Hur fordon med låg energi fungerar

Låg energi, ja ... men det här är egentligen inte det vi pratar om. Vill du lära dig mer? Kolla in dessa elbilbilder. MECKY / Photographer's Choice / Getty Images

Ett fordon med låg energi är en bil eller lastbil som använder mindre energi än ett konventionellt bensindrivet fordon. Lågenergifordon (eller LEV) har oftast formen av bensinelektriska hybrider eller plug-in-el, men det finns några mindre vanliga alternativ.

LEF: s fans inkluderar förespråkare för ren teknik och förnybara resurser, förare som gärna spenderar mindre på pumpen och miljön. LEV: er utformades för att minska beroendet av de icke-förnybara fossila bränslena som bearbetas för att tillverka bensin. Eftersom de bränner väsentligt mindre traditionellt bränsle (eller ingen alls) spyr inte LEV: er skadliga kemikalier i luften lika mycket som vanliga bensindrivna bilar. Så de är bättre för en långsiktig hållbar energiekonomi och de är bättre för luften vi andas in.

Vi tvekar just nu att kalla LEV: er en trend, vilket är bra. De är inte längre särskilt nya, även om tekniken fortsätter att förbättras när det gäller att bli mer effektiv, mer tillgänglig och lättare att använda och mer som en vanlig bil som en genomsnittlig person skulle vilja köpa och köra. Även om alternativa bränslemotorer en gång hittades enbart i aerodynamiska kompaktbilar som ofta hölls vara för obekväma för att få massa tilltalande, är det stigmatiskt mest föråldrat. Lastbilar, SUV och lyxbilshoppare har alla LEV-alternativ ... och den en gång fåniga Prius, nu en vardaglig syn, märker fortfarande sina vinklar som ett hedersmärke.

Vi ser inte på LEV: er som outliers längre; de har smidigt integrerat sig i trafikflödet. Men de underliggande skillnaderna förstås fortfarande inte allmänt. De är värda en närmare titt. Och allt detta väcker frågan: Är LEVs den nya normen ... och hur kommer det att fungera?

Innehåll

1. Två gånger kraften, halva bränningen
2. Två miljoner och räkning: Är hybrider den nya normen?
3. Precious Plug-ins
4. Kommer elektricitet någonsin att leverera rätt laddning?
5. Och när hybrider och elektricitet inte är tillräckligt trött ...
6. Författarens anmärkning

Stadens tjänstemän meddelade i februari 2012 att 92 procent av San Franciscos taxaflotta består av hybrid- eller CNG-fordon, vilket gör San Francisco till landets grönaste hyttstad. Justin Sullivan / Getty Images

Hybrider, en av de tidigaste och mest konsumentvänliga LEV: erna är vanligtvis bensin-elektriska konfigurationer. I allmänhet driver en bensinmotor bilen, och en elmotor sparkar in för att hjälpa till under acceleration eller tung belastning. Varje tillverkare har tänkt sig på de exakta förhållandena bensin och elkraft för att passa deras målmarknad, med vissa som förlitar sig mer på elkraften, medan andra lutar mot bensin. Men för det mesta fungerar de ganska lika mycket. Detta arrangemang minskar avsevärt mängden bränsle som bränns, eftersom bilarna kan få jobbet gjort med mycket mindre motorer. Vissa hybridmodeller använder till och med elmotorn för all körning med låg hastighet eller låg belastning.

Hybrider har många andra funktioner som bidrar till deras energieffektiva rykte. Regenerativ bromsning var bland de mest innovativa av de tidiga hybridfunktionerna och används fortfarande. När föraren trycker på bromspedalen fungerar elmotorn som en broms och skickar en signal genom drivhjulet för att säga att hjulen ska sakta ner. Hjulen har emellertid fortfarande energi i sig, så istället för att den energin går förlorad (som det skulle genom regelbunden mekanisk bromsning) skjuts den tillbaka igenom drivlinan mot motorn, där den lagras tills bilen behöver den igen för acceleration. Många hybrider minskar eller eliminerar också bränsle som slösas bort vid tomgång genom att stänga av motorn när bilen stannar och slå tillbaka den när föraren slår på gasen.

Honda Insight och Toyota Prius, båda lanserades 2000, var de första massmarknadshybriderna som finns i USA. De omfamnades av ett litet men entusiastiskt segment av bilköpare, för deras oortodoxa aerodynamiska design lika mycket som deras jordvänliga rykte. De flesta konsumenter var dock tveksamma ... avstängda av de vinklade sluttande klyftorna, de främre inresekostnaderna och den självmässiga känslan av överlägsenhet som verkade hylla hybriderna som ett moln. Nu är de tillgängliga från nästan alla tillverkare i nästan alla former. Så hur lyckades hybriderna så småningom att charma massorna?

