Obwohl es Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge (FCEVs) seit den 1960er-Jahren gibt, haben sie sich kürzlich als mögliche Lösung zur Dekarbonisierung von Schwertransporten herausgestellt. Nikola Motors kündigte gerade an, eine Milliarde US-Dollar für seine Wasserstoff-Fahrzeugtechnologie aufgebracht zu haben, und fügte einige wichtige neue Partner hinzu, darunter CNHI und Bosch. Anfang dieses Jahres startete das Unternehmen außerdem eine gewagte Roadmap für 700 Tankstellen im ganzen Land und schloss mit Anheuser-Busch eine Partnerschaft mit 800 Fahrzeugen ab, um die Dekarbonisierung seiner Frachtflotte zu unterstützen. Was macht FCEVs zu einer guten Wahl für die Dekarbonisierung von Schwertransporten? Lassen Sie uns die Ähnlichkeiten, Vorteile und Herausforderungen von FCEVs im Vergleich zu konventionellen Lastkraftwagen mit innerer Verbrennung untersuchen.
Es ist das Gleiche, nur besser
Einer der Vorteile von FCEVs ist, dass Wasserstoff eine Tankinfrastruktur verwendet, die konventionellen LKWs ähnelt. Dies bedeutet, dass FCEVs an bestehenden Lkw-Haltestellen im ganzen Land betankt werden könnten und das Betankungserlebnis ähnlich wäre. Ein Lkw kann in weniger als 15 Minuten mit Wasserstoff gefüllt werden. Das Betanken eines FCEV ähnelt dem Betanken eines Diesel-Lkw. Wasserstoffgas wird mit einer Gaspumpe und einer Düse, die einer herkömmlichen Dieselpumpe ähnelt, in den Fahrzeugtank gepumpt .
Ein Vorteil von FCEVs ist, dass Wasserstoff eine Tankinfrastruktur verwendet, die konventionellen LKWs ähnelt.
Ein weiterer Vorteil ist die Energiedichte von Wasserstoff. Diesel hat eine Energiedichte von 45,5 Megajoule pro Kilogramm (MJ / kg), etwas niedriger als Benzin mit einer Energiedichte von 45,8 MJ / kg. Wasserstoff hat dagegen eine Energiedichte von ca. 120 MJ / kg, fast dreimal so viel wie Diesel oder Benzin. In elektrischer Hinsicht beträgt die Energiedichte von Wasserstoff 33,6 kWh nutzbare Energie pro kg, gegenüber Diesel, der nur etwa 12 bis 14 kWh pro kg enthält. Dies bedeutet in Wirklichkeit, dass 1 kg Wasserstoff, der in einer Brennstoffzelle zum Antreiben eines Elektromotors verwendet wird, ungefähr dieselbe Energie enthält wie eine Gallone Diesel. In Anbetracht dessen behauptet Nikola, dass seine Fahrzeuge zwischen 12 und 15 MPG-Äquivalente erreichen können, was weit über dem nationalen Durchschnitt für einen Diesel-LKW liegt, der bei 6,4 MPG liegt .
Auch elektrische Antriebe sind effizienter als Verbrennungsmotoren. Bei einem Verbrennungsmotor werden ca. 50% der erzeugten Energie in Wärme umgewandelt; Elektrische Antriebe verlieren jedoch nur 10% ihrer Energie durch Wärme. Dieser Wirkungsgradunterschied zeigt, wie viel Verbraucher mit weniger effizienten Verbrennungsmotoren verlieren.
Der Preis ist ein weiteres attraktives Attribut von Wasserstoff. Die Dieselpreise bewegen sich derzeit in der Nähe von 3,00 USD pro Gallone, und angesichts der jüngsten Einschränkung der saudi-arabischen Ölproduktion ist mit weiteren Preiserhöhungen für Diesel zu rechnen. Was den Wasserstoff betrifft, deutet eine aktuelle Analyse von Bloomberg New Energy Finance darauf hin, dass der Produktionspreis für Wasserstoff pro Kilogramm in etwa einem Jahrzehnt nur noch 1,40 USD pro Kilogramm betragen könnte .
