كوانتمرون

رصيد الصورة: كوانتمرون

صعود السيارة الكهربائية: مستقبل الطاقة P3

ديفيد تال ، ناشر ، مستقبلي
تضمين التغريدة
لينكدين:

الإثنين ، 09/14/2020 - 08:11

سيارتك - سيكون تأثيرها على العالم الذي تعيش فيه أكبر بكثير مما تتوقع.

إذا قرأت الجزء الزيتي الأخير من سلسلة مستقبل الطاقة هذه ، فستراهن على أن هذه الدفعة الثالثة ستغطي صعود الطاقة الشمسية باعتبارها الشكل المهيمن الجديد للطاقة في العالم. حسنًا ، أنت مخطئ قليلاً فقط: سنغطي ذلك في الجزء الرابع. بدلاً من ذلك ، اخترنا تغطية الوقود الحيوي والسيارات الكهربائية أولاً لأن غالبية أسطول النقل في العالم (مثل السيارات والشاحنات والسفن والطائرات والشاحنات العملاقة ، إلخ) يعمل بالغاز وهذا هو السبب الكامل في أن النفط الخام أصبح العالم من قبل حُلقُوم. أزل الغاز من المعادلة وسيتغير العالم بأسره.

بطبيعة الحال ، فإن الابتعاد عن الغاز (وسرعان ما يكون محرك الاحتراق) أسهل من الفعل. ولكن إذا كنت تقرأ حتى نهاية كئيبة الجزء الثاني، ستتذكر أن معظم حكومات العالم لن يكون لديها الكثير من الخيارات في هذا الشأن. ببساطة ، فإن الاستمرار في إدارة الاقتصاد باستخدام مصدر طاقة متقلب وندر بشكل متزايد - النفط الخام - سيصبح غير مستدام اقتصاديًا وسياسيًا بين 2025-2035. لحسن الحظ ، قد يكون هذا الانتقال العملاق أسهل مما نعتقد.

الصفقة الحقيقية وراء الوقود الحيوي

السيارات الكهربائية هي مستقبل النقل - وسوف نستكشف هذا المستقبل في النصف الثاني من هذه المقالة. ولكن مع وجود أكثر من مليار سيارة على الطريق على مستوى العالم ، فإن استبدال أسطول المركبات هذا بمركبات كهربائية قد يستغرق عقدين من الزمن. ليس لدينا هذا النوع من الوقت. إذا كان العالم سيقضي على إدمانه على النفط ، فسنضطر إلى إيجاد مصادر أخرى للوقود يمكنها تشغيل مركبات الاحتراق الحالية لدينا لعقد أو نحو ذلك حتى تتولى الكهرباء. هذا هو المكان الذي يأتي فيه الوقود الحيوي.

عندما تزور المضخة ، يكون لديك حقًا فقط خيار التعبئة بالغاز أو غاز أفضل أو غاز ممتاز أو ديزل. وهذه مشكلة في جيبك - أحد أسباب ارتفاع أسعار النفط هو احتكار محطات الوقود التي يستخدمها الناس في معظم أنحاء العالم تقريبًا. لا توجد منافسة.

ومع ذلك ، يمكن أن يكون الوقود الحيوي هو تلك المنافسة. تخيل مستقبلاً ترى فيه الإيثانول ، أو هجينًا من غاز الإيثانول ، أو حتى خيارات الشحن الكهربائي في المرة التالية التي تقود فيها المضخة. هذا المستقبل موجود بالفعل في البرازيل.

تنتج البرازيل كميات هائلة من الإيثانول من قصب السكر. عندما يذهب البرازيليون إلى المضخة ، يكون لديهم خيار التعبئة بالغاز أو الإيثانول أو مجموعة متنوعة من الخلطات الأخرى بينهما. النتائج؟ شبه الاستقلال التام عن النفط الأجنبي ، وأسعار الغاز الأرخص ، واقتصاد مزدهر - في الواقع ، انتقل أكثر من 40 مليون برازيلي إلى الطبقة الوسطى بين عامي 2003 و 2011 عندما انطلقت صناعة الوقود الحيوي في البلاد.

