lượng tử

TÍN DỤNG HÌNH ẢNH: lượng tử

Sự trỗi dậy của ô tô điện: Tương lai của Năng lượng P3

David Tal, Nhà xuất bản, Người theo chủ nghĩa vị lai
@DavidTalWrites
LinkedIn

Thứ Hai, 09/14/2020 - 08:11

Chiếc xe của bạn — tác động của nó đối với thế giới bạn đang sống sẽ lớn hơn nhiều so với những gì bạn mong đợi.

Nếu bạn đọc phần cuối cùng của loạt bài về Tương lai của Năng lượng này, bạn sẽ đặt cược rằng phần thứ ba này sẽ đề cập đến sự nổi lên của năng lượng mặt trời như một dạng năng lượng thống trị mới trên thế giới. Chà, bạn chỉ sai một chút thôi: chúng tôi sẽ đề cập đến vấn đề đó trong phần bốn. Thay vào đó, chúng tôi chọn sử dụng nhiên liệu sinh học và ô tô điện trước tiên bởi vì phần lớn đội xe vận tải trên thế giới (ví dụ như ô tô, xe tải, tàu thủy, máy bay, xe tải quái vật, v.v.) chạy bằng khí đốt và đó là lý do mà dầu thô có mặt trên thế giới bởi họng. Loại bỏ khí khỏi phương trình và toàn bộ thế giới thay đổi.

Tất nhiên, việc di chuyển khỏi khí đốt (và ngay cả động cơ đốt trong) nói thì dễ hơn làm. Nhưng nếu bạn đọc cho đến cuối buồn bã của phần hai, bạn nên nhớ rằng hầu hết các chính phủ trên thế giới sẽ không có nhiều lựa chọn trong vấn đề này. Nói một cách đơn giản, việc tiếp tục vận hành một nền kinh tế dựa trên nguồn năng lượng ngày càng biến động và khan hiếm - dầu thô - sẽ trở nên không bền vững về mặt kinh tế và chính trị trong giai đoạn 2025-2035. May mắn thay, quá trình chuyển đổi khổng lồ này có thể dễ dàng hơn chúng ta nghĩ.

Thỏa thuận thực sự đằng sau nhiên liệu sinh học

Ô tô điện là tương lai của giao thông vận tải — và chúng ta sẽ khám phá tương lai đó trong nửa sau của bài viết này. Nhưng với hơn một tỷ ô tô trên toàn cầu, việc thay thế đội xe đó bằng xe điện có thể mất từ một đến hai thập kỷ. Chúng tôi không có thời gian như vậy. Nếu thế giới bắt đầu nghiện dầu, chúng ta sẽ phải tìm các nguồn nhiên liệu khác có thể chạy các phương tiện đốt cháy hiện tại của chúng ta trong khoảng một thập kỷ cho đến khi điện chiếm ưu thế. Đó là nơi mà nhiên liệu sinh học xuất hiện.

Khi bạn đến thăm máy bơm, bạn thực sự chỉ có tùy chọn đổ đầy khí, khí tốt hơn, khí cao cấp hoặc dầu diesel. Và đó là một vấn đề đối với túi tiền của bạn — một trong những lý do tại sao dầu mỏ lại đắt như vậy là do nó gần như độc quyền đối với các trạm xăng mà mọi người sử dụng trên hầu hết thế giới. Không có cạnh tranh.

Tuy nhiên, nhiên liệu sinh học có thể là đối thủ cạnh tranh. Hãy tưởng tượng một tương lai mà bạn nhìn thấy ethanol, hoặc hỗn hợp ethanol-khí, hoặc thậm chí là các tùy chọn sạc điện vào lần tiếp theo bạn lái xe vào máy bơm. Tương lai đó đã tồn tại ở Brazil.

Brazil sản xuất một lượng lớn etanol từ đường mía. Khi người Brazil đi đến máy bơm, họ có quyền lựa chọn đổ đầy xăng hoặc ethanol hoặc nhiều loại hỗn hợp khác ở giữa. Kết quả? Gần như hoàn toàn độc lập khỏi dầu mỏ nước ngoài, giá khí đốt rẻ hơn và nền kinh tế đang bùng nổ để khởi động — trên thực tế, hơn 40 triệu người Brazil đã chuyển sang tầng lớp trung lưu từ năm 2003 đến năm 2011 khi ngành công nghiệp nhiên liệu sinh học của nước này phát triển.

