Sådan fungerer lavenergikøretøjer

Lav energi, ja ... men det er ikke rigtig det, vi taler om. Vil du lære mere? Tjek disse elbilbilleder. MECKY / Photographer's Choice / Getty Images

Et køretøj med lav energi er en bil eller lastbil, der bruger mindre energi end et konventionelt benzindrevet køretøj. Lavenergikøretøjer (eller LEV'er) har oftest form af benzin-elektriske hybrider eller plug-in-elektrik, men der er et par mindre almindelige alternativer.

Tilhængere af LEV'er inkluderer tilhængere af ren teknologi og vedvarende ressourcer, chauffører, der er glade for at tilbringe mindre ved pumpen og miljøet. LEV'er var designet til at reducere afhængigheden af ​​de ikke-vedvarende fossile brændstoffer, der behandles til fremstilling af benzin. Da de forbrænder betydeligt mindre traditionelt brændstof (eller slet ingen), spytter LEV'er ikke skadelige kemikalier i luften så meget som almindelige gasdrevne biler. Så de er bedre til en bæredygtig energiøkonomi på lang sigt, og de er bedre for den luft, vi indånder.

Vi tøver med dette tidspunkt at kalde LEV'er for en tendens, hvilket er en god ting. De er ikke længere særligt nye, selvom teknologien fortsætter med at forbedre sig med hensyn til at blive mere effektiv, mere tilgængelig og lettere at bruge og mere som en normal bil, som en gennemsnitlig person ønsker at købe og køre. Selvom alternative brændstofsmotorer engang kun blev fundet i aerodynamiske kompakte biler, der ofte blev hånet som værende for akavede til at tjene masse appel, er stigmaet for det meste forældet. Lastbil, SUV og luksusbilsforhandlere har alle LEV-indstillinger ... og den en gang kløende udseende Prius, der nu er et hverdagsligt syn, brandiserer stadig sine vinkler som en æresemblem.

Vi ser ikke længere på LEV'er som outliers; de har glat integreret sig i strømmen af ​​trafik. Men de underliggende forskelle er stadig ikke vidt forstået. De er værd at se nærmere på. Og alt dette rejser spørgsmålet: Er LEVs den nye norm ... og hvordan fungerer det?

Indhold

1. To gange magten, halve forbrændingen
2. To millioner og tælling: Er hybrider den nye norm?
3. Ædelagtige plug-ins
4. Vil elektricitet nogensinde levere den rigtige opladning?
5. Og når hybrider og elektricitet ikke er beskidt nok ...
6. Forfatterens note

Byens embedsmænd meddelte i februar 2012, at 92 procent af San Franciscos taxaflåde består af hybrid- eller CNG-køretøjer, hvilket gør San Francisco til landets grøneste førerhus. Justin Sullivan / Getty Images

Hybrider, en af ​​de tidligste og mest forbrugervenlige LEV'er, er typisk benzin-elektriske konfigurationer. Generelt tænder en gasmotor bilen, og en elektrisk motor sparker ind for at hjælpe under acceleration eller tung belastning. Hver producent har tænkt på de nøjagtige forhold mellem benzin og elektrisk energi, der passer til deres målmarked, hvor nogle er mere afhængige af den elektriske kraft, mens andre skrider mod benzin. Men for det meste fungerer de stort set det samme. Dette arrangement reducerer mængden af ​​brændstof, der brændes markant, da bilerne kan få gjort jobbet med meget mindre motorer. Nogle hybridmodeller bruger endda den elektriske motor til al kørsel med lav hastighed eller lav belastning.

Hybrider har en række andre funktioner, der bidrager til deres energieffektive omdømme. Regenerativ bremsning var blandt de mest innovative af de tidlige hybridfunktioner og er stadig i brug. Når føreren trykker på bremsepedalen, fungerer den elektriske motor som en bremse og sender et signal gennem drivspændet for at fortælle hjulene om at bremse. Hjulene har dog stadig energi i dem, så i stedet for at energien går tabt (som det ville ved regelmæssig mekanisk bremsning) skubbes det tilbage gennem drivspændet mod motoren, hvor den opbevares, indtil bilen har brug for den igen til acceleration. En masse hybrider reducerer eller eliminerer også brændstof spildt ved tomgang ved at slukke for motoren, når bilen stopper, og sparke den tilbage, når føreren rammer gas.

