Rafbílavæðing og heildarlosun CO2

Rafgeymarnir eru Akkilesarhæll rafbílavæðingarinnar, enn sem komið er.  Nú er að koma fram á sjónarsviðið tækni til að hlaða þá þráðlaust, jafnvel á ferð, og er notuð til þess hefðbundin 20. aldar rafsegulsviðstækni, reist á kenningum Michaels Faradays frá 1831 og eðlisfræðilíkingum Mawells, og verður gerð grein fyrir þessari tækniþróun í þessari vefgrein, en fyrst verður umhverfislegur ávinningur rafbílavæðingarinnar á Íslandi settur í samhengi við aðra losun.

Özur Lárusson ávarpar hinn dæmigerða frambjóðanda til Alþingis í Morgunblaðsgrein, 26. október 2017,

"Kynntu þér gögnin, ágæti frambjóðandi".

Hann deilir þar réttilega á marga stjórnmálamenn, sem eru með loftslagsmál á vörunum í tíma og ótíma, og leggja þá höfuðáherzlu á rafbílavæðinguna, án þess að athuga, hvað landumferðin vegur hlutfallslega lítið í heildarlosuninni og án þess að gera um leið grein fyrir trúverðugri og skynsamlegri áætlun um að koma þeim innviðum á laggirnar, sem eru forsenda rafbíla í tugþúsunda tali hérlendis.

Özur bendir á í téðri grein, að eldsneytisnýtni farartækja hafi batnað um 35 % undanfarin 10 ár eða um 3,5 %/ár að jafnaði, sem er gríðarlega góður árangur hjá hönnuðum bílvéla, grindar, yfirbyggingar og innmats.  Hér leggst á eitt beztun bílvéla með hermun í tölvum, þróun efnistækni og val á eðlisléttari efnum en áður, og lágmörkun loftmótstöðu.  

Árið 2016 notuðu landfartæki 274 kt af jarðefnaeldsneyti.  Bætt nýtni um 35 % jafngildir tæplega 150 kt/ár elsdsneytissparnaði árið 2016 m.v. eldsneytisnýtnina árið 2006 og minni losun gróðurhúsalofttegunda um rúmlega 470 kt/ár, sem er 4,0 % af heildarlosun Íslendinga vegna orkunotkunar árið 2016. Landfartæki losuðu þá 864 kt af CO2 eða 7,4 % af heildarlosun Íslendinga vegna orkunotkunar, sem nam 11,7 Mt. 

"Þá komum við að umræðunni um heildarlosun, en þar er rétt að benda þér á umræður, sem voru á Alþingi á haustmánuðum 2015.  Í svari við fyrirspurn, er þáverandi umhverfisráðherra fékk, kemur fram, að aðeins 4 % af heildargróðurhúsalofttegundum komi frá fólksbílum hér á landi, 96 % af þeim eru af öðrum völdum !"

Skoðum þessar staðhæfingar nánar:

Landfartæki eru talin nota 93 % eldsneytis samgöngutækja innanlands, og ætla má, að fólksbílar noti 65 % af því.  Eldsneytisnotkun þeirra er þá:

MF=0,93x0,65x295 kt/ár=178 kt árið 2016, sem veldur koltvíildislosun 561 kt/ár.  Sem hlutfall af heildarlosun vegna orkunotkunar er þetta: 0,561/11,67=4,8 %.  Viðkomandi ráðherra hefur á sinni tíð vafalítið bætt við losun frá landbúnaði og úr uppþurrkuðum mýrum.  Frá landbúnaði má ætla, að komið hafi 0,7 Mt af CO2eq.  Losun frá framræstu landi var þá (2015) talin nema 11,61 Mt/ár CO2eq, en er núna talin vera 29,5 % minni samkvæmt Umhverfisráðgjöf Íslands í Bændablaðinu, 2. nóvember 2017.  Þar er getið um einingarlosun úr þurrkuðum mýrum 19,5 t/ha koltvíildisjafngilda á ári, en hún var áður talin vera 27,64 t/ha per ár CO2eq.  Þetta þýðir, að þurrkaðar mýrar senda nú frá sér:

MÞM=19,5x420´000=8,2 Mt/ár CO2eq.  

Þá verður hlutfall fólksbíla í heildarlosun:

0,561/20,6=2,7 %.

Skekkja ráðherrans er sennilega fólgin í vanmati á gríðarlegum gróðurhúsaáhrifum millilandaflugsins.  Íslenzk millilandaflugfélög notuðu árið 2016 32 PJ (Petajoule) af orku, sem samsvarar 66 % af raforkuvinnslu allra vatnsaflsvirkjana landsins, og viðurkennt er, að gróðurhúsaáhrif við losun gastegunda og fastra agna úr þotuhreyflum í háloftunum eru tæplega þreföld á við sams konar losun á jörðu niðri.  Þannig námu þessi jafngildisáhrif 7,11 Mt CO2 (M=milljón) árið 2016 eða 59 % af allri losun Íslendinga vegna orkunotkunar eða 34 % af heild að losun framræsts lands meðtalinni.  Með því að bæta henni við losun vegna orkunotkunar, 11,67 Mt, fæst heildarlosun af mannavöldum á Íslandi 2016:

MH=20,6 Mt CO2, og losun vegna orkunotkunar er 57 % af heild.

