Cynnydd yn y car trydan: Dyfodol Ynni P3

Eich car - bydd ei effaith ar y byd rydych chi'n byw ynddo yn llawer mwy nag y byddech chi'n ei ddisgwyl. 

Pe baech chi'n darllen rhan olewog olaf y gyfres Future of Energy hon, byddech chi wedi betio y byddai'r trydydd rhandaliad hwn yn ymdrin â thwf solar fel y ffurf ynni dominyddol newydd yn y byd. Wel, nid ydych ond ychydig yn anghywir: byddwn yn ymdrin â hynny i mewn rhan pedwar. Yn lle hynny, fe wnaethom ddewis gorchuddio biodanwydd a cheir trydan yn gyntaf oherwydd bod y mwyafrif o fflyd cludo'r byd (hy ceir, tryciau, llongau, awyrennau, tryciau anghenfil, ac ati) yn rhedeg ar nwy a dyna'r holl reswm mae olew crai yn y byd gan y llwnc. Tynnwch nwy o'r hafaliad ac mae'r byd i gyd yn newid.

Wrth gwrs, mae'n haws dweud na gwneud symud i ffwrdd o nwy (ac yn fuan hyd yn oed yr injan hylosgi). Ond os darllenwch hyd ddiwedd digalon rhan dau, byddech chi'n cofio na fydd gan y rhan fwyaf o lywodraethau'r byd fawr o ddewis yn y mater. Yn syml, bydd parhau i redeg economi ar ffynhonnell ynni gynyddol gyfnewidiol a phrin—olew crai—yn dod yn anghynaliadwy yn economaidd ac yn wleidyddol rhwng 2025-2035. Yn ffodus, gallai'r trawsnewid enfawr hwn fod yn haws nag yr ydym yn ei feddwl.

Y fargen wirioneddol y tu ôl i fiodanwydd

Ceir trydan yw dyfodol trafnidiaeth—ac rydym yn mynd i archwilio'r dyfodol hwnnw yn ail hanner yr erthygl hon. Ond gyda dros biliwn o geir ar y ffordd yn fyd-eang, gallai gymryd un i ddau ddegawd i newid y fflyd cerbydau hwnnw â cherbydau trydan. Nid oes gennym y math hwnnw o amser. Os yw'r byd yn mynd i roi hwb i'w gaethiwed i olew, bydd yn rhaid i ni ddod o hyd i ffynonellau tanwydd eraill a all redeg ein cerbydau hylosgi presennol am oddeutu degawd nes bod trydan yn cymryd drosodd. Dyna lle mae biodanwydd yn dod i mewn.

Pan fyddwch chi'n ymweld â'r pwmp, dim ond yr opsiwn o lenwi â nwy, nwy gwell, nwy premiwm, neu ddiesel sydd gennych mewn gwirionedd. Ac mae hynny'n broblem i'ch llyfr poced—un o'r rhesymau pam mae olew mor ddrud yw bod ganddo fonopoli bron ar y gorsafoedd nwy y mae pobl yn eu defnyddio ar draws y rhan fwyaf o'r byd. Does dim cystadleuaeth.

Fodd bynnag, gall biodanwyddau fod y gystadleuaeth honno. Dychmygwch ddyfodol lle byddwch chi'n gweld ethanol, neu hybrid ethanol-nwy, neu hyd yn oed opsiynau gwefru trydan y tro nesaf y byddwch chi'n gyrru i mewn i'r pwmp. Mae'r dyfodol hwnnw eisoes yn bodoli ym Mrasil. 

Mae Brasil yn cynhyrchu symiau enfawr o ethanol o gansen siwgr. Pan fydd Brasilwyr yn mynd i'r pwmp, mae ganddyn nhw ddewis o lenwi â nwy neu ethanol neu amrywiaeth o gymysgeddau eraill rhyngddynt. Y canlyniad? Annibyniaeth lwyr bron oddi wrth olew tramor, prisiau nwy rhatach, ac economi ffyniannus i'w hysgogi - mewn gwirionedd, symudodd dros 40 miliwn o Brasilwyr i'r dosbarth canol rhwng 2003 a 2011 pan ddechreuodd diwydiant biodanwydd y wlad. 

'Ond arhoswch,' meddech chi, 'mae angen ceir tanwydd hyblyg ar fiodanwydd i'w rhedeg. Yn union fel trydan, byddai'n cymryd degawdau i gael ceir tanwydd hyblyg yn lle ceir y byd.' Mewn gwirionedd, nid mewn gwirionedd. Cyfrinach fach fudr yn y diwydiant ceir yw y gellir trosi bron pob car a adeiladwyd ers 1996 yn geir tanwydd hyblyg am gyn lleied â $150. Os oes gennych ddiddordeb mewn trosi eich car, edrychwch ar y dolenni hyn: un ac 2.

