Tækni

Endalokin á eldsneytisbílum? Svona verður rafbíllinn loftslagskóngur

Frá árinu 2035 stöðvast sala á eldsneytisbílum á risastórum mörkuðum eins og í Kína, ESB og Kaliforníu og sala rafbíla eykst stöðugt og hratt. En rafbílar hafa ekki ennþá náð framúr eldsneytisbílunum og því spyrja menn hvernig rafbíllinn geti nýtt sér loftslagsvæna eiginleika sína til fulls. Vísindin skoða málið hér.

BIRT: 14/04/2023

Hann er hljóðlaus og engin mengun berst út úr púströri. Rafbíllinn nýtur hægt en örugglega meiri vinsælda, ekki aðeins meðal neytenda heldur einnig meðal valdamikilla stjórnmálamanna.

 

ESB hefur bannað sölu á eldsneytisbílum frá árinu 2035 og hyggst reiða sig á rafbíla þess í stað. Kína hefur einnig tilkynnt að frá sama ári verði þarlendis einungis svokallaðir nýorku-bílar á vegunum. Og Kalifornía, fimmta stærsta hagkerfi heims, hefur tilkynnt að allir bílar sem verða seldir í ríkinu þurfi að uppfylla kröfuna um engan útblástur.

 

Það má því segja að undirbúningur sé hafinn að því að rafbílar muni ráða ríkjum á vegum landa um heim allan í náinni framtíð.

 

Eldsneytisbílar munu vissulega ennþá standast rafbílum snúning hvað varðar drægni, aksturseiginleika og jafnvel á sumum sviðum þegar kemur að loftslags-reikniskilum.

 

Verkfræðingar vinna nú hörðum höndum að betrumbótum og verða brátt tilbúnir með nýjar loftslagsvænar rafhlöður, hraðvirkari hleðslustöðvar og snjallari lausnir til að endurvinna eins mikið úr rafbílum og kostur er. Þannig munu rafbílar á endanum geta kallað sig græna konunga veganna.

 

En til að skilja hvar rafbíllinn stendur í loftslagsbókhaldinu núna og hvað þarf til að hann uppfylli græna möguleika sína þurfum við fyrst að taka upp CO2-vasareikninn.

 

Rafhlöður létta kolefnissporið

Rafbíllinn keyrir á rafmagni og því fylgir enginn útblástur. Engu að síður eru harðar deilur um ágæti rafbílanna fyrir loftslagið. Helsta ástæðan felst í rafhlöðunum en í framleiðslu þeirra þarf margar málmtegundir og mikil losun á sér stað við vinnslu málmanna. En hversu mikil er losunin?

 

Tveir vinsælustu bílarnir, hvor í sínum flokki, eru Tesla 3 og Volkswagen Passat.

Framleiðsla á Tesla Model 3 losar 19 tonn af CO2.

Án rafhlaðna kostar framleiðsla á Passat og Teslu 3 nokkurn veginn það sama eða um tíu tonn af CO2. Með rafhlöðunni nær framleiðsla á Teslunni samanlagt um 19 tonn.

 

Eldsneytisbíllinn stendur því framar í loftslagsbókhaldinu. En nú eru nýrri og hreinni rafhlöðugerðir á leiðinni.

Mest seldi rafbíllinn í Evrópu árið 2013 var Nissan Leaf. 24 kWh rafhlaðan tók marga klukkutíma að hlaða og gaf henni 120 km drægni. Í dag er Tesla Model 3 með u.þ.b. tvöfalt öflugri rafhlaða, sem hleður hraðar og gefur fjórfalt meira drægni.

Nú þegar eru margir framleiðendur farnir að nota litín-járnfosfat rafhlöður sem útrýma þörfinni á kóbalti en vinnsla þess í námum fer fram með mikilli losun á CO2.

 

Jafnframt vinna vísindamenn að þróun svokallaðra litín-brennisteins rafhlaðna en með þeim verður kleift að minnka þyngd og stærð þeirra, með tilheyrandi minni losun.

 

En kannski mun helsta byltingin felast í því að finna önnur efni í staðinn fyrir litín sem er slæmt fyrir loftslagið – og þá kann venjulegt borðsalt að koma til álita.

 

Sérfræðingar við USA´s Department of Energy hafa prófað rafhlöður, þar sem natrínjónir – rétt eins og þær sem er að finna í natríumklóríð eða borðsalti – koma í staðinn fyrir litínjónir og fara frá einum pól rafhlöðunnar til annars og mynda þannig straum.