Honda Insight og Toyota Prius, begge lanceret i 2000, var de første massemarkedshybrider, der var tilgængelige i USA. De blev omfavnet af et lille, men entusiastisk segment af bilkøbere, for deres uortodokse aerodynamiske design lige så meget som deres jordvenlige omdømme. De fleste forbrugere var imidlertid tøvende ... slukket af de kantede skrå luge, de forudgående indtægtsomkostninger og den selvtilfredse følelse af overlegenhed, der syntes at omslutte hybriderne som en sky. Nu er de tilgængelige fra næsten enhver producent i næsten enhver form. Så hvordan lykkedes hybrider til sidst at charme masserne?

Den gennemsnitlige forbruger, der står over for opgaven med at købe en ny bil eller SUV, har ingen tvingende praktisk grund til ikke at overveje en hybrid mulighed. Den forreste pris er den eneste adgangsbarriere, og bilproducenter har formået at skabe denne forskel, så det praktisk taget er ubetydelig ved et nyt køb.

Antages naturligvis, at alle andre ting er lige (som de aldrig rigtig er). Bilkøb kan være så følelsesladede, som de er logiske, og det er forståeligt, hvis en person er død i en model eller en trim, der ikke kommer i en hybrid ... eller hvis knurret af en V8 bare er for dårlig til at ignorere.

Men for den gennemsnitlige person betyder disse ting ikke noget, og en hybrid passer fint til deres behov. Det i sig selv er en præstation fra bilindustrien. Bare et par minutters søgning giver nogle overbevisende illustrationer. For eksempel har Toyota, en af ​​de tidlige ledere inden for skubbe mainstream-hybrider, seks hybridmodeller tilgængelige fra sommeren 2012 - død selv med bil- og varevognsrække.

To millioner hybrider er solgt siden 2012, hvor salget toppede lige før recessionen og holdt temmelig stabilt gennem tilbagegangen [kilde: Essex og Holland]. Så selvom en hybrid muligvis ikke er standardvalget for de fleste bilhandlere, fortsætter de med at vinde nye konvertitter.

Elektriske køretøjer (vi kalder dem EV'er) er i deres ungdomsfase, i det mindste sammenlignet med hybrider. Elektriske biler kører på elektriske motorer, der drives af batterier. Når batteriet er tømt, kan det saftes på en offentlig ladestation eller gennem en speciel adapter, der løber fra husholdningsstrømmen. Selvom EV-batterier er forbedret markant, er de stadig et svagt led i økonomien ved at eje en EV. Udgifter til udskiftning og virkningen af ​​bortskaffelse kan få nogle mennesker til at vride hænderne med angst. Og i de tidlige dage af elbiler påpegede kritikere, at chaufførerne skulle være særlig omhyggelige med ikke at forvildes for langt fra et ladepunkt. Batteriområdet er steget, og strøminfrastrukturen er forbedret, men behovet for at oplade efter hver pendling kan stadig være en ulempe.

Et hovedtema i EVs er bæredygtighed. For eksempel er bilproducenter på udkig efter alternativer til de traditionelle elektriske højdrevne permanentmagnetbaserede motorer, der er afhængige af sjældne jordartsmetaller. De leder også efter mere effektive måder at tænde for bilerne - selvom de kører rene, kan den elektricitet, de bruger, komme fra beskidte kilder (som kulfabrikker eller fossile brændstoffer).

Tidlige forsøg på at integrere solcellepaneler direkte i biler fungerede ikke, men et firma i New Jersey har afsløret en EV-ladestation, der bruger solenergi til at tænde op for bilens batterier. Disse SunStations er meget mere alsidige end den eksisterende EV-infrastruktur, da de ikke nødvendigvis behøver at benytte strømnettet.

Der flyder rundt på forslag, der muligvis kan gøre EV'er endnu mere effektive, samt øge omkostningseffektiviteten for deres ejere. Et team af forskere fra University of Delaware antyder, at EVs primært kunne tænde i løbet af off-peak-tider, når strømmen er billigere. Hvis en bil derefter parkeres og tilsluttes dens oplader, når der er en uventet stigning i efterspørgsel efter strøm, kan bilerne tappes for at føre dens lagrede energi tilbage i nettet, og forsyningsselskabet sender en rabatkontrol eller el-kreditter til ejer.

På EPA's liste over opnåede effektiviteter er de to nederste bedømt til en kombineret by / motorvej 50 miles pr. Gallon (21,3 kilometer pr. Liter) (begge medlemmer af Toyota Prius-lineup, den ene kant ud af den anden baseret på lidt højere bykørsel ). Det mest effektive køretøj på listen (og derfor det mest effektive køretøj, der findes) er det elektriske Mitsubishi i-MiEV, der opnår ækvivalenten til en kombineret 112 mil pr. Gallon (47,6 kilometer pr. Liter).