تقول: "لكن انتظر ، يحتاج الوقود الحيوي إلى سيارات تعمل بالوقود المرن لتشغيلها. تمامًا مثل الكهرباء ، سيستغرق الأمر عقودًا لاستبدال سيارات العالم بسيارات تعمل بالوقود المرن. في الواقع ، ليس حقًا. السر الصغير القذر في صناعة السيارات هو أنه يمكن تحويل جميع السيارات التي تم بناؤها منذ عام 1996 تقريبًا إلى سيارات تعمل بالوقود المرن مقابل أقل من 150 دولارًا. إذا كنت مهتمًا بتحويل سيارتك ، فراجع هذه الروابط: صورة واحدة؟ و اثنان.

"لكن انتظر ، تقول مرة أخرى ،" إن زراعة النباتات لإنتاج الإيثانول سترفع تكلفة الطعام! " خلافًا للاعتقاد السائد (المعتقدات التي يشاركها الكاتب رسميًا) ، فإن الإيثانول لا يحل محل إنتاج الغذاء. في الواقع ، المنتج الثانوي لمعظم إنتاج الإيثانول هو الغذاء. على سبيل المثال ، الكثير من الذرة المزروعة في أمريكا لا تُزرع للبشر على الإطلاق ، بل تُزرع لتغذية الحيوانات. وأحد أفضل العلف الحيواني هو "الحبوب المقطرة" المصنوعة من الذرة ، ولكن يتم إنتاجها أولاً من خلال عملية التخمير والتقطير - المنتج الثانوي (كما خمنت ذلك) هو الإيثانول وحبوب التقطير.

جلب الاختيار لمضخة الغاز

ليس بالضرورة أن يكون الطعام مقابل الوقود ، يمكن أن يكون طعامًا والكثير من الوقود. لذلك دعونا نلقي نظرة سريعة على أنواع الوقود الحيوي والبديلة المختلفة التي سنشهدها وهي تضرب السوق بالانتقام بحلول منتصف عام 2020:

الإيثانول. الإيثانول عبارة عن كحول ، يُصنع عن طريق تخمير السكريات ، ويمكن صنعه من مجموعة متنوعة من الأنواع النباتية مثل القمح والذرة وقصب السكر ، وحتى النباتات الغريبة مثل الصبار. بشكل عام ، يمكن إنتاج الإيثانول على نطاق واسع باستخدام أي نبات يناسب نمو البلد بشكل أفضل.

الميثانول. تستخدم فرق سيارات السباق وسباق السحب الميثانول منذ عقود. لكن لماذا؟ حسنًا ، لديه تصنيف أوكتان مكافئ أعلى (~ 113) من الغاز الممتاز (~ 93) ، ويوفر نسب ضغط وتوقيت اشتعال أفضل ، ويحترق أنظف بكثير من البنزين ، وهو عمومًا ثلث سعر البنزين القياسي. وكيف تصنع هذه الأشياء؟ باستخدام H2O وثاني أكسيد الكربون — الماء والهواء ، مما يعني أنه يمكنك صنع هذا الوقود بتكلفة زهيدة في أي مكان. في الواقع ، يمكن إنتاج الميثانول باستخدام ثاني أكسيد الكربون المعاد تدويره من صناعة الغاز الطبيعي المتنامية في العالم ، وحتى باستخدام الكتلة الحيوية المعاد تدويرها (أي النفايات المتولدة عن الغابات ، والزراعة ، وحتى نفايات المدينة).

يتم إنتاج ما يكفي من الكتلة الحيوية كل عام في أمريكا لإنتاج ما يكفي من الميثانول لتغطية نصف السيارات في الولايات المتحدة بسعر دولارين للغالون ، مقارنة بأربعة أو خمسة باستخدام البنزين.

طحلب. الغريب ، البكتيريا ، على وجه التحديد البكتيريا الزرقاء، قد تزود سيارتك المستقبلية بالطاقة. تتغذى هذه البكتيريا على التمثيل الضوئي وثاني أكسيد الكربون ، الشمس والهواء بشكل أساسي ، ويمكن تحويلها بسهولة إلى وقود حيوي. مع القليل من الهندسة الوراثية ، يأمل العلماء أن يزرعوا يومًا ما كميات هائلة من هذه البكتيريا في أحواض خارجية عملاقة. والمثير في الأمر أنه نظرًا لأن هذه البكتيريا تتغذى على ثاني أكسيد الكربون ، فكلما زاد نموها ، زادت أيضًا تنظيف بيئتنا. وهذا يعني أن مزارعي البكتيريا في المستقبل يمكنهم جني الأموال من كمية الوقود الحيوي التي يبيعونها وكمية ثاني أكسيد الكربون التي يمتصها الغلاف الجوي.

