Akkilesarhæll rafbíla

Mikið er skeggrætt um orkubyltingu á sviði samgangna og af mismiklu viti. Ekki er þó örgrannt um á alþjóðavettvangi, að hagsmunaaðilar á sviði jarðefnaeldsneytis drepi málinu á dreif. Flestir telja samt, að rafmagn muni knýja öll samgöngutæki áður en lýkur, en þar er enn sá hængurinn á, að orkuþéttleiki rafgeymanna, kWh/kg, er ófullnægjandi til að vera fullkomlega boðlegur valkostur við jarðefnaeldsneytið.  Hafa menn þá nefnt eldsneytishlöður (e. fuel cells), sem nota vetni sem orkulind, og kjarnorkuofn, sem notar t.d. frumefnið þóríum sem orkulind, sem valkosti við rafgeymana. Nú er hins vegar í sjónmáli önnur vænleg lausn, sem greint verður frá hér. Frásögnin er reist á grein í "The Economist", 23. maí 2015, "Sheet lightning":

Það er ekki tekið út með sældinni einni saman að þróa rafbíl, sem sé jafningi bíla af svipaðri stærð, en knúnir bensíni eða dísilolíu.  Liþíum-jóna rafgeymarnir, sem notaðir eru til að geyma orkuna, sem síðan knýr rafbílana, eru næstum nógu ódýrir og endast næstum nógu langa vegalengd til að vera fullgildir í þessari samkeppni, en eru ekki alveg nógu góðir enn. Ef rafgeymarnir fá ekki hleðslu frá rafala bíls, sem knúinn er bensínvél, þá komast rafbílar yfirleitt aðeins 50-250 km án endurhleðslu. 

Rafbíll án bensínvélar til stuðnings er varla boðlegur fyrr en drægnin nær 500 km. Með beztu tækni tekur hleðsla rafgeyma upp í 80 % af fullri hleðslu ekki skemmri tíma en 20 mín.  Það þarf betri rafgeyma en þetta, en þeir hafa látið standa á sér. Það hefur af einhverjum ástæðum ekki verið sett nægilegt fé í rannsóknir og þróun á sviði nýrrar orkutækni hingað til, svo að róttæk breyting yrði frá eldsneytistækninni. 

Margir hafa reynt og mistekizt, en vonin er samt ódrepandi.  Nýjasta tilraunin er með kolefnissambandið grafen, undraefni okkar tíma.  Frumkvöðullinn, Lu Wu í Vísinda- og tæknistofnuninni í Gwangju í Suður-Kóreu, telur, að verði hægt að færa grafen-verkefnið af tilraunastigi og yfir á framleiðslustig, þá hafi vandamál rafbílanna verið leyst, og björninn gæti unnizt árið 2016. 

Reyndar  er það, sem dr Lu og kollegar eru að vinna að, ekki rafgeymir, heldur ofurþéttir; tæki, sem sameinar eiginleika raflausnar í rafgeymi og eðliseiginleika þéttis, sem er að varðveita rafhleðslu þar til þörf er á rafstraumi. Rafhleðslur eru geymdar á efnisyfirborði þéttis sem stöðurafmagn, en stöðurafmagn ofurþéttisins er hins vegar háð raflausninni á milli þéttisflatanna.  Þéttisvirknin við upphleðslu þéttis veldur því, að orkuupphleðslan tekur mun skemmri tíma en efnaferlið, sem fer af stað í rafgeymum við endurhleðslu þeirra. 

Þéttar eru síður en svo nýir af nálinni, en grafenið auðveldar til muna gerð ofurþéttis. Grafenið er með stórt yfirborð eða 2,675 m2/g. Þar liggur hundurinn grafinn, því að á öllu þessu yfirborði er hægt að geyma mikinn fjölda rafhleðslna, sem jafngildir þá háum orkuþéttleika. Þannig getur einn ofurþéttir skákað liþíum-rafgeymum í orkuþéttleika, kWh/kg, sem gerir gæfumuninn.  Um kostnað við gerð ofurþéttis er ekki vitað, en sé dregið dám af kostnaðarþróun á öðrum sviðum tækniþróunar, fellur sá kostnaður í kr/kWh um 75 % fyrstu 4 árin, eftir að fjöldaframleiðsla hefst.

Það er ljóslega ýmislegt í gangi í vísindaheiminum, og hækkun olíuverðs og gasverðs, sem búizt er við árið 2017, mun einungis flýta fyrir þróun tækni, sem snurðulaust getur leyst jarðefnaeldsneyti af hólmi á öllum sviðum orkuvinnslu, og er kominn tími til eftir 250 ára "yfirburðastöðu" þessa eldsneytis sem grundvöllur efnalegrar velferðar, sem nútímamenn vita, að er ekki sjálfbær. Með því að leysa jarðefnaeldsneyti af hólmi í samgöngutækjum með sjálfbærri tækni batna loftgæði í þéttbýli stórlega, og útblástur gróðurhúsalofttegunda minnkar til muna.