Äpplen och Päron

Hyundai Tucson vätgastank

Ofta hör man talas om hur vätgasbilar skulle vara lösningen på elbilars påstådda ”dilemma”. Att de klarar lång räckvidd och snabb laddtid. Och kommer bli billigare än elbilar i framtiden.

Problemet är att oftast jämförs framtidens vätgasbil med gårdagens elbilar.

Låt oss göra en lite mer rättvis jämförelse: vätgasbilen Toyota Mirai mot elbilen Chevrolet Bolt:

Chevrolet Bolt Toyota Mirai
Sittplatser 5 4
Bagageutrymme 480 L 360 L
Pris $37,500 $57,500
Motor 150 kW, 360 Nm 113 kW, 335 Nm
Acceleration 0-100 km/h 7 s 9 s
Vikt 1620 kg 1850 kg
Räckvidd upp till 40 mil upp till 50 mil

Chevrolet Bolt kan ta fler passagerare och mer bagage än Mirai, men är både 20,000 dollar billigare, lättare och har starkare motor. Framtida vätgasbilar kommer bli billigare än Toyota Mirai – men kommer de komma bli 20,000 dollar billigare?

Toyota Mirai har en gastank för 5 kg vätgas, vilket ju låter mycket lättare än Bolts batterier på 440 kg. Men enligt Mirais datablad väger själva vätgastanken 83 kg och bränslecellerna 56 kg. Plus alla rör och pumpar som ska leverera vätgas och luft till bränslecellerna och vattnet därifrån. Och till och med vätgasbilar har batterier på några kWh. Det är summan av alla dessa komponenter som gör vätgasbilen tyngre än batteribilen i jämförelsen ovan.

5 kg vätgas låter också betryggande lätt – tills man inser att vätgas är världens lättaste ämne. 5 kg vätgas under 87 MPa tryck tar 125 liter plats. Hälften av ditt kylskåps volym. Det utrymmet tas från bilens nyttoutrymme, då vätgastankar som ska motstå så höga tryck inte kan göras lika platta som batteripack som med fördel göms i bilens bottenplatta.

Men räckvidden, då? 50 mil mot 40? Toyota Mirai sägs komma ca 50 mil om dess vätgastank tankas full. Max tryck i vätgastanken är 87 MPa. Problemet är bara att dagens vätgasmackar kan bara leverera vätgas med antingen 35 MPa eller 70 MPa tryck. Du kan alltså antingen tanka bilen 40% eller 80% full – aldrig 100% full. En elbil kan du alltid ladda 100% full, och dessutom göra det hemma utan behov av dyra tankstationer.

För att öka på räckvidden måste vätgasbilen antingen få större tankar eller öka på trycket i tanken. Större tankar betyder att ännu mer av bilens bagageutrymme går åt. Större tryck innebär förutom behovet av starkare och därmed tyngre gastankar även att vätgasmackarnas tryck måste ökas. Alla vätgasmackars i hela världen. Toyotas forskningschef Mitsuhisa Kato har när han avtäckte Toyota Mirai efterfrågat ett ”Nobelprisvinnande batteri” – men han behöver även en Nobelprisvinnande vätgastank ifall han vill bygga vätgasbilar med längre räckvidd.

För att få ökad räckvidd i en elbil behöver man stoppa in fler eller effektivare battericeller. Tesla Model S har visat att med tusentals små celler gömda i bilens bottenplatta kan man bygga elbilar med stor batterikapacitet utan minskade innermått. Nissan Leafs batteripack har i år förbättrats från 24 till 30 kWh via effektivare celler – i ett batteripack med bibehållen mått och vikt. Nästa generations Leaf med 60 kWh batteripack ska också ha samma mått och vikt – endast batteriernas effektivitet ökas. Man kan öka elbilars batterikapacitet genom att lägga till fler eller effektivare battericeller utan att bilens vikt eller innerutrymmen nämnvärt påverkas.

Medan Toyota Mirai måste tankas på speciella vätgasstationer för att få ut maximal räckvidd -eller räckvidd över huvud taget, iom att man inte kan tanka den hemma- kan Chevrolet Bolt laddas 100% full på alla Sveriges 50 miljoner vägguttag.