Bạn nói: “Nhưng khoan đã, nhiên liệu sinh học cần những chiếc xe chạy bằng nhiên liệu linh hoạt. Cũng giống như điện, sẽ mất nhiều thập kỷ để thay thế ô tô trên thế giới bằng ô tô chạy bằng nhiên liệu linh hoạt. ' Thực ra thì không hẳn. Một bí mật nhỏ trong ngành công nghiệp ô tô là hầu như tất cả những chiếc ô tô được sản xuất từ năm 1996 đều có thể được chuyển đổi thành ô tô chạy bằng nhiên liệu linh hoạt với giá chỉ 150 đô la. Nếu quan tâm đến việc chuyển đổi xe của bạn, hãy xem các liên kết sau: một và hai.

"Nhưng khoan đã," bạn nói lại, "trồng cây để tạo ra ethanol sẽ làm tăng chi phí thực phẩm!" Trái ngược với niềm tin của công chúng (niềm tin được chia sẻ chính thức bởi nhà văn này), ethanol không thay thế sản xuất thực phẩm. Trên thực tế, sản phẩm phụ của hầu hết quá trình sản xuất ethanol là thực phẩm. Ví dụ, phần lớn ngô được trồng ở Mỹ hoàn toàn không được trồng cho con người, nó được trồng để làm thức ăn cho gia súc. Và một trong những thức ăn chăn nuôi tốt nhất là 'ngũ cốc chưng cất', được làm từ ngô, nhưng được sản xuất trước tiên thông qua quá trình chưng cất lên men - sản phẩm phụ là (bạn đoán nó) ethanol VÀ ngũ cốc chưng cất.

Mang đến sự lựa chọn cho máy bơm khí

Nó không nhất thiết phải là thức ăn và nhiên liệu, nó có thể là thức ăn và rất nhiều nhiên liệu. Vì vậy, chúng ta hãy xem nhanh các loại nhiên liệu thay thế và sinh học khác nhau mà chúng ta sẽ thấy sẽ tung ra thị trường với sự báo thù vào giữa những năm 2020:

ethanol. Ethanol là rượu, được tạo ra bằng cách lên men đường và có thể được tạo ra từ nhiều loài thực vật khác nhau như lúa mì, ngô, mía, thậm chí cả những loại cây kỳ lạ như cây xương rồng. Nói chung, ethanol có thể được sản xuất ở quy mô lớn bằng cách sử dụng hầu hết các nhà máy phù hợp nhất cho một quốc gia phát triển.

Metanol. Các đội đua xe và đua drag đã sử dụng methanol trong nhiều thập kỷ. Nhưng tại sao? Chà, nó có chỉ số octan tương đương cao hơn (~ 113) so với xăng cao cấp (~ 93), cung cấp tỷ số nén và thời điểm đánh lửa tốt hơn, đốt cháy sạch hơn nhiều so với xăng và thường chỉ bằng một phần ba giá của xăng tiêu chuẩn. Và làm thế nào để bạn làm những thứ này? Bằng cách sử dụng H2O và carbon dioxide — nước và không khí, nghĩa là bạn có thể sản xuất nhiên liệu này với giá rẻ ở bất cứ đâu. Trên thực tế, methanol có thể được tạo ra bằng cách sử dụng carbon dioxide tái chế từ ngành công nghiệp khí đốt tự nhiên đang phát triển trên thế giới, và thậm chí bằng sinh khối tái chế (tức là chất thải tạo ra từ lâm nghiệp, nông nghiệp và thậm chí là chất thải thành phố).

Đủ sinh khối được sản xuất mỗi năm ở Mỹ để sản xuất đủ metanol cung cấp cho một nửa số ô tô ở Mỹ với giá hai đô la một gallon, so với bốn hoặc năm xe sử dụng xăng.

Rong. Thật kỳ lạ, vi khuẩn, đặc biệt là Vi khuẩn lam, có thể cung cấp năng lượng cho chiếc xe tương lai của bạn. Những vi khuẩn này ăn nhờ quá trình quang hợp và carbon dioxide, về cơ bản là mặt trời và không khí, và có thể dễ dàng chuyển hóa thành nhiên liệu sinh học. Với một chút kỹ thuật di truyền, các nhà khoa học hy vọng một ngày nào đó sẽ nuôi cấy được một lượng lớn vi khuẩn này trong những chiếc thùng khổng lồ ngoài trời. Điều đáng chú ý là vì những vi khuẩn này ăn carbon dioxide, chúng càng phát triển nhiều hơn, chúng cũng làm sạch môi trường của chúng ta hơn. Điều này có nghĩa là những người nông dân trồng vi khuẩn trong tương lai có thể kiếm tiền từ lượng nhiên liệu sinh học họ bán và lượng carbon dioxide hút ra khỏi bầu khí quyển.

