Portabla vätepatroner understryker attraktiviteten hos FCEV

Elfordon (EV) är mycket populära nu. Med EV:s popularitet och antagande som snabbt ökar världen över förväntas de ha en marknadsvolym på $1,084 miljard innan årtiondet är slut.

2021 var ett stort år för EV-försäljning då de fördubblades från 2020 till 6,75 miljoner, och sedan passerade 10 miljoner år 2022. Samtidigt förväntas enhetsförsäljningen av EV att nå 18,84 miljoner fordon år 2029.

EV-fordon, till skillnad från konventionella bensindrivna förbränningsmotorer, använder elmotorer och uppladdningsbara batterier för att röra sig.

Det finns faktiskt flera typer: Batteri‑EV, som är helt drivna av ett uppladdningsbart batteripaket; Plug‑in‑hybrid‑EV, som använder både traditionella bensinmotorer och en elmotor som kan laddas från en extern strömkälla; Hybrid‑EV, som har en batteridriven motor samt en förbränningsmotor, och bränslecells‑EV som använder väte för att driva elmotorn.

Precis som alla EV använder bränslecells‑elektriska fordon (FCEV) elektricitet för att driva en elmotor, men istället för att använda ett batteri för att leverera elektriciteten producerar FCEV el genom en bränslecell som drivs av väte.

FCEV:s funktion bygger på att en bränslecell har två elektroder – en anod, som är en negativ elektrod, och en katod, som är en positiv elektrod. Båda är inneslutna runt en elektrolyt. Ett bränsle som väte introduceras sedan till anoden medan luft tillförs katoden.

Nu, vid anoden, används en katalysator för att dela vätemolekylerna i elektroner och protoner.

En katalysator används för att påskynda den kemiska reaktionen, och forskare har letat efter en katalysator som kan minska kostnaden för att tillverka vätebränsleceller. Platina är den vanligaste katalysatorn, följt av andra såsom nickel, palladium och järn.

I vätebränsleceller färdas elektronerna genom en extern krets för att skapa elektricitet, medan protonerna passerar genom katoden, där de förenas med syre och elektroner för att producera vatten och värme. På så sätt fungerar en bränslecell som en energikonverterare, till skillnad från ett batteri som är en lagringsenhet.

Klicka här för att lära dig varför bränslecells‑elektriska fordon är framtidens transportmedel.

Vätebränsleceller: En hållbar framtid för fordon

En bränslecell använder i princip den kemiska energin i bränslen som väte för att producera elektricitet på ett effektivt och rent sätt. Väte är det lättaste elementet, som frigör riklig energi i reaktion med syre och endast producerar vatten.

Den osynliga gasen har hyllats som ett rent framtidens bränsle. Hydrogen Council, ett globalt initiativ med medlemmar från ledande energi-, transport- och industriföretag, ser väte inte bara som en hållbar drivkraft för fordon i framtiden utan också som en ren energikälla för värme och elektricitet.

Dock är inte allt väte rent. Den nollutsläpps ”gröna vätet” kommer faktiskt från elektrolys, där vatten delas i väte och syre med hjälp av ren elektricitet.

Genom att använda rent väte kan bränsleceller uppnå lägre eller nollutsläpp och hjälpa till att bemöta klimatutmaningar. Eftersom vätebränsleceller inte producerar några skadliga utsläpp, elimineras kostnaderna för hantering och lagring av giftiga material. Dessutom arbetar de tyst och släpper inte ut luftföroreningar som bidrar till hälsoproblem.

Bränsleceller, jämfört med batterier och förbränningsgeneratorer, sparar också pengar genom att eliminera behovet av att byta, ladda och hantera batterier. Enkelt underhåll och färre platsbesök sänker ytterligare driftskostnaderna.

Jämfört med traditionella förbränningsbaserade teknologier fungerar bränsleceller också med högre verkningsgrader. Genom att omvandla den kemiska energin i bränslet direkt till elektrisk energi kan bränsleceller uppnå hög verkningsgrad.

Enligt USA:s energidepartement är energiverkningsgraden för vätebränsleceller mellan 40 %–60 % jämfört med 25 % för en typisk förbränningsmotor i en bil.

