Hvordan kjøretøyer med lav energi fungerer

Lav energi, ja ... men dette er egentlig ikke det vi snakker om. Vil du lære mer? Sjekk ut disse elbilbildene. MECKY / Photographer's Choice / Getty Images

Et lavenergikjøretøy er en bil eller lastebil som bruker mindre energi enn et konvensjonelt bensindrevet kjøretøy. Lavenergikjøretøyer (eller LEV-er) har oftest form av bensinelektriske hybrider eller plug-in-elektrikk, men det er noen få mindre vanlige alternativer.

Tilhengere av LEV-er inkluderer talsmenn for ren teknologi og fornybare ressurser, sjåfører som gjerne bruker mindre på pumpen og miljøet. LEV-er ble designet for å redusere avhengigheten av ikke-gjenvinnbare fossile brensler som blir behandlet for å lage bensin. Siden de brenner betydelig mindre tradisjonelt drivstoff (eller slett ingen), spyr ikke LEV-er skadelige kjemikalier i luften like mye som vanlige bensindrevne biler. Så de er bedre for en langsiktig bærekraftig energiøkonomi, og de er bedre for luften vi puster inn.

Vi vil nøle på dette punktet med å kalle LEV-er en trend, noe som er bra. De er ikke lenger spesielt nye, selv om teknologien fortsetter å forbedre seg når det gjelder å bli mer effektiv, mer tilgjengelig og enklere å bruke, og mer som en vanlig bil som en gjennomsnittlig person ønsker å kjøpe og kjøre. Selv om alternative drivstoffmotorer en gang bare ble funnet i aerodynamiske kompaktbiler som ofte ble hånet som å være for tafatte til å tjene masse appell, er stigmaet det meste utdatert. Lastebil-, SUV- og luksusbilkjøpere har alle LEV-alternativer… og den en gang forferdelig utseende Prius, som nå er et hverdagslig syn, fremdeles merker sine vinkler som et æremerke.

Vi ser ikke på LEVs som outliers lenger; de har jevnlig integrert seg i trafikken. Men de underliggende forskjellene er fremdeles ikke mye forstått. De er verdt en nærmere titt. Og alt dette gir spørsmålet: Er LEVs den nye normen ... og hvordan vil det fungere?

innhold

1. To ganger strømmen, halve forbrenningen
2. To millioner og tellende: Er hybrider den nye normen?
3. Koselige plugins
4. Vil elektrisitet noen gang levere riktig lading?
5. Og når hybrider og elektrikk ikke er redd nok ...
6. Forfatterens merknad

Byens embetsmenn kunngjorde i februar 2012 at 92 prosent av San Franciscos drosjeflåte består av hybrid- eller CNG-kjøretøyer, noe som gjør San Francisco til den grønneste hyttebyen i nasjonen. Justin Sullivan / Getty Images

Hybrider, en av de tidligste og mest forbrukervennlige LEV-ene, er vanligvis bensin-elektriske konfigurasjoner. Generelt driver en bensinmotor bilen, og en elektrisk motor sparker inn for å hjelpe under akselerasjon eller tung belastning. Hver produsent har snakket med de nøyaktige forholdene mellom bensin og elektrisk kraft for å passe til deres målmarked, med noen som er mer avhengige av den elektriske kraften, mens andre skrår mot bensin. For det meste fungerer de stort sett det samme. Denne ordningen kutter betydelig ned mengden drivstoff som er brent, siden bilene kan få jobben gjort med mye mindre motorer. Noen hybridmodeller bruker til og med den elektriske motoren til all lavkjøring eller lite belastning.

Hybrider har en rekke andre funksjoner som bidrar til deres energieffektive omdømme. Regenerativ bremsing var blant de mest innovative av de tidlige hybridfunksjonene, og er fremdeles i bruk. Når sjåføren trykker på bremsepedalen, fungerer den elektriske motoren som en brems, og sender et signal gjennom drivlinjen for å fortelle hjulene om å senke farten. Hjulene har fremdeles energi i seg, så i stedet for at energien går tapt (som ved vanlig mekanisk bremsing) skyves det tilbake gjennom drivsporet mot motoren, der den er lagret til bilen trenger den igjen for akselerasjon. Mange hybrider reduserer eller eliminerer eller slipper bort drivstoff som går til tomgang ved å slå av motoren når bilen stopper, og slå den på igjen når sjåføren treffer bensinen.