Laddtiden, då? Där briljerar ju vätgasbilen i alla fall? Ja, att tanka Mirai tar enligt Toyota fem minuter. Efter att du har kört en lång omväg till tankstationen. Chevrolet Bolt väntar dig fulladdad hemma varje morgon, utan att du behövt åka några omvägar för att ladda den.

Tanktiden på fem minuter behöver nog också tas med en nypa salt: enligt Green Car Reports som en av få har fått besöka en vätgasmack och tanka en vätgasbil tog det först en minut för pumpen att få upp trycket, och sedan 10 minuter att fylla vätgastanken en tredjedel (den sista tredjedelen, tanken var redan 2/3 fylld innan tankningen). Att tanka vätgasbil är som att ladda en batteribil: tankningen går snabbt i början, men hastigheten avtar ju mer bilens vätgastank blir fylld. Som att försöka blåsa mer luft i en redan uppblåst ballong. De första 50% av vätgastanken kan säkert fyllas på 5 minuter, men de sista procenten tar mycket mer tid. Tanktiden är inte linjär som på en bensinbil utan logaritmisk som för en elbil.

En full tank för Chevrolet Bolt kostar 60 kronor när du laddar bilen hemma, och milkostnaden blir ca 2 kronor milen. Toyota Mirai kan inte tankas hemma utan måste tankas på vätgasmack, där vätgasen kostar 80 kr per kg. En full tank kostar då 400 kronor, och milkostnaden blir 8 kronor milen.

Endast om du ska åka riktigt långt får du någon fördel av vätgasbilen. Efter att ha kört 30 mil måste Chevrolet Bolt stanna och ladda i trekvart – medan Toyota Mirai kan tanka på 5 minuter och köra vidare (ca 80% laddning/tankning i båda fallen). Skulle Chevrolet ha gjort Bolt kompatibel med Tesla Motors Supercharger laddstationer skulle laddtiden ha minskats till 20 minuter. Snabbare, men fortfarande inte 5 minuter.

Det finns långt fler snabbladdare i världen idag än vätgasstationer. Prisskillnaden mellan dem -då en snabbladdare kostar mindre än en trettiondel av en vätgasmack- gör att vätgasstationer kommer få mycket svårt att någonsin kunna komma ikapp. Och medan en snabbladdare är konstant ansluten kraftnätverket måste en vätgasstation fyllas på med tankbil efter tankbil.

Framtida bilköpare får avgöra om mindre bagageutrymme, dyrare bil och drivmedel, och krångligare tankning till vardags uppvägs av vätgasbilens fördel med snabbare tankning på långresor.

Tagged , , . Bookmark the permalink.
  • Axel Svensson

    Tackar för ytterligare en bra artikel! En rättelse krävs dock. Toyota Mirai har bara fyra säten totalt, alltså inte 4+förare utan 3+förare eftersom de gömt ytterligare en bränsletank med ledning under det som skulle vara mittensätet. Vad gäller just vätgastankarna, det skulle inte bara behövas Nobelprisvinnande vätgastank utan ett mirakel och att man bryter mot fysikens lagar för att få mycket mer vätgas i tanken. Rent fysikaliskt kan man som mest pressa vätgasen tills den blir flytande men även då tar den upp för mycket volym för att vara effektiv i en personbil, för att inte prata om den energi som krävs för att dels få vätgasen till flytande och de svårigheter det är att hålla den flytande. Personbilar med vätgas kommer aldrig att ha lång räckvidd, rena elbilar kan få det redan idag men skulle väga några hundra kilo till och kosta en hel del till med dagens priser. Batteribilen måste dock inte bryta fysikens lagar…

    • http://teslaclubsweden.se Tibor Blomhäll

      Ja det har du rätt i! Rättat i artikeln. Tack!

  • Olle Öberg

    Tråkigt att det måste vara så stora konflikter mellan de som är för batterier och de som är för vätgas! Båda alternativen är ju mycket bättre än bilar med förbränningsmotorer!

    Och enligt mig är båda bilarna elbilar, de drivs ju båda av elmotorer! Att bara kalla de bilar med batterier för elbilar är ju lika dumt som att kalla laddkontakter för laddare!

