Ovatko vetypolttokennot sähköautojen tulevaisuus?

Akkusähköajoneuvojen (BEV) käyttöönotto Pohjois-Amerikassa näyttää osuneen hankaluuteen. Kanssa huonot jälleenmyyntiarvot, kalliita korjauskulujaja jäljessä oleva infrastruktuuri, myynti on hidastunut – selvästi. Hertzin kaltaiset suuret vuokrayhtiöt ovat jopa tehneet päätöksen peruuttamisesta purkaa valtavan osan sähköautoistaan, jotka palaavat polttomoottorien (ICE) vastineidensa luo.

Vaikka näin voikin olla, olisi hullua ajatella, että siirtyminen pois jostain niinkin yleisestä kuin ICE:stä tapahtuisi saumattomasti. Aina tuli takaiskuja, ja matkan varrella esitettiin aina päteviä kysymyksiä sähköautojen ansioista.

Yhteenvetona voidaan todeta, että siirtyminen sähköautoihin ei ole vain harvojen toive, vaan se on monien tarve ilmastonmuutoksen torjunnassa. Jos nykyinen sähköautojen sukupolvi ei kuitenkaan ole tehtävän tasalla, mitä muita vaihtoehtoja meillä on? Monille vastaus on sellainen, jota on pohdittu jo vuosia ja jossa on viime aikoina nähty ratkaisevia edistysaskeleita – vetykäyttöiset sähköajoneuvot (HEV).

Vetypolttokennojen kestävyyden parantaminen

Eräässä äskettäin opiskella¹Harvardin ja Incheonin kansallisten yliopistojen tutkijoista koostuva yhteinen tutkimusryhmä esitti uuden lähestymistavan vetypolttokennojen rakentamiseen, mikä johtaisi sekä parempaan kestävyyteen että käyttöikään.

Tarkemmin sanottuna tutkimuksessa kehitettiin a "väsymistä kestävien elektrolyyttikalvojen luokka, joka koostuu Nafionin ja perfluoripolyeetterin (PFPE) verkostosta." Käytettäessä havaittiin, että tyypillinen väsymys, joka ilmenee polttokennojen säännöllisen käytön aikana esiintyvinä jännitysmurtumina, voitiin merkittävästi vähentää.

Sisällyttämällä materiaalia polttokennon elektrolyyttikalvoihin tutkimus osoitti, että se nosti polttoaineen määrää ”…väsymiskynnys 175 % ja pidentää polttokennon käyttöikää 1.7 kertaa. Lisäksi muuntamattomalla Nafion-kalvolla on käyttöikä 242 tuntia, kun taas komposiittikalvon havaittiin olevan 410 tuntia.

Vaikka tiimi totesi, että tämän materiaalin käyttöönotto heikensi polttokennojen suorituskykyä hieman, kestävyyden/käyttöiän huomattava parannus on selvästi kannattava kompromissi. Jos vetypolttokennojen odotetaan tulevaisuudessa syrjäyttävän akkukäyttöiset vastineensa sähköautosektorilla, tällaisia ​​edistysaskeleita on tehtävä. On kuitenkin tärkeää muistaa, että paras teknologia ei aina voita. Ensimmäisen toimijan etu on todellinen, ja akkukäyttöiset sähköautot ovat selvästi johdossa viimeaikaisesta markkinoiden laskusta huolimatta.

Mitä ovat vetykäyttöiset sähköajoneuvot (HEV)?

Sähköajoneuvo on sellainen, joka perustuu sähkökäyttöisiin moottoreihin polttopolttoaineen sijaan. Nykyisellään ylivoimainen enemmistö sähköajoneuvoista käyttää raskaita akkuja varastoimaan ja toimittamaan sähköä näiden moottoreiden käyttämiseksi. Kuten mainittiin, sähköautoihin on toinenkin lähestymistapa, joka näyttää saavan vetoa – vetypolttokennot.