Xe điện đã có ở đây và thật tuyệt vời

Xe điện, hay còn gọi là xe điện, đã trở thành một phần của văn hóa đại chúng, một phần lớn là nhờ Elon Musk và công ty của ông, Tesla Motors. Tesla Roadster và đặc biệt là Model S, đã chứng minh rằng EV không chỉ là chiếc xe xanh nhất mà bạn có thể mua mà còn là chiếc xe tốt nhất để lái, theo thời gian. Model S đã giành được giải “Xe có xu hướng xe của năm” năm 2013 và “Xe của năm” của Tạp chí ô tô năm 2013. Công ty đã chứng minh rằng xe điện có thể là một biểu tượng địa vị, đồng thời là công ty hàng đầu trong lĩnh vực thiết kế và kỹ thuật ô tô.

Nhưng tất cả những điều này của Tesla sang một bên, thực tế là đối với tất cả những gì báo chí mà Tesla và các mẫu xe EV khác đã chỉ ra trong những năm gần đây, chúng vẫn chỉ đại diện cho chưa đến một phần trăm thị trường xe hơi toàn cầu. Những lý do đằng sau sự tăng trưởng chậm chạp này bao gồm thiếu kinh nghiệm lái xe EV của cộng đồng, chi phí sản xuất và thành phần EV cao hơn (do đó giá thành cao hơn nói chung) và thiếu cơ sở hạ tầng sạc lại. Những nhược điểm này là đáng kể, nhưng chúng sẽ không tồn tại lâu.

Chi phí sản xuất ô tô và bộ pin điện có nguy cơ sụp đổ

Vào những năm 2020, toàn bộ công nghệ sẽ được đưa vào trực tuyến để giảm chi phí sản xuất phương tiện giao thông, đặc biệt là xe điện. Để bắt đầu, chúng ta hãy lấy chiếc ô tô trung bình của bạn: khoảng ba phần năm tổng số nhiên liệu di chuyển của chúng tôi dành cho ô tô và hai phần ba lượng nhiên liệu đó được sử dụng để vượt qua trọng lượng của ô tô để đẩy nó về phía trước. Đó là lý do tại sao bất cứ điều gì chúng ta có thể làm để làm cho ô tô nhẹ hơn sẽ không chỉ khiến chúng rẻ hơn mà còn giúp chúng sử dụng ít nhiên liệu hơn (có thể là khí đốt hoặc điện).

Đây là những gì đang trong quá trình chế tạo: vào giữa những năm 2020, các nhà sản xuất ô tô sẽ bắt đầu sản xuất tất cả ô tô từ sợi carbon, một loại vật liệu nhẹ hơn và chắc hơn nhôm trong nhiều năm. Những chiếc xe nhẹ hơn này sẽ có thể chạy bằng động cơ nhỏ hơn và duy trì hiệu suất như nhau. Những chiếc xe nhẹ hơn cũng sẽ làm cho việc sử dụng pin điện trên động cơ đốt trong trở nên khả thi hơn, vì công nghệ pin hiện tại sẽ có thể cung cấp năng lượng cho những chiếc xe nhẹ hơn này ngang với những chiếc xe chạy bằng khí đốt.

Tất nhiên, đây không phải là những tiến bộ được mong đợi trong công nghệ pin, và cậu bé sẽ có rất nhiều. Chi phí, kích thước và dung lượng lưu trữ của pin EV đã được cải thiện với tốc độ cực nhanh trong nhiều năm nay và các công nghệ mới liên tục xuất hiện trên mạng để cải thiện chúng. Ví dụ: vào năm 2020, chúng ta sẽ thấy phần giới thiệu của siêu tụ điện dựa trên graphene. Những siêu tụ điện này sẽ cho phép pin EV không chỉ nhẹ hơn và mỏng hơn mà còn chứa nhiều năng lượng hơn và giải phóng nhanh hơn. Điều này có nghĩa là ô tô sẽ nhẹ hơn, rẻ hơn và tăng tốc nhanh hơn. Trong khi đó, vào năm 2017, Gigafactory của Tesla sẽ bắt đầu sản xuất pin EV với quy mô khổng lồ, có khả năng giảm chi phí của pin EV xuống 30 phần trăm theo 2020.

Những đổi mới này trong việc sử dụng sợi carbon và công nghệ pin siêu hiệu quả sẽ mang lại giá thành của xe điện ngang bằng với xe động cơ đốt trong truyền thống và cuối cùng thấp hơn nhiều so với xe đốt - như chúng ta sắp thấy.

