Vätgasbil livscykelanalys

Mirai2

Förra veckans artikel om att Sverige inte har tillräckligt med el för att framställa vätgas till alla fordon om alla personbilar i landet skulle vara bränslecellsbilar gav upphov till en intressant fråga: hur ser livscykelanalysen ut för bränslecellsbilar? Ger de lägre utsläpp över deras livslängd jämfört med en elbil?

Toyota har under tyska testorganet TÜV-s överinseende gjort en detaljerad livscykelanalys av deras bränslecellsbil Toyota Mirai. Rapporten kan sammanfattas med bilden:

GV:bensinbil, HV:hybrid, NG:naturgas, RE:elektrolys, relativ skala där GV=1000

GV:bensinbil, HV:hybrid, NG:naturgas, RE:elektrolys, relativ skala där GV=1000

Av ovan graf framgår det att en Toyota Mirai släpper under sin livstid, inklusive tillverkning och skrotning, ut 60% av vad en motsvarande bensinbil gör om Mirai drivs av vätgas framställd från fossilt naturgas. Framställer man vätgasen via elektrolys av vatten och el från förnybara källor (vindkraft) blir utsläppen 32% av en bensinbils.

Vidare framgår det att Toyota Mirais tillverkning medför högre CO2 utsläpp än vanliga bilars. Vad kan det bero på? Mirai har ju inga stora batterier som kräver stora naturresurser att tillverka. Är det tillverkningen av bränslecellen som är så belastande? Nej, största delen av de ökade CO2 utsläppen under Toyota Mirais tillverkning kommer från ett annat, oväntat håll:

Mirai_material

GV:bensinbil, HV:hybrid, relativ skala där GV=1

Stapeln ”Precious metal” indikerar det platina och andra ädelmetaller som bränslecellen innehåller. Men största boven till de högre CO2 utsläppen under Toyota Mirais tillverkning är all kolfiber som bilen innehåller.

”Men vänta nu, Toyota Mirai har ingen kolfiberkaross” är det nu många som invänder. Nej, dess kaross är högst ordinär plåt – men vätgastankarna är gjorda av lager på lager av kolfiber!

Tillverkningen av vätgastanken i en vätgasbil är riktigt riktigt smutsigt. Men är det lika smutsigt som tillverkningen av batterierna till en elbil? Låt oss jämföra!

Testorganet TÜV har även gjort en liknande livscykelanalys på elbilen Mercedes B-klass electric. Även den bilen jämför de mot en motsvarande bensinbil:

Bklasse_co2

Eldrivna versionen av Mercedes B-Klasse Electric Drive släpper under sin livstid, inklusive tillverkning och skrotning, ut 76% av vad en motsvarande bensinbil gör om elversionen körs på europeisk elmix. Kör man på el från förnybara källor blir utsläppen 36% av en bensinbils. Beräkningen bygger på att bilarna körs 160,000 km under deras livstid.

Ställer man samman båda rapporterna får man följande resultat:

FCEV_BEV

I ovanstående graf har vi fört samman värdena från båda livscykelanalyserna. Mercedes siffror fick justeras något för körsträckan (deras analys byggde på 160,000 km, Toyotas på 150,000 km) och räknas om till samma relativa skala som Toyotas utredning, där fossilbilens totala utsläpp under dess livscykel är satt till 1000 och de andra bilarnas utsläpp är relativt detta.

Av bensinbilens totala CO2 utsläpp under sin livscykel sker 17.5% under dess tillverkning. Bränslecellsbilars tillverkning resulterar i 43% högre CO2 utsläpp än motsvarande bensinbils, framför allt på grund av deras vätgastank i kolfiber. Batterielbilars tillverkning resulterar i 84% högre CO2 utsläpp än motsvarande bensinbil, framför allt på grund av deras batterier.

Både vätgasbilar och elbilar släpper sedan ut mindre CO2 under sin livslängd än bensinbilar. Hur mycket mindre beror mycket på vad det är för drivmedel de drivs med. En vätgasbil som körs på vätgas framställd ur fossilt naturgas släpper ut 90% mer CO2 under sin livslängd än om den körs på vätgas framställd via spjälkning av vatten via elektrolys som drivs med el från förnybara källor. På samma sätt släpper en elbil ut 110% mer CO2 under sin livslängd om den körs på smutsig europeisk elmix jämfört med om den körs på el framställd av vattenkraft.

En stapel som inte visas i grafen ovan är varianten med elektrolysanläggningar som drivs inte med vindkraft utan europeisk elmix. Med sådan vätgas som bränsle skulle bränslecellsbilen släppa ut mer än 50% mer CO2 under sin livstid än en bensinbil! Då är det till och med bättre att driva bränslecellsbilen med vätgas framställd ur fossilt naturgas. Tillgången till stora mängder förnybart fossilfri el är avgörande både för el- och bränslecellsbilars utsläpp.