    • http://teslaclubsweden.se Tibor Blomhäll

      Konflikt och konflikt. Personligen tror jag också på att framtidens bilflotta kommer bestå av både bränslecell- och batterielbilar, och syntetisk bensin också. Men när folk hävdar fel fördelar för bränslecellsbilar måste man berätta hur det ligger till: vätgastankarna är så mycket större batterier att det blir svårt att bygga vätgasbilar med vettiga innerutrymmen och lång räckvidd.

      • G F

        Det enda fallet som jag tror vätgas kommer att kunna konkurrera ut batteriteknik, är vid tunga transporter. Långtradare o sjöfart mm. där lång räckvidd är viktig. Men där stora tunga tankar med lägre tryck inte spelar så stor roll. Batterikostnaden för dessa ändamål skulle bli astronomisk!

        • Axel Svensson

          Ja, bränslecellstankar för vätgas är mycket billigare att expandera. Att ha vätgastankar för 20 kg vätgas istället för 5 kg som i Toyota Mirai kostar inte särskilt mycket, särskilt inte om man jämför med prisskillnaden för 100 kWh batteripack mot 400 kWh. I en personbil är det dock inte praktiskt möjligt att ha mer än ca 5kg vätgastankar, i större fordon spelar det oftast inte så stor roll.

        • Peter

          Just långtradare är intressanta för med våra regler för maximal kontinuerlig körtid så borde de gå att göra batteridrivna utan några stora kompromisser. 4,5 timmar i 90 km/h ger ju bara 40 mil kontinuerlig körsträcka så det skapas naturliga avbrott för snabbladdning eller batteribyte på vägen.

          Batterikostnad och storlek borde också bli hanterbar. Utifrån den här artikeln så verkar den långtradaren kräva ca 10 kWh mekanisk energi per mil om man räknar med 10 kWh per liter diesel och 50 procent verkningsgrad för motorn. Lägger man till lite omvandlingsförluster så borde ändå ett batteri på ungefär 500 kWh vara tillräckligt. Med Teslas batterier så skulle man då få en batterivikt på ca tre ton, något som låter väldigt hanterbart i ett ekipage som väger 40 ton, det blir ju faktiskt en markant lägre andel av totalvikten än för en Model S. Kostnaden blir dock rätt hög, runt en miljon kr om man räknar med en batterikostnad på 2000 kr/kWh, men eftersom långtradare kör så långa sträckor jämfört med personbilar så borde det ändå kompenseras av bränslebesparingarna förhållandevis snabbt.

          • G F

            Jag räknad lite på det och kom fram till att det behövs minst 1 MWh för att klara 40 mil med släp med full last i alla väder + lite marginal,. 7-8 ton batterier o snabbladdare på 1 MW!
            En vätgas variant kostar inte så mycket att skala upp och väger mycket mindre.

            Men en vacker dag kommer vi säkert att se det med lätta många gånger energitätare batterier. Fast jag tror det vi kommer att få se innan dess blir någon variant av elektrifierade sträcker av motorvägsnätet. Med mindre batterier ombord behöver inte elektrifieringen vara heltäckande. typ (fast utan dieselmotorn) http://teknikensvarld.se/bygget-med-att-gora-om-e16-till-elvag-har-inletts-224339/

      • Sven Svederberg

        Hej Tibor.
        Det du förbisett är att batteribilar är nära nog tre gånger så energieffektiva som bränslecellsbilar. Omräknat till energi motsvarande bensin tar Tesla model S ca 2,3 l på 10 mil medan bränslecellsbilen tar motsvarande 6,0 l per 10 mil.

        • Axel Svensson

          Visst är bränsleceller mindre effektiva än batteribilar men de är ändå effektivare än fossilbilar. Jag tycker att just energidensiteten för vätgas har missats i debatten och därför viktig att lyfta. Det är detta som gör vätgasbilar som direkt olämpliga till personbilar. Som jag tycker Tibor hintar så kommer marknaden att avgöra frågan och då till batteribilarnas fördel. Hur många kommer vilja betala mer för en bil med färre säten, mindre bagage, slöare motor, tyngre och klumpigare bara för att slippa ta en extra rast på en kvart när man kör längre än 30 mil i streck? Extra kvarten är under förutsättningen att det finns vätgasstation på lämplig plats vilket det inte gör idag.

