Powstanie samochodu elektrycznego: Future of Energy P3

Twój samochód — jego wpływ na świat, w którym żyjesz, będzie znacznie większy, niż można by się spodziewać. 

Jeśli przeczytasz ostatnią oleistą część tej serii Future of Energy, założysz się, że ta trzecia część obejmie wzrost energii słonecznej jako nowej dominującej formy energii na świecie. Cóż, tylko trochę się mylisz: omówimy to w część czwarta. Zamiast tego zdecydowaliśmy się najpierw objąć biopaliwami i samochodami elektrycznymi, ponieważ większość światowej floty transportowej (tj. samochody, ciężarówki, statki, samoloty, monster trucki itp.) korzysta z gazu i to jest cały powód, dla którego ropa naftowa ma świat gardło. Usuń gaz z równania, a cały świat się zmieni.

Oczywiście odejście od gazu (a wkrótce nawet silnika spalinowego) jest łatwiejsze do powiedzenia niż do zrobienia. Ale jeśli czytasz do przygnębiającego końca część druga, pamiętalibyście, że większość światowych rządów nie będzie miała wielkiego wyboru w tej sprawie. Mówiąc najprościej, dalsze prowadzenie gospodarki opartej na coraz bardziej niestabilnym i rzadkim źródle energii – ropa naftowa – stanie się ekonomicznie i politycznie niezrównoważone w latach 2025-2035. Na szczęście ta gigantyczna zmiana może być łatwiejsza niż myślimy.

Prawdziwa sprawa biopaliw

Samochody elektryczne to przyszłość transportu – i zamierzamy zbadać tę przyszłość w drugiej połowie tego artykułu. Jednak przy ponad miliardzie samochodów na drogach na całym świecie zastąpienie tej floty pojazdami elektrycznymi może zająć od jednej do dwóch dekad. Nie mamy takiego czasu. Jeśli świat zamierza pozbyć się uzależnienia od ropy naftowej, będziemy musieli znaleźć inne źródła paliwa, które będą mogły napędzać nasze obecne pojazdy spalinowe przez mniej więcej dekadę, aż przejmie kontrolę nad energią elektryczną. Tu właśnie wkraczają biopaliwa.

Kiedy odwiedzasz dystrybutora, tak naprawdę masz tylko możliwość zatankowania gazu, lepszego gazu, benzyny premium lub oleju napędowego. I to jest problem dla twojego portfela – jednym z powodów, dla których ropa jest tak droga, jest prawie monopol na stacje benzynowe, z których korzystają ludzie na całym świecie. Nie ma konkurencji.

Biopaliwa mogą być jednak taką konkurencją. Wyobraź sobie przyszłość, w której następnym razem, gdy wjedziesz do pompy, zobaczysz etanol lub hybrydę etanol-gaz, a nawet opcje ładowania elektrycznego. Ta przyszłość już istnieje w Brazylii. 

Brazylia produkuje ogromne ilości etanolu z trzciny cukrowej. Kiedy Brazylijczycy podchodzą do dystrybutora, mają do wyboru napełnianie gazem lub etanolem lub różnymi innymi mieszankami. Wynik? Niemal całkowita niezależność od zagranicznej ropy, tańszych cen gazu i rozkwitającej gospodarki – w rzeczywistości ponad 40 milionów Brazylijczyków przeniosło się do klasy średniej w latach 2003-2011, kiedy krajowy przemysł biopaliw rozwinął się. 

„Ale poczekaj”, mówisz, „biopaliwa potrzebują samochodów flex-fuel, aby je napędzać. Podobnie jak w przypadku samochodów elektrycznych, zastąpienie światowych samochodów samochodami z napędem flex-fuel zajęłoby dziesięciolecia”. Właściwie nie bardzo. Mały, brudny sekret w przemyśle samochodowym polega na tym, że praktycznie wszystkie samochody zbudowane od 1996 roku można przerobić na samochody z napędem flex za jedyne 150 dolarów. Jeśli jesteś zainteresowany konwersją swojego samochodu, sprawdź te linki: pierwszej i drugiej.

