Temiz enerji
24.07.2019/XNUMX/XNUMX - Elektrikli arabalar sadece akülerle veya yakıt hücreleriyle daha mı iyi gidiyor? Şu anda, otomobil üreticileri ağırlıklı olarak tamamen elektrikli arabalara odaklanıyor. Ancak yakıt hücreli araç daha fazla avantaj sağlamıyor mu? Bir analiz.
Elektrikli otomobil veya yakıt hücresi aracı?
İklim değişikliğini kavramak istiyorsak, iklim dostu mobilite ve fosil itiş enerjisine alternatifler gözetmek zorundayız. Günümüzde, alternatif güç aktarma organları tartışması, elektrikli taşıtların yakıt hücreleriyle mi yoksa lityum-iyon pillerle mi en iyi şekilde kullanılacağı sorusu üzerine odaklanmaktadır. Bu sorunun cevabı, günlük kullanım için uygunluk, maliyetler ve sürdürülebilirlik gibi faktörlerle belirlenir.
Şu anda, yakıt hücresi ile lityum-iyon batarya arasındaki yarış çalışıyor gibi görünüyor: hibrit araçlar hariç saf elektrikli araçlar (BEV) yeni kayıtlara hükmediyor ve şarj istasyonları çok fazla bulunurken, hidrojen yakıt ikmali istasyonları çok azdı. Yakıt hücresi araçları (FCEV) daha pahalıdır ve yakıt elektrikten daha pahalıya mal olur. Yani her şey açık mı? Tam değil. Yakıt hücresine yakından bakarsanız, farklı bir resim elde edersiniz. Elektrikli otomobil için sürücü modellerinin avantaj ve dezavantajlarını sizin için bir araya getirdik.
Yakıt hücresi sürücüsü düzenli olarak şamandıralar. Bununla birlikte, bunun 25 yıldan uzun süredir düzenli olarak gerçekleştiğine dair endişe verici. Ayrıca, batarya elektrik hareketliliğindeki gelişmeler önemli olduğundan, bu H 2 teknolojisi her zaman geride kalmaktadır.
BEV'ler FCEV ile karşılaştırıldığında ne kadar çevre dostu?
Elektrik ve hidrojen arasındaki karşılaştırma için, enerji kaynağı ne kadar yeşil olursa, çevre dengesi o kadar iyi olur. Elektrikli otomobillerle yapılan eko-karşılaştırmada, yakıt hücresi şu anda zor bir zaman geçiriyor: Birincisi, elektriğin hidrojenden üretilmesi gerekiyor. Bu, arabada yakıt, arabada, yine hidrojenden elektrik üretilir. Bu çift dönüşüm, verimliliği önemli ölçüde azaltır. Elektrikli otomobillerinin aküsünü aynı güçle doğrudan şarj eden herkes daha ekonomik ve böylece daha çevre dostu seyahat edecek. Ancak, gelecekte farklı olabilir. Elektrik, çoğunlukla güneş, rüzgar ve sudan üretildikten sonra, bir akü hücresi aracı, üretiminde pille çalışan bir elektrikli araçtan daha az kaynak tükettiği için rekabetçi hale gelir.
Fraunhofer Güneş Enerjisi Sistemleri Enstitüsü (ISE) tarafından H2 Mobility adına yapılan son bir çalışma bunu doğrulamaktadır: Buna göre, hidrojen ve yakıt hücreli araçlar, 250 kilometreye ulaşıldığında batarya araçlarından daha iklim dostu. Araştırmacılar, karar faktörünün daha büyük olan CO2 sırt çantası olduğunu, akü araçlarının akü üretimini gerçekleştirmesi gerektiğini söyledi. Bir tank içeren bir yakıt hücresi sisteminin üretilmesi ve geri dönüştürülmesinin sera gazı (GHG) ayak izi kabaca, bir 45 ila 50 kWh depolama kapasitesine sahip elektrikli bir sürücüye eşdeğerdir. Daha büyük akülü araçlar için, karşılaştırılabilir bir performans sınıfındaki yakıt hücresi sisteminden daha fazla sera gazı emisyonu yayılır.