Özur notar of lág losunargildi fyrir millilandaflug og úreltu töluna fyrir losun framræsts lands, og þess vegna eru hlutfallstölur hans ekki alveg réttar, en ábending hans er rétt: það er gríðarlegu púðri eytt í að minnka mjög litla tölu, 2,7 %. Síðan ávarpar hann frambjóðandann aftur:

"Þá komum við að því, sem þú, ágæti frambjóðandi, telur oftar en ekki [vera] lausnina, sem við eigum að drífa í, og það helzt á morgun.  Rafbílavæða þjóðina !  Það markmið er mjög gott og myndi henta okkur sérstaklega vel, svo að, ef það er framkvæmanlegt á þeim hraða, sem þú leggur til, væri það hreint út sagt frábært.  Það er bara ekki svo, því miður."

Blekbóndi er þó ósammála Özuri í því, að "frábært" væri að "rafbílavæða þjóðina" á þeim hraða, sem sumir stjórnmálamenn hafa tjáð sig um, ef það væri hægt, sem spannar líklega tímabilið 2030-2040 fyrir verklok.  Ástæðan fyrir því, að þessi mikli hraði er óheppilegur, er sú, að mótuð tækni er enn ekki komin fram á sjónarsviðið, heldur er gríðarlega hröð þróun á þessu sviði þessi árin í vetnisrafölum og rafgeymum, svo og í endurhleðslu rafgeymanna.

Í "The Economist", 28. október 2017, er gerð grein fyrir þróun þráðlausrar endurhleðslu rafgeymanna í greininni, "Proof by induction",  sem reyndar er stærðfræðilegt hugtak og heitir "þrepasönnun" á íslenzku, svo að þetta er orðaleikur hjá Englendingunum.

Þessi þráðlausa hleðslutækni er reist á rafsegulsviði frá segulspólu með járnkjarna í miðju, einni eða fleiri í palli, sem komið er fyrir við yfirborð jarðar og spanar upp straum í spólum, sem komið er fyrir í undirvagni rafbíla, sem lagt er yfir pallinum. Þennan straum þarf að afriða áður en hann er sendur til rafgeymasetts bílsins.  Töpin í þessu hleðsluferli eru sögð vera 11 %, sem er svipað og búast má við frá hústöflu gegnum hleðslutæki og hleðslustreng og að rafgeymasetti bíls.  Þessum töpum er yfirleitt alltaf sleppt, þegar fjallað er um orkunýtni rafbíla, sem augljóslega gefur villandi niðurstöðu.  Þessi þróun er frumkvöðlastarfsemi, aðallega í Bandaríkjunum, og kostar pallur og móttökubúnaður kominn í bíl og tengdur kUSD 2,5-4,0.

Frumkvöðlafyrirtæki í New York vill fá að koma mörgum hleðslupöllum fyrir í borginni og leigja aðgang að þeim.  Bílstjórar geta þá pantað tíma gegnum snjallsímann sinn til pallafnota.  

Bílaframleiðendur eru nú að taka við sér með þetta.  Athygli vekur, að Toyota hefur tryggt sér afnotarétt af einkaleyfi WiTricity, fyrirtækis í Massachusetts, á spanmóttökubúnaði í bíla, þótt Toyota veðji á vetnisknúna rafala í rafbílum, en önnur fyrirtæki eru að þróa eigin búnað, t.d. Audi, BMW, Daimler, Ford, Jaguar og Volvo.

Fyrirtækið Wave í Utah áformar að setja upp aflmikinn pall við höfnina í Los Angeles, sem risagámalyftari á að nota þar.  

Af öðrum líklegum notendum má nefna leigubíla og strætisvagna.  Þar sem leigubílar bíða í röð og færa sig smám saman framar, er upplagt að koma fyrir spanpalli, og þurfa leigubílstjórar þá ekki að fara út úr bíl til að hlaða, en nota samt biðtímann til þess.