„Ale poczekaj”, powtarzasz, „uprawa roślin do produkcji etanolu podniesie koszty żywności!” Wbrew powszechnemu przekonaniu (przekonaniom formalnie podzielanym przez tego pisarza), etanol nie wypiera produkcji żywności. W rzeczywistości produktem ubocznym większości produkcji etanolu jest żywność. Na przykład, większość kukurydzy uprawianej w Ameryce wcale nie jest uprawiana dla ludzi, jest uprawiana na paszę dla zwierząt. A jedną z najlepszych karm dla zwierząt jest „wywar gorzelniany”, zrobiony z kukurydzy, ale najpierw wyprodukowany w procesie fermentacji i destylacji – produktem ubocznym jest (zgadliście) etanol ORAZ zboże gorzelniane.

Przynosząc wybór do pompy gazu

To niekoniecznie jedzenie kontra paliwo, może to być jedzenie i dużo paliwa. Rzućmy więc okiem na różne biopaliwa i paliwa alternatywne, które z nawiązką pojawią się na rynku w połowie lat dwudziestych:

etanol. Etanol to alkohol wytwarzany przez fermentację cukrów i może być wytwarzany z różnych gatunków roślin, takich jak pszenica, kukurydza, trzcina cukrowa, a nawet dziwnych roślin, takich jak kaktus. Ogólnie rzecz biorąc, etanol można wytwarzać na dużą skalę przy użyciu większości roślin, które najlepiej nadają się do uprawy w danym kraju. 

Metanol. Zespoły wyścigowe i wyścigowe od dziesięcioleci używają metanolu. Ale dlaczego? Cóż, ma wyższą równoważną liczbę oktanową (~ 113) niż gaz premium (~ 93), oferuje lepsze współczynniki kompresji i czas zapłonu, spala się znacznie czyściej niż benzyna i generalnie jest to jedna trzecia ceny standardowej benzyny. A jak to się robi? Używając H2O i dwutlenku węgla, czyli wody i powietrza, możesz tanio wytwarzać to paliwo w dowolnym miejscu. W rzeczywistości, metanol można wytwarzać z recyklingu dwutlenku węgla z rozwijającego się światowego przemysłu gazu ziemnego, a nawet z przetworzonej biomasy (tj. odpadów pochodzących z leśnictwa, rolnictwa, a nawet odpadów miejskich). 

Każdego roku w Ameryce produkuje się wystarczającą ilość biomasy, aby wyprodukować wystarczającą ilość metanolu, aby pokryć połowę samochodów w USA po dwa dolary za galon, w porównaniu do czterech lub pięciu przy użyciu benzyny. 

Glony. Co dziwne, szczególnie bakterie Cyjanobakteria, może zasilić Twój przyszły samochód. Bakterie te żywią się fotosyntezą i dwutlenkiem węgla, głównie słońcem i powietrzem, i można je łatwo przekształcić w biopaliwo. Przy odrobinie inżynierii genetycznej naukowcy mają nadzieję, że pewnego dnia wyhodują ogromne ilości tych bakterii w gigantycznych kadziach zewnętrznych. Najważniejsze jest to, że ponieważ te bakterie żywią się dwutlenkiem węgla, im bardziej rosną, tym bardziej oczyszczają nasze środowisko. Oznacza to, że przyszli hodowcy bakterii mogą zarabiać zarówno na ilości sprzedawanego biopaliwa, jak i na ilości dwutlenku węgla wysysanego z atmosfery.