Den genomsnittliga konsumenten, inför uppgiften att köpa en ny bil eller SUV, har ingen tvingande praktisk anledning att inte överväga ett hybridalternativ. Priset på framsidan är det enda inträdeshindret och biltillverkare har lyckats klara av denna skillnad så att det praktiskt taget är försumbar vid ett nytt köp.

Antagande, naturligtvis, att alla andra saker är lika (som de aldrig är). Bilköp kan vara lika känslomässiga som de är logiska, och det är förståeligt om någons döda uppsättning på en modell eller trim som inte finns i en hybrid ... eller om en V8-knurr är för svårt att ignorera.

Men för den genomsnittliga personen spelar dessa saker ingen roll, och en hybrid passar just deras behov. Det i sig är en prestation av bilindustrin. Bara några minuters surfning ger en övertygande illustration. Till exempel har Toyota, en av de tidiga ledarna inom drivande vanliga hybrider, sex hybridmodeller tillgängliga från och med sommaren 2012 - döda även med bil- och skåpbil-sortimentet.

Två miljoner hybrider har sålts sedan 2012, med försäljningen som toppade strax före lågkonjunkturen och höll sig ganska stabil genom nedgången [källa: Essex och Holland]. Så även om en hybrid kanske inte är standardvalet för de flesta bilhandlare, fortsätter de att vinna nya konverteringar.

Elektriska fordon (vi kallar dem EV) är i sin tonårsfas, åtminstone jämfört med hybrider. Elbilar körs på elmotorer som drivs med batterier. När batteriet är tömt kan det saftas på en offentlig laddningsstation eller genom en speciell adapter som går ut från hushållens ström. Även om EV-batterier har förbättrats avsevärt, är de fortfarande en svag länk i ekonomin att äga en EV. Kostnader för ersättning och påverkan av bortskaffande kan få vissa människor att vrida händerna av ångest. Och i de första dagarna av elbilar påpekade kritikerna att förarna måste vara särskilt försiktiga med att inte tappa för långt från en laddningsplats. Batteriområdet har ökat och elinfrastrukturen har förbättrats, men behovet av att ladda upp efter varje pendling kan fortfarande vara en besvär.

Ett viktigt tema inom EVs är hållbarhet. Till exempel letar bilproducenter efter alternativ till de traditionella elektriska högdrivna permanentmagnetbaserade motorerna som förlitar sig på sällsynta jordartsmetaller. De letar också efter mer effektiva sätt att driva upp bilarna - även om de körs rena kan elen de använder komma från smutsiga källor (som kolanläggningar eller fossila bränslen).

Tidiga försök att integrera solpaneler direkt i bilar fungerade inte, men ett företag i New Jersey har avslöjat en EV-laddningsstation som använder solenergi för att driva upp bilens batterier. Dessa SunStations är mycket mer mångsidiga än den befintliga EV-infrastrukturen, eftersom de inte nödvändigtvis behöver ansluta till elnätet.

Det finns förslag som flyter runt som kan göra EV: er ännu effektivare och öka kostnadseffektiviteten för sina ägare. Ett team av forskare från University of Delaware föreslår att EVs främst skulle kunna slå på under högtider, när strömmen är billigare. Om en bil parkeras och ansluts till sin laddare när det finns en oväntad spik i kraftbehov, kan bilarna knackas för att mata sin lagrade energi tillbaka i nätet, och nätföretaget skickar en rabattkontroll eller elkrediter till ägare.

På EPA: s lista över toppeffektiva prestanda är de två nedre rankade på en kombinerad stad / motorväg 50 mil per gallon (21,3 kilometer per liter) (båda medlemmarna i Toyota Prius-sortimentet, den ena kantar ut den andra baserat på något högre stadsträcka ). Det mest effektiva fordonet på listan (och därför det mest effektiva fordonet som finns tillgängligt) är den elektriska Mitsubishi i-MiEV, som uppnår motsvarigheten till en kombinerad 112 mil per gallon (47,6 kilometer per liter).

Antag inte att biltillverkarna gör dessa investeringar av hjärtans godhet. Enligt lagen hålls de på utsläppsnormer, som vanligtvis verkställs av medelvärden. BMW kan till exempel kompensera den ineffektiva körsträckan för sina prestandabilar genom att producera exklusiva hybrider och elektricitet som kommer att tilltala BMWs målgrupp. Material som kolfiber och andra starka men ändå lätta kompositer förbättrar effektiviteten och hjälper till att rättfärdiga ett premiumpris, som båda ökar varumärkets street cred.