Bei einem Verbrennungsmotor werden ca. 50% der erzeugten Energie in Wärme umgewandelt; Elektrische Antriebe verlieren jedoch nur 10% ihrer Energie durch Wärme.
Beim Schwertransport zählt das Gewicht. FCEVs bieten das gleiche hohe Drehmoment wie batterieelektrische Fahrzeuge, jedoch bei geringerem Gewicht. Ein Beispiel ist der geschätzte Gewichtsunterschied zwischen dem batterieelektrischen Lion 8 und der Wasserstoffbrennstoffzelle Nikola One; Der Lion 8 verfügt über einen 480-kWh-Akku mit einer Reichweite von 250 Meilen, was etwa 2 bis 5 Tonnen entspricht. Es wird geschätzt, dass ein Nikola One mit einer Reichweite von ca. 500-750 Meilen einen 250-kWh-Akku hat, der wahrscheinlich etwa 2,5-3 Tonnen wiegen würde.
Unter Berücksichtigung dieser Faktoren gibt es einen klaren Weg für Wasserstoff als kohlenstoffarmen, kostengünstigen und leichtgewichtigen alternativen Kraftstoff für Schwerlastkraftwagen. FCEV-Lkw sind jedoch nicht ohne Herausforderungen.
Es ist nicht einfach, grün zu sein
Obwohl Wasserstoffgas keine Farbe oder keinen Geruch hat, werden wir zur Unterstützung der Dekarbonisierung des Schwertransports grünen Wasserstoff und viel davon benötigen. Grüner Wasserstoff , auch als erneuerbarer Wasserstoff bezeichnet, ist Wasserstoff, der normalerweise durch Elektrolyse mit erneuerbarer Energie gewonnen wird. Bei der Elektrolyse von Wasser wird Wasser durch Elektrizität in gasförmigen Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) getrennt, wobei elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt wird. Es gibt immer noch Fragen, wie schnell die Produktion von grünem Wasserstoff skaliert werden kann. Die Fertigungskapazitäten für Elektrolyseure beginnen erst deutlich zu steigen.
Grüner Wasserstoff, auch erneuerbarer Wasserstoff genannt, ist Wasserstoff, der nur mit erneuerbarer Energie hergestellt wird.
Die größten Herausforderungen bei Wasserstoff sind Transport und Lagerung. Wasserstoff fällt gasförmig an und muss unter Druck gelagert oder direkt verflüssigt werden. Beide Prozesse erfordern zusätzliche Energie, die aus erneuerbaren Quellen stammen kann oder nicht. Es gibt neue Methoden, bei denen chemische Bindungen (normalerweise als flüssige organische Wasserstoffträger [LOHCs] bezeichnet) oder Ammoniak verwendet werden, um Wasserstoff in einem stabilen Zustand zu transportieren. Diese Verfahren erfordern keinen Druck und keine Tieftemperaturverflüssigung und benötigen daher weniger Energie, um den Wasserstoff zu transportieren und zu speichern. Die Technologie befindet sich jedoch noch in einem relativ frühen Entwicklungsstadium und kann noch nicht in großem Maßstab eingesetzt werden.
Eine andere Lösung für Transport- und Lagerprobleme bestand darin, sich auf die lokalisierte Produktion zu konzentrieren. Nikola hat sich mit Nel und Bosch zusammengetan, um ein Netzwerk lokaler Wasserstoffproduktionsstationen bereitzustellen, die erneuerbare Energiequellen und Elektrolyseure nutzen, und damit die Logistikkette der konventionellen Diesel- und Benzinversorgung abgeschnitten. In Zukunft könnten wir möglicherweise auch die Erdgasinfrastruktur für den Transport von Wasserstoff nutzen, wodurch der Bedarf für den Ausbau großer Infrastrukturen sinkt. Dies könnte auch die Möglichkeit bieten, Wasserstoff aus zentralen Produktionszentren anstelle von lokalisierten Gebäuden bereitzustellen.