'Ond arhoswch,' dywedwch eto, 'bydd tyfu planhigion i wneud ethanol yn codi cost bwyd!' Yn groes i gred y cyhoedd (credoau a rennir yn ffurfiol gan yr awdur hwn), nid yw ethanol yn disodli cynhyrchu bwyd. Mewn gwirionedd, sgil-gynnyrch y rhan fwyaf o gynhyrchu ethanol yw bwyd. Er enghraifft, nid yw llawer o'r ŷd a dyfir yn America yn cael ei dyfu ar gyfer bodau dynol o gwbl, mae'n cael ei dyfu ar gyfer bwyd anifeiliaid. Ac un o'r bwydydd anifeiliaid gorau yw 'grawn distyllwyr', wedi'i wneud o ŷd, ond wedi'i gynhyrchu'n gyntaf trwy'r broses eplesu-distyllu—y sgil-gynnyrch yw (fe wnaethoch chi ddyfalu) ethanol A grawn distyllwyr.

Dod â dewis i'r pwmp nwy

Nid yw o reidrwydd yn fwyd yn erbyn tanwydd, gall fod yn fwyd a llawer o danwydd. Felly gadewch i ni gael cipolwg cyflym ar y gwahanol fio a thanwydd amgen a welwn yn taro'r farchnad gyda dialedd erbyn canol y 2020au:

Ethanol. Alcohol yw ethanol, sy'n cael ei wneud trwy eplesu siwgrau, a gellir ei wneud o amrywiaeth o rywogaethau planhigion fel gwenith, corn, cansen siwgr, hyd yn oed planhigion rhyfedd fel cactws. Yn gyffredinol, gellir cynhyrchu ethanol ar raddfa gan ddefnyddio'r rhan fwyaf o unrhyw blanhigyn sydd fwyaf addas i wlad dyfu. 

methanol. Mae timau rasio ceir rasio a llusg wedi bod yn defnyddio methanol ers degawdau. Ond pam? Wel, mae ganddo sgôr octane cyfatebol uwch (~113) na nwy premiwm (~93), mae'n cynnig gwell cymarebau cywasgu ac amseriad tanio, mae'n llosgi'n llawer glanach na gasoline, ac yn gyffredinol mae'n draean o bris gasoline safonol. A sut ydych chi'n gwneud y pethau hyn? Trwy ddefnyddio H2O a charbon deuocsid - felly dŵr ac aer, sy'n golygu y gallwch chi wneud y tanwydd hwn yn rhad yn unrhyw le. Mewn gwirionedd, gellir creu methanol gan ddefnyddio carbon deuocsid wedi'i ailgylchu o ddiwydiant nwy naturiol cynyddol y byd, a hyd yn oed gyda biomas wedi'i ailgylchu (hy coedwigaeth a gynhyrchir gan wastraff, amaethyddiaeth, a hyd yn oed gwastraff dinasoedd). 

Mae digon o fiomas yn cael ei gynhyrchu bob blwyddyn yn America i gynhyrchu digon o fethanol i orchuddio hanner y ceir yn yr Unol Daleithiau ar ddau ddoleri y galwyn, o'i gymharu â phedwar neu bump yn defnyddio gasoline. 

Algâu. Yn rhyfedd ddigon, bacteria, yn benodol cyanobacteria, efallai y pŵer eich car yn y dyfodol. Mae'r bacteria hyn yn bwydo ffotosynthesis a charbon deuocsid, haul ac aer yn y bôn, a gellir eu trawsnewid yn fiodanwydd yn hawdd. Gydag ychydig o beirianneg enetig, mae gwyddonwyr yn gobeithio amaethu symiau enfawr o'r bacteria hyn mewn cewynnau awyr agored anferth un diwrnod. Y ciciwr yw, gan fod y bacteria hyn yn bwydo carbon deuocsid, po fwyaf y maent yn tyfu, y mwyaf y byddant hefyd yn glanhau ein hamgylchedd. Mae hyn yn golygu y gall ffermwyr bacteria yn y dyfodol wneud arian oddi ar faint o fiodanwydd y maent yn ei werthu a faint o garbon deuocsid sy'n cael ei sugno allan o'r atmosffer.