Vetykäyttöisissä sähköajoneuvoissa (HEV), joita joskus kutsutaan myös polttokennoajoneuvoksi (FCEV), moottoreiden tehon saamiseen tarvittava sähkö saadaan sähkökemiallisella reaktiolla, jossa vety, joka varastoituu joko nesteenä tai paineistettuna kaasuna, jakautuu protoneiksi. ja elektroneja. Koko prosessi toimii seuraavasti:

1. Korkeapainesäiliöön varastoitua vetyä vapautetaan tarpeen mukaan polttokennoon.
2. Polttokennoon johdettu vety jakautuu protoneiksi ja elektroneiksi.
3. Elektroneja käytetään moottoreiden voimanlähteenä, jotka sitten käyttävät pyöriä.
4. Protonit yhdistyvät ilman hapen kanssa tuottaen kahta sivutuotetta: lämpöä ja vesihöyryä.

Mielenkiintoista on, että muutamat valitut hybridi-HEV-autot käyttävät pienempää akkupakettia kerätäkseen hävinneen energian regeneratiivisen jarrutuksen kautta yhdistäen molempien maailmojen parhaat puolet.

Mikä on vedyn viehätysvoima?

HEV-autojen vetovoimat ovat monipuolisia, mutta merkittäviä, vaikka niin ovat myös akkukäyttöiset sähköautot. Joten vaikka akkukäyttöiset versiot hallitsevat tällä hetkellä markkinoita, niitä ei ole missään nimessä julistettu voittajaksi. Itse asiassa jokainen seuraavista tekijöistä viittaa siihen, että HEV:t ovat jollakin tavalla parempia.

Tuotanto ja varastointi: Akkupakkaukset koostuvat tyypillisesti materiaaleista, jotka on kerätty laajoissa, invasiivisissa kaivostoiminnassa, jotka aiheuttavat tuhoa maapallolla ja horjuttavat oletusta, että niiden käyttö on ympäristön kannalta hyväksi. Toisaalta vetyä voidaan ottaa talteen keinoin, kuten kestävällä elektrolyysillä ja mahdollisesti luonnonvarat.

Lisäksi vetyä voidaan helposti puristaa nesteeksi ja kuljettaa ilman ongelmia suuria määriä. Se ei vaadi siirtolinjoja luomispisteestä lähtien, mikä tekee prosessista joustavamman.

Suorituskyky: Suorituskyvyn kannalta HEV:n ja BEV:n välillä ei ole suurta eroa. Molemmat ajoneuvotyypit käyttävät moottoreita vetopyöriensä voimanlähteenä, mikä tarkoittaa, että molemmat hyötyvät tekniikan synonyymeistä välittömästä vääntömomentista ja tehosta.

päästöt: Päästöjen suhteen vety on luultavasti parempi. Vaikka se on teknisesti toissijainen säteilijä, siinä on vain vesihöyry, joka tulee ulos pakoputkesta. Samaan aikaan BEV-autoilla ei ole lainkaan päästöjä. Vety erottuu valmistusprosessista, sillä sen luopumista akkuista tarvitaan laajaa kaivostoimintaa, mikä vahingoittaa maapalloa.

Tankkaus: Tankkaus on yksi Vedyn suurimmista vetoomuksista, koska se on tekijä, jonka loppukäyttäjät käsittelevät omakohtaisesti säännöllisesti. Vaikka BEV-autot vaativat yleensä pitkiä latausaikoja ja erikoistunutta infrastruktuuria, HEV-autot voivat tankata yhtä nopeasti kuin tavalliset kaasu-/dieselajoneuvot.

Range: Vaikka akkutekniikka paranee, tarvitaan massiivinen akku, jotta BEV voisi ylpeillä samalla kantamalla kuin perinteisempi ICE. Tämä johtaa pidemmät latausajat, enemmän ympäristöjalanjälkeä ja tehokkuuden menetyksiä painon vuoksi. Vety puolestaan ​​ylpeilee kantamaluvuilla tyypillisesti ICE:n tasolla, mikä poistaa etäisyysahdistuksen kokonaan yhtälöstä.

Kylmä ilmasto: Osa BEV-omistajia vaivaavasta vaihteluvälin ahdistuksesta tulee alueelle. Hyvin harvoissa paikoissa on ihanteelliset ilmasto-olosuhteet BEV:lle, mikä johtaa huomattavasti pienempään kantamaan monille asiakkaille. Vaikka vety menettää jonkin verran kantamaa kylmällä säällä, se ei ole missään yhtä dramaattinen, joten se on houkuttelevampi vaihtoehto monille.