السيارات الكهربائية موجودة بالفعل هنا ورائعة بالفعل

أصبحت السيارات الكهربائية ، أو EVs ، جزءًا من ثقافة البوب بفضل جزء كبير من Elon Musk وشركته Tesla Motors. أثبتت Tesla Roadster ، والموديل S على وجه الخصوص ، أن EVs ليست مجرد سيارة صديقة للبيئة يمكنك شراؤها ، ولكنها أيضًا أفضل سيارة للقيادة. فاز الطراز S بجائزة "سيارة العام من Motor Trend لعام 2013" و "سيارة العام" من مجلة Automobile. أثبتت الشركة أن المركبات الكهربائية يمكن أن تكون رمزًا للمكانة ، فضلاً عن كونها رائدة في هندسة وتصميم السيارات.

لكن بغض النظر عن كل هذا التقبيل من تسلا ، فإن الحقيقة هي أنه بالنسبة لجميع الصحافة التي أمرت بها تسلا ونماذج EV الأخرى في السنوات الأخيرة ، فإنها لا تزال تمثل أقل من واحد بالمائة فقط من سوق السيارات العالمي. تشمل الأسباب الكامنة وراء هذا النمو البطيء الافتقار إلى الخبرة العامة في قيادة المركبات الكهربائية ، وارتفاع مكونات المركبات الكهربائية وتكاليف التصنيع (ومن ثم ارتفاع الأسعار بشكل عام) ، ونقص إعادة الشحن. هذه العيوب كبيرة ، لكنها لن تدوم طويلاً.

تتجه تكلفة تصنيع السيارات والبطاريات الكهربائية إلى الانهيار

بحلول عام 2020 ، ستتوفر مجموعة كاملة من التقنيات عبر الإنترنت لتقليل تكاليف تصنيع المركبات ، وخاصة المركبات الكهربائية. للبدء ، لنأخذ متوسط سيارتك: يذهب حوالي ثلاثة أخماس وقود التنقل لدينا إلى السيارات ، ويستخدم ثلثا هذا الوقود للتغلب على وزن السيارة لدفعها إلى الأمام. هذا هو السبب في أن أي شيء يمكننا القيام به لجعل السيارات أخف وزناً لن يجعلها أرخص فحسب ، بل سيساعدها أيضًا على استخدام وقود أقل أيضًا (سواء كان غازًا أو كهرباء).

إليك ما هو قيد التطوير: بحلول منتصف عام 2020 ، سيبدأ صانعو السيارات في تصنيع جميع السيارات من ألياف الكربون ، وهي مادة أخف وزنًا وأقوى من الألومنيوم بسنوات ضوئية. ستكون هذه السيارات الأخف وزنًا قادرة على العمل على محركات أصغر والحفاظ على نفس الأداء. ستجعل السيارات الأخف أيضًا استخدام البطاريات الكهربائية على محركات الاحتراق أكثر قابلية للتطبيق ، حيث ستكون تكنولوجيا البطاريات الحالية قادرة على تشغيل هذه المركبات الأخف وزناً بقدر السيارات التي تعمل بالغاز.

بالطبع ، هذا لا يشمل التطورات المتوقعة في تكنولوجيا البطاريات ، وسيكون هناك الكثير. لقد تحسنت تكلفة وحجم وسعة التخزين لبطاريات المركبات الكهربائية بسرعة البرق على مدار سنوات حتى الآن ، وتتوافر تقنيات جديدة على الإنترنت طوال الوقت لتحسينها. على سبيل المثال ، بحلول عام 2020 ، سنرى تقديم المكثفات الفائقة القائمة على الجرافين. ستسمح هذه المكثفات الفائقة ببطاريات EV ليست فقط أخف وزنًا وأقل سمكًا ، ولكنها ستحمل أيضًا المزيد من الطاقة وتطلقها بسرعة أكبر. هذا يعني أن تكون السيارات أخف وزناً وأرخص وأسرع. وفي الوقت نفسه ، بحلول عام 2017 ، سيبدأ Gigafactory في Tesla في إنتاج بطاريات EV على نطاق هائل ، مما قد يؤدي إلى خفض تكاليف بطاريات EV بمقدار 30 النسبة المئوية بواسطة 2020.