Çalışma, 300 ile 2020 ve 2030 arasındaki 2030 kilometreleri arasındaki pil ve yakıt hücresi araçlarının üretiminde, işletilmesinde ve elden çıkarılmasında ortaya çıkan sera gazı emisyonlarını incelemiştir. Çalışmada ayrıca kısıtlamalar yapılmıştır. Diğer şeylerin yanı sıra, önemli malzemelerin (platin, alüminyum vb.) Üretiminde gelişme potansiyeli dikkate alınmamıştır. Ek olarak, çalışma, arazi ve su tüketimi gibi sera gazı emisyonlarına ek olarak diğer etki kategorilerinin araştırılmasını önermektedir. Ayrıca, mobilite altyapısının (şarj altyapısı, H2040 dağıtımı, vb.) İnşasında çevresel etki göz önünde bulundurulmamıştır ve pillerin ve yakıt hücrelerinin bir ikinci kullanım ömrü dahil edilmemiştir.
Özetle, bunun anlamı: orta ila küçük pillere (<50 kWh depolama kapasitesi) ve 250 kilometreye kadar menzillere sahip elektrikli araçlar trafikteki emisyonları azaltır. Daha uzun menziller için, yakıt hücreli araçlar, iklim koruması açısından artan avantajlara sahiptir. Her iki alternatifin de sera gazı ayak izi büyük ölçüde pillerin veya hidrojenin üretimine bağlıdır.
Almanya'daki elektrik piyasasının mevcut durumuna bağlı olarak, ADAC hesaplamalarına göre, orta vadede büyük sorunların olması beklenmiyor. Çünkü on milyon elektrikli otomobil yaklaşık yüzde 5,6 ek güç tüketimi gerektiriyor. Ek olarak, aydınlatmada, binalarda ve endüstriyel tesislerde verimlilik ve enerji tasarrufundaki gelişmeler elektromobilite için ek talebin bir kısmını telafi edebilir.
ADAC'a göre, elektrikli araçların sayısı arttıkça yerel ağ aşırı yüklenme riski de artıyor. ZEW Energy Market Barometer 2018'in de tespit ettiği üzere özellikle son tüketiciye “son mil” de elektrik sağlayan dağıtım şebekeleri, elektrikli arabalı hanelerden gelen ek taleple baş edemiyor. Danışmanlık firması Oliver Wyman'ın analistleri, Münih Teknik Üniversitesi'nden araştırmacılarla birlikte "E-Mobilite Kesintisi" çalışmasında, Alman düşük voltaj şebekelerinin elektrikli arabalarda yaklaşan patlama ile baş edemeyeceğini hesapladılar. Yüzde 30 veya daha fazla paya sahip elektrikli arabalar, yerel dağıtım ağını aşırı yükler ve aynı anda birçok araç şarj edilir edilmez yerel elektrik kesintilerine neden olur. Bununla birlikte, çift yönlü şarj ve akıllı yük yönetimi yardımcı olabilir. Bununla birlikte burada, çift yönlü şarjın yasal sonuçlarını ve ne kadar sık yükleme ve boşaltmanın pillerin yaşlanmasını etkilediğini açıklığa kavuşturmak önemlidir.
Hidrojen kazanmak için büyük miktarda enerji harcanmalıdır. Günümüzde hidrojen, çoğunlukla buhar reformu ile üretilmektedir. Burada, karbonlu yakıt, iklim açısından büyük bir kazanç olmayan su buharıyla reaksiyona girer, çünkü karbon dioksit tekrar üretilir. Bu nedenle, birçok uzmanın umutları elektrolize dayanmaktadır. Rüzgar gücünden ve güneş enerjisinden kaynaklanan fazla elektrik, çeşitli şekillerde depolanabilen veya kullanılabilen elektrolizle hidrojene dönüştürülebilir. Elektroliz yoluyla yenilenebilir enerjiler durumunda, tüm üretim yolu, geleneksel doğal gaz reformunun aksine, neredeyse tamamen emisyonsuzdur. Yeşil elektrik ve sudan elektrolizle üretilen hidrojen, tüm Power to X teknolojilerinde kaynak malzeme olarak hizmet vermektedir. Power-X ile, örneğin, yakıt hücreli araçlar için hidrojen üretilebilir. Hidrojen bu nedenle birçok yolla kullanılabilir. Ancak, araç akülerini güç şebekesine entegre ederek, fazla elektrikten daha iyi yararlanılabilir.