Anledningen du har läst denna artikel så här långt är dock jämförelsen mellan livscykelanalyserna på el- respektive bränslecellsbilar. Av vår sammanställning verkar det som att bränslecellsbilar har något lägre total CO2 utsläpp under sin livslängd än elbilar, men skillnaden är mindre än vad många tror. En bränslecellsbil som körs på vätgas framställd via elektrolys med förnybart el släpper under sin livstid ut 68.5% mindre CO2 än vad en motsvarande bensinbil skulle ha gjort – en elbil som körs på vattenkraft släpper ut 65% mindre. Elbilens nackdel av högre tillverkningsutsläpp kompenseras till en del av mindre elförbrukning under dess livslängd, men med så små utsläpp förnybara energikällor ger kan det inte kompenseras till fullo. Slutliga skillnaden är 3.5 procentenheter till bränslecellsbilens fördel.

En bränslecellsbil släpper ut 3.5 procentenheter mindre CO2 under sin totala livscykel än en elbil, om man jämför deras utsläpp mot en bensinbils totala livscykels-utsläpp.

Skillnaden finns alltså där men den är långt mindre än vad många skulle ha trott. Siffrorna i denna snabbjämförelse tål dock att diskuteras och vi utger inte oss för att vara ett ackrediterat testhus. Ta resultaten med en nypa salt. Vi hoppas att mer adekvata och riktiga jämförelser görs i framtiden mellan dessa båda framtidstekniker!

 


TCS två år sedan: EU-s CCS-direktiv

För två år sedan gick vi igenom direktiv 2014/94 som EU-s direktiv ”om utbyggnad av infrastrukturen för alternativa bränslen” heter. Av många kallad ”CCS-direktivet”. Kommer den sätta stopp för Tesla Motors Supercharger snabbladdare när den träder i kraft nästa år? Vi har lusläst direktivet för att hitta svaret.

 

Tagged , . Bookmark the permalink.
  • Per Strömbäck

    Om bilarna rullar mer än 15-16 000 mil under sin livscykel bör det vara till batteribilens fördel. Men om man å andra sidan byter batteri efter t ex halva tiden så är nog vätgasbilen betydligt bättre (förutsatt att gastankarna inte måste bytas).

  • Top 12

    Vad är kostnaden vätgas per mil ? 10 kr ? vad kostar service på en vätgasbil ?
    I normalfallet är det inget som slår att ha 12 solpaneler ( 1500 mils körning per år i 50 år framöver ) och en elbil !
    Batteriet återvinns dessutom så det blir mer som en kolpatron till en laserskrivare en refill var 10:de år typ, med den stora skillnaden att priset på batteriet faller rejält och effekten ökar rejält.
    Vill tillägga att vår ena Tesla är snart 3 år och har körts 12.000 mil och än är degradering av batteriet knappt märkbart !

  • Kingsthrone

    Personligen ser jag vätgas som batteribilens vän snarare än fiende. Vi måste komma ihåg att dessa två ska ställas emot bensin- och dieselbilar som ju tillhör en helt annan kategori bilar, även om vätgasen till bränslecellsbilen är framställd ur naturgas.

    En vätgasbil är i praktiken en elbil med samma övriga drivsystem förutom just energibäraren. En vätgasbil har ju tom. ett buffertbatteri, vilket betyder att utveckling inom vätgasbilar gynnar elbilar och vice versa. Sedan tror jag kunderna kommer att efterfråga laddmöjlighet även i vätgasbilar, så skillnaden kommer endast märkas vid långresor.

    Jag tror dock att BEVs är och förblir den stora vinnaren framför andra tekniker just pga enkelheten. Men jag tror faktiskt det finns utrymme för vätgasbilar också. Man pratar om energiförlust vid konvertering mellan el och vätgas. Men vad man missar är att vätgas kan komma framställas på helt andra sätt (via alger och solljus tex) där inte effektiviteten är det viktigaste, utan kostnaden per framställt kg vätgas.

    • Top 12

      Allt kan gå fel batterier kan börja brinna, även om om det är otroligt sällsynt. Men jag befinner mig hellre i en batteribil än en vätgasbil när något går fel !
      Ser även att det blir svårt att producera både en vätgasbil och vätgas med infrastruktur till rimligt pris.
      Man kan knappast fylla tanken hemma heller.
      Så varför slösa bort tid, kompetent personal och enorma ekonomiska resurser på ett projekt som klart har oddsen mot sig ?

      • Kingsthrone

        Alternativ är bra helt enkelt. Jag tror den tunga trafiken mer eller mindre tvingas till vätgasdrift, just på grund av energikravet och den stora massa batterier som lastbilen skulle behöva ha, lång laddtid mm.