Antag ikke, at bilfabrikanter foretager disse investeringer ud af deres hjerte. Ved lov holdes de under emissionskrav, som normalt håndhæves af gennemsnit. F.eks. Kan BMW udligne den ineffektive kilometertal for sine præstationsbiler ved at producere fornemme hybrider og elektricitet, der appellerer til BMW's målgruppe. Materialer som kulfiber og andre stærke, men alligevel lette kompositter forbedrer effektiviteten og hjælper med at retfærdiggøre en premium-pris, som begge øger brandets street cred.

Et andet luksuseksempel, Tesla Roadster (som grundlæggende er en elektrisk drivkraft, der er fyldt i en Lotus Elise-krop) ville være en kraftig lille bil efter de fleste standarder og er ekstra imponerende for en EV. Dens elektriske motor producerer 288 hestekræfter og overfører 88 procent af batteriets strøm til hjulene [kilde: The Economist]. (Den gennemsnitlige bil opnår 30-50 procent drivkraftseffektivitet.) En elektrisk sportsvogn som denne kan være en mid-life-crisis bil for de velhavende, men den viser stadig, hvad der er muligt.

Elektriske køretøjer opnår kun mainstream accept, hvis bilkøbere bliver komfortable med deres quirks - de funktioner og egenskaber, der får dem til at virke ubelejlige. Bilproducenter og marketingfolk har arbejdet hårdt for at få nogle opfattede ulemper til at virke som fordele (for eksempel bliver du nødt til at tilslutte din EV for at genoplade, mens du handler ... men du kan muligvis score et prioriteret parkeringssted ved ladestationen- venlig købmand). At komme med terminologi er en udfordring med et lignende mål. Så for at placere elektriske køretøjer i en sammenhæng, vil bilkundere forstå, at de er vurderet i kilometer pr. Gallon for at muliggøre sammenligning med gasdrevne køretøjer. Der er selvfølgelig ingen liter i et EV's batteri, så standarden er, at 33,7 kilowattimer er lig med en gallon benzin (begge producerer den samme mængde energi).

Indtil videre er EVs 'salg dog skuffende for nogle, men alligevel inspirerende for andre. Nissan Leaf og Chevy Volt, USAs to første muligheder, solgte en kombineret 17.345 i 2011. Disse salg falder under Nissan og GM's forventninger, men er mere end det dobbelte af Honda Insight og Toyota Prius hybrider 'samlede årssalgssum af 9350 - og se, hvor langt de er kommet siden år 2000 [kilde: Szczesny].

De lider stadig voksesmerter - indtil videre i 2012 huskede Chevy Volts for at undersøge faktiske batteribrande, og kort efter lanceringen huskede Fisker alle deres Karmas for at vurdere risikoen for potentielle brande. Sådanne problemer er dog karakteristiske for alle køretøjer - enhver bil kan opleve mekaniske problemer.

Der er nogle beviser, der antyder, at EVs opfylder deres ejers forventninger ... men det er ikke ligefrem ligetil. En undersøgelse af plug-in-elektricitet i Californien viser, at bilerne der kører i gennemsnit 26 miles (41,8 kilometer) om dagen, hvilket er betydeligt mindre end amerikanerne tror, ​​de kører. Her er fangsten (eller i det mindste en af ​​fangsterne): Disse biler har en tendens til at ejes af folk med uforholdsmæssigt høje indkomster, ligesom seks figurer og derover. Det kan måske ikke kvalificeres som alvorligt velhavende, men det betyder, at EV-chauffører i Californien ikke nøjagtigt repræsenterer den generelle befolkning. De er alligevel tilbøjelige til at eje elbiler og kan gøre det uden for meget krampe i livsstilen.

I midten af ​​2012 var salget af EV foran 2011's tempo, hvor flere modeller sluttede sig til Leaf og Volt. Industrianalytikere forudsiger en stigning, der sandsynligvis vil efterligne den årti lange opstigning af gaselektriske hybrider, selvom fortsat forbedring til traditionelle benzinbiler bremser væksten.

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

... der er altid et alternativ, der glimter i horisonten. Som vand. Eller kornmarker.