Dessutom ger vätebilar en körupplevelse som liknar elbilar, och de tar bara kort tid att fylla på sina vätetankar. De har också ett räckvidd som liknar andra elfordon med stora batterilagringar. Detta gör FCEV:s tillgänglighet och flexibilitet i nivå med en vanlig bil.

Den energi som produceras av vätebränsleceller kan faktiskt användas för att driva allt från drönare och kommersiella fordon till industriella, kommersiella och bostadsbyggnader. Som en pålitlig och ren alternativ energikälla har tekniken sett ett växande antal tillämpningar.

Om vi tittar på statistiken för bränslecells‑elektriska fordon (FCEV) såg de en 40 % ökning år 2022 jämfört med föregående år, med mer än 72 000 FCEV rapporterade på världens vägar, enligt International Energy Agency (IEA) nya Global EV Outlook 2023‑rapport.

Dock föll den globala försäljningen med mer än 30 % år 2023, med endast 14 451 bränslecellfordon sålda världen över 2023, jämfört med 20 704 år 2022. Denna nedgång drevs av Sydkorea, där FCEV‑försäljningen föll med så mycket som 55,2 %.

Samtidigt såg Kina en måttlig tillväxt och blev världens största FCEV‑marknad, enligt den koreanska konsultbyrån SNE Research.

Kinas regering siktar på att bygga minst 1 200 vätetankstationer över hela landet till nästa år, vilket skulle hjälpa dem att behålla ledningen, på samma sätt som landet dominerar EV‑sektorn. Kina producerar nästan två‑tredjedelar av världens EV och över tre‑fjärdedelar av EV‑batterier.

European Hydrogen Observatory rapporterade samtidigt att Tyskland hade flest FCEV‑registreringar och den största flottan år 2023, följt av Frankrike.

Vad gäller fordonstyper är personbilar de mest registrerade FCEV och har sett den största ökningen i aktivitet de senaste åren. FCEV‑bussar och -lastbilar blir också vanligare, med 464 bussar och 215 lastbilar år 2023.

Utmaningarna för bränslecells‑elektriska fordon

International Energy Agency tror att väte kommer stå för 16 % av vägtransporten år 2050.

Infrastrukturen utgör dock ett problem eftersom väte fylls på via speciella pumpar. Till exempel finns det bara 178 vätetankstationer i Europa, och hälften av dem ligger i Tyskland ensam. I Storbritannien finns cirka nio vätestationer jämfört med 31 000 offentliga laddningsplatser.

Det sagt, infrastrukturen expanderar långsamt. Dessutom visar det sig att en infrastruktur med både el‑laddning och vätetankstationer är billigare än en ren el‑laddningsinfrastruktur.

Kostnad är en annan faktor som begränsar antagandet av vätbilar. De få bränslecell‑drivna modeller som för närvarande finns på marknaden kostar mer än EV med batterier eller förbränningsmotorer.

En av anledningarna till att vätbilar är dyrare är kostnaden för platina, som fungerar som katalysator. Dock har mängden ädelmetall som behövs för fordonsbränsleceller minskat avsevärt, och forskare letar också efter kostnadseffektiva alternativ.

Vad gäller bränslekostnaden är den ungefär densamma som för förbränningsfordon och förväntas falla i takt med att väteproduktionen ökar globalt, vilket för närvarande förutspås.

För närvarande hoppas många ledande biltillverkare på att väte ska ersätta batteriet som den föredragna tekniken för att uppnå nollutsläpp.

Detta inkluderar Oliver Zipse, VD för BMW, som har kallat väte för ”den saknade biten i pusslet när det gäller utsläpps‑fri mobilitet.” Medan den tyska tillverkaren är starkt investerad i batteriteknik har de också ett BMW iX5‑vätetankcellfordon i test, som använder Toyotas bränsleceller.

Bilproducenten ser inte FCEV som en konkurrent till batteridrivna elbilar; snarare ser de dem som komplementära.

“En enskild teknik kommer inte att räcka för att möjliggöra klimatneutral mobilitet världen över.”

– Zipse sade förra året

Enligt företaget kommer vätfordon vara en lämplig lösning för dem som behöver hög flexibilitet och reser mycket. BMW undersöker också att använda vätteknik i produktion och logistik.