Samochody elektryczne już tu są i już są niesamowite

Pojazdy elektryczne, czyli pojazdy elektryczne, stały się częścią popkultury w dużej mierze dzięki Elonowi Muskowi i jego firmie Tesla Motors. Tesla Roadster, a w szczególności Model S, udowodniły, że pojazdy elektryczne są nie tylko najbardziej ekologicznym samochodem, jaki można kupić, ale także najlepszym samochodem do prowadzenia, kropka. Model S zdobył tytuł „Motor Trend Car of the Year” oraz tytuł „Samochodu roku 2013” ​​magazynu Automobile. Firma udowodniła, że ​​pojazdy elektryczne mogą być symbolem statusu, a także liderem w inżynierii i projektowaniu samochodów.

Ale cały ten tyłek Tesli całujący się na bok, rzeczywistość jest taka, że ​​dla całej prasy Tesla i inne modele EV w ostatnich latach stanowią tylko mniej niż jeden procent globalnego rynku samochodowego. Przyczyny tego powolnego wzrostu to brak publicznego doświadczenia w prowadzeniu pojazdów elektrycznych, wyższe koszty komponentów i produkcji pojazdów elektrycznych (stąd wysoka ogólna cena) oraz brak infrastruktury do ładowania. Te wady są znaczne, ale nie potrwają długo.

Koszt produkcji samochodu i awarie akumulatorów elektrycznych

Do 2020 roku cała gama technologii zostanie udostępniona online, aby obniżyć koszty produkcji pojazdów, zwłaszcza pojazdów elektrycznych. Na początek przyjrzyjmy się przeciętnemu samochodowi: około trzy piąte całego naszego paliwa do mobilności trafia do samochodów, a dwie trzecie tego paliwa zużywa się na pokonanie ciężaru samochodu i pchnięcie go do przodu. Dlatego wszystko, co możemy zrobić, aby samochody były lżejsze, nie tylko sprawi, że będą tańsze, ale także pomogą im zużywać mniej paliwa (gazu lub elektryczności).

Oto, co jest w przygotowaniu: w połowie lat 2020. producenci samochodów zaczną produkować wszystkie samochody z włókna węglowego, materiału, który jest o lata świetlne lżejszy i mocniejszy niż aluminium. Te lżejsze samochody będą mogły jeździć na mniejszych silnikach i zachować te same osiągi. Lżejsze samochody sprawią również, że stosowanie akumulatorów elektrycznych zamiast silników spalinowych stanie się bardziej opłacalne, ponieważ obecna technologia akumulatorów będzie w stanie zasilać te lżejsze pojazdy tak samo, jak samochody zasilane gazem.

Oczywiście nie liczy się to oczekiwanych postępów w technologii baterii, a chłopcze będzie ich wiele. Koszt, rozmiar i pojemność akumulatorów EV poprawiły się w błyskawicznym tempie od lat, a nowe technologie cały czas pojawiają się w Internecie, aby je ulepszyć. Na przykład do 2020 r. zobaczymy wprowadzenie superkondensatory na bazie grafenu. Dzięki tym superkondensatorom akumulatory EV będą nie tylko lżejsze i cieńsze, ale także będą przechowywać więcej energii i szybciej ją uwalniają. Oznacza to, że samochody będą lżejsze, tańsze i szybciej przyspieszają. Tymczasem do 2017 r. Gigafactory Tesli rozpocznie produkcję akumulatorów EV na ogromną skalę, potencjalnie obniżając koszty akumulatorów EV o 30 procent do 2020 r..

Te innowacje w zakresie wykorzystania włókna węglowego i ultrawydajnej technologii akumulatorów sprawią, że koszty pojazdów elektrycznych zrównają się z kosztami tradycyjnych pojazdów z silnikiem spalinowym, a ostatecznie będą znacznie niższe od pojazdów spalinowych — jak zaraz się przekonamy.

