Dla społeczności lepiej byłoby inwestować w pojazdy elektryczne zasilane bateriami zamiast wodorowymi ogniwami paliwowymi. Powód? Wodór oferuje kilka dodatkowych korzyści energetycznych poza czystym transportem.

W ramach nowego badania naukowcy porównali dwa typy samochodów w hipotetycznej przyszłości, w której koszt pojazdów elektrycznych będzie bardziej przystępny.

„Przyjrzeliśmy się, jak wprowadzenie pojazdów elektrycznych na dużą skalę wpłynie na całkowite zużycie energii w społeczności, zarówno w budynkach, jak i w transporcie”, mówi główny autor Markus Felgenhauer, doktorant na Uniwersytecie Technicznym w Monachium (TUM) i były odwiedzający stypendysta Global Climate and Energy Project (GCEP) Uniwersytetu Stanforda.

„Odkryliśmy, że inwestowanie w całkowicie elektryczne pojazdy akumulatorowe jest bardziej ekonomicznym wyborem w celu zmniejszenia emisji dwutlenku węgla, głównie ze względu na ich niższy koszt i znacznie wyższą wydajność energetyczną”.

Dwa „smaki”

„Badania takie jak te są potrzebne, aby zidentyfikować najniższe koszty i najbardziej wydajne ścieżki do głębokiej dekarbonizacji globalnego systemu energetycznego” – dodaje współautorka badań Sally Benson, profesor inżynierii zasobów energetycznych w Stanford i dyrektor GCEP.

Pojazdy elektryczne są dostępne w dwóch wersjach: samochody typu plug-in z akumulatorami oraz pojazdy na ogniwa paliwowe, które przekształcają wodór w czystą energię elektryczną.

W przeciwieństwie do samochodów napędzanych benzyną, pojazdy na baterie i ogniwa paliwowe emitują podczas jazdy zerową emisję dwutlenku węgla. Jednak wdrożenie ich na dużą skalę będzie wymagało kosztownej nowej infrastruktury do ładowania akumulatorów lub dostarczania paliwa wodorowego.

Co zmniejsza całkowitą emisję najniższym kosztem?

Kluczowym pytaniem dla decydentów jest, która technologia transportu obniża całkowitą emisję przy najniższym koszcie — baterie czy ogniwa paliwowe? Czy oprócz transportu technologia wodorowa może również dostarczać czystą energię do ogrzewania i oświetlenia budynków, jak sugerują niektóre badania?

Nowe badanie, opublikowane w czasopiśmie Energia, jako pierwszy odpowiada na oba pytania.

Badacze skupili się na Kalifornii, liderze w transporcie pojazdów elektrycznych. W całym stanie rośnie popularność samochodów elektrycznych na baterie. Ale tylko kilku producentów zaczęło oferować pojazdy na ogniwa paliwowe. Aby zachęcić do szerszego przyjęcia, do 92 r. stan przyznał ponad 50 miliony dolarów na sieć 2017 stacji tankowania wodoru.

Obecnie żadne źródło energii nie jest całkowicie wolne od emisji. Niektórzy ludzie ładują swoje akumulatory w samochodach elektrycznych, podłączając je do sieci energetycznej, która dostarcza energię elektryczną wytwarzaną głównie z paliw kopalnych emitujących węgiel.

Podobnie większość paliw wodorowych pochodzi z gazu ziemnego w procesie przemysłowym, który emituje dwutlenek węgla jako produkt uboczny. Alternatywne urządzenie, zwane elektrolizerem, wykorzystuje energię elektryczną generowaną przez energię słoneczną do dzielenia wody na czysty wodór i tlen, ale technika ta jest bardzo energochłonna i droga.

Scenariusze

W ramach badania naukowcy stworzyli przyszłe scenariusze dla miasta Los Altos Hills, społeczności liczącej około 8,000 mieszkańców w hrabstwie Santa Clara.

„Los Altos Hills wyróżnia się niezwykle wysoką zdolnością wytwarzania energii słonecznej w powiecie o największym udziale pojazdów elektrycznych w stanie” – mówi Felgenhauer.