Japanska Toyotas (TM ) Akio Toyoda är en annan stor förespråkare för vätebränsleceller, som förra månaden sade att han tror att andelen batteribilar kommer toppa på 30 % medan väte, tillsammans med traditionella förbränningsmotorer, kommer utgöra resten.

Den ledande biltillverkaren har Mirai som sin väte‑drivna bil, som är allmänt tillgänglig för allmänheten.

Trots allt intresse och utveckling är ett annat problem med FCEV att ha enkel tillgång till rent väte. Toyota har också erkänt att väte i bilar hittills ”inte har varit framgångsrikt” på grund av brist på bränsletillgång, enligt deras tekniska chef Hiroki Nakajima.

Dock kan saker vara på väg att förändras när Toyota presenterar sina banbrytande vätebränslecellbatterier som kan bytas.

Toyotas genombrott: Portabla vätepatroner

Vid Japan Mobility Show Bizweek 2024 Toyota Motor Corp (TM ) visade sina portabla vätepatroner för världen, och biltillverkaren syftade till att förändra FCEV‑världen genom att erbjuda utbytbar kraft för dessa fordon.

Källa: Toyota

Evenemanget, som pågick från 15 oktober till 18 oktober på Makuhari Messe i Chiba Prefecture, besöktes av mobilitets‑startups som arbetar mot en hållbar framtid. På evenemanget visade Toyota sin teknik relaterad till koldioxidneutralitet.

Företaget strävar efter koldioxidneutralitet genom en fler­vägsstrategi, som inkluderar att realisera ett vätesamhälle och förnybar energihantering. Båda dessa insatser hjälper till att stabilisera energiförsörjningen och minska miljöpåverkan.

Portabla vätepatroner var en av Toyotas huvudutvecklingar, med ett börsvärde på $267,8 miljarder då aktierna handlades till $169,55, ner 7,54 % YTD. Biltillverkaren introducerade sin fungerande prototyp första gången 2022 via sitt mobilitet‑teknik‑fokuserade dotterbolag Woven.

Dessa stora vätepatroner ser ut som stora AA‑batterier som du helt enkelt kopplar in i din bil för att ge kraft. När all deras energi är förbrukad kan du byta ut dem mot en ny patron för att hålla dina bilar och enheter igång.

Viktigare är att Toyota har minskat storlek och vikt på dessa tankar, vilket gjort dem möjliga att bära för hand. Tidigare var dessa vätetankar för stora och svåra att hantera. Företaget sade:

“De är designade för att göra väte till en bekant och säker energikälla som kan användas i en mängd olika vardagssituationer.”

Medan tillverkning av vätbilar och därmed användning är extremt låg, har Toyota nu löst ett stort problem för dessa fordon, vilket kan leda till att vätbilar får sin tid i rampljuset och med tiden kanske till och med överträffar batteridrivna elbilar.

Men det är inte allt. På evenemanget visade Toyota också en icke‑standard racerbils som drivs av väte. Företaget började först köra sin GR Corolla, som går på gasformigt väte, för tre år sedan, och sedan förra året har den tävlat i uthållighetslopp både i Japan och utomlands.

Förutom att uppmuntra biltillverkare att hoppa på vätbilsvågen planerar Toyota att ha många andra användningsområden för sina portabla vätepatroner.

Den intressanta aspekten av den nya utvecklingen är att dessa celler också kan användas för att driva ditt hem. De kan till och med leverera väte för matlagning, vilket Toyota har samarbetat med Rinnai Corporation om och demonstrerat med en koncept‑spis som gör exakt det.

Faktum är att Toyota planerar att samarbeta med företag för att få sina patroner på marknaden och hitta deras olika tillämpningar. I deras officiella pressmeddelande sade företaget:

“(Det) syftar till att hitta matchningar med teknologier och idéer från olika företag och startups ur en mängd perspektiv, inklusive både att tillhandahålla tjänster samt utveckla och sälja enheter som använder portabla vätepatroner.”

Med detta steg kommer den auto­mobil­tillverkare, som också är involverad i finans och andra verksamheter, “ytterligare stärka sina ansträngningar att använda portabla vätepatroner och hjälpa till att skapa ett vätesamhälle.”

