General Motors lansează bateria electrică Bolt, care promite să o facă
au o autonomie de 200 de mile și costă aproximativ 30,000 de dolari. GM, CC BY

n efortul de a începe adoptarea vehiculelor electrice cu pilă de combustibil, Toyota Motors a realizat la începutul acestei luni mai mult de 5,600 brevete la dispoziția altor producători auto. Câteva zile mai târziu, General Motors a introdus Șurub electric, un vehicul electric proiectat să ruleze 200 de mile cu bateriile.

Între timp, producătorii de automobile continuă să dezvolte și alte tipuri de vehicule electrice: hibrizi conectabili și electrici hibrizi.

Vehiculele electrice sunt cea mai promițătoare alternativă la mașinile convenționale pe benzină și diesel. Dar în ce fel este diferită fiecare tehnologie? Și care sunt avantajele relative și provocările comerciale pentru fiecare?

Cum am ajuns aici

Să începem cu similitudini. Vehiculele electrice cu baterie conectabilă (BEV), vehiculele electrice hibride (HEV), vehiculele electrice hibride conectabile (PHEV) și vehiculele electrice cu pilă de combustibil cu hidrogen (FCEV) sunt toate vehicule electrice. Toate sunt propulsate de un motor electric și au baterii pentru stocarea sau furnizarea de energie electrică după cum este necesar și absorb energie la frânarea vehiculului.

Unele dintre aceste vehicule pot genera, de asemenea, electricitate la bord, fie printr-un motor cu combustie pe benzină, fie printr-o celulă de combustibil cu hidrogen.

Toate reprezintă o ruptură fundamentală față de vehiculele cu combustie pe benzină pe care le conducem astăzi în trei moduri: transmisia este mai degrabă electrică decât mecanică; motorul de sub capotă este electrochimic în loc de combustie; iar combustibilul este electricitate și hidrogen, mai degrabă decât benzină.

Forțele din spatele acestor schimbări tehnologice au început la sfârșitul anilor 1980, odată cu recunoașterea producătorilor de automobile că disponibilitatea pe termen lung a petrolului este limitată și că ar fi necesară o platformă și un combustibil alternativ pentru a asigura un viitor model de afaceri viabil. Hidrogenul a fost selectat ca combustibil și a fost stabilită o cale de 25 de ani pentru comercializarea vehiculelor cu celule de combustibil.

Din 1990, au apărut trei forțe suplimentare pentru a afirma în continuare decizia de a viza vehiculul cu pilă de hidrogen ca produs al viitorului, inclusiv schimbările climatice, politicile care favorizează independența combustibilului și reglementările privind calitatea aerului, în special în California.

Vehicule electrice cu baterie (BEV)

În ultimii cinci ani, însă, a existat o reapariție a vehiculelor electrice cu baterie, care se bazează exclusiv pe puterea bateriei. Exemplele includ Nissan Leaf, GM Spark și Kia Soul. După 40-60 de mile, bateriile sunt epuizate și trebuie reîncărcate prin conectarea la un circuit rezidențial sau la un încărcător de 220 volți, construit special, la un centru comercial sau la locul de muncă. Timpul de încărcare depinde de tensiune, de tehnologia încărcătorului și de „starea de încărcare” a bateriei (de exemplu, cât a fost descărcată bateria), dar, în general, necesită o perioadă de până la șase ore pentru a încărca complet vehiculul.

Un BEV este atractiv, deoarece gama sa satisface majoritatea călătoriilor făcute de public, reîncărcarea la domiciliu este convenabilă, iar conducerea este fără vibrații și silențioasă. Dimensiunea vehiculului este relativ mică, oferind o manevrabilitate bună și parcare relativ ușoară și nu există poluanți atmosferici în timpul conducerii. BEV-urile au, de asemenea, potențialul de a echilibra rețeaua electrică prin încărcarea peste noapte atunci când resursele rețelei sunt subutilizate.

Lucrarea împotriva BEV-urilor este timpul necesar pentru reîncărcarea vehiculului și anxietatea la distanță - adică îngrijorarea asupra autonomiei limitate - condusă de șoferi, ceea ce reduce efectiv autonomia utilă a vehiculului. De asemenea, încărcarea poate stresa rețeaua electrică și există cazuri în care nu există o infrastructură de încărcare disponibilă, în special pentru persoanele care locuiesc în apartamente.
În urma mandatului vehiculelor cu emisii zero din California, BEV-urile au fost comercializate pentru prima dată în anii 1990, dar piața a scăzut în anii 2000. Cu o serie de autoturisme disponibile pentru vânzare sau închiriere, piața este testată astăzi pentru a evalua cererea publicului pentru acest vehicul cu gamă limitată, dar convenabil. Progresele în tehnologia bateriilor pot crește autonomia.

Vehicule electrice hibride (HEV)

Vehiculele electrice hibride sunt un BEV cu un motor cu combustie pe benzină la bord pentru a genera electricitate și a muta mașina împreună cu motorul electric. Ele pot oferi aceeași autonomie de 300 de mile pe care o așteaptă oamenii cu un vehicul convențional pe benzină. Și cu ajutorul comenzilor software avansate, motorul cu combustie interacționează cu bateriile pentru a obține eficiență ridicată și emisii reduse de poluanți.