 

Tilraunir þeirra sýna að natrín er nærri því að verða nothæft í rafhlöður með sömu orkuþéttni og litín. Jafnframt er líftími natríns mögulega lengri og það þolir betur hita. Það kann að koma í veg fyrir að það kvikni í þeim af sjálfu sér sem hefur verið eitt vandamál rafbíla.

Ný efni létta loftslagsbókhaldið

Núna þjakar framleiðsla á rafhlöðum í rafbíla hnattræna hlýnun en verkfræðingar eru á leiðinni með ný efni sem hafa ekki eins slæm áhrif.

1. Nikkel kemur í stað dýrra málma

Bandarískir vísindamenn hyggjast nota nikkel í svonefnda katóðu rafhlöðunnar, jákvæða pólinn. Vinnsla á nikkeli veldur miklu minna af gróðurhúsagastegundum heldur en námuvinnsla á kóbalti en það er algengasti málmurinn núna í katóður í rafhlöðum.

2. Natrín getur reynst hetja

Jónir flytja sig frá neikvæðum pól rafhlöðunnar til þess jákvæða og straumur myndast. Vísindamenn við USA´s Department of Energy hafa þróað rafhlöðu sem grundvallast á natrín-jónum í staðinn fyrir litín sem hefur þungt vinnsluspor.

3. Nanóefni komi í stað grafíts

Í anóðu rafhlöðunnar, neikvæða pólnum, bindast jónirnar. Nú hyggst teymi vísindamanna búa til anóður úr nanóefnum sem innihalda járn, kopar og járnoxíð í staðinn fyrir grafít. Það getur veitt þrisvar sinnum meiri orkuhleðslu og fimm sinnum lengri líftíma rafhlöðunnar.

Takist að nýta aðgengilegri efni eins og salt í staðinn fyrir litín opnast möguleikar fyrir nýja kynslóð rafbíla sem rúlla út úr verksmiðjunum með sambærilegt kolefnisspor og eldsneytisbílar.

 

Rafmótor sigrar á skilvirkninni

Rafbíllinn losar nánast ekkert CO2 í akstri en það þarf að framleiða og dreifa rafmagninu sem hann notar.

 

Það er því afar mikilvægt hvernig rafmagnið er framleitt. Komi rafmagnið fyrir Teslu 3 frá gömlu kolaveri myndar framleiðsla á einni kílówattstund losun sem samsvarar um einu kg af CO2. Komi það hins vegar frá vatns- eða vindorkuveri er losunin nú um 11-12 grömm af CO2 per kílówattstund sem bíllinn notar.

 

Það er um 1/30 af CO2 sem Volkswagen Passat losar á hverja kílówattstund af orku. Eftir því sem orkuskiptin fara vaxandi í viðvarandi orkulindum eins og vatni, vindi og sól, verður rafbíllinn betri kostur fyrir loftslagið í losunarbókhaldinu.

LESTU EINNIG

En dálítill hluti orkunnar tapast á leiðinni frá orkuveri og þar til rafmagnið er komið í bílinn. Verkfræðingar vinna þó hörðum höndum að því að lágmarka tapið með nýrri hleðslutækni.

 

Hraðvirkustu hleðslustöðvar byggja á sérstökum búnaði sem umbreytir straumi frá dreifikerfinu í 480 V til þess að hlaða bílinn.

 

Samanlagt vegur slíkur búnaður jafnan meira en eitt tonn og um sjö hundraðshlutar af orkunni tapast í hleðsluferlinu. En vísindamenn við North Carolina State University í BNA vinna nú að þróun hleðslutækni sem þeir nefna medium-voltage fast charging (MVFC) sem safnar saman, umbreytir og hleður með einni einingu sem vegur um 100 kg, þar sem einungis um 2,5 prósent orkunnar tapast í formi varma.

Eftir 200.000 km akstur er heildarlosun CO2 frá Tesla Model 3 33 prósent minni en frá Volkswagen Passat.

Þegar rafmagnið er á annað borð komið inn í rafbílinn koma kostir hans glögglega í ljós. Mótor bílsins er nefnilega afar skilvirkur, meðal annars vegna þess hve fáir hreyfanlegir hlutir eru í honum miðað við brunamótor. Heil 94 prósent af orkunni sem rafmótorinn notar fara í að knýja bílinn áfram. Þannig tapast aðeins 6 prósent í formi varma. Volkswagen Passat tapar heilum 60 prósentum af orkunni í díselolíunni sem hann brennir.