Eine andere Lösung für die Herausforderungen beim Transport und der Speicherung von Wasserstoff bestand darin, sich auf die lokalisierte Produktion zu konzentrieren.
Ein weiterer Nachteil von Wasserstoff ist die Reichweite. Nikola zufolge beträgt die Reichweite eines Brennstoffzellen-Lkw je nach Beladung und Gelände zwischen 500 und 750 Meilen. Toyota Kenworth FCEV Trucks haben eine Reichweite von ca. 500 km. Dies verblasst im Vergleich zu Diesel-Lkw, die weit über 1.000 Meilen fahren können, ohne zu tanken. Bei Fahrern, die auf 500 Meilen pro Tag begrenzt sind, kann dieser Faktor die Standardpraxis jedoch nicht wesentlich beeinträchtigen.
Wie bald ist es jetzt?
Obwohl es Herausforderungen gibt, ist die Zeit für Wasserstoff jetzt gekommen, und hier ist der Grund:
Wir sehen einen erhöhten regulatorischen Druck und eine erhöhte Nachfrage in der Industrie. Die Europäische Union hat sich verpflichtet, Benzin- und Dieselfahrzeuge bis 2030 zu entfernen. Gleichzeitig schaffen saubere Kraftstoffnormen und damit verbundene Investitionen in Kalifornien und Kanada die politische Grundlage für Veränderungen. Hyundai plant die Produktion von bis zu 700.000 FCEVs pro Jahr bis 2030, und Japan strebt bis 2030 800.000 FCEVs an . Angesichts der Technologiekosten , die in mehreren Märkten voraussichtlich die Gewinnschwelle für Diesel-Lkw erreichen werden , sind erhebliche Impulse und Investitionen in Wasserstoff zu verzeichnen.
Je mehr Projekte Brennstoffzellentechnologien einsetzen, desto höher ist das Potenzial für Kostensenkungen und Technologieinvestitionen.
Je mehr Projekte zunehmend mit Brennstoffzellentechnologien arbeiten, desto größer ist das Potenzial für Kostensenkungen und Investitionen in die Technologie. Chinas Engagement, bis 2030 1 Million Brennstoffzellenfahrzeuge auf die Straße zu bringen ( 7,6 Milliarden US-Dollar werden in Schwerlast-Lkw investiert ), bietet ein enormes Potenzial für signifikante Fortschritte bei der Effizienz und den Kosten von Brennstoffzellenfahrzeugen.
Wasserstoff hat schon früher falsche Morgenröte erlebt, aber diese kohlenstoffarme Alternative wird von einigen der größten Unternehmen der Welt branchenübergreifend vorangetrieben. Toyota Kenworth hat eine lange Erfolgsgeschichte in der Entwicklung von Lastkraftwagen mit Brennstoffzellentechnologie. 2019 wurden 10 T680 für den Einsatz im Hafen von Los Angeles und in ganz Südkalifornien hinzugefügt . Shell hat kürzlich in großem Maßstab in Wasserstoffelektrolyseure investiert, die eine kohlenstofffreie Option für die Wasserstoffproduktion bieten. Anfang des Monats hat Cummins das marktführende Unternehmen zur Herstellung von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen, Hydrogenics, für 290 Millionen US-Dollar erworben. All dies sind Signale für das ernsthafte Engagement von Branchenführern für den Einstieg in den Wasserstoff- und Brennstoffzellenbereich.
Das Rocky Mountain Institute (RMI) arbeitet daran, die Möglichkeiten für grünen Wasserstoff zur Beschleunigung der Dekarbonisierung in Sektoren zu ermitteln, in denen Fortschritte zu verzeichnen waren, und wir beginnen erst jetzt, die Rolle und Position dieser Technologie bei der Dekarbonisierung des Güterverkehrs zu erkennen. Wir hoffen, dass Sie mit RMI und dem North American Council for Freight Efficiency (NACFE) am 8. Oktober eine Podiumsdiskussion zum Thema Wasserstoff im Lkw- Verkehr abhalten .
https://www.act-news.com/news/fcevs-run-on-less/...annel=tw-274720233 |
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