Các chính phủ thế giới tham gia để đẩy nhanh quá trình chuyển đổi

Giá xe điện giảm không nhất thiết đồng nghĩa với việc tăng doanh số bán xe điện. Và đó là một vấn đề nếu các chính phủ thế giới nghiêm túc về việc tránh sự sụp đổ kinh tế sắp tới (được nêu trong phần hai). Đó là lý do tại sao một trong những chiến thuật tốt nhất mà chính phủ có thể thực hiện để giảm tiêu thụ khí đốt và giảm giá bán tại máy bơm là thúc đẩy việc áp dụng xe điện. Đây là cách các chính phủ có thể biến điều đó thành hiện thực:

Một trong những trở ngại lớn nhất đối với việc áp dụng xe điện là nỗi sợ hãi của nhiều người tiêu dùng về việc hết nước trái cây khi đang trên đường, cách xa trạm sạc. Để giải quyết lỗ hổng cơ sở hạ tầng này, các chính phủ sẽ yêu cầu lắp đặt cơ sở hạ tầng sạc điện cho xe điện ở tất cả các trạm xăng hiện có, thậm chí sử dụng trợ cấp trong một số trường hợp để đẩy nhanh quá trình. Các nhà sản xuất xe điện có thể sẽ tham gia vào việc xây dựng cơ sở hạ tầng này, vì nó đại diện cho một nguồn doanh thu mới và sinh lợi có thể bị đánh cắp từ các công ty dầu hiện có.

Chính quyền địa phương sẽ bắt đầu cập nhật các quy định của pháp luật về xây dựng, yêu cầu tất cả các ngôi nhà phải có cửa hàng sạc điện cho xe điện. May mắn thay, điều này đã xảy ra: California đã thông qua một đạo luật yêu cầu tất cả các bãi đậu xe và nhà ở mới phải bao gồm cơ sở hạ tầng sạc xe điện. Ở Trung Quốc, thành phố Thâm Quyến thông qua luật yêu cầu các chủ đầu tư căn hộ và chung cư phải xây dựng các cửa hàng / trạm sạc vào từng chỗ đậu xe. Trong khi đó, Nhật Bản hiện có nhiều điểm sạc nhanh hơn (40,000) so với các trạm xăng (35,000). Lợi ích khác của việc đầu tư cơ sở hạ tầng này là nó sẽ đại diện cho hàng nghìn việc làm mới, không thể xuất khẩu ở mọi quốc gia áp dụng nó.

Trong khi đó, các chính phủ cũng có thể khuyến khích trực tiếp việc mua xe điện. Ví dụ, Na Uy là một trong những nhà nhập khẩu Tesla lớn nhất thế giới. Tại sao? Bởi vì chính phủ Na Uy cung cấp cho chủ sở hữu EV quyền sử dụng miễn phí các làn đường lái xe không bị tắc nghẽn (ví dụ như làn xe buýt), bãi đậu xe công cộng miễn phí, miễn phí sử dụng đường thu phí, miễn phí đăng ký hàng năm, miễn một số loại thuế bán hàng và khấu trừ thuế thu nhập. Vâng, tôi biết đúng! Ngay cả khi Tesla Model S là một chiếc xe hạng sang, những ưu đãi này khiến việc mua Teslas gần như ngang bằng với việc sở hữu một chiếc xe hơi truyền thống.

Các chính phủ khác có thể dễ dàng đưa ra các ưu đãi tương tự, lý tưởng là hết hạn sau khi xe điện đạt đến một ngưỡng nhất định của tổng sở hữu ô tô quốc gia (như 40%) để đẩy nhanh quá trình chuyển đổi. Và sau khi những chiếc xe điện cuối cùng đại diện cho phần lớn đội xe của công chúng, một khoản thuế carbon nữa có thể được áp dụng cho những chủ sở hữu còn lại của xe động cơ đốt để khuyến khích họ nâng cấp lên xe điện vào cuối trận.

Trong môi trường này, các chính phủ đương nhiên sẽ cung cấp các khoản trợ cấp cho nghiên cứu về tiến bộ của xe điện và sản xuất xe điện. Nếu mọi thứ trở nên rắc rối và các biện pháp khắc nghiệt hơn là cần thiết, các chính phủ cũng có thể yêu cầu các nhà sản xuất ô tô chuyển tỷ lệ phần trăm cao hơn trong sản lượng sản xuất của họ sang EV, hoặc thậm chí bắt buộc sản lượng chỉ dành cho EV. (Những nhiệm vụ như vậy đã có hiệu quả đáng kinh ngạc trong Thế chiến II.)