Światowe rządy wkraczają, by przyspieszyć przemianę

Spadek cen pojazdów elektrycznych niekoniecznie oznacza bonanzę sprzedaży pojazdów elektrycznych. I to jest problem, jeśli światowe rządy poważnie traktują uniknięcie nadchodzącego załamania gospodarczego (opisanego w: część druga). Dlatego jedną z najlepszych taktyk, jakie rządy mogą zastosować w celu zmniejszenia zużycia gazu i obniżenia ceny przy dystrybutorze, jest promowanie przyjmowania pojazdów elektrycznych. Oto jak rządy mogą to zrobić:

Jedną z największych przeszkód w adopcji pojazdów elektrycznych jest obawa wielu konsumentów, że zabraknie soku podczas podróży, z dala od stacji ładującej. Aby zaradzić tej dziurze w infrastrukturze, rządy nakażą instalowanie infrastruktury do ładowania pojazdów elektrycznych na wszystkich istniejących stacjach benzynowych, nawet wykorzystując w niektórych przypadkach dotacje, aby przyspieszyć ten proces. Producenci pojazdów elektrycznych prawdopodobnie zaangażują się w tę rozbudowę infrastruktury, ponieważ stanowi ona nowy i lukratywny strumień przychodów, który można ukraść istniejącym firmom naftowym.

Samorządy lokalne zaczną aktualizować regulaminy budynków, nakazując, aby wszystkie domy miały gniazda do ładowania pojazdów elektrycznych. Na szczęście to już się dzieje: Kalifornia uchwalił prawo wymaganie, aby wszystkie nowe parkingi i mieszkania zawierały infrastrukturę ładowania pojazdów elektrycznych. W Chinach miasto Shenzhen uchwalił ustawodawstwo wymaganie od deweloperów mieszkań i condo wbudowania gniazd/stacji ładowania w każde miejsce parkingowe. Tymczasem Japonia ma teraz więcej punktów szybkiego ładowania (40,000 35,000) niż stacji benzynowych (XNUMX XNUMX). Inną korzyścią płynącą z tej inwestycji w infrastrukturę jest to, że w każdym kraju, który ją przyjmie, zapewni ona tysiące nowych, nieeksportowych miejsc pracy.

Tymczasem rządy mogą również bezpośrednio zachęcać do zakupu pojazdów elektrycznych. Na przykład Norwegia jest jednym z największych na świecie importerów Tesli. Czemu? Ponieważ rząd norweski oferuje właścicielom pojazdów elektrycznych bezpłatny dostęp do niezatłoczonych pasów ruchu (np. pasa dla autobusów), bezpłatny parking publiczny, bezpłatne korzystanie z dróg płatnych, zwolnioną roczną opłatę rejestracyjną, zwolnienie z niektórych podatków od sprzedaży oraz odliczenie podatku dochodowego. Tak, wiem dobrze! Nawet jeśli Tesla Model S jest samochodem luksusowym, zachęty te sprawiają, że kupowanie Tesli jest prawie na równi z posiadaniem tradycyjnego samochodu.

Inne rządy mogą z łatwością oferować podobne zachęty, najlepiej wygasające po osiągnięciu przez pojazdy elektryczne pewnego progu całkowitej liczby posiadanych samochodów w kraju (np. 40 procent), aby przyspieszyć przejście. A po tym, jak pojazdy elektryczne ostatecznie stanowią większość floty pojazdów publicznych, kolejny podatek węglowy może zostać nałożony na pozostałych właścicieli samochodów z silnikiem spalinowym, aby zachęcić ich do modernizacji pojazdów elektrycznych w późnej fazie gry.

W takim środowisku rządy w naturalny sposób zapewniłyby dotacje na badania nad rozwojem pojazdów elektrycznych i produkcją pojazdów elektrycznych. Jeśli sytuacja stanie się nieprzyjemna i konieczne będą bardziej ekstremalne środki, rządy mogą również nakazać producentom samochodów przesunięcie większego procentu produkcji na pojazdy elektryczne, a nawet nakazać produkcję wyłącznie pojazdów elektrycznych. (Takie mandaty były niezwykle skuteczne podczas II wojny światowej.)