To teknologier, der viste meget tidligt løfte, var baseret på forudsætningen for biobrændstoffer: brint og ethanol. Og selvom der stadig er meget forskning i gang med at udvikle effektive, omkostningseffektive metoder til høst af denne energi og bestemme langsigtet bæredygtighed, er de tidlige forsøg på at markedsføre disse brændstofkilder mindre end deres potentiale.

Brintbiler kører på en brændselscelle, der fungerer på samme måde som et batteri, som det opbevares og leverer strøm - forskellen er, at en brændselscelle udtømmes og skal genopfyldes. Brændselscellen fungerer ved at opdele brint i dets basale dele - en elektron og en proton. Elektronerne mødes for at danne elektricitet til at drive bilen, som efterlader ioniseret brint. En hurtig møde med lidt ilt på vej ned i rørledningen, og det er det - denne bil's emissioner består af vand.

Brint er det mest rigelige naturlige element på planeten, men det betyder ikke, at det er let at udnytte det til brændstof. Brint kan produceres fra vand og naturgas, men processerne er smertefulde. Det er op til forskere at finde ud af, hvordan man gør det mindre af en smerte - mere effektiv og billigere - end at producere oliebaseret benzin fra fossile brændstoffer. Der er også det klistrede spørgsmål om massehøsting af brint på en miljøvenlig måde. Brint er også brandfarligt, hvilket gør det vanskeligt at opbevare og transportere, især i gasform.

Trods alt dette er der et par brintbiler på markedet, men selve markedet er ret begrænset. Mere specifikt kan beboere i Californien for en heftig månedlig sum lease en brintbil (Honda FCX Clarity er den mest fremtrædende med en vis konkurrence fra Mercedes) - omkostningerne inkluderer vedligeholdelse, forsikring og brintbrændstof. Toyota og Hyundai håber at begynde at sælge brintbiler i 2015 (Toyotas målpris for salg er ca. $ 50.000), selvom infrastrukturen stadig vil gøre ejerskabet til en besvær for de fleste amerikanere. GM og Toyota siger, at de kan bygge bilerne for 10 procent af hvad de plejede at (skønt omkostningerne ved fremstilling stadig er lave seks tal pr. Stykke) [kilde: Valdes-Dapena]. Men bliv ikke for ophidset. De er ikke tilgængelige til at købe i Californien eller andre steder, før der er gjort betydelige fremskridt med hensyn til overkommelige priser (producenter er nødt til at demonstrere, at de kan bygge brintbiler til en pris, hvilket betyder, at de vil blive prissat overkommelige for et større segment af befolkningen) og infrastruktur (brintbrændstof er rimeligt tilgængeligt).

Skønt brint ikke er et biobrændstof, opdagede forskere i Storbritannien for nylig en måde at fremstille ren biohydrogen fra madaffald uden emissioner. Denne proces kunne endda bruges til at fremstille brint fra biprodukter fra ethanolproduktion [kilde: Hill].

Selvfølgelig fører det os til ethanol, det andet store biobrændstof med potentiale, som også har lidt betydelige tilbageslag. E85, et sådant eksempel, er et brændstof, der er en blanding af 85 procent ethanol (et kornbaseret brændstof) og 15 procent benzin. (I modsætning hertil indeholder almindelig benzin ca. 10 procent ethanol.) Ved at fortynde benzin bruges færre fossile brændstoffer, og bilen spytter ud en mindre koncentration af skadelige smogfremkaldende kulbrinter. Nogle brancheeksperter håbede, at E85 ville hjælpe med at løse vores energibehov, men hele bestræbelserne var et rod fra starten.

General Motors investerede stærkt i udvikling og markedsføring af E85-venlige flex-fuel-køretøjer, der kunne køre på både biobrændstof og benzin (skeptikere siger, at det var for at hjælpe med at opnå føderale brændstofstandardgennemsnit i hele GM's sortiment). I mellemtiden opmuntret regeringssubsidier landmænd til at dyrke majs til ethanolproduktion snarere end mad. Priserne blev holdt lavere end almindelig benzin takket være føderale skattekreditter på 38 cent pr. Gallon. På trods af disse anstrengelser havde den lille procentdel af mennesker, der havde taget spranget af tro på at købe et nyt E85-køretøj, svært ved at finde forsyninger med brændstof - tankstationer, der solgte E85, var svære at finde og var kun placeret i visse regioner (anslået 2 procent af tankstationer). Udløbet af disse kornsænkninger betyder, at der er et meget mindre incitament til at skabe E85, og de skattekreditter, der udløb i begyndelsen af ​​2012, betyder, at priserne er betydeligt højere. Priserne er især ustabile for E85, fordi markedet afhænger af både brændstofpriser og majspriser.

