Neste artigo, gostaria de mostrar em detalhes o quanto cada tecnologia é mais ou menos eficaz apenas em termos de custos de energia para movimentação. Isso não afeta o componente econômico ou outro componente do custo de produção do transporte em uma unidade, serviço, infraestrutura e muito mais.
Então, vamos começar com gasolina. O que sabemos? Um litro tem um peso de ~ 750g. e cerca de 10kWh de energia armazenada. Mas quanta energia é necessária para colocar 1 litro de gasolina no tanque do veículo? Omitimos coisas como transporte, armazenamento etc., discutimos apenas produção e processamento. O EROI médio (
retorno energético do investimento - a proporção de energia recebida e gasta, rentabilidade da energia. Fonte Wikipedia ) da produção e refino de petróleo na gasolina é 5, ou seja, damos a quinta parte, ou seja, 20%. Isso significa que cerca de 2 kWh de energia serão gastos por cada litro de gasolina. Mas também possui cerca de 10 kWh de energia armazenada, parece rentável, mas levando em consideração a eficiência do motor de combustão interna, transmissão, etc. eficiência total se for os mesmos 20% já será bom. Acontece algum tipo de insanidade: inicialmente eles gastaram 2 kWh de energia para produção e processamento, depois usaram apenas 2 kWh para movimento, e o restante foi perdido na forma de calor para a atmosfera ... Será ainda mais interessante quando compararmos o consumo de dois modelos, um com gasolina ICE e outro com baterias .
Por exemplo, Ford Focus. Na versão a gasolina, o consumo real será de cerca de 7l / 100km e, na versão elétrica, a 14kWh / 100km da bateria (não da rede, retornaremos a isso). O que finalmente temos:
- a gasolina Ford ainda não dirigiu um metro, mas para 7 litros de gasolina no tanque, ela já foi gasta a partir de 14 kWh de energia;
- Ford elétrico com a mesma quantidade de energia percorrerá cerca de 100 km!
Mas com carros elétricos você precisa ser preciso até o último detalhe, não falo sobre a parte ambiental deste artigo, mas também precisamos falar sobre isso no caso do EM. Ou seja, o carregador (carregador) também tem perdas por recarregar o EM da rede. A eficiência média do carregador e da bateria de alta tensão (VVB) é de cerca de 90%. I.e. com um consumo de 14kWh / 100km da rede, você precisa de cerca de 15,5kWh para uma corrida de 100km. No inverno, é claro, ainda mais, porque o consumo cresce significativamente devido aos fogões elétricos, embora muitos EMs usem uma bomba de calor, o consumo pode estar a mais de 20kWh / 100km da rede, mas os carros no ICE também consomem mais combustível no inverno ...
Mas isso pode acabar? Não! A transmissão de eletricidade na rede também tem perdas, é muito difícil determiná-las, mas vale a pena dizer sobre isso. Em diferentes casos, temos várias transformações de eletricidade em alta tensão para transmiti-la por longas distâncias e, em seguida, diminuindo a tensão para o usuário final. Não me atrevo a expressar nenhum valor médio com perdas, mas mostrarei uma imagem que mostra que as perdas nas linhas aéreas são ~ 64%, ou seja, quase 2/3 de todas as perdas. I.e. quanto mais distante a central elétrica estiver do consumidor, decentemente maior será a perda natural ...
O cronograma médio de perdas estatísticas de uma empresa de energia típica. Fonte asutpp.ruA energia local suaviza esse indicador e, se ainda for uma fonte de energia renovável (RES), é ainda melhor, mas sobre o meio ambiente outra vez. Acontece que com um carro elétrico é muito difícil dizer quanta energia foi gasta no movimento, mas se deixarmos de lado as perdas na transmissão de eletricidade, assim como não levamos em conta os custos adicionais do transporte de petróleo e gasolina, chegamos à conclusão mencionada acima: “O EM passará aproximadamente a mesma distância na mesma quantidade de energia gasta para produzir X litros de gasolina para um carro ICE. ”
Se por um momento nos distrairmos e lembrarmos de quanto tempo as cobranças de EM demoram e a quilometragem com uma carga nem sempre é adequada para todos, mas quão rápido e distante tudo está em um carro com o ICE, você quer descobrir se um carro de hidrogênio pode resolver todos os problemas?
Estou considerando um carro usando células de combustível de hidrogênio (FCs), onde o hidrogênio é misturado com oxigênio em uma célula de combustível e a energia elétrica resultante é usada para mover-se usando um motor elétrico, não tomo a opção de injetar hidrogênio em um motor de combustão interna como um carro com HBO (metano) como exemplo.
