Der Marktanteil von Elektrofahrzeugen wächst erheblich, und zwar bis zu 2,5% weltweit im Jahr 2019. Angesichts des erwarteten deutlichen Anstiegs der EV-Verkäufe in den kommenden Jahren bleiben jedoch Fragen zu ihrer Funktionalität in einer Vielzahl von Bereichen offen.
Bis Ladenetze so häufig sind wie Tankstellen, ist das Laden von elektrischen Personenkraftwagen auf langen Fahrten weiterhin ein Problem. Hinzu kommt die Zeit, die zum Laden von Elektrofahrzeugen benötigt wird. Während des Ladens und des schnellen Ladenswerden immer schneller, es ist immer noch nicht so schnell wie einfach einen Tank zu füllen.
Beide Probleme, die Zeit und die Verfügbarkeit von Ladegeräten betreffen, sind von zentraler Bedeutung in der aktuellen Debatte darüber, welche Arten von Nutzfahrzeugen für die Elektrifizierung geeignet sind. Die LKW- und Gewerbebranche benötigt Langstreckenfahrzeuge, die sich schnell und problemlos füllen können. Strom ist nicht vorhandenbin noch nicht da, aber Wasserstoffbrennstoffzellen kann die Antwort sein.
Wasserstoffbrennstoffzellen wandeln Wasserstoffgas an Bord des Fahrzeugs in Elektrizität um. Freisetzung durch chemische Reaktion in den Zellen. Dies ermöglicht es den Fahrzeugen, auf traditionellere Weise zu tanken - an einer Pumpe. Dies löst eines der Probleme im Zusammenhang mit der Elektrifizierung, nämlich die Geschwindigkeit, mit der Fahrzeuge aufgefüllt werden können.
Jeder, der in letzter Zeit an einer Tankstelle war, stellt jedoch wahrscheinlich fest, dass an Ihrer Pumpstation in der Nachbarschaft noch kein Wasserstoff verfügbar ist. Dieses Problem kann jedoch einfacher gelöst werden als das Hinzufügen elektrischer Ladestationen, da Wasserstoff versandfähig istund lagerfähiges Produkt, ähnlich wie herkömmliches Benzin. Während der Bau von elektrischen Tankstellen erhebliche Investitionen in die Infrastruktur erfordert.
Ist Wasserstoff also die goldene Gans alternativer Kraftstoffe für die LKW-Industrie? Vielleicht. Aber zuerst müssen wir die Technologie genauer verstehen.
Was sind wasserstoffelektrische Lastwagen?
Toyota, Honda, Hyundai und andere Autohersteller haben alle in mittelschwere und schwere Nutzfahrzeuge mit Wasserstoffbrennstoffzellen investiert. Dieses spezielle Segment der Branche wurde früher nur von Start-ups mit hohen Zielen dominiert wie dem jetzt kämpfenden Nikola., aber es ist jetzt voller großer Investitionen von alten Autoherstellern.
Mit Brennstoffzellen können Lastkraftwagen mit Elektromotoren betrieben werden, was vom sofortigen Drehmoment und der Knappheit beweglicher Teile profitiert. Sie haben eine relativ große Reichweite und ermöglichen das schnelle Auffüllen von Lastkraftwagen an einer Pumpstation auf herkömmliche Weise.Und schließlich ist das einzige Abgas, das aus den Fahrzeugen von Wasserstoffbrennstoffzellen austritt, Wasser.
Im Wesentlichen sind Wasserstoffbrennstoffzellen möglicherweise das perfekte mittlere Kind, um fossile Brennstoffe und elektrifizierte Fahrzeuge zu überbrücken.
Ein Unternehmen namens US Hybrid Inc., ein in Kalifornien ansässiges Unternehmen, entwickelt seit einiger Zeit Brennstoffzellen für schwere Lkw-Anwendungen. Tatsächlich hat das Unternehmen begonnen, seine Brennstoffzellenmotoren kommerziell zu lizenzieren und zu verkaufenan Kunden wie die US Air Force, das Fahrzeug-Startup Faraday Future und mehrere öffentliche Verkehrsbetriebe.