        Så vätgas kommer oavsett vad, i mina ögon. Och då tänker jag mig att det kan finnas de som verkligen behöver kunna fylla sin personbil på några minuter, och därmed skapas efterfrågan.

        Riskerna sedan med vätgasbilar är nog inte större än för tex bensinbilar.

        • JH

          JAg förstår inte riktigt varför de skulle tvingas till vätgas egentligen. Har du något rationellt skäl till det?

          • Kingsthrone

            Successivt ökade utsläppskrav medför i princip endast batteri- eller vätgasdrift.

          • JH

            Jo jag är medveten om att man måste byta till el. Det ifrågasätter jag inte. Däremot ser jag fortfarande inget rationellt skäl till vätgas drift i det här fallet heller. När man räknar på det så är batteri teknologin redan nu där det är ekonomiskt rationellt att köra rakt av på batteriteknologi.

          • G F

            Det är helt rätt att vätgasen kostar MINST tre gånger så mycket i form av energiåtgång.
            Vätgasen har fördel i vikt / energi förhållandet gentemot batterier. Det kommer ta säkert 30-40 år innan batterier får lika högt energi innehåll per kilo som en full vätgastank. Vi kommer dit förr eller senare. Men vi kan inte vänta i 40 år på att få rena el flygplan (IPCC). Där varje kilo räknas och man är villig att betala det högre priset för energi, kommer vätgasen att passa bra. På samma vis gynnas tunga väg frakter där varje extra kilo nyttolast är en ökad vinst åt fraktaren.

          • Björn

            Ändå envisas alla flygbolag med att servera mat och dryck. På banalt korta rutter. Kanske dags att kasta ut köket och varorna, engångsmuggar och en flygvärdinna (som inte behövs mer). Jag eftersöker även forskning på hybridsystem med elmotorer som drivs av %bränsle%-generatorer. Det tar inte 40 år att fixa

          • http://teslaclubsweden.se Tibor Blomhäll

            Du kommer inte så långt med bara en full vätgastank. Du måste ha även pumpar, rör, bränslecell, kylare, med mera extra utrustning runt den.
            REDAN IDAG har batterier högre energitäthet än bränslecells-system. Plockar du ut alla vätgastankar, pumpar, rör, bränslecell med mera från en Toyota Mirai och stoppar in batterier i utrymmet istället får du en bil med längre räckvidd!

          • G F

            Håller med dej Tibor, har alltid tyckt bränsleceller för personbilar är vansinne. Men det jag refererade till ovan var tunga fordon typ Nikola One eller som bränsle till elektriska långdistansflygplan. I sammanhang där det behövs åtskilliga MWh energi och i den effektklassen blir vätgas system mycket lättare och kompaktare än motsvarande batteri (med dagens batteriteknik). För Nikola One hävdar de tom att vätgas drivlinan med separata motorer för alla hjulen, inkl ett 320KW batteri blir 1 ton lättare än motsvarande dieseltruck, med samma dragkraft.

        • Top 12

          Jo om det funkar för lastbilar förändras ju allt och även för en stressad grupp som bara vill vara i depån några minuter ( gäller dock att man kan hålla sig länge eller är snabb på att tömma blåsan ;-) ), det håller jag med om.

    • micks

      Vätgas är väl bra till rymdraketer.
      Men kanske att den kunde vara bra till jetplan också, tror det har gjorts försök med det.
      Den är ju energität/kg i alla fall.

  • IrmaIsfot

    ”Men största boven till de högre CO2 utsläppen under Toyota Mirais tillverkning är all kolfiber som bilen innehåller.”
    Så det betyder att BMW i3 inte är så klokt konstruerad? :-( https://uploads.disquscdn.com/images/02657e9df873783c7392f9da73fd140322283bb95ecfbc959dfecf5da8c4997f.jpg

    • Top 12

      Elon tror ju att en Tesla eller BMW i3 kaross kommer ha en livslängd om 25 år och mer. Så man behåller stommen och byter ut det som slits allt efter som, det blir återanvändning och renovering. Kanske det mest kostnadseffektiva sättet att tillverka saker med lång livslängd och då minskar ju utsläppen också !

  • Björn

    När man passerat 20000 mil vinner elbilen.

  • G F

    BMW tänkte helt rätt när de skulle dra igång i3 produktionen. Om man ska göra en bil som inte släpper ut något, så borde man göra en fabrik som inte heller ger några utsläpp. Och så byggde de en helt egen anläggning som drivs enbart med förnyelsebar energi, sol och vind. Genom detta halverade de avtrycket av tillverkningen.
    Hade Mercedes gått tillväga på samma vis, skulle el varianten i artikeln bara haft ca halva livscykel avtrycket.
    Applicerat på fossil varianten skulle dennes livscykel endast påverkas marginellt.