Honda Insight og Toyota Prius, begge ble lansert i 2000, var de første hybridmarkedene som var tilgjengelige i USA. De ble omfavnet av et lite, men entusiastisk segment av bilkjøpere, for deres uortodokse aerodynamiske design like mye som deres jordvennlige rykte. De fleste forbrukere var imidlertid nølende ... slått av av de kantete skrånende lukebackene, kostnadene ved innreise foran og den smug følelsen av overlegenhet som så ut til å omslutte hybridene som en sky. Nå er de tilgjengelige fra praktisk talt alle produsenter i nesten alle former. Så hvordan klarte hybridene til slutt å sjarmere massene?

Den gjennomsnittlige forbrukeren, overfor oppgaven med å kjøpe en ny bil eller SUV, har ingen overbevisende praktisk grunn til ikke å vurdere et hybridalternativ. Pris på forhånd er den eneste hindringen for innreise, og bilprodusenter har klart å skru ned denne forskjellen slik at den praktisk talt er ubetydelig ved et nytt kjøp.

Forutsatt at selvfølgelig alle andre ting er like (som de aldri egentlig er). Bilkjøp kan være så følelsesladet som de er logiske, og det er forståelig hvis noens død er satt på en modell eller trim som ikke kommer i en hybrid ... eller hvis knurret til en V8 bare er for dårlig til å ignorere.

Men for den gjennomsnittlige personen har ikke disse tingene noe å si, og en hybrid vil passe deres behov helt fint. Det i seg selv er en prestasjon av bilindustrien. Bare noen få minutters surfing gir noen overbevisende illustrasjoner. For eksempel har Toyota, en av de tidlige lederne innen skyving av mainstream-hybrider, seks hybridmodeller tilgjengelig fra sommeren 2012 - død selv med bil- og varebil-serien.

To millioner hybrider er solgt siden 2012, og salget toppet seg like før lavkonjunkturen og holdt ganske jevnt gjennom nedgangen [kilde: Essex og Holland]. Så selv om en hybrid kanskje ikke er standardvalget for de fleste bilkjøpere, fortsetter de å vinne nye konvertitter.

Elektriske kjøretøyer (vi kaller dem EV-er) er i ungdomsfasen, i det minste sammenlignet med hybrider. Elektriske biler kjører på elektriske motorer som drives av batterier. Når batteriet er tømt, kan det juice på en offentlig ladestasjon eller gjennom en spesiell adapter som går ut av husholdningsstrømmen. Selv om EV-batterier har forbedret seg betraktelig, er de fremdeles en svak ledd i økonomien med å eie en EV. Erstatningskostnader og avhendingseffekten kan få noen mennesker til å vri seg med angst. Og i de første dagene av elbiler påpekte kritikere at sjåførene måtte være spesielt forsiktige med å ikke streite for langt fra et ladepunkt. Batteriområdet har økt og kraftinfrastrukturen har blitt bedre, men behovet for å lade opp etter hver pendling kan fremdeles være en ulempe.

Et sentralt tema i EVs er bærekraft. For eksempel leter bilprodusenter etter alternativer til de tradisjonelle elektriske høydrevne permanentmagnetbaserte motorene som er avhengige av sjeldne jordartsmetaller. De leter også etter mer effektive måter å slå bilene på - selv om de kjører ren, kan strømmen de bruker komme fra skitne kilder (som kullanlegg eller fossilt brensel).

Tidlige forsøk på å integrere solcellepaneler direkte i biler fungerte ikke, men et selskap i New Jersey har avduket en EV-ladestasjon som bruker solenergi for å slå opp bilenes batterier. Disse SunStations er mye mer allsidige enn den eksisterende EV-infrastrukturen, siden de ikke nødvendigvis trenger å benytte seg av strømnettet.