Bununla birlikte, elektroliz işlemi ve müteakiben hidrojen sıvılaştırma, kullanılan enerjinin neredeyse yarısı kaybolduğundan, çok enerji yoğundur. Aslında, hidrojenle çalışan yakıt hücresi aracı sadece yüzde 26 civarında bir enerji verimliliği sağlar ve pilli elektrikli araçlar yüzde 69 civarındadır. Bu, FCEV’in enerji ihtiyacını karşılamak için yeşil elektrik üretiminin BEV’den çok daha fazla artırılması gerektiği ve bunun sonucunda arazi kullanımı, malzeme kullanımı ve genel çevresel etki sonuçları ortaya çıktı.
Elektrikli güç aktarma organı, hareketliliği Almanya'daki üretim yeri kadar radikal bir biçimde değiştiriyor. Frezeleme ve honlama yapmak yerine, Alman otomotiv endüstrisi elektrikli depolama teknolojisi ve güç elektroniği konularında uzmanlaşmak zorundadır. Sonuçlar ciddi. Akü-elektrik elektromobilitesi için bir güç aktarma sistemi üretmek sadece önemli ölçüde daha az parça değil, aynı zamanda daha az çalışan gerektirir.
Yeterince kaynak var mı?
Öko-Institut'e göre lityum, kobalt, nikel, grafit (piller) ve platin (yakıt pilleri) oluşumu, talebi açıkça aşıyor. Ancak, maden çıkarma sahaları zamanında açılmadığı takdirde darboğazlar olabilir. Ayrıca çevresel ve sosyal sorunlar çözülmelidir. Özellikle kobalt, "kirli" bir hammadde olarak kabul edilir. Dünyadaki kobaltın yarısından fazlası Kongo'dan geliyor. Uluslararası Af Örgütü'ne göre, çocuklar madenlerde genellikle ucuz işçi olarak kullanılıyor. Ek olarak, kobalt ekstraksiyonu çevreyi kirletir.
Lityum madenciliğinin, özellikle Bolivya, Şili ve Arjantin'deki nüfus için, “Dünya için Ekmek” araştırmasının da yaptığı gibi, sonuçları vardır. Bir ton lityum üretmek için yaklaşık iki milyon litre suya ihtiyaç vardır. Sonuç olarak lityum üçgen denilen su tablası batıyor, bitki örtüsü kuruyor, toprak fazla tuzlu hale geliyor ve flamingo gibi endemik kuş türleri yok oluyor. Ek olarak, yerli toplulukların yaşam alanı tahrip ediliyor. Platinin çoğu ise Güney Afrika'nın sözde “platin kuşağında” depolanmakta, madenciliği de çevre kirliliğine katkıda bulunmaktadır ve insan hakları ihlalleri ile ilişkilendirilmektedir.
Peki ya şarj ve yakıt ikmali altyapısı?
Tanktaki hidrojenin, bataryadaki elektrik enerjisine karşı depolanabildiği daha yüksek enerji yoğunluğu nedeniyle, daha yüksek aralıklar avantajı sunar. Yakıt hücresi otomobilleri, 500 ile 800 kilometre arasındaki mesafeler için sadece üç dakikada yakıt doldurulabilir. Ancak, hızlı yakıt doldurmanın ön şartı, bir H2 istasyonunu bulabilmenizdir. Now GmbH’ye göre, 71’in şu anda Almanya’da H2 benzin istasyonları bulunuyor. Karşılaştırma için: Statista verilerine göre, Almanya'daki şarj istasyonlarının sayısı şu anda 15.880 civarında.