Mae ceir trydan eisoes yma ac eisoes yn wych

Mae cerbydau trydan, neu EVs, wedi dod yn rhan o ddiwylliant pop diolch i raddau helaeth i Elon Musk a'i gwmni, Tesla Motors. Mae'r Tesla Roadster, a'r Model S yn benodol, wedi profi nad EVs yn unig yw'r car mwyaf gwyrdd y gallwch ei brynu, ond hefyd y car gorau i'w yrru, cyfnod. Enillodd y Model S “Car Tueddiadau Modur y Flwyddyn” 2013 a “Car y Flwyddyn” Automobile Magazine 2013. Profodd y cwmni y gall EVs fod yn symbol statws, yn ogystal ag arweinydd mewn peirianneg a dylunio modurol.

Ond yr holl asyn Tesla hwn yn cusanu o'r neilltu, y gwir amdani yw, ar gyfer yr holl wasg y mae Tesla a modelau EV eraill wedi'u gorchymyn yn ystod y blynyddoedd diwethaf, maen nhw'n dal i gynrychioli llai nag un y cant o'r farchnad geir fyd-eang. Mae'r rhesymau y tu ôl i'r twf araf hwn yn cynnwys diffyg profiad y cyhoedd yn gyrru EVs, cydran EV uwch a chostau gweithgynhyrchu (felly pris uchel yn gyffredinol), a diffyg seilwaith ailwefru. Mae'r anfanteision hyn yn sylweddol, ond ni fyddant yn para'n hir.

Cost gweithgynhyrchu ceir a batris trydan yn mynd i ddamwain

Erbyn y 2020au, bydd llu o dechnolegau yn dod ar-lein i leihau costau gweithgynhyrchu cerbydau, yn enwedig cerbydau trydan. I ddechrau, gadewch i ni fynd â'ch car cyffredin: mae tua thair rhan o bump o'n holl danwydd symudedd yn mynd i geir a defnyddir dwy ran o dair o'r tanwydd hwnnw i oresgyn pwysau'r car i'w wthio ymlaen. Dyna pam y bydd unrhyw beth y gallwn ei wneud i wneud ceir yn ysgafnach nid yn unig yn eu gwneud yn rhatach, bydd hefyd yn eu helpu i ddefnyddio llai o danwydd hefyd (boed yn nwy neu'n drydan).

Dyma beth sydd ar y gweill: erbyn canol y 2020au, bydd gwneuthurwyr ceir yn dechrau gwneud pob car allan o ffibr carbon, deunydd sydd â blynyddoedd golau yn ysgafnach ac yn gryfach nag alwminiwm. Bydd y ceir ysgafnach hyn yn gallu rhedeg ar beiriannau llai a chynnal yr un perfformiad. Bydd ceir ysgafnach hefyd yn gwneud y defnydd o fatris trydan dros beiriannau hylosgi yn fwy hyfyw, oherwydd bydd y dechnoleg batri gyfredol yn gallu pweru'r cerbydau ysgafnach hyn cyn belled â cheir sy'n cael eu pweru gan nwy.

Wrth gwrs, nid yw hyn yn cyfrif y datblygiadau disgwyliedig mewn technoleg batri, a bachgen bydd llawer. Mae cost, maint a chynhwysedd storio batris EV wedi gwella mewn clip cyflym mellt ers blynyddoedd bellach ac mae technolegau newydd yn dod ar-lein drwy'r amser i'w gwella. Er enghraifft, erbyn 2020, byddwn yn gweld cyflwyno supercapacitors seiliedig ar graphene. Bydd yr uwchgynwysyddion hyn yn caniatáu ar gyfer batris EV sydd nid yn unig yn ysgafnach ac yn deneuach, ond byddant hefyd yn dal mwy o egni ac yn ei ryddhau'n gyflymach. Mae hyn yn golygu bod ceir yn ysgafnach, yn rhatach, ac yn cyflymu'n gyflymach. Yn y cyfamser, erbyn 2017, bydd Tesla's Gigafactory yn dechrau cynhyrchu batris EV ar raddfa enfawr, gan leihau costau batris EV o bosibl. 30 y cant erbyn 2020.

Bydd y datblygiadau arloesol hyn yn y defnydd o ffibr carbon a thechnoleg batri tra-effeithlon yn dod â chostau EVs yn gyfartal â cherbydau injan hylosgi traddodiadol, ac yn y pen draw ymhell islaw cerbydau hylosgi—fel yr ydym ar fin gweld.