ستجعل هذه الابتكارات في استخدام ألياف الكربون وتكنولوجيا البطاريات فائقة الكفاءة تكاليف المركبات الكهربائية على قدم المساواة مع مركبات محركات الاحتراق التقليدية ، وفي النهاية أقل بكثير من مركبات الاحتراق - كما نحن على وشك أن نرى.

تتدخل حكومات العالم لتسريع عملية الانتقال

لا يعني انخفاض سعر المركبات الكهربائية بالضرورة زيادة مبيعات السيارات الكهربائية. وهذه مشكلة إذا كانت حكومات العالم جادة في تجنب الانهيار الاقتصادي المقبل (المبين في الجزء الثاني). هذا هو السبب في أن أحد أفضل الأساليب التي يمكن للحكومات تنفيذها لخفض استهلاك الغاز وتقليل السعر في المضخة هو الترويج لاعتماد المركبات الكهربائية. هذه هي الطريقة التي يمكن أن تحقق بها الحكومات ذلك:

واحدة من أكبر العقبات التي تحول دون تبني السيارة الكهربائية هي الخوف من قبل العديد من المستهلكين من نفاد العصير أثناء السير على الطريق ، بعيدًا عن محطة الشحن. لمعالجة فجوة البنية التحتية هذه ، ستفرض الحكومات تركيب بنية تحتية لإعادة شحن المركبات الكهربائية في جميع محطات الوقود الحالية ، حتى باستخدام الإعانات في بعض الحالات لتسريع العملية. من المحتمل أن يشارك مصنعو السيارات الكهربائية في بناء البنية التحتية ، لأنه يمثل تدفقًا جديدًا ومربحًا للإيرادات يمكن سرقته من شركات النفط الحالية.

ستبدأ الحكومات المحلية في تحديث لوائح البناء ، وتفرض على جميع المنازل منافذ شحن السيارات الكهربائية. لحسن الحظ ، هذا ما يحدث بالفعل: كاليفورنيا تمرير القانون مطالبة جميع مواقف السيارات والمساكن الجديدة بتضمين البنية التحتية لشحن المركبات الكهربائية. في الصين ، مدينة شنتشن أقر التشريع مطالبة مطوري الشقق والشقق الخاصة ببناء منافذ / محطات شحن في كل مكان لوقوف السيارات. وفي الوقت نفسه ، تمتلك اليابان الآن نقاط شحن سريع (40,000) أكثر من محطات الوقود (35,000). الميزة الأخرى لهذا الاستثمار في البنية التحتية هي أنه سيمثل الآلاف من الوظائف الجديدة غير القابلة للتصدير في كل بلد يعتمده.

وفي الوقت نفسه ، قد تحفز الحكومات أيضًا بشكل مباشر على شراء المركبات الكهربائية. النرويج ، على سبيل المثال ، هي واحدة من أكبر مستوردي Tesla في العالم. لماذا ا؟ نظرًا لأن الحكومة النرويجية توفر لأصحاب المركبات الكهربائية الوصول المجاني إلى ممرات القيادة غير المزدحمة (مثل ممر الحافلات) ، ومواقف السيارات العامة المجانية ، والاستخدام المجاني للطرق ذات الرسوم ، والتنازل عن رسوم التسجيل السنوية ، والإعفاء من بعض ضرائب المبيعات ، وخصم ضريبة الدخل. نعم ، أنا أعلم جيدًا! حتى مع كون Tesla Model S سيارة فاخرة ، فإن هذه الحوافز تجعل شراء Teslas على قدم المساواة مع امتلاك سيارة تقليدية.

يمكن للحكومات الأخرى بسهولة تقديم حوافز مماثلة ، تنتهي صلاحيتها بشكل مثالي بعد أن تصل المركبات الكهربائية إلى حد معين من إجمالي ملكية السيارات الوطنية (مثل 40 في المائة) لتسريع عملية الانتقال. وبعد أن تمثل المركبات الكهربائية في نهاية المطاف غالبية أسطول المركبات العامة ، يمكن تطبيق ضريبة كربون إضافية على المالكين المتبقين لسيارات محركات الاحتراق لتشجيع ترقية اللعبة المتأخرة إلى المركبات الكهربائية.

