumentieren, dass Energieeffizienz in Zukunft keine Rolle mehr spielen wird, da einige Prognosen darauf schließen lassen, dass Australien sie erreichen könnte 100% erneuerbare Energie sobald die 2030s. Während das aktuelle politische Klima darauf hindeutet, dass dies trotz des bevorstehenden Übergangs eine Herausforderung sein wird, wird es zwischen den Sektoren einen konkurrierenden Bedarf an erneuerbaren Energien geben, was die anhaltende Bedeutung der Energieeffizienz unterstreicht.
Es sollte auch anerkannt werden, dass ein höherer Energiebedarf zu höheren Energiepreisen führt. Selbst wenn Wasserstoff künftig die Preisgleichheit mit Benzin oder Diesel erreichen würde, wären Elektrofahrzeuge aufgrund ihrer höheren Energieeffizienz um 70-90% billiger zu fahren. Dies würde den durchschnittlichen australischen Haushalt retten mehr als A $ 2,000 pro Jahr.
Pragmatischer Plan für die Zukunft
Trotz der deutlichen Energieeffizienzvorteile von Elektrofahrzeugen gegenüber Wasserstofffahrzeugen gibt es in Wahrheit kein Patentrezept. Beide Technologien stehen vor unterschiedlichen Herausforderungen in Bezug auf Infrastruktur, Verbraucherakzeptanz, Netzauswirkungen, technologische Reife und Zuverlässigkeitund Driving Range (die Volumen für ausreichend Wasserstoff benötigt verglichen mit der Batterieenergiedichte für Elektrofahrzeuge).
Batterieelektrofahrzeuge sind noch kein geeigneter Ersatz für jedes Fahrzeug auf unseren Straßen. Auf der Grundlage der heute verfügbaren Technologie ist jedoch klar, dass ein erheblicher Teil der derzeitigen Flotte batterieelektrisch werden könnte, einschließlich vieler Autos. Busse und Kurzstrecken-LKW.
Ein solcher Übergang stellt einen vernünftigen, robusten und kosteneffizienten Ansatz dar, um die erheblichen Reduzierungen der Verkehrsemissionen innerhalb des vom Zwischenstaatlichen Ausschuss für Klimaänderungen in jüngster Zeit festgelegten kurzen Zeitrahmens zu erreichen Bericht über die Eindämmung der globalen Erwärmung an 1.5 ℃und gleichzeitig die Transportkosten senken.
Zusammen mit anderen energieeffizienten Technologien wie der Direktexport von erneuerbarem Strom nach ÜberseeMit batterieelektrischen Fahrzeugen wird sichergestellt, dass die erneuerbare Energie, die wir in den kommenden Jahrzehnten erzeugen, verwendet wird, um die meisten Emissionen so schnell wie möglich zu reduzieren.
In der Zwischenzeit sollte weiter an energieeffizienten Optionen für LKW, Schifffahrt und Flugzeuge geforscht werden sowie an der umfassenderen Rolle von Wasserstoff und Elektrifizierung bei der Emissionsreduzierung in anderen Sektoren der Wirtschaft.
Mit unserer Bandbreite an Auswahlausschuss des Bundessenats für Elektrofahrzeuge Hoffen wir, dass die anhaltende Bedeutung der Energieeffizienz im Verkehr nicht vergessen wird.
Über den Autor
Jake Whitehead, Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Die Universität von Queensland; Robin Smit, außerordentlicher Professor, Die Universität von Queenslandund Simon Washington, Professor und Leiter der School of Civil Engineering, Die Universität von Queensland
Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.
books_technology