Hvis brint og biobrændstoffer kan overvinde deres beskadigede omdømme, kan de stadig have en rolle i LEV'ernes fremtid. Det er optimistisk at tro, at vi kan drive vores biler med vedvarende ressourcer, men i det mindste ved vi, at det ikke virkelig er umuligt.

Det er svært at afgøre, om troværdigheden af ​​plug-in-elektrik forbedres eller formindskes af det californiske borgerskab. Ifølge CleanTechnica ejes halvdelen af ​​alle EVs i Californien af ​​husholdninger med en indkomst på over $ 150.000 [kilde: Shahan].

Indrømmet, det går ikke langt i Californien ... så hører jeg. (Men jeg har bestemt ikke noget imod at handle med placering og livsstil.)

Statistikken kommer virkelig ikke som en overraskelse. Det giver mening, at Californias temmelig unikke situation blev undersøgt for denne artikel, fordi statens investeringer så meget i teknologien og infrastrukturen til støtte for elektriske køretøjer. Dette skyldes, at kaliforniere er stereotype adoptere af nye teknologiske innovationer, og de er stereotype interesserede i miljøvenlige forfølgelser. Californien er også nødt til at skubbe på disse initiativer. Det er enormt, folk kører meget, og i nogle dele af staten (her ser du på dig, L.A.) er luften beskidte.

Det ser dog ud til at være lidt hyklerisk, at disse sekscifrede husholdninger sandsynligvis ikke bruger en EV som deres eneste bil (baseret på insinuationer foretaget af den nævnte kildeartikel… og understøttet af min måske begrænsede forståelse af den menneskelige natur). Det er naturligvis bedre at bruge en EV til en tur inden for rækkevidden, men når alle disse gode vibin-miles opvejes af joyrides i midlife-crisis-mobile, hvad er da poenget? (Medmindre vi selvfølgelig taler om en Tesla.)

Måske er afbrydelsen et resultat af at tænke på, at en undgåelse af forbrugerisme burde være en naturlig bivirkning for miljøvenlighed ... men heller ikke træk er forbundet med bilindustrien. Når EVs spredes mod øst, vil vi sandsynligvis se et skift i deres rolle.

relaterede artikler

• 5 Biobrændstoffer til lav pris
• 5 måder Hybridbatteripakker forbedres
• Quiz: Kan biobrændstof gøre det?
• Sådan fungerer elbiler
• Sådan fungerer brintbiler
• Sådan fungerer brintøkonomien
• Hvad er de forskellige typer hybridbiler?

Kilder

• Økonom. "Hestekræfter v kontantkøer." 17. maj 2011. (27. august 2012) http://www.economist.com/blogs/babbage/2011/05/electric_cars
• Økonom. "Nikola Teslas hævn." 2. juni 2011. (27. august 2012) http://www.economist.com/node/18750574
• Økonom. "Hævnen med benhovedene." 11. december 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 forsvinde 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 efter 17.000 EV-salg i første år?" 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 biobrændstof?" CleanTechnica. 17. maj 2012. (28. august 2012) http://cleantechnica.com/2012/05/17/hydrogen-tomorrows-biofuel/
• Meyers, Glenn. "Hvad skete der med metanoløkonomien?" Spørgsmål." CleanTechnica. 15. marts 2012. (27. august 2012) http://cleantechnica.com/2012/03/15/the-what-happened-to-the-methanol-economy-question/
• Richardson, Jake. "Solcelledrevet elektrisk køretøjsoplader afsløret." CleanTechnica. 26. august 2012. (27. august 2012) http://cleantechnica.com/2012/08/26/solar-powered-electric-vehicle-charger-launched/
• Shaffer, David. "Vejen til E85-brændstof blev lige hårdere." Star Tribune. 7. januar 2012. (28. august 2012) http://www.startribune.com/business/136838948.html
• Shahan, Zachary. "Californiens plug-in bilejere kører mindre og sparer alvorlige penge." 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 af elbiler foran sidste års tempo." NBC News. 6. marts 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 køretøjer." 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. "Sådan fungerer en hybrid." 2012. (29. august 2012) http://www.fueleconomy.gov/feg/hybridtech.shtml
• Valdes-Dapena, Peter. "Hydrogenbiler: et langskud med nulemission." CNN-penge. 19. marts 2012. (28. august 2012) http://money.cnn.com/2012/03/15/autos/hydrogen-fuel-cell-cars/index.htm