Tất cả các lựa chọn này có thể đẩy nhanh quá trình chuyển đổi từ xe đốt sang xe điện trong nhiều thập kỷ, giảm sự phụ thuộc trên toàn thế giới vào dầu mỏ, tạo ra hàng triệu việc làm mới và tiết kiệm cho chính phủ hàng tỷ đô la (nếu không sẽ được chi cho nhập khẩu dầu thô). .

Đối với một số bối cảnh bổ sung, có khoảng hai trên một tỷ ô tô trên thế giới ngày nay. Các nhà sản xuất ô tô nói chung sản xuất 100 triệu ô tô mỗi năm, vì vậy tùy thuộc vào mức độ chúng ta theo đuổi quá trình chuyển đổi sang EVs mạnh mẽ như thế nào, sẽ chỉ mất một đến hai thập kỷ để thay thế đủ số lượng ô tô trên thế giới nhằm phục hồi nền kinh tế tương lai của chúng ta.

Một sự bùng nổ sau điểm tới hạn

Một khi xe điện đạt tới mức sở hữu trong cộng đồng nói chung, khoảng 15%, thì sự phát triển của xe điện sẽ trở nên không thể ngăn cản. Xe điện an toàn hơn rất nhiều, chi phí bảo trì thấp hơn nhiều và đến giữa những năm 2020 sẽ tốn ít nhiên liệu hơn nhiều so với xe ô tô chạy bằng khí đốt — bất kể giá khí đốt có giảm đến đâu.

Những tiến bộ công nghệ tương tự và sự hỗ trợ của chính phủ sẽ dẫn đến các ứng dụng tương tự trong xe tải, xe buýt và máy bay EV. Điều này sẽ thay đổi cuộc chơi.

Rồi đột nhiên, mọi thứ trở nên rẻ hơn

Một điều thú vị xảy ra khi bạn đưa các phương tiện ra khỏi phương trình tiêu thụ dầu thô, mọi thứ bỗng nhiên trở nên rẻ hơn. Hãy suy nghĩ về nó. Như chúng ta đã thấy trong phần hai, thực phẩm, nhà bếp và các sản phẩm gia dụng, dược phẩm và thiết bị y tế, quần áo, sản phẩm làm đẹp, vật liệu xây dựng, phụ tùng xe hơi, và một tỷ lệ lớn của tất cả mọi thứ khác, đều được tạo ra bằng dầu mỏ.

Khi phần lớn các phương tiện chuyển sang sử dụng xe điện, nhu cầu dầu thô sẽ giảm xuống, kéo theo giá dầu thô giảm theo. Sự sụt giảm đó sẽ đồng nghĩa với việc tiết kiệm chi phí rất lớn cho các nhà sản xuất sản phẩm trên mọi lĩnh vực sử dụng xăng dầu trong quá trình sản xuất của họ. Những khoản tiết kiệm này cuối cùng sẽ được chuyển cho người tiêu dùng bình thường, kích thích bất kỳ nền kinh tế thế giới nào bị ảnh hưởng bởi giá khí đốt cao.

Các nhà máy điện siêu nhỏ cấp vào lưới điện

Một lợi ích phụ khác của việc sở hữu một chiếc EV là nó cũng có thể trở thành một nguồn điện dự phòng tiện dụng nếu một cơn bão tuyết làm sập các đường dây điện trong khu phố của bạn. Chỉ cần kết nối ô tô của bạn với ngôi nhà hoặc các thiết bị điện để tăng cường nhanh chóng nguồn điện khẩn cấp.

Nếu ngôi nhà hoặc tòa nhà của bạn đã đầu tư vào các tấm pin mặt trời và kết nối lưới điện thông minh, nó có thể sạc ô tô của bạn khi bạn không cần và sau đó cung cấp năng lượng đó trở lại cho ngôi nhà, tòa nhà hoặc lưới điện cộng đồng của bạn vào ban đêm, có khả năng tiết kiệm cho hóa đơn năng lượng hoặc thậm chí kiếm cho bạn một chút tiền mặt.

Nhưng bạn biết không, bây giờ chúng ta đang đi sâu vào chủ đề năng lượng mặt trời, và khá thẳng thắn, đó xứng đáng là cuộc trò chuyện rất riêng: Năng lượng mặt trời và sự trỗi dậy của Internet năng lượng: Tương lai của Năng lượng P4