HEV-urile au fost oferite spre vânzare în Statele Unite din 2000, cu Prius, introdus pentru prima dată de Toyota în Japonia în 1997, un exemplu proeminent. În 2012 și 2013, Prius a fost cel mai bine vândut vehicul din California, cu peste șapte milioane de vehicule vândute, reflectând acceptarea remarcabil pozitivă a consumatorilor față de vehicul.

Vehicule electrice hibride plug-in (PHEV)

PHEV-urile sunt un HEV cu o capacitate suplimentară a bateriei, care poate oferi o autonomie de acționare electrică cuprinsă între zece și 60 de mile. Chevy Volt, de exemplu, poate parcurge aproape 40 de mile cu bateria înainte de a porni un generator de benzină. Acest lucru permite comoditatea reîncărcării bateriilor peste noapte acasă și o autonomie electrică zilnică pe care majoritatea publicului american nu o depășește. Și PHEV oferă o autonomie de 300 de mile cu care publicul șofer este obișnuit. Un Prius plug-in are o baterie mai mare și este complet electrică
autonomie de aproximativ 10 mile înainte de a intra în modul hibrid. Toyota 

Vehicule electrice cu pilă de combustibil cu hidrogen (FCEV)

Vehiculele cu combustibil sunt vehicule electrice hibride cu două diferențe majore. O celulă de combustibil, un dispozitiv electrochimic care ia un combustibil, cum ar fi hidrogenul și oxigenul din aer pentru a genera electricitate, înlocuiește motorul pe benzină de sub capotă. Celula de combustibil are o eficiență remarcabil de ridicată (de trei ori cea a automobilului convențional pe benzină) și emisii zero de poluanți atmosferici atunci când conduceți. Produsul reacției este apa, care este epuizată prin țeava de eșapament cu azot și puțin oxigen rămas din aer. Și în loc de un rezervor de benzină, există rezervoare de stocare a hidrogenului. Timpul de alimentare cu combustibil al unui vehicul cu pilă de combustibil este comparabil cu un automobil convențional pe benzină, iar combustibilul poate fi obținut pe plan intern.

Unele dintre provocările asociate vehiculelor cu pile de combustie sunt numărul limitat de stații de alimentare cu hidrogen la nivel național. California are cele mai multe stații de alimentare cu hidrogen din SUA, cu 51 prognozate să funcționeze până la sfârșitul anului 2015, peste 70 până la sfârșitul anului 2017 și 100 până în 2020. Șaizeci și opt de stații sunt considerate minimul inițial pentru a sprijini acceptarea celulei de combustibil vehiculelor din stat.

Mergand inainte

Piața descoperă că BEV este un complement atractiv (nu înlocuitor) al vehiculului convențional pe benzină. Sistemele HEV și PHEV pe benzină se dezvoltă pentru a respecta reglementările de mediu, menținând în același timp experiența generală de conducere în ceea ce privește autonomia și dimensiunea cu care este obișnuită piața.

Costul vehiculelor și costul conducerii vehiculelor sunt, din toate punctele de vedere practice, competitive și convingătoare. În funcție de costul energiei electrice și al benzinei, costul pe milă poate favoriza unul sau altul. PHEV oferă clientului opțiunea de a utiliza fie electricitate, fie benzină.

Vehiculul electric cu celule de combustibil apare ca o evoluție naturală a hibridului și a hibridului electric plug-in. Drept urmare, se poate prevedea că BEV și FCEV reprezintă alternativele de generație următoare la vehiculul convențional și hibridizat pe benzină pentru satisfacerea nevoilor de transport ușor. BEV oferă confort și manevrabilitate, iar FCEV oferă autonomie, flexibilitate în dimensiunea vehiculului și alimentare rapidă. Ambele vehicule ating independența combustibilului, o separare de geopolitică și atractivă atribute de mediu.

Costul de achiziție și costul de funcționare al vehiculelor electrice cu baterie și celule de combustibil sunt comparabile astăzi. Este probabil ca costul hidrogenului să scadă în viitor din cauza concurenței pe piață și a progreselor tehnologice și că costul energiei electrice va crește. Asta înseamnă că costul pe kilometru al exploatării unui vehicul electric cu pilă de combustibil, comparativ cu un vehicul electric cu baterie, va deveni probabil mai mic.

Acest articol a fost publicat inițial Conversaţie
Citeste Articol original.

Despre autor

Dr. Scott Samuelsen este profesor de inginerie mecanică, aerospațială și de mediu la Universitatea din California, Irvine (UCI). El este directorul Advanced Power and Energy Program, al Laboratorului de Combustie UCI și al Centrului Național de Cercetare a Pilelor de Combustibil pentru Departamentul de Energie al SUA și Comisia pentru Energie din California. Profesorul Samuelsen este co-președintele California Stationary Fuel Cell Collaborative, o alianță publică-privată unică care abordează tehnologia critică și obstacolele pieței pentru a accelera comercializarea sistemelor avansate de generare a energiei.