        • DanzigD

          Och toyota prius tar 4.7 liter per 10 mil och kan köpas begagnad för en bråkdel av priset för en Mirai. Foolcells! :P

          • G F

            5.7 L på årsbasis för mej (gen2, gen3 drog 5,2 L) mätt på vad man köper i pumpen under ett år delat med antal körda mil (försöker köra snålt) Men vilken biltillverkare mäter så?

    • G F

      Anledningen till den starka kritiken från oss elbilsvänner, ligger nog till stor del i att vätgasbilen har i alla tider utmålats av bilindustrin som den utopiska slutgiltiga lösningen. Och i väntan på att utopia ska infinna sej ska vi med gott samvete fortsätta köpa deras bensin o diesel bilar.

      För genom att göra det, så gynnar du ditt bilföretag som givetvis utan att blink avstår från att redovisa miljardvinster. I stället investerar de sin sista krona på att ta oss till en helt ren planet (eller hur)?!?

      Genom detta oansvariga beteende så har de lyckats fördröjt elbilens ankomst avsevärt!
      Därav det röda skynket när någon säger ordet: vätgasbil.

    • Axel Svensson

      Visst är det så att både bränslecellsbilen och batteribilen är elbilar. Faktiskt är det också så att alla bränslecellsbilar även är batteribilar. Toyota Mirai har visserligen bara 1,5kWh batteripack men Hyundai Tucsun FCV har hela 24 kWh batteripack.

      Jag har inget alls emot bränslecell som teknik och tror att detta i framtiden (om 20-30 år) kan få stor påverkan på transporter. Det kommer dock inte vara i form av vätgas (H2) som man lagrar vätet när det gäller vanliga personbilar utan bundet till andra ämnen för att på så sätt få högre energidensitet per volym. Dock så förlorar man än mer på effektiviteten då och det blir än dyrare än vad det är idag.

      Dagens vätgasbilar är dock en återvändsgränd som de stora fossilbilstillverkarna verkar använda som alibi för att slippa ställa om till miljömässigt bättre bilar. De vet att bränslecellsbilar kräver många år av grundforskning, ytterligare många år av utveckling och ännu fler år av produktion. Eftersom det tar så lång tid så kan de hela tiden peka på bränslecellsbilen och därmed inte behöva ställa om produktionen bort ifrån sina fossilbilar. Toyotas egna siffror över hur många Toyota Mirai de kommer producera visar detta också. Modellen lanserades 2014 och 2017 räknar Toyota med att kunna producera 3 000 bilar. Total världsproduktion under hela året är alltså 3 000 bilar…

      GM med flera verkar dock ha insett att det är en lönlöst att försöka trycka på för bränslecellsbilar och vill inte tappa marknadsandelar nu när utvecklingen av batteribilar går framåt. Från början planerade GM för 30 000 Chevrolet Bolt per år men har nu sagt att om efterfrågan kommer vara högre så kan de tänka sig att öka produktionen. Jag tror de inser att efterfrågan på en bra elbil är mycket större än vad de trodde från början.

    • Lars Löwgren

      Bränslecellsbilen togs fram av oljeindustrin för att kunna fortsätta sälja sina produkter och på nästan samma sätt. Behöver jag säga mer? Jag vill ha en elbil för att inte ge bort mina pengar till skurkstaterna som levererar olja.

  • Fredrik_Gustavsson

    Enda anledningen till att Toyota väljer vätgasbilar är för att maximera sina ZEV-credits i Kalifornien (och övriga deltagande delstater). Biltillverkare får nämnligen credits enligt ett antal krav, där en utsläppsfri bil med möjlighet till snabb tankning/laddning (<5min) ger fler credits än en utan. Mirai är en compliance car precis som GM EV-1 var tänkt (med skillnaden att EV-1 mötte en mycket stor efterfrågan och nöjda kunder, och kunde ha lyckats). Återstår att se om Toyota likt GM kommer använda misslyckandet för att statuera exempel "det är omöjligt att leva upp till era utsläppskrav, så ändra dem!".
    Det ökända "långa avgasröret" spelar också in här, vätgasen utvinns ur naturgas. Det är teoretiskt möjligt att utvinna vätgas ur vatten men det kommer aldrig ske i industriell skala, det kräver allt för mycket energi.