Ett annat lyxexempel, Tesla Roadster (som i princip är en elektrisk drivlinje fylld i en Lotus Elise-kropp) skulle vara en kraftfull liten bil enligt de flesta standarder och är extra imponerande för en EV. Dess elmotor producerar 288 hästkrafter och överför 88 procent av batteriets kraft till hjulen [källa: The Economist]. (Den genomsnittliga bilen uppnår cirka 30 till 40 procents drivkraftseffektivitet.) En elektrisk sportbil som denna kan vara en bil i krisen i mitten av livet för de rika, men den visar fortfarande vad som är möjligt.

Elektriska fordon uppnår endast mainstream-acceptans om bilköpare blir bekväma med sina egendomar - de egenskaper och egenskaper som gör att de verkar besvärliga. Biltillverkare och marknadsförare har arbetat hårt för att vissa upplevda nackdelar verkar vara fördelar (till exempel måste du ansluta din EV för att ladda medan du shoppar ... men du kanske får en prioriterad parkeringsplats vid laddningsstationen- vänlig mataffär). Att hitta terminologi är en utmaning med ett liknande mål. Så för att sätta elektriska fordon i ett sammanhang kommer bilhandlare att förstå, de är rankade i mil per gallon för att möjliggöra jämförelser med bensindrivna fordon. Naturligtvis finns det inga gallon i ett EV: s batteri, så standarden är att 33,7 kilowattimmar är lika med en gallon bensin (båda producerar samma mängd energi).

Hittills har EVs försäljning dock en besvikelse för vissa men ändå inspirerande för andra. Nissan Leaf och Chevy Volt, USA: s två första alternativ, sålde en kombinerad 17.345 år 2011. Dessa försäljningar faller under Nissan och GM: s förväntningar men är mer än dubbelt så mycket som Honda Insight och Toyota Prius hybrider. av 9350 - och se hur långt de har kommit sedan år 2000 [källa: Szczesny].

De lider fortfarande av växande smärta - hittills 2012, Chevy påminde om Volts för att studera faktiska batteribränder, och kort efter lanseringen, Fisker återkallade alla sina Karmas för att bedöma risken för potentiella bränder. Sådana problem är dock karakteristiska för alla fordon - varje bil kan uppleva mekaniska problem.

Det finns vissa bevis som tyder på att EV: er uppfyller sina ägares förväntningar ... men det är inte exakt enkelt. En studie av plug-in-el i Kalifornien visar att bilarna där körs i genomsnitt 26 mil (41,8 kilometer) per dag, vilket är betydligt mindre än amerikanerna tror att de kör. Här är fångsten (eller åtminstone en av fångsterna): Dessa bilar tenderar att ägas av människor med oproportionerligt höga inkomster, till exempel, sex siffror och högre. Det kan kanske inte betraktas som allvarligt rika, men det betyder att bilförare i Kalifornien inte exakt representerar den allmänna befolkningen. De är ändå benägna att äga elbilar och kan göra det utan för mycket kramp på livsstilen.

I mitten av 2012 var försäljningen av EV före 2011, medan fler modeller anslöt sig till Leaf and Volt. Industrianalytiker förutspår en ökning som sannolikt kommer att härma den årtionden långa uppstigningen av gaselektriska hybrider, även om fortsatt förbättring till traditionella bensinfordon bromsar tillväxten.

En Honda FCX-konceptbil visas på den 100: e årliga Los Angeles Auto Show den 30 november 2006 i Los Angeles, Kalifornien David McNew / Getty Images

... det finns alltid ett alternativ som glimter i horisonten. Som vatten. Eller majsfält.

Två tekniker som visade mycket tidigt löfte baserade sig på biobränslen: väte och etanol. Och även om det fortfarande pågår en hel del forskning för att utveckla effektiva och kostnadseffektiva metoder för att skörda denna energi och bestämma långsiktigt hållbarhet, har tidiga försök att massmarknadsätta dessa bränslekällor underskräckt deras potential.

Vätebilar körs på en bränslecell som fungerar som ett batteri på det sätt det lagrar och levererar ström - skillnaden är att en bränslecell tappar och måste fyllas på. Bränslecellen fungerar genom att dela väte i dess basdelar - en elektron och en proton. Elektronerna samlas för att bilda elektricitet för att driva bilen, som efterlämnar joniserat väte. Ett snabbt möte med lite syre på väg ned ur svängröret, och det är det - den här bilens utsläpp består av vatten.