Det flyter rundt forslag som kan gjøre EVs enda mer effektive, samt øke kostnadseffektiviteten for eierne. Et team av forskere fra University of Delaware antyder at EVs først og fremst kan slå seg opp i høysesongen når strømmen er rimeligere. Hvis en bil parkeres og kobles til laderen når det er en uventet pigg i kraftbehov, kan bilene tappes for å mate den lagrede energien tilbake i nettet, og hjelpefirmaet vil sende en rabattkontroll eller strømkreditt til Eieren.

På EPAs liste over toppeffektive oppnådde er de to nederste rangert på en kombinert by / motorvei 50 miles per gallon (21,3 kilometer per liter) (begge medlemmene av Toyota Prius lineup, den ene kantene ut av den andre basert på litt høyere bymile ). Det mest effektive kjøretøyet på listen (og derfor det mest effektive kjøretøyet som er tilgjengelig) er det elektriske Mitsubishi i-MiEV, som oppnår tilsvarer en kombinert 112 miles per gallon (47,6 kilometer per liter).

Ikke anta at bilprodusentene gjør disse investeringene ut fra hjertets godhet. Ved lov holdes de til utslippsstandarder, som vanligvis håndheves av gjennomsnitt. BMW kan for eksempel utligne den ineffektive kjørelengden til ytelsesbiler ved å produsere eksklusive hybrider og elektrikk som vil appellere til BMWs målgruppe. Materialer som karbonfiber og andre sterke, men allikevel lette kompositter forbedrer effektiviteten og bidrar til å rettferdiggjøre en førsteklasses pris, som begge øker merkets street cred.

Et annet luksuriøst eksempel, Tesla Roadster (som i utgangspunktet er et elektrisk drivverk fylt inn i en Lotus Elise karosseri), ville være en kraftig liten bil etter de fleste standarder, og er ekstra imponerende for en EV. Den elektriske motoren produserer 288 hestekrefter og overfører 88 prosent av batteriets kraft til hjulene [kilde: The Economist]. (Gjennomsnittsbilen oppnår 30-50 prosent drivkraftseffektivitet.) En elektrisk sportsbil som denne kan være en mid-life-crisis bil for de velstående, men den viser fremdeles hva som er mulig.

Elektriske kjøretøyer vil bare oppnå aksept av mainstream hvis bilkjøpere blir komfortable med påfunn - egenskapene og egenskapene som gjør at de virker upraktiske. Bilprodusenter og markedsførere har jobbet hardt for å få noen oppfattede ulemper til å virke som fordeler (for eksempel må du koble til EV-en for å lade opp mens du handler ... men du kan score et prioritert parkeringssted ved ladestasjonen- vennlig dagligvarebutikk). Å komme opp med terminologi er en utfordring med et lignende mål. Så for å sette elektriske kjøretøy i en sammenheng vil bilhandlere forstå, de er rangert i kilometer per gallon for å muliggjøre sammenligning med bensindrevne kjøretøy. Selvfølgelig er det ingen liter i et EVs batteri, så standarden er at 33,7 kilowattimer tilsvarer en gallon bensin (begge produserer samme mengde energi).

Så langt er imidlertid salget av EVs skuffende for noen, men inspirerende for andre. Nissan Leaf og Chevy Volt, USAs to første alternativer, solgte en kombinasjon av 17.345 i 2011. Disse salgene faller under Nissan og GMs forventninger, men er mer enn det dobbelte av Honda Insight og Toyota Prius hybrider 'samlede årstall for salg av 9350 - og se hvor langt de har kommet siden år 2000 [kilde: Szczesny].

De lider fremdeles av voksensmerter - hittil i 2012 husket Chevy Volts for å studere faktiske batteribranner, og kort tid etter oppskytningen husket Fisker alle Karmas for å vurdere risikoen for potensielle branner. Slike problemer er imidlertid karakteristiske for alle kjøretøyer - enhver bil kan oppleve mekaniske problemer.