Mae llywodraethau'r byd yn ymgeisio i gyflymu'r trawsnewid

Ni fydd pris gostyngol EVs o reidrwydd yn golygu bonansa gwerthu cerbydau trydan. Ac mae hynny'n broblem os yw llywodraethau'r byd o ddifrif am osgoi'r cwymp economaidd sydd i ddod (a amlinellir yn rhan dau). Dyna pam mai un o'r tactegau gorau y gall llywodraethau ei roi ar waith i leihau'r defnydd o nwy a lleihau'r pris yn y pwmp yw hyrwyddo mabwysiadu cerbydau trydan. Dyma sut y gall llywodraethau wneud i hynny ddigwydd:

Un o'r rhwystrau mwyaf i fabwysiadu EV yw ofn llawer o ddefnyddwyr o redeg allan o sudd tra ar y ffordd, ymhell i ffwrdd o orsaf wefru. Er mwyn mynd i'r afael â'r twll seilwaith hwn, bydd llywodraethau'n gorchymyn gosod seilwaith ailwefru cerbydau trydan ym mhob gorsaf nwy bresennol, hyd yn oed gan ddefnyddio cymorthdaliadau mewn rhai achosion i gyflymu'r broses. Mae'n debygol y bydd gweithgynhyrchwyr cerbydau trydan yn cymryd rhan yn y gwaith adeiladu hwn o seilwaith, gan ei fod yn cynrychioli ffrwd refeniw newydd a phroffidiol y gellir ei ddwyn gan gwmnïau olew presennol.

Bydd llywodraethau lleol yn dechrau diweddaru is-ddeddfau adeiladu, gan orfodi bod gan bob cartref allfeydd gwefru cerbydau trydan. Yn ffodus, mae hyn eisoes yn digwydd: California pasio cyfraith ei gwneud yn ofynnol i bob maes parcio a thai newydd gynnwys seilwaith gwefru cerbydau trydan. Yn Tsieina, dinas Shenzhen pasio deddfwriaeth ei gwneud yn ofynnol i ddatblygwyr fflatiau a chondos adeiladu mannau gwefru/gorsafoedd ym mhob man parcio. Yn y cyfamser, mae gan Japan bellach fwy o bwyntiau gwefru cyflym (40,000) na gorsafoedd nwy (35,000). Mantais arall y buddsoddiad hwn mewn seilwaith yw y bydd yn cynrychioli miloedd o swyddi newydd, na ellir eu hallforio, ym mhob gwlad sy’n ei fabwysiadu.

Yn y cyfamser, gall llywodraethau hefyd roi cymhellion uniongyrchol i brynu cerbydau trydan. Mae Norwy, er enghraifft, yn un o fewnforwyr Tesla mwyaf y byd. Pam? Oherwydd bod llywodraeth Norwy yn cynnig mynediad am ddim i berchnogion cerbydau trydan i lonydd gyrru heb dagfeydd (ee y lôn fysiau), parcio cyhoeddus am ddim, defnydd am ddim o ffyrdd tollau, ffi gofrestru flynyddol wedi'i hepgor, eithriad rhag trethi gwerthu penodol, a didyniad treth incwm. Ie, dwi'n gwybod yn iawn! Hyd yn oed gyda'r Tesla Model S yn gar moethus, mae'r cymhellion hyn yn golygu bod prynu Teslas bron yn gyfartal â bod yn berchen ar gar traddodiadol.

Gall llywodraethau eraill gynnig cymhellion tebyg yn hawdd, yn ddelfrydol yn dod i ben ar ôl i gerbydau trydan gyrraedd trothwy penodol o gyfanswm perchnogaeth ceir cenedlaethol (fel 40 y cant) i gyflymu'r trawsnewid. Ac ar ôl i gerbydau trydan gynrychioli'r rhan fwyaf o fflyd cerbydau'r cyhoedd yn y pen draw, gellir gosod treth garbon bellach ar y perchnogion sy'n weddill o geir injan hylosgi i'w hannog i uwchraddio cerbydau trydan yn hwyr yn y gêm.

Yn yr amgylchedd hwn, byddai llywodraethau yn naturiol yn darparu cymorthdaliadau ar gyfer ymchwil i ddatblygiad cerbydau trydan a chynhyrchu cerbydau trydan. Os bydd pethau'n mynd yn flewog ac mae angen mesurau mwy eithafol, gall llywodraethau hefyd orfodi gweithgynhyrchwyr ceir i symud canran uwch o'u hallbwn cynhyrchu i gerbydau trydan, neu hyd yn oed fandadu allbwn EV-yn-unig. (Roedd mandadau o'r fath yn rhyfeddol o effeithiol yn ystod yr Ail Ryfel Byd.)