Bir elektrikli aracın ne kadar sürede yükleneceği, öncelikle akü kapasitesine ve şarj altyapısına, yani sütun, istasyon veya güç kaynağına bağlıdır. Örneğin, yerel elektrik prizindeki ortalama bir bataryanın şarj edilmesi on saatten fazla sürer. Ancak daha hızlı: Fastcharge projesi çerçevesinde, 450 kilowatt'a kadar kapasiteye sahip bir şarj istasyonunun prototipi açıldı. Elektrikli araştırma araçları, bu ultra hızlı şarj istasyonunda, ilk 100 kilometre aralığı için üç dakikadan az süreler ve tam şarj için 15 dakikalar (10 -% 80 Yüzde Şarj Durumu (SOC)) gösterdi. Bununla birlikte, daha yüksek şarj gücüyle, bataryaların termal yönetimi gittikçe daha fazla gelişme odağı olmaktadır. Burada, pilin uzun ömürlü olması ve tek tek hücrelerin geçişini engellemek için artan ısı kaybının nasıl soğutulabileceği çok önemlidir.
Özetle, bu, şarj istasyonlarının Springer'ın yazarı Jürgen Rechberger'e göre, Yakma Motorlarının Temelleri kitabından Yakıt Hücresi Teknolojisinin Temelleri bölümünde anlatıldığı gibi daha basit ve daha uygun maliyetli olabileceği anlamına gelir. Bunların büyük bir kısmı normal şarj istasyonlarıdır. Yazar, hızlı şarj istasyonlarının mevcut elektrik şebekeleri üzerinde çok büyük bir yük teşkil eden son derece yüksek bağlantı kapasitelerine sahip olacağını belirtti. Diğer taraftan hidrojen, mevcut doğal gaz şebekesinde bile büyük hacimlerde boru hatlarında kolayca taşınabilir. Kısa yakıt ikmali süresi nedeniyle, yüksek düzeyde müşteri kabulü vardır ve bir günde bir 250 araca kadar bir pompa tedarik edebilir. Buna karşılık, geleneksel bir şarj istasyonunda sadece dört ila altı araç ve hızlı bir şarj istasyonunda 60 ila 80 araç yüklenebilir. Hidrojen yakıt istasyonu, saatte yaklaşık 50 kilogram hidrojen ve hızlı şarj istasyonunda daimi bir 300 kilovat gücü gerekliydi. Rechberger'e göre, özellikle kentsel alanlarda, gerekli hızlı şarj istasyonları için tamamen yeni elektrik şebekelerinden bir hidrojen altyapısı inşa etmek muhtemelen daha ucuz olacak.
Çekiş bataryaları ve yakıt hücreleri ile nereye gitmeli?
Elektrikli otomobillerin aküleri tehlikeli atıklardır. Batarya kanununa göre, batarya üreticileri veya satıcıları onları geri alıp geri dönüştürmelidir. Teknolojik olarak konuşursak, lityum-iyon tahrikli aküler için geri dönüşüm işlemleri bugünlerde mevcuttur. Böylece, ADAC'a göre, çekiş akülerinden ilgili fonksiyonel malzemelerin yüzde 95'ine kadar kobalt, nikel, lityum ve bakır elde edilebilir. Bununla birlikte, geri dönüşüm süreçleri, yasal çerçeve koşulları ve lojistik kavramları gibi erken bir gelişme aşamasında olduğundan, Springer'ın Elektrikli Araçlardan Bataryaların Geri Dönüşümü kitabından Davranışı bölümündeki yazarının yazdığı gibi, bataryaların geri dönüşümü hala büyük bir zorluktur. Elektrikli Araçlarda Stres Lityum İyon Piller.