Det er noen bevis som tyder på at EVs oppfyller eiernes forventninger ... men det er ikke helt enkelt. En studie av plugin-elektronikk i California viser at bilene der kjøres i gjennomsnitt 26 mil (41,8 kilometer) om dagen, noe som er betydelig mindre enn amerikanerne tror de kjører. Her er fangsten (eller i det minste en av fangstene): Disse bilene har en tendens til å eies av personer med uforholdsmessig høye inntekter, som seks figurer og over. Det kan ikke betegnes som alvorlig velstående, men det betyr at bilførere i California ikke akkurat representerer befolkningen. De er uansett tilbøyelige til å eie elbiler, og kan gjøre det uten for mye kramp i livsstilen.

Medio 2012 var EV-salget foran 2011s tempo, med flere modeller som ble med på Leaf og Volt. Industrianalytikere spår en økning som sannsynligvis vil etterligne den tiår lange oppstigningen av gasselektriske hybrider, selv om fortsatt forbedring til tradisjonelle bensinkjøretøyer bremser veksten.

En Honda FCX konseptbil vises på det 100. årlige Los Angeles Auto Show 30. november 2006 i Los Angeles, California David McNew / Getty Images

... det er alltid et alternativ som glitrer i horisonten. Som vann. Eller kornåker.

To teknologier som viste mye tidlig løfte var basert på forutsetningen om biodrivstoff: hydrogen og etanol. Selv om det fortsatt pågår mye forskning for å utvikle effektive, kostnadseffektive metoder for å høste denne energien, og bestemme langsiktig bærekraft, har de tidlige forsøk på å markedsføre disse drivstoffkildene ikke hatt potensialet.

Hydrogenbiler kjører på en brenselcelle som fungerer på samme måte som et batteri på den måten den lagrer og forsyner strøm - forskjellen er at en brenselcelle tømmer og må fylles på nytt. Brenselcellen fungerer ved å dele opp hydrogen i sine grunnleggende deler - et elektron og et proton. Elektronene kommer sammen for å danne strøm for å drive bilen, som etterlater ionisert hydrogen. En rask møte med litt oksygen på vei ned bakrøret, og det er det - denne bilens utslipp består av vann.

Hydrogen er det mest naturlige elementet på planeten, men det betyr ikke at det er lett å utnytte det for drivstoff. Hydrogen kan produseres fra vann og naturgass, men prosessene er vonde. Det er opp til forskere å finne ut hvordan man kan gjøre det mindre vondt - mer effektivt og rimeligere - enn å produsere petroleumsbasert bensin fra fossile brensler. Det er også det klistrede problemet med massehøsting av hydrogen på en miljøvennlig måte. Hydrogen er også brannfarlig, noe som gjør det vanskelig å lagre og transportere, spesielt i gassform.

Til tross for alt det, er det noen få hydrogenbiler på markedet, men markedet i seg selv er ganske begrenset. Mer spesifikt kan innbyggere i California, for en heftig månedlig sum, leie en hydrogenbil (Honda FCX Clarity er den mest fremtredende, med litt konkurranse fra Mercedes) - kostnadene inkluderer vedlikehold, forsikring og brensel. Toyota og Hyundai håper å begynne å selge hydrogenbiler i 2015 (Toyotas målsalgspris er omtrent $ 50 000 dollar) selv om infrastrukturen fortsatt vil gjøre eierskap til en problemfri for de fleste amerikanere. GM og Toyota sier at de kan bygge bilene for 10 prosent av det de pleide å (selv om kostnadene for å produsere fremdeles er lave seks tall per stykk) [kilde: Valdes-Dapena]. Men ikke bli for spent. De vil ikke være tilgjengelige å kjøpe, i California eller andre steder, før det er gjort betydelige fremskritt når det gjelder overkommelighet (produsentene må demonstrere at de kan bygge hydrogenbiler til en pris som betyr at de vil bli prisgunstig for et større segment av befolkningen) og infrastruktur (hydrogendrivstoffet er rimelig tilgjengelig).