    Så utfallet av jämförelsen hänger helt på hur ren produktionen av respektive el / vätgasbil som går på förnybart är. Hade man jämfört Mirai med i3 skulle förmodligen elbilen vunnit. Även kolfiber går att tillverka hållbart om man gör det med ren energi!

    Resterande 50% av utsläppen orsakas av deras underleverantörer. Kan även de ta fram råvaror mm och transportera allt med förnyelsebart går det att komma nära noll, vilket är helt omöjligt med fossilbilen.

  • Jolv

    Hm, MIT har helt andra siffror än vad du visar (till elbilens fördel). Med US elmix på 620g CO2e / kWh har en Model S lägre utsläpp över LCA än Mirai. Med svensk elmix så spelar dom inte ens i samma liga (fördel Model S).
    http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.6b00177 <— Hur dom kommer fram till siffrorna.
    http://carboncounter.com/ <— "Siffrorna", välj customize och bolla med Electricity Emissions.

    • Per Bengtson

      Nja, det stämmer inte riktigt! Ju ”renare” det blir att producera el för framdrivning, desto mer väger det över till Mirais fördel. Jag misstänker att det är därför Tibors siffror skiljer sig från MIT’s, den Europeiska elmixen är bättre än den Amerikanska. Kom du ihåg att ändra så att vätgasen produceras av elektrolys när du bollade med siffrorna?

      • Jolv

        Hm, hur jag än klickar så är alltid Mirai dyrare och sämre (CO2e) än en Model S.

        • Per Bengtson

          Jag ber om ursäkt, jag uttryckte mig nog otydligt. Vad jag menar är att skillnaden mellan Mirai och Model S blir mindre ju lägre utsläpp produktionen av el har. På den renaste elmixen är det knappt någon skillnad alls, men Mirai blir aldrig bättre än Model S. Det förklarar varför Tibors siffror ger en mindre fördel för elbilen än vad MIT’s analys ger. Sen har ju i och för sig Mercan ett mycket mindre batteri än vad Teslan har och borde ligga bättre till i en livscykelanalys på grund av det, men det är en annan fråga.

          • Jolv

            Det har du rätt i. Dock så tolkar jag Tibors diagram som att Miraien är bättre än elbilen vilket inte MIT verkar hålla med om. Nu ser man ju bollar och inte siffror men det ser ut som att vid bästa elläge så släpper en:
            BMW i3 ut ca 25g CO2e /km över sin livstid
            Tesla Model S ca 35g CO2e /km över sin livstid
            Toyota Mirai ca 50g CO2e /km över sin livstid
            Toyota Corolla ca 210g CO2e /km över sin livstid
            Toyota Tacoma (Pickup) 410g CO2e /km över sin livstid

  • Per Bengtson

    Tack Tibor, det var en intressant jämförelse och svarar på min fråga angående förra veckans artikel! Om sifforna håller är det dessutom väldigt glädjande! Jag kör hellre på el än på vätgas, men bara om det är jämförbart ur miljöhänseende. Sammantaget får man väl säga att det kanske finns en plats för båda teknikerna i framtiden och vilken teknik som väljs får avgöras av vad som passar bäst för olika användningsområden.

    Sen lärde jag mig något nytt och intressant också som inte är relaterat till el vs. vätgas. Jag visste att det kostar mycket energi att framställa kolfiber, men att det kostar så pass mycket så det ger ett relevant intryck på livscykelanalysen förvånade mig. Det innebär ju att det blir helt meningslöst att som BMW minska vikten på bilen genom att producera vissa karossdelar i kolfiber kanske är det till och med negativt. Förbrukningen minskar marginellt i och med den lägre vikten, men det äts ju upp på nolltid i och med att det sker så stora utsläpp vid tillverkning.

  • Björn

    Mina reflektioner efter dagens debatt är att all gruvdrift är skitig oavsett vara. Deal with it. Det måste lösas snarast. Här kan vätgas från elektrolys vara högst intressant då varje dagbrott i princip skulle kunna framställa sin egna vätgas om man avsatte en liten plätt till ett vindkraftverk.
    Samma gäller tunga transporter och kylbilar, dieselgeneratorer osv.
    För persontransport är försprånget och totala kundnyttan redan avgjort till batteribilens fördel. Detta vet även tillverkare av bränsleceller men det är lättare att få uppmärksamhet i media om man pratar om bilrevolution, än gruvdriftrevolution.

  • Marcus

    Men nu var det ju det där med strömmen som diskuterades i förra veckans artikel. Elbilens fördel är ju just dess låga energiförbrukning. Naturligtvis är det så att utsläppen för vätgasbilen blir låga när man förutsätter att all el för vätgasframställning kommer från förnyelsebara källor. Men det är ju där kruxet ligger. Då förutsätter man att dessa förnyelsebara källor existerar. Med samma resonemang skulle man kunna hävda att en bensinbil är extremt miljövänlig så länge den tankas med förnyelsebar etanol.