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Fahrzeugstart Nikola Motor Co. entwickelt den Nikola Two semi, einen Wasserstoff-Brennstoffzellen-Lkw, der 1.000 PS leisten kann und mit einem Wasserstofftank bis zu 1.207 km weit fährt.
Startups wie Nikola könnten auch dazu beitragen, die Einführung der Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie voranzutreiben, da eines ihrer Ziele darin besteht, ein Wasserstoff-Kraftstoffnetz in den USA aufzubauen, was heute besonders fehlt. Tatsächlich sind die meisten Wasserstoff-Fahrzeuge in BetriebVerwendung in Kalifornien, da in diesem Bundesstaat die meisten Wasserstofftankstellen in den USA vorhanden sind. Außerhalb Kaliforniens gibt es ' eine Station in Connecticut und die weite Weite zwischen diesen beiden Zuständen ist mehr oder weniger frei, um Wasserstoff aufzufüllen.
Toyota befindet sich in der Entwicklung von Project Portal, einem Lkw der Klasse 8, der von einer Wasserstoff-Brennstoffzelle angetrieben wird. Der Lkw wird in Kalifornien getestet, mit dem primären Ziel, damit Container zwischen dem Hafen und Long Beach 70 zu transportieren-meile 112 km Fahrt.
Honda hat auch vor kurzem Partner von Isuzu zur Entwicklung von Brennstoffzellen.
Was unterscheidet Wasserstoffbrennstoffzellen bei all diesen Unternehmen, die in die Technologie investieren, und wie funktionieren sie?
Wasserstoff-Brennstoffzellentechnik
Brennstoffzellen bestehen aus Kathoden, Anoden und einer Elektrolytmembran. Durch Durchleiten des Wasserstoffbrennstoffs durch die Anode und des Sauerstoffs durch die Kathode können die Moleküle mit Hilfe eines Katalysators in Elektronen und Protonen zerlegt werden. Die Protonen dannpassieren die Elektrolytmembran und die Elektronen werden durch einen Stromkreis gezwungen, der einen Strom erzeugt. Auf der Kathodenseite verbinden sich die Protonen, verbleibenden Elektronen und Sauerstoff zu Wassermolekülen. Dieses Wasser ist die einzige Emission von Brennstoffzellenfahrzeugen.
Das Beste an Brennstoffzellen ist, dass es keine beweglichen Teile gibt, sie arbeiten geräuschlos und sie sind unglaublich zuverlässig. Der Nachteil ist zumindest derzeit, dass t Der Prozess der Umwandlung von Wasserstoff in Elektrizität innerhalb einer Brennstoffzelle ist von Natur aus ineffizient. Derzeit o nur etwa 30% bis 50% der Energie gelangen aufgrund der zur Erzeugung des Wasserstoffs benötigten Energie tatsächlich zu den Rädern eines Brennstoffzellenfahrzeugs.
Zu den Teilen in Brennstoffzellenfahrzeugen gehören zu den einzigartigen Komponenten der Brennstoffzellenstapel, bei dem es sich um eine Gruppe von Elektrodenmembranen handelt, aus denen die Brennstoffzelle besteht. Es gibt auch Wasserstoffbrennstofftanks, in denen Wasserstoffgas für die Brennstoffzelle gespeichert wirdEs sind auch mehrere Leistungs- und Wärmesteuerungssysteme erforderlich. Es gibt eine leistungselektronische Steuerung, die den Stromfluss von der Brennstoffzelle verwaltet, um die Elektromotoren für die Räder anzutreiben. Dann gibt es das Wärmesystem, das die idealen Betriebstemperaturen der Räder aufrechterhältBrennstoffzellen und der Motor.
Natürlich gibt es auch Batterien an Bord von Brennstoffzellenfahrzeugen, um überschüssige Energie aus der Brennstoffzelle sowie Energie aus dem regenerativen Bremsen zu speichern.
Das größte Problem beim Aufbau von Brennstoffzellen und Brennstoffzellenfahrzeugen ist das Fehlen beweglicher Teile. Die meisten Prozesse in Brennstoffzellen sind chemischer Natur, was bedeutet, dass weniger Dinge im Auto vorhanden sindmechanisch brechen oder repariert werden müssen im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor ICE.