Selv om hydrogen ikke er et biodrivstoff, oppdaget forskere i Storbritannia nylig en måte å produsere rent biohydrogen fra matavfall uten utslipp. Denne prosessen kan til og med brukes til å lage hydrogen fra biproduktene fra etanolproduksjon [kilde: Hill].

Selvfølgelig fører det oss til etanol, det andre store biodrivstoff med potensial, som også har fått betydelige tilbakeslag. E85, et slikt eksempel, er et drivstoff som er en blanding av 85 prosent etanol (et kornbasert drivstoff) og 15 prosent bensin. (Derimot inneholder vanlig bensin omtrent 10 prosent etanol.) Ved å fortynne bensinen brukes færre fossile brensler og bilen spytter ut en mindre konsentrasjon skadelig smogfremkallende hydrokarboner. Noen bransjeeksperter håpet at E85 ville bidra til å løse energiforringene våre, men hele forsøket var et rot fra starten.

General Motors investerte stort i å utvikle og markedsføre E85-vennlige flex-fuel-kjøretøyer som kunne kjøre både på biodrivstoff og bensin (skeptikere sier at det var for å oppnå føderale drivstoffstandardverdien i hele GMs utvalg). I mellomtiden oppmuntret statlige subsidier bønder til å dyrke mais for etanolproduksjon, i stedet for mat. Prisene ble holdt lavere enn vanlig bensin takket være føderale skattekreditter på 38 cent per gallon. Til tross for denne innsatsen, hadde den lille prosentandelen av mennesker som hadde tatt spranget av troen på å kjøpe et nytt E85-kjøretøy vanskeligheter med å finne forsyninger med drivstoffene - bensinstasjoner som solgte E85 var vanskelig å finne og bare lokalisert i visse regioner 2 prosent av bensinstasjonene). Utløpet av disse kornet avtar betyr at det er mye mindre incentiv til å lage E85, og skattekredittene som gikk ut i begynnelsen av 2012, betyr at prisene er betydelig høyere. Prisene er spesielt ustabile for E85 fordi markedet er avhengig av både drivstoffpriser og maispriser.

Hvis hydrogen og biodrivstoff kan overvinne deres skadede omdømme, kan de fremdeles ha en rolle i fremtiden for LEV-er. Det er optimistisk å tenke at vi kan drive bilene våre med fornybare ressurser, men i det minste vet vi at det ikke virkelig er umulig.

Det er vanskelig å avgjøre om troverdigheten til plugin-elektronikk forbedres eller reduseres av borgerskapet i California. I følge CleanTechnica eies halvparten av alle EVs i California av husholdninger med en inntekt på over $ 150 000 [kilde: Shahan].

Gitt, det går ikke så langt i California ... så hører jeg. (Men jeg hadde absolutt ikke noe imot å handle opp med beliggenhet og livsstil.)

Statistikken kommer virkelig ikke som en overraskelse. Det er fornuftig at Californias ganske unike situasjon ble studert for denne artikkelen, fordi statens investerte så mye i teknologi og infrastruktur for å støtte elektriske kjøretøy. Dette er fordi kaliforniere er stereotype adoptere av nye teknologiske nyvinninger, og de er stereotypisk interessert i miljøvennlige sysler. California må også presse disse initiativene. Det er enormt, folk kjører mye, og i noen deler av staten (her ser du på deg, L.A.) er luften skitten.

Det virker imidlertid litt hyklersk at disse sekssifrede husstandene sannsynligvis ikke bruker en EV som sin eneste bil (basert på insinuasjoner gjort av den nevnte kildeartikkelen ... og støttet av min kanskje begrensede forståelse av menneskets natur). Det er selvfølgelig bedre å bruke en EV for en tur innenfor rekkevidden, men når alle disse gode vibin-milene blir utlignet av joyrides i midlife-crisis-mobile, hva er poenget? (Med mindre vi selvfølgelig snakker om en Tesla.)