 

Þegar rafbíll er kominn á götuna slær hann í stuttu máli öllum eldsneytisbílum við hvað varðar samanlagða CO2-losun.

 

En hvað gerist þegar rafbíll er úr sér genginn og rafhlöðurnar ónýtar? Við skulum kíkja aðeins á síðasta þáttinn í þessu loftslagsbókhaldi.

 

Rafhlöður verða endurnýttar betur

Þegar bílarnir hafa keyrt í nokkur ár eykst bilið á milli rafbílsins og eldsneytisbílsins verulega.

 

Eftir tíu ára notkun og 200.000 km akstur er samanlögð losun frá Volkswagen Passat um 44 tonn en frá Teslunni er hún 29 tonn – sparnaður sem nemur ríflega 33 hundraðshlutum.

Útreikningurinn yrði vafalítið allt annar og hagstæðari fyrir rafbíla sem koma nýir út úr verksmiðjum í ár. Endurnýjanleg orka er í öflugum vexti og losun frá raforkuframleiðslu á eftir að minnka eftir því sem vindmyllur og sólarsellur koma í staðinn fyrir gömul kolaorkuver.

 

Endurnýting hefur verið einn veikleiki rafbíla en þróun á því sviði er rafbílum í hag. Rafhlaðan með sínum verðmætu málmum endar ekki bara á ruslahaugunum, eins og margir virðast telja.

 

Í reynd má endurnýta marga íhluti hennar; t.d. má endurvinna litín úr gamalli rafhlöðu og nýta aftur. Verkfræðingar fínmala rafhlöðurnar, flokka litínið frá öðrum málmum á svonefndu hristiborði, leysa sallann upp í vatni sem er síðan síað og endar sem fínt duft af litín-karbónati sem hægt er að nota í nýja rafhlöðu.

 

Samkvæmt sérfræðingum við bandarísku stofnunina NGO Union of Concerned Scientists er hægt að endurnýta rafhlöður úr bílum þannig að þær skili 80 hundraðshlutum af upprunalegri getu rafhlöðunnar. Því má segja að rafhlaða sem hafði upphaflega 100 kílówatta hleðslugetu samanlagt, mun geta skilað 80 kílówattstundum, eftir að hafa gegnt hlutverki sínu í förguðum rafbíl.

Tauganet rafhlöðunnar endurnýtt

Það er misskilningur að rafhlöður úr rafbílum endi á ruslahaugunum. Litín sem er efnið sem keyrir strauminn um rafhlöðuna, má vinna úr gömlum rafhlöðum og nýta aftur.

1. Salla safnað í tank

Umbúðirnar úr plasti, áli og stáli eru teknar af og kjarni rafhlöðunnar malaður í fínan salla. Á hristiborði flokkast kopar og kóbalt frá, meðan léttara litíni er veitt áfram sem vatnssósa salla.

2. Litín síað úr sallanum

Sallanum er dælt inn í röð hólfa sem eru umlukin síum og er þar pressaður undir miklum þrýstingi. Þannig má skilja vatn og litín frá öðru efni. Þessu næst er blandan látin malla við háan hita.

3. Salt myndast

Nú er natrín-karbónati bætt við blönduna. Það tengist litíni og þá myndast saltið litín-karbónat. Vatnið er pressað úr og nú má nýta litínkarbónatið við framleiðslu á nýjum rafhlöðum.

Vísindamenn við Worcester Polytechnic Institute í BNA hafa nýverið fundið upp aðferð, þar sem þeir einangra efnin í svonefndri katóðu rafhlöðunnar. Síðan bæta þeir við nákvæmlega mældum skammti af málmum til að hlutfallið milli efnanna sé rétt. Fyrir vikið geta þeir búið til rafhlöður sem í sumum tilvikum taka fram venjulegum rafhlöðum á markaði.

 

Þegar slíkar aðferðir slá í gegn á markaðnum mun rafbíllinn taka stórt skref í átt að uppfylla græna möguleika sína.

 

Framtíðin er kannski ennþá grænni – því af hverju ekki að endurnýta nær allt efni í bílana? Það er einmitt nokkuð sem nemendur við Tækniháskólann í Eindhoven í Hollandi hafa tekist á við með rafbílnum Luca. Yfirbyggingin er úr blöndu af hörplöntuefni og plasti sem safnað var saman úr hafinu.