Wszystkie te opcje mogą przyspieszyć przejście z pojazdów spalinowych na elektryczne o dziesięciolecia, zmniejszając światową zależność od ropy naftowej, tworząc miliony nowych miejsc pracy i oszczędzając rządy miliardów dolarów (które w przeciwnym razie zostałyby wydane na import ropy naftowej), które mogłyby zostać zainwestowane gdzie indziej .

Dla pewnego dodatkowego kontekstu, na świecie jest około dwóch to ponad miliard samochodów. Producenci samochodów zazwyczaj produkują 100 milionów samochodów każdego roku, więc w zależności od tego, jak agresywnie dążymy do przejścia na pojazdy elektryczne, wymiana wystarczającej liczby samochodów na świecie zajęłoby tylko jedną lub dwie dekady, aby ożywić naszą przyszłą gospodarkę.

Boom po punkcie krytycznym

Gdy pojazdy elektryczne osiągną punkt krytyczny własności wśród ogółu społeczeństwa, około 15 procent, wzrost pojazdów elektrycznych stanie się nie do powstrzymania. Pojazdy elektryczne są znacznie bezpieczniejsze, kosztują znacznie mniej w utrzymaniu, a do połowy lat 2020 będzie kosztować znacznie mniej paliwa w porównaniu do samochodów napędzanych gazem – bez względu na to, jak nisko spadnie cena gazu.

Te same postępy technologiczne i wsparcie rządowe doprowadzą do podobnych zastosowań w ciężarówkach, autobusach i samolotach EV. To zmieni grę.

Potem nagle wszystko staje się tańsze

Ciekawa rzecz dzieje się, gdy wyjmiemy pojazdy z równania zużycia ropy naftowej, wszystko nagle staje się tańsze. Pomyśl o tym. Jak widzieliśmy w część druga, żywność, produkty kuchenne i gospodarstwa domowego, farmaceutyki i sprzęt medyczny, odzież, kosmetyki, materiały budowlane, części samochodowe i duża część prawie wszystkiego innego są wytwarzane przy użyciu ropy naftowej.

Gdy większość pojazdów przejdzie na pojazdy elektryczne, popyt na ropę naftową załamie się, obniżając wraz z nią cenę ropy naftowej. Spadek ten oznacza ogromne oszczędności dla producentów produktów we wszystkich sektorach wykorzystujących ropę naftową w procesach produkcyjnych. Oszczędności te zostaną ostatecznie przeniesione na przeciętnego konsumenta, stymulując każdą gospodarkę światową, która została dotknięta wysokimi cenami gazu.

Mikroelektrownie zasilają sieć

Inną dodatkową zaletą posiadania pojazdu elektrycznego jest to, że może również służyć jako przydatne źródło zasilania awaryjnego, gdyby burza śnieżna kiedykolwiek zniszczyła linie energetyczne w Twojej okolicy. Po prostu podłącz swój samochód do domu lub urządzeń elektrycznych, aby szybko zwiększyć zasilanie awaryjne.

Jeśli Twój dom lub budynek zainwestował w panele słoneczne i inteligentne połączenie sieciowe, może ładować samochód, gdy go nie potrzebujesz, a następnie przesyłać tę energię z powrotem do domu, budynku lub sieci energetycznej w nocy, potencjalnie oszczędzając na naszym rachunek za energię, a nawet trochę dodatkowej gotówki.

Ale wiecie co, teraz wkradamy się w temat energii słonecznej i szczerze mówiąc, zasługuje to na własną rozmowę: Energia słoneczna i rozwój internetu energetycznego: przyszłość energii P4

PRZYSZŁOŚĆ SERII ENERGETYCZNYCH LINKI

Powolna śmierć ery energetyki węglowej: przyszłość energii P1.

Olej! Wyzwalacz ery energii odnawialnej: Przyszłość Energii P2

Energia słoneczna i rozwój internetu energetycznego: przyszłość energii P4

Odnawialne źródła energii a symbole wieloznaczne dotyczące energii Torium i Fuzji: Przyszłość energii P5

Nasza przyszłość w świecie bogatym w energię: Future of Energy P6