Artık araçlarda kullanımları için yeterince güçlü olmayan tahrik aküleri, "ikinci yaşamda" uzun yıllar sabit elektrik depolaması olarak da kullanılabilir. Bununla birlikte, eski pillerin doğrudan geri dönüştürülmesi veya ikinci pil olarak yeniden kullanılması konusunda bir anlaşmazlık var.
Bir yakıt hücresinden, platin ömrünün sonunda neredeyse tamamen geri kazanılabilir, yüzde 98'in üzerindeki geri dönüşüm oranları elde edilebilir. Diğer bir zorluk, yakıt hücrelerinin karakteristiği ve motorlu taşıt kullananlar gibi oldukça dinamik yük değişimleri için düşük uygunluktur. Bu nedenle, günümüzde hala lityum-iyon bataryalar hala yakıt hücresi araçlarında tampon tanklar olarak kullanılmaktadır, bunlar geri dönüşümde ve yakıt hücresi aracının genel eko-dengesinde dikkate alınmalıdır.
BEV ve FCEV, Alman otomotiv endüstrisi için ne ifade ediyor?
Lityum-iyon hücrelerin araştırılması ve üretimi, Asya'nın elinde olmasına rağmen ve batarya paketi üretimi yüksek yatırım gerektirirken, Alman otomotiv endüstrisinin yakıt hücresi tahriki, batarya ile gelen katma değerin önemli bir kısmını geri getirebilir. Elektromobilite kayboldu. Andreas Burkert, bir yakıt hücresi yığınının seri üretiminin artık önemli bir sorun olmadığını, hidrojen tankının maliyetini düşürmenin daha büyük bir zorluk olduğunu açıklıyor.
Sonuç
BEV'ler, yenilenebilir elektriği sürüş performansına dönüştürmenin en etkili yoludur. Bu yüzden bu konsept daha küçük ve hafif araçlar için idealdir. Ancak, dezavantajı daha uzun yükleme süreleridir. Bunlar gelecekte kısalır. Şarj süreleri, batarya teknolojisi ile daha az, ancak şarj altyapısının güç ve enerji kaynağı ile sınırlıdır. FCEV, elektriğin doğrudan kullanımının zor ya da imkansız olduğu ve uzun mesafelerin kapatılması gerektiği yerlerde her zaman bir avantajdır. Yakıt doldurma süresi hızlıdır, hidrojen özellikle kentsel ortamda daha kolay erişilebilir hale getirilebilir ve zaten birkaç benzin istasyonu çok büyük bir araç filosu sağlar. Hidrojenin bir diğer büyük avantajı, evrensel bir enerji ve depolama kaynağı olmasıdır. Hidrojen üretimi için su elektrolizi, yenilenebilir elektrik, diğer enerji kaynakları ve temel malzemeler arasındaki bağlantıdır. Kaynak kullanımı ve bağımlılık yakıt hücresi sürücüsünde nispeten düşüktür. Buna karşılık, BEV'deki batarya için, aynı zamanda FCEV'deki küçük tampon batarya için lityum bozulması, çevreye büyük ölçüde zarar vermektedir. Yakıt hücresi, Alman otomobil üreticilerinin dikey üretim yelpazesini koruma fırsatı sunar. BEV durumunda, bu daha düşüktür çünkü batarya hücreleri şu ana kadar Asya'dan gelmiştir.
Bu, BEV ve FCEV karşılaştırması için ne anlama geliyor? Akü ve yakıt hücresi araçları birbirini tamamlar. Her iki sürücü değişkeni de yetkilendirilmiştir. Bununla birlikte, hidrojenin en büyük avantajı, enerji geçişi bağlamında büyük miktarda enerji için taşınabilir ve sabit bir depolama tesisi olarak dövülmemesidir. Bununla birlikte, genel olarak, trafikteki değişimin, fosil itme enerjisinin yenilenebilir enerji ile değiştirilmesi ile sınırlı olmaması gerekir. Araç sayısı da azaltılmalıdır.
Kaynak: Yazar: Christiane Köllner Springer proffesional