 

Innréttingin samanstendur af endurnýttum efnum úr heimilishaldi og einnig er harðplast úr sjónvörpum nýtt til hins ítrasta.

 

Sex rafhlöður úr bílum sem búið var að farga knýja svo bílinn áfram. Meira að segja er liturinn úr notuðum hlutum, ekki málningu.

Núna er tiltölulega erfitt að endurnýta rafbíla en framtíðin er bjartari. Sönnunin er bíllinn Luca frá 2020. Hann samanstendur einvörðungu úr endurnýttum efnum og rafhlöðum sem hafa verið hirtar úr bílum.

Ein röksemdin gegn rafbílum hefur löngum verið sú að þeir séu þungir í framleiðslu og förgun. Það er vissulega nokkuð til í því en þróunin stefnir aðeins í eina átt: að minna kolefnisspori og betri endurnýtingu.

 

Og þegar þeim áfanga er náð má segja fullum fetum að rafbílar séu óumdeildir grænir kóngar veganna.

LESTU EINNIG

HÖFUNDUR: EBBE RASCH.

© Shutterstock. © Claus Lunau/Shutterstock. © Lotte Fredslund. © TU/e, Bart van Overbeek.

Náttúran

Þannig sigruðu fuglaköngulærnar allan heiminn

Náttúran

Bakteríur örva ilminn af sumarregni

Náttúran

Bakteríur örva ilminn af sumarregni

Heilsa

Óhefðbundin en áhrifarík meðferð geðraskana

Heilsa

Óhefðbundin en áhrifarík meðferð geðraskana

Læknisfræði

Þannig má vinna bug á ógleði

Náttúran

Horfðu á myndskeiðið: Ný tegund risaslöngu fannst í Amasonregnskóginum

Lifandi Saga

Hvenær eignuðumst við grasflatir?

NÝJASTA NÝTT

Heilsa

Rannsókn: Þekkt sætuefni sem m.a. er notað er í tannkrem getur aukið hættu á hjartasjúkdómum

Lifandi Saga

Ævilöng barátta Arthurs Conan Doyle við Sherlock Holmes

Maðurinn

Er íþróttafólk í meiri hættu á að fá hjartastopp?

Maðurinn

Hvaða áhrif hefur þungunarrof á heilsu kvenna?

Náttúran

Lengri en strætisvagn: Slanga á Indlandi gæti hafa verið stærsta slanga heims

Náttúran

Af hverju stinga moskítóflugur mest á kvöldin?

Náttúran

Tungan: Svissneskur vasahnífur dýraríkisins

Lifandi Saga

EM í fótbolta: Enginn nennti að verða Evrópumeistari

Lifandi Saga

Fótbolti: Sjálfsmark kostaði landsliðsmann lífið

Náttúran

Af hverju sveigir bolti?

Heilsa

Rannsókn: Þekkt sætuefni sem m.a. er notað er í tannkrem getur aukið hættu á hjartasjúkdómum

Lifandi Saga

Ævilöng barátta Arthurs Conan Doyle við Sherlock Holmes

Maðurinn

Er íþróttafólk í meiri hættu á að fá hjartastopp?

Maðurinn

Hvaða áhrif hefur þungunarrof á heilsu kvenna?

Náttúran

Lengri en strætisvagn: Slanga á Indlandi gæti hafa verið stærsta slanga heims

Náttúran

Af hverju stinga moskítóflugur mest á kvöldin?

Náttúran

Tungan: Svissneskur vasahnífur dýraríkisins

Lifandi Saga

EM í fótbolta: Enginn nennti að verða Evrópumeistari

Lifandi Saga

Fótbolti: Sjálfsmark kostaði landsliðsmann lífið

Náttúran

Af hverju sveigir bolti?

Fáðu aðgang að vÍSINDI.IS

Ókeypis í 2 vikur!

 

Eftir það kostar eingöngu 1.390 kr. á mánuði og enginn uppsagnarfrestur.

 

Innifalið er aðgangur að öllum greinum á vefnum ásamt rafræna útgáfu af nýjustu tölublöðunum.

  • Fullur aðgangur að visindi.is
  • Frábærar myndir og myndbönd
  • Aðgengilegt í öllum snjalltækjum
  • Fullur aðgangur að gríðarlegu magni eldri greina
  • Nýjustu tölublöðin í rafrænu formi

Náttúran

Snjöll skordýr hafa fundið upp bestu brellur náttúrunnar

Náttúran

Snjöll skordýr hafa fundið upp bestu brellur náttúrunnar

Jörðin

Veðrið er hlaupið í baklás

Jörðin

Veðrið er hlaupið í baklás

Lifandi Saga

Hvaðan eru indíánar?