Väte är det mest naturliga elementet på planeten, men det betyder inte att det är lätt att utnyttja det för bränsle. Väte kan produceras från vatten och naturgas, men processerna är ont. Det är upp till forskarna att ta reda på hur man kan göra det mindre ont - effektivare och billigare - än att producera petroleumbaserad bensin från fossila bränslen. Det finns också den klibbiga frågan om massavverkning av väte på ett miljövänligt sätt. Väte är också brandfarligt, vilket gör det svårt att lagra och transportera, särskilt i gasform.

Trots allt finns det några vätebilar på marknaden, men själva marknaden är ganska begränsad. Mer specifikt kan invånare i Kalifornien, för en rejäl månads summa, hyra en vätebil (Honda FCX Clarity är den mest framstående, med viss konkurrens från Mercedes) - kostnaden inkluderar underhåll, försäkring och vätebränsle. Toyota och Hyundai hoppas kunna börja sälja vätebilar 2015 (Toyotas riktiga försäljningspris är cirka $ 50 000) även om infrastrukturen fortfarande kommer att göra äganderätt till ett krångel för de flesta amerikaner. GM och Toyota säger att de kan bygga bilarna för 10 procent av vad de brukade (även om kostnaden för att tillverka fortfarande är en låg sex siffror per stycke) [källa: Valdes-Dapena]. Men bli inte för upphetsad. De kommer inte att vara tillgängliga att köpa, i Kalifornien eller någon annanstans, förrän betydande framsteg har gjorts när det gäller överkomliga priser (tillverkare måste visa att de kan bygga vätebilar till en kostnad som innebär att de kommer att prissättas prisvärt för ett större segment av befolkningen) och infrastruktur (vätebränsle är rimligt tillgängligt).

Även om väte inte är ett biobränsle, upptäckte helt enkelt forskare i Storbritannien nyligen ett sätt att producera rent biohydrogen från matavfall utan utsläpp. Denna process kan till och med användas för att göra väte från biprodukter från etanolproduktion [källa: Hill].

Naturligtvis leder det oss till etanol, det andra stora biobränslet med potential, som också har drabbats av stora bakslag. E85, ett sådant exempel, är ett bränsle som är en blandning av 85 procent etanol (ett majsbaserat bränsle) och 15 procent bensin. (Däremot innehåller vanlig bensin cirka 10-procentig etanol.) Genom att späda ner bensinen används färre fossila bränslen och bilen spottar ut en mindre koncentration av skadliga smog-orsakande kolväten. Vissa branschexperter hoppades att E85 skulle hjälpa till att lösa våra energilösningar, men hela ansträngningen var en röra från början.

General Motors investerade kraftigt i att utveckla och marknadsföra E85-vänliga flexbränslefordon som kunde köras på både biobränsle och bensin (skeptiker säger att det var för att uppnå federala bränslestandardvärden i GM: s hela sortiment). Samtidigt uppmuntrade statliga subventioner jordbrukarna att odla majs för etanolproduktion snarare än mat. Priserna hölls lägre än vanlig bensin tack vare federala skattekrediter på 38 cent per gallon. Trots dessa ansträngningar hade den lilla andelen människor som tog språnget av förtroende för att köpa ett nytt E85-fordon svårt att hitta leveranser av bränslen - bensinstationer som sålde E85 var svåra att hitta och bara fanns i vissa regioner 2 procent av bensinstationer). Slutet av dessa majs avtar innebär att det finns mycket mindre incitament att göra E85, och skattekrediterna som gick ut i början av 2012 innebär att priserna är betydligt högre. Priserna är särskilt flyktiga för E85 eftersom marknaden beror på både bränslepriser och majspriser.

Om väte och biobränslen kan övervinna deras skadade rykte, kan de fortfarande ha en roll i LEV: s framtid. Det är optimistiskt att tro att vi kan driva våra bilar med förnybara resurser, men åtminstone vet vi att det inte är verkligen omöjligt.

Det är svårt att dra sig ifrån om tillförlitligheten för plug-inelektrik förbättras eller minskas av den Kaliforniska borgarklassen. Enligt CleanTechnica ägs hälften av alla EV: er i Kalifornien av hushåll med en inkomst över $ 150 000 [källa: Shahan].

Visst, det går inte långt i Kalifornien ... så hör jag. (Men jag skulle verkligen inte ha något emot att handla upp med plats och livsstil.)

Statistiken kommer verkligen inte som en överraskning. Det är meningsfullt att Kaliforniens ganska unika situation studerades för den här artikeln, eftersom staten investerade så mycket i teknik och infrastruktur för att stödja elfordon. Detta beror på att kalifornier är stereotypa antagare av nya tekniska innovationer och de är stereotypa intresserade av miljövänliga sysselsättningar. Kalifornien måste också driva dessa initiativ. Det är enormt, folk kör mycket, och i vissa delar av staten (här ser du, L.A.) är luften smutsig.