Sama má segja um strætisvagnana.  Þeir geta notað biðtímann til að hlaða, og geta þeir þá ekið í 16 klst og fullhlaðið síðan í 8 klst.  Þetta er þegar tíðkað í Milton Keynes, borg norðvestur af London.  Þar er spanpallur við sitt hvora endastöð Leiðar 7, þar sem hvor spannpallur hýsir 4 spólur, og er heildarafl palls 120 kW.  Hvor spanpallur kostar kUSD 130.  Hjá rekstraraðilanum, eFIS, hefur samt verið reiknað út, að kostnaður við hvern slíkan strætisvagn er 0,5 USD/km (54 ISK/km) lægri en fyrir dísilknúinn vagn vegna lægri orku- og viðhaldskostnaðar.  Átta vagnar á Leið 7 aka alls 700´000 km/ár, svo að sparnaður á Leið 7 er 350 kUSD/ár.  Þetta þýðir, að spanpallar og móttökubúnaður í vögnum borga sig upp á rúmlega 2 árum.  Á Íslandi ætti þessi fjárfesting að verða enn arðsamari vegna lægra raforkuverðs en í Milton Keynes. 

Hvers vegna heyrist ekkert frá almenningsfyrirtækinu "Strætó" hér og borgaryfirvöldum annað en skrautlegar draumsýnir um "Borgarlínu", sem er svo dýr og óhagkvæm, að sliga mundi fjárhag sveitarfélaga höfuðborgarsvæðisins um ókomin ár ?  Er ekki kominn tími til að velta um borðum forræðishyggju og flautaþyrla, og hefja þess í stað samgöngubætur á höfuðborgarsvæðinu, sem kosta miklu minna og gagnast öllum þorra fólks ?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Athugasemdir

[Jósef Smári Ásmundsson, 8.11.2017 kl. 14:18]

Góð grein.

[Kolbrún Hilmars, 8.11.2017 kl. 17:52]

Bjarni, þú nefnir rafgeymana sem Akkilesarhæl hvað varðar hleðslu.  En hvað með framleiðslu rafgeymanna sjálfra?  Til þess þarf líka jarðefni og námuvinnslu; finnast næg jarðefni (hef ekki þekkingu á hverjum, en kóbalt hefur verið nefnt) og með hvaða orku?

[Bjarni Jónsson, 8.11.2017 kl. 18:46]

Sæl, Kolbrún;

Rafgeymana kalla ég Akkilesarhæl rafbílanna, af því að orkuþéttleiki þeirra er enn of lágur, þ.e. kWh/kg, sem kemur út sem of lítil drægni.  S.k. liþíum rafgeymar eru alls ráðandi í þessum geira og hafa verið dýrir, en eru að verða á viðráðanlegu verði, enda hefur verð þeirra lækkað um yfir 80 % síðan árið 2010.  Framleiðslugeta á liþíum hefur ekki annað eftirspurn, svo að risaverksmiðja Elons Musks hefur ekki náð áætluðum afköstum vegna skorts á liþíum.  Það er nóg af liþíum víða um heim.  Á næsta ári gæti náðst jafnvægi á markaðinum.  Það þarf einnig Kobolt í þessa rafgeyma sem snefilefni.  Það er hins vegar sjaldgæft, og ég held, að það sé aðallega unnið í Kongó, sem er spillingar- og ófriðarbæli, svo að þessi vinnsla er erfið, en ég hef samt ekki heyrt um hörgul á því enn.  Ég hef því miður ekki svar á reiðum höndum um, hversu orkukræf námuvinnsla á þessum efnum er, eða hvaða frumorka er notuð við hana.  Þessi efni ásamt Cu og Al úr rafkerfi bílanna eru öll endurvinnanleg.  Í landi eins og okkar, þar sem frumorkan er sjálfbær, er nánast öruggt, að kolefnisspor rafbílanna eftir framleiðslu, notkun og endurvinnslu er minna en benzín- og dísilbíla.  

[Halldór Jónsson, 9.11.2017 kl. 07:53]

Frábær grein kollega Bjarni

[Bjarni Jónsson, 9.11.2017 kl. 13:29]

Þakka þér kærlega fyrir hrósið, kollega Halldór.  Það er meira í pípunum, þótt of djúpt sé tekið í árinni með því að taka sér í munn hið margtuggna: "you ain´t seen nothing yet".  Umræðunni og þá stefnumörkuninni hættir til að missa marks, ef stærðir eru ekki settar í rétt samhengi.  Það kemur mér ekki á óvart, að losun frá þornandi mýrum virðist nú vera á niðurleið.  Annars væri þarna komin einhvers konar eilífðarvél. 

[Hörður Þormar, 9.11.2017 kl. 14:01]

Það kæmi mér ekki á óvart þó að Halldór Jónsson ætti eftir, einn góðan veðurdag, að aka í hlað á flottum, kraftmiklum rafmagnsbíl.

[Bjarni Jónsson, 9.11.2017 kl. 20:35]

Halldór kann að meta góða hröðun, trúi ég, og enginn hreyfill stendur rafhreyfli á sporði með tiltölulega jafnt og mikið vægi frá n=0 og upp í fullan snúningshraða.  Það segir "teorían" og það hef ég reynt á eigin fararskjóta.