Vorteile der Technologie
Wir haben bereits verschiedene Vorteile von Wasserstoff kennengelernt und wie er als robuste Brücke in die Welt der Elektrifizierung dienen kann, aber die Geschichte enthält noch mehr.
Wir haben dies tatsächlich durchlaufen, aber eines der größten Verkaufsargumente von Brennstoffzellen sind ihre Emissionen, und zwar nicht nur unter streng umweltbezogenen Gesichtspunkten. Aus Marketing-Sicht können Kunden feststellen, dass die einzigen Emissionen ihrer Fahrzeuge sindreines Wasser ist ein starkes Verkaufsargument.
Wasserstoff-Brennstoffzellen arbeiten auch unter extremen Bedingungen, selbst in sehr kalten Umgebungen, wo Fahrzeuge nur mit Batterie Probleme haben.
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Der Wirkungsgrad von Wasserstoffbrennstoffzellen liegt nach Angaben des US-Energieministeriums bei 30 bis 50 Prozent, was erheblich schlechter ist als bei batteriebetriebenen Autos mit einem Wirkungsgrad von 70 bis 80 Prozent. Diese Wirkungsgrade sind ein Maß dafür, wie viel davonpotenzielle Energie in einem Kraftstoff, den der Motor oder die Zelle in nutzbare Leistung umwandeln kann.
Skalierbarkeit wird ebenfalls diskutiert. Da es weltweit bereits alle paar Kilometer eine Tankstelle gibt, ist bereits eine Infrastruktur vorhanden, die für Wasserstoff angepasst werden kann. Installation einer Wasserstoff-Brennstoffzelle Die nationale Infrastruktur könnte im Vergleich zum Ausbau der Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge teuer sein, vor allem, weil in den meisten Gebieten bereits ein Stromnetz vorhanden ist. Es ist auch möglich, Elektrofahrzeugfahrzeuge von zu Hause aus zu laden, während Wasserstoffzellen eine Fahrt zu a erfordern würdenLadestation.
Wasserstoff-Brennstoffzellen selbst sind sehr anpassungsfähig und ermöglichen eine Vielzahl von Anwendungsfällen, von kleinen bis zu großen Fahrzeugen. Eine kleine Wasserstoff-Brennstoffzelle zur Verwendung in einem Rasenmäher hat den gleichen Grundbetrieb wie eine größere, die verwendet werden würdein einem Sattelzug.
Warum ist Wasserstoff nicht beliebter? Die Antwort darauf ist vielschichtig. Derzeit erfolgt die überwiegende Mehrheit des in den USA produzierten Wasserstoffs durch den Prozess der Dampfreformierung. Bei diesem Prozess wird Erdgas verwendet. Wasserstoff produzieren und das ist ein fossiler Brennstoff. Der Wasserstoffbrennstoff müsste auch zu den Pumpstationen transportiert werden. Im Wesentlichen verlagern Wasserstoffbrennstoffzellenfahrzeuge derzeit nur ihren Kohlenstoffausstoß in den Wasserstoffherstellungs- und -transportprozess.
Es gibt Möglichkeiten, durch Elektrolyse grünen Wasserstoff zu erzeugen, der Wasser unter Verwendung eines elektrischen Stroms in seine Grundelemente Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt. Wenn dieser Strom durch erneuerbare Energien geliefert wird, wird der erzeugte Wasserstoff jedoch ziemlich grünDieser Prozess ist nicht so skalierbar, da es in den USA in großem Umfang an einer Verbreitung erneuerbarer Energien mangelt, und er ist auch nicht so kostengünstig, wodurch der Kauf des Kraftstoffs teurer wird.
Wasserstoff, wie er derzeit steht, stammt überwiegend aus nicht grünen Quellen, ist etwa 50 Prozent teurer als Benzin, was ihn zu einer teureren Option macht. Es ist dieser nicht grüne Ursprung von Wasserstoff und die Kosten, die ihn davon abhalten, weit verbreitet zu werden, aber die Grundlagen sind da.