    Mirai är inget annat än resultatet av för slappt utformad lagstiftning. Ska man utforma miljölagstiftning ska den gälla livscykelutsläpp, inte tailpipe.

    • G F

      Det var precis av den anledningen jag tror Tesla byggde sin one-and-only automatiska batteribytes anläggning i CA. Med den klarar bilen att ”ladda fullt” på 90 sec. I stället för 5 ZEV får nu varje Tesla som levereras 7 ZEV krediter istället.

  • Lars Löwgren

    Jag tror att priserna på $57500 och 8kr/mil inte motsvarar kostnaden för produkterna. Företagen bakom går förmodligen med förlust vid varje försäljning, varför annars bara 3000st Toyota.

  • Johan Gustavsson

    Vätgas kommer nog bara va ett alternativ för kommersiella fordon som kör långa sträckor och i stift. Privat är nog inte vätgas ett alternativ för det blir nog för dyrt.

    • taliz

      Jepp, vätgas kan vara ett bra alternativ särskilt för tyngre fordon som lastbilar och bussar.
      De kör ofta långa sträckor och har stora tankar, vilket gör att det räcker med några få tankstationer.
      Med dagens batteriteknik fungerar det tyvärr inte med batterier för dem. Kanske om några decennier..

      Men för personbilar är vätgas bara korkat, batterier är definitivt framtiden för dem.

      • JH

        Som jag skrev ovan; fullstora bussar som du kan köpa över disk har 30 mils räckvidd det räcker för i princip all buss verksamhet som bedrivs i sverige. 100 mils räckvidd har demonstrerats för linjetrafik i Australien. Lastbilar som jag pratat längre upp här är lika möjliga att elektrifierad se andra inlägg jag gjort i ämnet (ovan).

        • taliz

          Tyvärr gör det inte det.
          Det finns gott om långfärdsbussar i vårt avlånga land, som kör betydligt längre än 30 mil åt gången.
          Jag åker tex själv direktbuss mellan Stockholm och norra Öland ibland, och det är 50 mil.
          Och elektrifiering av lastbilar är också en fantasi. En stor del av lastbilstrafiken i Sverige idag bedrivs inte av svenska bolag med moderna lastbilar, utan av bolag i öststaterna med minst sagt begagnade lastbilar.
          Att tro att de skulle köpa in dyra nya lastbilar bara för att de går att köra på el är bara en dröm…
          Och om man nu skulle köra lastbil på el, varför då inte helt enkelt transportera det hela på järnväg?
          Där finns ju redan infrastrukturen…

          • JH

            Järnväg (och jag jobbar professionellt med järnväg för tillfället) är 1800 tals teknik rakt igenom. Dessutom är det flexibelt som ett stålspett. Knappast något du bygger moderna distributionssystems kring. Jag tror inte det är ett dugg orealistiskt med linjetrafik med batteri drivna bussar och långtradare (och jag har räknat på det). Att det finns mängder med oseriösa aktörer i transportsektorn är känt, och ett politiskt problem. Inte ett tekniskt. Sådant går att åtgärda, och bör åtgärdas alldeles oavsett. Och dessutom är just linje trafik med buss en primary suspect för automatisering inom en inte alltför lång framtid. idag finns det bussar med certifierad räckvidd på 100 mil, även om man säger att körcykeln är supers näll och man bara får 60 mil så har du en långfärdsbuss. Speciellt som den skall klara två 2c laddning. Idagsläget är det mest en fråga om tillgänglighet som begränsar detta. Men det är en produktionsfråga, inte en teknisk begränsning.