Gallai’r holl opsiynau hyn gyflymu’r newid o hylosgi i gerbydau trydan ers degawdau, gan leihau dibyniaeth fyd-eang ar olew, creu miliynau o swyddi newydd, ac arbed biliynau o ddoleri i lywodraethau (a fyddai fel arall yn cael eu gwario ar fewnforion olew crai) y gellid eu buddsoddi mewn mannau eraill. .

Ar gyfer rhywfaint o gyd-destun ychwanegol, mae tua dau yn fwy na biliwn o geir yn y byd heddiw. Yn gyffredinol, mae gweithgynhyrchwyr ceir yn cynhyrchu 100 miliwn o geir bob blwyddyn, felly yn dibynnu ar ba mor ymosodol yr ydym yn mynd ar drywydd y newid i EVs, dim ond un i ddau ddegawd y byddai'n ei gymryd i adnewyddu digon o geir y byd i ailgynnau ein heconomi yn y dyfodol.

Mae ffyniant ar ôl y pwynt tipio

Unwaith y bydd EVs yn cyrraedd pwynt tyngedfennol mewn perchnogaeth ymhlith y cyhoedd, tua 15 y cant, bydd twf EVs yn dod yn ansefydlog. Mae cerbydau trydan yn llawer mwy diogel, yn costio llawer llai i'w cynnal a'u cadw, ac erbyn canol y 2020au byddant yn costio llawer llai i danwydd o gymharu â cheir sy'n cael eu pweru gan nwy—ni waeth pa mor isel y mae pris nwy yn disgyn.

Bydd yr un datblygiadau technolegol a chefnogaeth y llywodraeth yn arwain at gymwysiadau tebyg mewn tryciau cerbydau trydan, bysiau ac awyrennau. Bydd hyn yn newid gêm.

Yna yn sydyn, mae popeth yn mynd yn rhatach

Mae peth diddorol yn digwydd pan fyddwch chi'n tynnu cerbydau allan o'r hafaliad defnydd olew crai, mae popeth yn sydyn yn dod yn rhatach. Meddyliwch am y peth. Fel y gwelsom yn rhan dau, mae cynhyrchion bwyd, cegin a chartref, fferyllol ac offer meddygol, dillad, cynhyrchion harddwch, deunyddiau adeiladu, rhannau ceir, a chanran fawr o bron popeth arall, i gyd yn cael eu creu gan ddefnyddio petrolewm.

Pan fydd mwyafrif y cerbydau'n trosglwyddo i EVs, bydd y galw am olew crai yn cwympo, gan fynd â phris olew crai i lawr gydag ef. Bydd y dirywiad hwnnw'n golygu arbedion cost enfawr i weithgynhyrchwyr cynnyrch ar draws pob sector sy'n defnyddio petrolewm yn eu prosesau cynhyrchu. Bydd yr arbedion hyn yn y pen draw yn cael eu trosglwyddo i'r defnyddiwr cyffredin, gan ysgogi unrhyw economi byd a gafodd ei churo gan brisiau nwy uchel.

Mae gweithfeydd micro-bŵer yn bwydo i'r grid

Mantais ochr arall o fod yn berchen ar EV yw y gall hefyd ddyblu fel ffynhonnell ddefnyddiol o bŵer wrth gefn pe bai storm eira byth yn dymchwel llinellau pŵer yn eich cymdogaeth. Yn syml, cysylltwch eich car â'ch tŷ neu offer trydanol i gael hwb cyflym o bŵer brys.

Os yw eich tŷ neu adeilad wedi buddsoddi mewn paneli solar a chysylltiad grid clyfar, gall wefru eich car pan nad oes ei angen arnoch ac yna bwydo'r ynni hwnnw yn ôl i'ch tŷ, eich adeilad neu'ch grid pŵer cymunedol gyda'r nos, gan arbed o bosibl ar ein grid. bil ynni neu hyd yn oed gwneud ychydig o arian ochr i chi.

Ond wyddoch chi beth, nawr rydyn ni'n ymlusgo i bwnc ynni'r haul, ac a dweud y gwir, mae hynny'n haeddu ei sgwrs ei hun: Ynni solar a chynnydd y rhyngrwyd ynni: Dyfodol Ynni P4

DYFODOL CYSYLLTIADAU CYFRES YNNI

Marwolaeth araf y cyfnod ynni carbon: Dyfodol Ynni P1.

Olew! Y sbardun ar gyfer yr oes adnewyddadwy: Dyfodol Ynni P2

Ynni solar a chynnydd y rhyngrwyd ynni: Dyfodol Ynni P4

Ynni adnewyddadwy yn erbyn cardiau gwyllt ynni Thorium a Fusion: Dyfodol Ynni P5

Ein dyfodol mewn byd llawn ynni: Dyfodol Ynni P6