Se for muito curto, um carro em uma célula de combustível: ele pode reabastecer rapidamente (embora ainda não haja muitos reabastecimentos), um "tanque cheio" em ~ 5 minutos e um alcance decente de 400 a 500 km. Embora, por exemplo, o caro Tesla e não apenas tenha uma reserva de energia de 400 a 500 km (modelos de 400 km desde 2012), mas na melhor das hipóteses eles cobram 120 km em 5 minutos, mas os carros nas células de combustível também não são baratos. Desculpe pelo meu retiro.
Mas qual a eficácia dos carros nas células de combustível. Em média, o consumo real por 100 km está no limite de 1 kg de hidrogênio por 100 km. E o que é 1 kg de hidrogênio? Primeiro, vamos falar sobre o fato de que, em média, 1 kg de hidrogênio em um tanque, um carro precisa gastar, de acordo com informações de diferentes fontes, cerca de 50 kWh de energia. Se assim for, então é 2-3 vezes menos eficiente do que mover um BEV, um carro elétrico com baterias, porque um carro em uma célula de combustível é essencialmente também um carro elétrico, que por sinal também possui um pequeno buffer VVB.
Vamos verificar se são 50 kWh de energia por 1 kg de hidrogênio. Porque um litro de hidrogênio pesa 0,09 g e, em 1 kg de hidrogênio, temos cerca de 11.111 litros. Por exemplo, para produzir 1000 litros de hidrogênio por eletrólise de água em escala industrial, são necessários cerca de 4 kWh de energia, obtemos 44.444 kWh por 11.111 litros. Mas, para colocar mais de 11 mil litros de gás em um tanque de tamanho razoável, o hidrogênio é liquefeito pelo resfriamento em vários estágios, que também consome muita energia! Então 50 kWh por 1 kg de hidrogênio parece ser verdade.
Talvez o consumo aproximado de 1kg / 100km seja exagerado, mas na verdade é muito menor? Nós verificamos. Durante a reação do hidrogênio com o oxigênio, cerca de 3 kWh de energia são liberados quando se utiliza 1000 l de hidrogênio. Infelizmente, a eficiência das células de combustível modernas é de cerca de 50%, o que significa que de 1 kg ou 11.111 litros de hidrogênio em vez de 33,33 kWh de energia potencial, apenas metade é "capturada", ou seja, ~ 16,67kWh. I.e. há perdas, você também precisa esfriar decentemente. Há perdas na carga do VVB tamponado e, como resultado, conseguimos o consumo do mesmo Ford nas baterias ... A física não pode ser enganada e o consumo de 1 kg de hidrogênio por 100 km também é semelhante à verdade. Para todos os tipos de carros, há longas revisões, testes, medições e o consumo de gasolina / eletricidade / hidrogênio não é um segredo há muito tempo.
Como você pode ver, não há nada ideal hoje:
- o carro no motor de combustão interna continua sendo o mais conveniente, mas o mais ineficiente;
- um carro movido a bateria é o mais eficiente, mas não o mais conveniente;
- um veículo a célula de combustível é quase tão confortável quanto um veículo a gás, se houvesse tantos postos de hidrogênio, mas em algum lugar no meio em termos de eficiência.
Vamos agora pensar um pouco sobre as perspectivas futuras.
O ICE já está compactado em seu potencial ao máximo, a eficiência do motor elétrico e seu controle (controlador) estão em um nível razoavelmente alto, 90-95%, e a melhoria da eficiência não levará a uma melhoria notável na eficiência energética. Por exemplo, o carro elétrico Tesla Model S, ao mudar para um tipo diferente de motor e materiais para o controlador, conseguiu um pequeno aumento na milhagem com uma única carga com a mesma capacidade da bateria, ou seja, Com um consumo ligeiramente reduzido, acho que não há lugar para melhorar mais e mais no campo da química das baterias. Mas os carros com células de combustível ainda têm potencial. Em primeiro lugar, uma redução no custo de produção de hidrogênio de 4ex para 3ex kWh por 1000l. Em segundo lugar, aumentando a eficiência da célula de combustível, por exemplo, para pelo menos 75%, então, na produção, obtemos cerca de 39 kWh de custos por 1 kg de hidrogênio (34 kWh para eletrólise + cerca de 5 kWh para liquefação), nos quais será possível percorrer 150 km, ou seja, com uma vazão de 26kWh / 100km agora, em vez de 50kWh / 100km hoje.
Além de tudo isso, o mundo todos os dias precisa cada vez mais de uma tecnologia de armazenamento de energia eficaz e acessível, mas esse tópico é para outro artigo.
Obrigado pela atenção.