            Om man bestämmer sig, visar jävlar anamma skulle man kunna etablera en ladd infrastruktur för tung trafik i hela Sverige enligt samma modell som tesla super charger system.Jag tro rinte det kommer hända, staten tjänar alldeles för mycket på transporter i dagsläget för att göra något sådant intressant. Men det ör politik och inte teknik…

    • JH

      Jag tror inte vätgas kommer användas ens där. Tittar du på bussar så finns det faktiskt elbussar som kan sättas in i reguljär linjetrafik redan nu. Och batteritekniken blir bara bättre. Så redan nu kan du alltså köpa bussar som skulle täcka behoven i sverige. De mest kapabla bussarna har räckvidder på 100mil (australiensisk tillverkare). De som är daglig drift, nu, har räckvidder på runt 30 mil med 1.6C laddning. givet att infrastruktur skulle behöva byggas i båda fallen, och givet att infrastrukturen för el är betydligt billigare och enklare, ja så är slaget över innan det ens startat. Lastbilar? Tja, för reguljär långtradartrafik behöver du omkring 500-600kwh lagringskapacitet, och det är bara nästa batterigeneration bort (enskilda år, inte decennier). Samma här. Nej, det här är kört för vätgasen.

      • Johan Gustavsson

        Hmmm, ok jag kan nog köpa om bussar, det är inte direkt samma vikter som lastbilar drar runt.

        Ska bli intressant å se hur lastbilstrafiken blir.

        • JH

          Jo det är en mer öppen fråga. Men som den ingenjör jag är har jag räknat på det lite granna och det finns väldigt lite som talar för bränsleceller redan idag. Och med den trend som är så finns det ännu mindre inom något år eller två.

          En buss, också en elbuss, väger in på 25 ton (med 340-400kwh), en långtradare på som absolut mest 61 ton. Den stora biten är inte tyngden, utan luftmotståndet i båda fallen. EN modest ökning med cirka 150-200kwh i långtradarfallet och du kan få räckvidder på 30 mil. Kombinerta med 2c laddning ( uteffekt 1.2 megawatt) och du är hemma. Det kan tyckas som stora effekter, men är faktiskt bara i paritet med vad ett pendeltåg tar när det startar från stationen. Faktum är att om man räknar lite på det och tar hänsyn till lag stadgad vilopaus mm så är 30mils räckvidd ganska optimalt för lastbilar givet att det finns laddstationer.

          • Johan Gustavsson

            Ska läsa lite om 1.6c och 2c laddning för det var nya begrepp för mig :)

            Ja speditörernas terminaltak lär bli fulla med solceller

          • JH

            C = batteriets kapacitet. 2C laddning innebär att du laddar med dubbla batterikapaciteten, dvs om du vill ladda en tesla s 85 med 2c bör laddaren ha 170kw uteffekt. Nu är ju batteriernas förmåga att ta laddning inte linjär utan trappar ned mot slutet så det finns en mängd grejor i detaljerna där så värdet är grovt och kan inte tillämpas utan eftertanke. Man måste ta batteriets karaktäristik med i beräkningen.

          • Johan Gustavsson

            Aha ok. Då har man lärt sig nått nytt :)

            Jo det e är ju så när man ska ladda fullt.

          • JH

            Litium tinat har annan karaktär. Men har också mindre energidensitet.

      • taliz

        Långfärdsbussar på el? Dream on.
        Det som finns idag är bussar för stadstrafik.
        Som sagt, tunga fordon som körs långt lär, tyvärr, inte fungera med batteridrift inom överskådlig framtid.

        • JH
          • taliz

            Man kan ju fråga sig vad 500+ kwh kostar, förmodligen inte lite.
            Som sagt för stadstrafik är det absolut görbart, men långfärdsbussar kräver så stora batterier att det blir för dyrt + svårt att etablera laddinfrastruktur.

          • JH

            Kostnaderna är en fråga om volym. Och volymerna är på väg upp och priserna ned. Amerikanska kalkyler ger vid handen att vid 150 dollar/kwh så är det ekonomiskt fördelaktigt med batterier istället för fossildrift. I princip för alla tillämpningar från traktorer till bilar. Svårighet att skapa laddinfrastruktur. Tja, det är billigare än att bygga vätgasmackar… Det här handlar som sagt inte om teknik. det är en fråga om politik.

  • taliz

    Man måste också tänka på hur vätgasen produceras.
    Idag görs så gott som all vätgas av naturgas, dvs den produceras med fossilt bränsle.
    Dessutom transporteras den av fossildrivna fordon.
    Så vad vinner man egentligen på att gå över till vätgas? Väldigt lite IMO.