في هذه البيئة ، من الطبيعي أن تقدم الحكومات إعانات للبحث في مجال تطوير المركبات الكهربائية وإنتاجها. إذا أصبحت الأمور مشعرة وكان من الضروري اتخاذ تدابير أكثر تطرفاً ، فقد تفرض الحكومات أيضًا على مصنعي السيارات تحويل نسبة أعلى من إنتاجهم إلى المركبات الكهربائية ، أو حتى فرض إنتاج EV فقط. (كانت مثل هذه التفويضات فعالة بشكل مثير للدهشة خلال الحرب العالمية الثانية).

كل هذه الخيارات يمكن أن تسرع الانتقال من الاحتراق إلى السيارات الكهربائية بعقود ، وتقليل الاعتماد العالمي على النفط ، وخلق ملايين الوظائف الجديدة ، وتوفير مليارات الدولارات للحكومات (التي كان من الممكن إنفاقها على واردات النفط الخام) التي يمكن استثمارها في مكان آخر .

بالنسبة لبعض السياق الإضافي ، هناك ما يقرب من اثنين من أكثر من مليار سيارة في العالم اليوم. ينتج مصنعو السيارات عمومًا 100 مليون سيارة كل عام ، لذا اعتمادًا على مدى سعينا الحثيث للانتقال إلى المركبات الكهربائية ، لن يستغرق الأمر سوى عقد واحد إلى عقدين لاستبدال ما يكفي من سيارات العالم لإعادة إشعال اقتصادنا المستقبلي.

طفرة بعد نقطة التحول

بمجرد أن تصل المركبات الكهربائية إلى نقطة تحول في الملكية بين عامة الناس ، ما يقرب من 15 في المائة ، سيصبح نمو المركبات الكهربائية أمرًا لا يمكن إيقافه. تعتبر المركبات الكهربائية أكثر أمانًا ، وتكلفة صيانتها أقل بكثير ، وبحلول منتصف عام 2020 ستكون تكلفة الوقود أقل بكثير مقارنة بالسيارات التي تعمل بالغاز - بغض النظر عن انخفاض سعر الغاز.

ستؤدي نفس التطورات التكنولوجية والدعم الحكومي إلى تطبيقات مماثلة في شاحنات وحافلات وطائرات المركبات الكهربائية. هذا سوف يغير قواعد اللعبة.

ثم فجأة ، كل شيء يصبح أرخص

يحدث شيء مثير للاهتمام عندما تخرج المركبات من معادلة استهلاك النفط الخام ، يصبح كل شيء فجأة أرخص. فكر في الأمر. كما رأينا في الجزء الثانيوالمواد الغذائية والمطبخ والمنتجات المنزلية والأدوية والمعدات الطبية والملابس ومنتجات التجميل ومواد البناء وقطع غيار السيارات ونسبة كبيرة من كل شيء آخر ، كلها مصنوعة باستخدام البترول.

عندما تنتقل غالبية المركبات إلى المركبات الكهربائية ، سينهار الطلب على النفط الخام ، مما يؤدي إلى انخفاض سعر النفط الخام معه. سيعني هذا الانخفاض توفيرًا كبيرًا في التكلفة لمصنعي المنتجات عبر كل قطاع يستخدم البترول في عمليات الإنتاج الخاصة بهم. سيتم نقل هذه المدخرات في النهاية إلى المستهلك العادي ، مما يحفز أي اقتصاد عالمي يعاني من ارتفاع أسعار الغاز.

تغذي محطات الطاقة الصغيرة الشبكة

فائدة جانبية أخرى لامتلاك EV هي أنه يمكن أن يتضاعف أيضًا كمصدر مفيد للطاقة الاحتياطية في حالة قيام عاصفة ثلجية بتدمير خطوط الكهرباء في منطقتك. ما عليك سوى توصيل سيارتك بمنزلك أو بأجهزتك الكهربائية للحصول على دفعة سريعة من طاقة الطوارئ.

إذا كان منزلك أو مبناك قد استثمر في الألواح الشمسية واتصال الشبكة الذكية ، فيمكنه شحن سيارتك عندما لا تحتاج إليها ثم إعادة هذه الطاقة إلى منزلك أو المبنى أو شبكة الطاقة المجتمعية ليلاً ، مما يحتمل أن يوفر على موقعنا فاتورة الطاقة أو حتى جعلك تحصل على القليل من النقود الجانبية.

لكنك تعلم ماذا ، نحن الآن نتسلل إلى موضوع الطاقة الشمسية ، وبصراحة تامة ، هذا يستحق محادثة خاصة جدًا: الطاقة الشمسية وظهور إنترنت الطاقة: مستقبل الطاقة P4