Kanskje er frakoblingen et resultat av å tenke at en unngåelse av forbrukerisme bør være en naturlig bivirkning for miljøvennlighet ... men heller ikke egenskaper er knyttet til bilindustrien. Etter hvert som EV-er sprer seg østover, vil vi sannsynligvis se et skifte i deres rolle.

relaterte artikler

• 5 Lavpris biodrivstoff
• 5 måter hybridbatteripakker forbedres
• Quiz: Kan biodrivstoff gjøre det?
• Hvordan elbiler fungerer
• Hvordan hydrogenbiler fungerer
• Hvordan Hydrogenøkonomien fungerer
• Hva er de forskjellige typene hybridbiler?

kilder

• Økonom. "Hestekrefter v Cash Cows." 17. mai 2011. (27. august 2012) http://www.economist.com/blogs/babbage/2011/05/electric_cars
• Økonom. "Nikola Teslas hevn." 2. juni 2011. (27. august 2012) http://www.economist.com/node/18750574
• Økonom. "Hevn av bensinhodene." 11. desember 2011. (27. august 2012) http://www.economist.com/node/21541443
• Økonom. "IBeamer." 14. juni 2012. (27. august 2012) http://www.economist.com/blogs/schumpeter/2012/06/electric-cars
• Eisenstein, Paul A. "Vil E85 forsvinne fra markedet?" Detroit Bureau. 17. juni 2011. (27. august 2012) http://www.thedetroitbureau.com/2011/06/will-e85-vanish-from-the-market/
• Essex, Randy og Holland, Ben. "Hvorfor så mange kritikere etter 17 000 EV-salg første året?" Rocky Mountain Institute. 5. januar 2012. (29. august 2012) http://blog.rmi.org/why_so_many_critics_after_17000_ev_sales_in_first_year
• Hill, Joshua. "Hydrogen - morgendagens biodrivstoff?" CleanTechnica. 17. mai 2012. (28. august 2012) http://cleantechnica.com/2012/05/17/hydrogen-tomorrows-biofuel/
• Meyers, Glenn. "Hva skjedde med metanoløkonomien?" Spørsmål." CleanTechnica. 15. mars 2012. (27. august 2012) http://cleantechnica.com/2012/03/15/the-what-happened-to-the-methanol-economy-question/
• Richardson, Jake. "Solcelledrevet elektrisk billader avduket." CleanTechnica. 26. august 2012. (27. august 2012) http://cleantechnica.com/2012/08/26/solar-powered-electric-vehicle-charger-launched/
• Shaffer, David. "Veien for E85-drivstoff ble bare røffere." Star Tribune. 7. januar 2012. (28. august 2012) http://www.startribune.com/business/136838948.html
• Shahan, Zachary. "California-plug-in bileiere som kjøper mindre og sparer alvorlige penger." CleanTechnica. 26. august 2012. (27. august 2012) http://cleantechnica.com/2012/08/26/california-plug-in-car-owners-driving-less-saving-serious-money/
• Szczesny, Joseph. "Salg av elbiler foran fjorårets tempo." NBC News. 6. mars 2012. (29. august 2012) http://bottomline.nbcnews.com/_news/2012/03/06/10585430-electric-vehicle-sales-ahead-of-last-years-pace?lite
• Toyota Motor Sales, U.S.A. "Model Selector." 2012. (27. august 2012) http://www.toyota.com/modelselector/index.html
• U.S. Department of Energy. "Elektriske kjøretøyer." 2012. (27. august 2012) http://www.fueleconomy.gov/feg/evsbs.shtml
• U.S. Department of Energy. "Fueleconomy.gov's Top Ten EPA-Rated Fuel Sippers (2012)." (27. august 2012) http://www.fueleconomy.gov/feg/topten.jsp
• U.S. Department of Energy. "Hvordan en hybrid fungerer." 2012. (29. august 2012) http://www.fueleconomy.gov/feg/hybridtech.shtml
• Valdes-Dapena, Peter. "Hydrogenbiler: et nullutslippsskudd." CNN-penger. 19. mars 2012. (28. august 2012) http://money.cnn.com/2012/03/15/autos/hydrogen-fuel-cell-cars/index.htm