Kuten näet, on useita kriittisiä alueita, joilla HEV-autot voivat ylittää akkuversionsa. Ne alkavat viivästyä monimutkaisuuden, nykyisen tankkausinfrastruktuurin jälkiasennustarpeen ja puolijohdeakkujen mahdollisen tulon vuoksi.

Alan toimijat, jotka kehittävät vetyratkaisuja

Sähköautoteollisuudessa saattaa olla tällä hetkellä joitakin kuoppia tiellään, mutta on selvää, että ne ovat liikenteen tulevaisuus. Epäselvää on, minkä muodon sähköautot tulevat ottamaan. Ovatko ne akkukäyttöisiä? Vai perustuvatko ne vetypolttokennoihin? Seuraavat kaksi yritystä luottavat jälkimmäiseen ja ovat jo alkaneet suunnitella tällaista tulevaisuutta.

*Alla annetut luvut olivat tarkkoja kirjoitushetkellä ja voivat muuttua. Kaikkien mahdollisten sijoittajien tulee tarkistaa mittarit*

1. Toyota

Maailman suurimpana autonvalmistajana ei pitäisi olla yllätys, että Toyota on seikkaillut hybridiautojen parissa. On mielenkiintoista, että vaikka yritys kehittää aktiivisesti puolijohdeakkuratkaisuja, se on vastustanut nykypäivän akkukäyttöisiä sähköautoja. Sen sijaan Toyota on tehnyt tiettäväksi, että se uskoo valoisampaan tulevaisuuteen hybridiautojen ja jopa vetykäyttöisten polttomoottoreiden myötä.

Merkillepantavaa on, että Toyota aloitti HEV-teknologian kehittämisen vuonna 1992, ja sitä seurasi Mirain julkaisu – sedanin, jonka tankkaus kestää viisi minuuttia, toimintamatka on 5 km ja joka ei päästöjä lainkaan.

2. Kytke virta

(PLUG )

Plug Power Inc., joka perustettiin vuonna 1997 ja jonka pääkonttori sijaitsee Lathamissa, New Yorkissa, on edelleen keskeinen toimija vetypolttokennoteknologian kehittämisessä. Erityisesti Plug Power ei keskity pelkästään autoihin ja kuorma-autoihin; yritys suunnittelee ja valmistaa tällaisia ​​järjestelmiä pienempiin sähkömoottoreita hyödyntäviin asennuksiin.

Viime vuosina Plug Power on laajentanut keskittymistään materiaalinkäsittelyssä käytettävien polttokennojen ulkopuolelle ja alkanut kohdistaa toimintaansa laajemmille markkinoille. Näihin kuuluvat kiinteät sähköjärjestelmät, jakeluajoneuvokalusto ja jopa mahdolliset sovellukset ilmailussa. Yhtiön strategiset yritysostot, kuten United Hydrogen ja Giner ELX, ovat vahvistaneet entisestään sen asemaa vetytaloudessa parantamalla sen vedyn tuotanto-, nesteytys- ja jakeluvalmiuksia.

Viimeinen sana

Akkukäyttöisten sähköautojen kaatuessa kiinnitetään enemmän huomiota mahdollisiin vaihtoehtoihin. Sellaisenaan vetyratkaisut ovat pakkauksen etuosassa, ja vaikka teknologian hylkääminen voi olla helppoa ensi silmäyksellä, muista, että kyseessä ei ole vain Toyota, joka ajaa vetyä. Kumppanuuksia ja vetyratkaisujen kehittämistä, joihin osallistuvat esimerkiksi Honda, GM, Hyundai ja muut yritykset, on jo olemassa.

Kun kestävästi hankitun vedyn saatavuus lisääntyy päivittäin, sähköautojen tulevaisuus saattaa näyttää hieman erilaiselta kuin monet ymmärtävät.

Viittaustutkimukset:

^{1. Kim, Y., Zhang, J., Lim, H., Jang, W., Kim, DY, Lee, WY, Choi, W., Kim, DJ, Lee, SH, Jeong, SK, Park, JH, Park, S. ja Kim, JY (2024). Väsymistä kestävät elektrolyyttikalvot kestäville polymeerielektrolyyttikalvopolttokennoille. Edistyneet materiaalit, 36(24), 2308288. https://doi.org/10.1002/adma.202308288}