Scenariusze koncentrowały się na 10 do 20 latach w przyszłości, kiedy oczekuje się, że pojazdy z bateriami i ogniwami paliwowymi będą w znacznie szerszym zakresie, a energia słoneczna i elektrolizery będą konkurencyjne cenowo w stosunku do sieci elektrycznej.

Jeden ze scenariuszy na rok 2035 zakładał, że pojazdy elektryczne będą stanowić 38 proc. floty pojazdów w mieście. Zakładał również, że pojazdy z ogniwami paliwowymi będą zasilane lokalnie produkowanym wodorem, wytwarzanym z najtańszej dostępnej energii elektrycznej, czy to wytworzonej z energii słonecznej, czy pozyskiwanej z sieci.

Dane o Los Altos Hills zostały wprowadzone do modelu obliczeniowego opracowanego przez współautora badań Thomasa Hamachera, profesora inżynierii elektrycznej i komputerowej w TUM.

„Dostarczyliśmy dane dotyczące ilości energii, której Los Altos Hills potrzebuje w ciągu dnia, a także dane finansowe dotyczące kosztów budowy nowej infrastruktury energetycznej”, mówi współautor badania Matthew Pellow, były doktorant GCEP, obecnie pracujący w Electric Power Research Institute . „Wliczyliśmy koszty produkcji paneli słonecznych, elektrolizerów, baterii i wszystkiego innego. Następnie powiedzieliśmy modelowi, biorąc pod uwagę nasz scenariusz na rok 2035, podał nam najbardziej ekonomiczny sposób na zaspokojenie całkowitego zapotrzebowania społeczności na energię”.

Aby porównać koszty każdego scenariusza z jego korzyściami klimatycznymi, naukowcy obliczyli również emisje dwutlenku węgla wytwarzane w każdym przypadku.

Ocenili również potencjalne korzyści płynące z wykorzystania infrastruktury wodorowej do przechowywania czystej energii do wykorzystania na żądanie. W ciągu dnia elektrolizery mogą wytwarzać wodór z nadwyżki energii słonecznej, która w przeciwnym razie zostałaby zmarnowana. Wodór można przechowywać i przetwarzać na odnawialną energię elektryczną lub wykorzystywać jako czystą alternatywę dla gazu ziemnego do ogrzewania i oświetlenia budynków.

Wyraźne wyniki

Wyniki były ostateczne.

„Pod względem kosztów całkowitych stwierdziliśmy, że pojazdy elektryczne na baterie są lepsze niż pojazdy z ogniwami paliwowymi pod względem redukcji emisji”, mówi Felgenhauer. „Analiza wykazała, że ​​aby pojazdy z ogniwami paliwowymi były konkurencyjne pod względem kosztów, musiałyby być wycenione znacznie niżej niż pojazdy akumulatorowe.

„Jednak pojazdy na ogniwa paliwowe będą prawdopodobnie znacznie droższe niż pojazdy akumulatorowe w dającej się przewidzieć przyszłości. Inna rzekoma zaleta wodoru – przechowywanie nadwyżki energii słonecznej – również nie sprawdziła się w naszej analizie. Odkryliśmy, że w 2035 roku tylko niewielka ilość słonecznego wodoru będzie wykorzystywana do ogrzewania i oświetlenia budynków”.

Autorzy piszą, że chociaż badanie koncentrowało się na jednym z miast Bay Area, wyniki są istotne dla wielu społeczności sypialnianych z dużym nasłonecznieniem w całej Kalifornii. Mają nadzieję, że w przyszłych badaniach przeanalizują większe sieci społeczności i zbadają inne czynniki, które mogą wpływać na wybory konsumentów przy podejmowaniu decyzji o zakupie samochodu z akumulatorem lub ogniwem paliwowym.

„Naszym celem jest dostarczenie obiektywnej, opartej na danych analizy, która pomoże informować decydentów w Kalifornii i innych miejscach o tym, która ścieżka technologiczna może być bardziej opłacalna w walce ze zmianą klimatu” – mówi Pellow.

Prace sfinansowały BMW Group i Stanford GCEP.

Źródło: Stanford University

Powiązane książki

at Rynek wewnętrzny i Amazon