Menning

Muhammad Ali: Versti andstæðingur hans var BNA 

Tækni

Er gler í rauninni vökvi?

Lifandi Saga

Upphafsár slökkviflugvéla: Óttalausir flugmenn réðust gegn eldinum

Vinsælast

1

Lifandi Saga

Fótbolti: Sjálfsmark kostaði landsliðsmann lífið

2

Náttúran

Af hverju stinga moskítóflugur mest á kvöldin?

3

Lifandi Saga

EM í fótbolta: Enginn nennti að verða Evrópumeistari

4

Maðurinn

Rannsókn: Hvernig færðu aðra til að líka vel við þig?

5

Maðurinn

Hvaða áhrif hefur þungunarrof á heilsu kvenna?

6

Maðurinn

Er íþróttafólk í meiri hættu á að fá hjartastopp?

1

Náttúran

Af hverju stinga moskítóflugur mest á kvöldin?

2

Maðurinn

Hvaða áhrif hefur þungunarrof á heilsu kvenna?

3

Maðurinn

Er íþróttafólk í meiri hættu á að fá hjartastopp?

4

Náttúran

Lengri en strætisvagn: Slanga á Indlandi gæti hafa verið stærsta slanga heims

5

Náttúran

Tungan: Svissneskur vasahnífur dýraríkisins

6

Lifandi Saga

Ævilöng barátta Arthurs Conan Doyle við Sherlock Holmes

Heilsa

Vísindamenn hafa loksins leyst barnadauðaráðgátu.

Lifandi Saga

Hin voldugu turnskip Kínverja þoldu hvorki öldugang né vind 

Lifandi Saga

Hvers vegna hættum við að nota einglyrni?

Náttúran

Tungan kom lífinu upp á þurrlendið

Lifandi Saga

Hver var æpandi múmían?

Maðurinn

Er hægt að þreytast af fersku lofti?

Lifandi Saga

Hvers vegna lítur dagatal svona út?

Tækni

Óvinsæl flugsæti eru öruggust

Lifandi Saga

Búdda skapaði paradís – fyrir karla

Heilsa

Vísindamenn uppgötva óvænta orsök útbreiðslu krabbameins

Náttúran

Moskítóflugur: Hvað elska þær og hvað hata þær?

Maðurinn

Höfuðkúpan getur afhjúpað sjúkdóm

Rannsókn: Þekkt sætuefni sem m.a. er notað er í tannkrem getur aukið hættu á hjartasjúkdómum

Í ljós kom að einstaklingar með þetta sætuefnið í blóði sínu var í aukinni hættu að fá hjarta- og æðasjúkdóma.

Heilsa

ÁSKRIFT AÐ VÍSINDI.IS

Prófaðu í 14 daga ókeypis!

  • Fullur aðgangur að vefnum okkar með tæplega 3000 skemmtilegum og spennandi greinum um allt milli himins og jarðar á sviði vísinda og sögu.
  • Lifandi vísindi/Lifandi saga í rafrænni útgáfu á vefnum,
  • Aðeins 1.690 krónur á mánuði.
  • Engin skuldbinding – Þú getur hætt hvenær sem er.

ÁSKRIFT AÐ TÍMARITINU

Þrjú tölublöð + gjöf: Skemmtilegur sjónauki
  • Þrjú næstu tölublöð Lifandi vísinda/Lifandi sögu – sent heim til þín – eins færðu lítinn og vandaðan sjónauka að gjöf.
  • Fullur aðgangur að vefnum okkar – visindi.is – með tæplega 3000 skemmtilegum og spennandi greinum um allt milli himins og jarðar á sviði vísinda og sögu.
  • Spennandi greinar og flottar myndir sem svala forvitni þinni.
  • Þú getur hætt eftir tilboðið en ef þú heldur áfram skuldbindur þú þig aðeins þrjú tölublöð í einu og þú getur sagt upp hvenær sem sem og klárar þá tímabilið sem er hafið.
  • Venjuleg áskrift – þrjú tölublöð – kostar aðeins 7.590 kr

Sjónauki og þriggja blaða áskrift – Alls 3.800 kr.

Lifandi vísindi

Lyf

Lifandi saga

Search

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.

Innskráning

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.