Ledande aktörer på marknaden för bränslecells‑elektriska fordon

Nu, om vi tittar på några av de mest framstående namnen inom bränslecells‑elektriska fordon (FCEV)‑sektorn, Plug Power (PLUG ) har varit bland de ledande. Företaget har producerat bränslecell‑drivna gaffeltruckar och expanderat till grön vätproduktion och distribution, men deras aktier är för närvarande ner 54,22 % YTD och handlas till $2,08. Klicka här för att lära dig allt om att investera i Plug Power.

Därefter finns Ballard Power Systems (BLDP ), som fokuserar på bränslecellslösningar för bussar, lastbilar och andra tunga fordon. Deras aktier är också ner 55,95 % och handlas till $1,66, precis som Nikola Corporation , vars aktier är ner 83,81 %. Deras lastbilsdivision använder både FCEV‑ och BEV‑teknik.

Nu, låt oss ta en djupare titt på företaget vars aktier har presterat bra i år.

#1. Cummins Inc.

Handlas till $332,68 vid skrivande stund, har Cummins‑aktier sett en ökning på 38,87 % i år. Med detta har företaget ett börsvärde på $45,59 miljarder samt ett EPS (TTM) på 3,79, ett P/E (TTM) på 24,13, ett ROE (TTM) på 19,55 % och en utdelningsavkastning på 2,19 %.

Traditionellt känt för sina dieselmotorer har Cummins också gjort betydande investeringar i väteteknik, inklusive bränsleceller för kommersiella fordon. För Q2 2024 rapporterade företaget rekordintäkter på $8,8 miljarder och en nettovinst på $726 miljoner. EBITDA för kvartalet var 15,3 % av försäljningen, medan utspädd EPS var $5,26.

Genom sitt förvärv av Hydrogenics 2019 för $290 miljoner har Cummins drivit fram vätbränslecellslösningar för bussar, lastbilar och andra tunga fordon. År 2023 annonserade de att köpa ut Air Liquides 19 % ägarandel i Hydrogenics, vilket Cummins sade ”förstärker vårt engagemang för dessa teknologier och den ökande betydelse de kommer ha för att skapa värde för alla intressenter och avkarbonisera vår värld.”

År 2022 började Cummins leverera protonutbytesmembran (PEM) bränslecellssystem till Scania, en världsledande leverantör av lastbilar och bussar för tunga transportapplikationer, för användning i 20 FCEV. Detta samarbete kring väte inleddes 2020 när Scanias fyra el‑lastbilar, drivna av Cummins bränslecellssystem, började operera som en pilot med Norges största livsmedelsgrossist ASKO.

Tidigare i år annonserade Cummins integration av avancerad mjukvara och elektronik i BEV‑ och FCEV‑fordon för att optimera prestanda, förbättra säkerhet och hjälpa till att göra transportindustrin mer hållbar. Cummins nollutsläpps‑affärsenhet Accelera lanserade nya versioner av sina vätebränslecellmotorer. FCE300 och FCE150 bränslecellmotorer erbjuder avancerad hållbarhet, förbättrad systemeffektivitet och ökad kraftdensitet för större system.

“Genom ständig innovation, verkliga fälttester och samarbete med kunder och partners för att skräddarsy lösningar, fortsätter vi att förbättra våra nästa‑generations‑teknologier, vilket hjälper till att påskynda antagandet och övergången till noll.”

– Amy Davis, President of Accelera

Slutsats

Den färglösa, smaklösa, luktlösa och brandfarliga gasen, väte, visar stor potential som framtidens energibärare. Dess lagrings‑ och transportkapacitet gör särskilt väte lämpligt för användning i en mängd olika tillämpningar.

I bilindustrin, med sin höga verkningsgrad och rena energiprofil, presenterar vätebränslecellsteknik ett övertygande alternativ till batteridrivna EV. Dessutom avger denna ultimata rena energi ingen CO₂ under användning, och dess CO₂‑utsläpp kan ytterligare minimeras under produktionsprocessen genom att använda förnybara energikällor som sol och vind.

Medan antagandet av FCEV möter utmaningar, kan innovationer som Toyotas portabla vätepatroner bana vägen för bredare användning. Med detta kan väte förväntas göra ett allt viktigare bidrag till hållbar mobilitet.