Det verkar dock lite hyckleriskt att dessa sexsiffriga hushåll förmodligen inte använder en EV som sin enda bil (baserat på antydningar gjorda av nämnda källartikel ... och stöds av min kanske begränsade förståelse av mänsklig natur). Det är naturligtvis bättre att använda en EV för en resa inom räckviddens gränser, men när alla dessa goda vibins mil kompenseras av joyrides i midlife-crisis-mobile, vad är då poängen? (Om vi ​​naturligtvis inte pratar om en Tesla.)

Kanske är bortkopplingen ett resultat av att man tänker att undvikande av konsumentism borde vara en naturlig bieffekt för miljövänlighet ... men inte heller är egenskaper som hör till bilindustrin. När EV: er sprider sig österut, kommer vi förmodligen att se en förändring i deras roll.

relaterade artiklar

• 5 Lågprisbiobränslen
• 5 sätt Hybridbatteripaket förbättras
• Frågesport: Kan biobränsle göra det?
• Hur elbilar fungerar
• Hur vätebilar fungerar
• Hur väteekonomin fungerar
• Vilka är de olika typerna av hybridbilar?

källor

• Ekonom. "Hästkrafter v Cash Cows." 17 maj 2011. (27 augusti 2012) http://www.economist.com/blogs/babbage/2011/05/electric_cars
• Ekonom. "Nikola Teslas hämnd." 2 juni 2011. (27 augusti 2012) http://www.economist.com/node/18750574
• Ekonom. "Revenge of the Petrolheads." 11 december 2011. (27 augusti 2012) http://www.economist.com/node/21541443
• Ekonom. "IBeamer." 14 juni 2012. (27 augusti 2012) http://www.economist.com/blogs/schumpeter/2012/06/electric-cars
• Eisenstein, Paul A. "Kommer E85 att försvinna från marknaden?" Detroitbyrån. 17 juni 2011. (27 augusti 2012) http://www.thedetroitbureau.com/2011/06/will-e85-vanish-from-the-market/
• Essex, Randy och Holland, Ben. "Varför så många kritiker efter 17 000 EV-försäljning under första året?" Rocky Mountain Institute. 5 januari 2012. (29 aug. 2012) http://blog.rmi.org/why_so_many_critics_after_17000_ev_sales_in_first_year
• Hill, Joshua. "Väte - morgondagens biobränsle?" CleanTechnica. 17 maj 2012. (28 augusti 2012) http://cleantechnica.com/2012/05/17/hydrogen-tomorrows-biofuel/
• Meyers, Glenn. "Vad hände med metanolekonomin?" Fråga." CleanTechnica. 15 mars 2012. (27 augusti 2012) http://cleantechnica.com/2012/03/15/the-what-happened-to-the-metanol-economy-question/
• Richardson, Jake. "Solenergidriven elladdare har avslöjats." CleanTechnica. 26 augusti 2012. (27 augusti 2012) http://cleantechnica.com/2012/08/26/solar-powered-electric-vehicle-charger-launched/
• Shaffer, David. "Vägen för E85-bränsle blev just tuffare." Star Tribune. 7 januari 2012. (28 augusti 2012) http://www.startribune.com/business/136838948.html
• Shahan, Zachary. "Kalifornien Plug-In-bilägare som kör mindre och sparar allvarliga pengar." CleanTechnica. 26 augusti 2012. (27 augusti 2012) http://cleantechnica.com/2012/08/26/california-plug-in-car-owners-driving-less-saving-serious-money/
• Szczesny, Joseph. "Försäljning av elfordon före föregående års takt." NBC News. 6 mars 2012. (29 aug. 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 augusti 2012) http://www.toyota.com/modelselector/index.html
• U.S. Department of Energy. "Elektriska fordon." 2012. (27 augusti 2012) http://www.fueleconomy.gov/feg/evsbs.shtml
• U.S. Department of Energy. "Fueleconomy.govs Top Ten EPA-Rated Fuel Sippers (2012)." (27 augusti 2012) http://www.fueleconomy.gov/feg/topten.jsp
• U.S. Department of Energy. "Hur en hybrid fungerar." 2012. (29 augusti 2012) http://www.fueleconomy.gov/feg/hybridtech.shtml
• Valdes-Dapena, Peter. "Vätebilar: en nollutsläppslängd." CNN-pengar. 19 mars 2012. (28 augusti 2012) http://money.cnn.com/2012/03/15/autos/hydrogen-fuel-cell-cars/index.htm