Jakten på bränsle till framtidens bilar

Bo Svernström söker och hittar ett svar som är förvånande och självklart

helskärm

Etanolmotorer, batteribilar, biogas, hybrider, bränsleceller…

Listan är lång över lösningarna för att vi ska kunna fortsätta att köra bil. Men vilka har en chans att överleva om femton år?

Vi går på jakt efter framtidens bilar och bilbränslen.

På en institution vid centrum för Hållbar utveckling på Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm, utvecklas framtidens bilmotorer.

Nej, det är inte en bränslecell. Inte en batteridriven bil. Inte heller en solcellsmotor eller en motor som drivs av tryckluft.

Det är en helt vanlig förbränningsmotor. Precis en sådan som sitter i din bil i dag.

Mindre och snålare

Framtidens motor kommer säkert att vara mindre, bränslesnålare och förmodligen drivas av någon blandning av biobränsle och fossila bränslen. Men alltjämt: om tio, femton år kommer de allra flesta av oss fortfarande att köra med en traditionell bensin- eller dieselmotor.

Besviken?

Tja, utveckling handlar mer om ekonomi än om vilka uppfinningar som är bäst. För orsaken till att du inte kör omkring i en bränslecellsbil som bara släpper ut vatten eller har en stirlingmotor är – pengar.

– Förbränningsmotorn är ett förhållandevis billigt sätt att omvandla energi till arbete. Min gissning är att det kommer att ta 50 år innan vi ser någon radikal ändring av dagens mix av bilar. Det kommer att finnas fler hybrider och säkert fler batteribilar, men det kommer att ta lång tid innan de dominerar, säger Hans-Erik Ångström, professor i Förbränningsmotorteknik på KTH.

Vem kan stå emot drömmen?

Visst har man försökt med bränsleceller. Konstigt vore ju annars. Att kunna tanka en elbil precis som en bensinbil och ändå bara släppa ut rent vatten – vem kan stå emot en sådan dröm?

Senast i slutet av 90-talet trodde man att alla bensinbilarna skulle vara utbytta 2003.

Så blev det förstås inte.

I dag är det bara Honda som har en serietillverkad bränslecellsbil, FCX Clarity, som rullar på gatorna i Kalifornien. Men den finns bara i ett 20-tal exemplar och går inte att köpa – även om man mot förmodan skulle ha råd.

– Nej, man måste leasa den för 600 dollar i månaden under tre år. Sedan behöver vi få tillbaka den för att undersöka hur den har använts för att kunna utveckla vidare, säger Thomas Brachman, pr-ansvarig för Hondas utvecklingsavdelning i Europa.

Kostar miljoner

Problemet? Det finns flera. Pengar är ett. En Clarity skulle kosta flera miljoner att köpa. Orsaken är delvis att bränslecellen är så dyr att tillverka. Man jobbar för göra den mer överkomlig, framför allt att hitta billigare metallegeringar än de som används idag. Men för att bränslecellen ska bli riktigt billig måste den börja tillverkas i stora serier.

Och fram till 2011 ska Honda sammanlagt bara tillverka 200 Clarity. Över hela världen.

Sedan finns det rader av andra problem, som infrastruktur med transporter och tankställen, och hur vätgasen ska produceras. Tillverkar man den med fossila bränslen, blir inte CO2-vinsten så fantastisk.

Nollutsläpp i Kalifornien

För Clarity spelar det ingen roll. Hondas bränslecellsbil handlar inte om CO2-utsläpp utan om ­”zero emissions”, noll utsläpp. Kalifornien kräver att biltillverkarna ska sälja en viss andel bilar med noll utsläpp. Annars får de betala straffavgifter.

– Det är bara batterifordon och bränslecellsfordon som klarar de kraven, säger Thomas Brachman, som inte tror att Clarity kommer att ha någon större marknadsandel om 15 år.

– Vi kommer att ha en mix av tre olika typer av bilar, förutspår han. De traditionella, förhoppningsvis hybridiserade, några batteridrivna bilar – och bränslecellsbilar. Men bränslecellsbilarna kommer att utgöra en väldigt, väldigt liten andel.

Norge är på banan

Rena batteribilar har ett övertag jämfört med bränsleceller: priset. Som Think i vårt grannland Norge. Den är fullt överkomlig även om den blir lite mindre än bilar för samma pris. Dessutom är den bland det bästa du kan ha. Ur miljösynpunkt.

Prestigefyllda Stanford i USA presenterade nyligen en rapport av Mark Jacobson, professor i miljöteknik, som räknat ut att det absolut bästa sättet att köra bil ur miljösynpunkt är att ladda en elbil med vindkraft. På andra plats kom bränslecellen.

Men det finns minus: batterierna.

I dag är förhoppningarna enorma på framtidens batterier. Göran Lindbergh är professor på KTH i tillämpad elektrokemi och forskar bland annat om batterier och bränsleceller – och han vill tona ned förväntningarna.

– De batterier som kommer att sitta i bilar är samma som har suttit i datorer sedan 1990-talet. Kapaciteten kommer bli något bättre, man kan skruva någon procent, men det är bara en marginell förbättring. Och det finns inget nytt revolutionerande som kan bli kommersiellt de närmsta åren, säger han.

Utvecklingen vi kommer att se handlar i stället om längre livslängd, lägre pris och bättre säkerhet.

– I dag händer det att batterierna överhettas och börjar brinna. Och det vill ingen biltillverkare ska hända, säger Göran Lindbergh.

Halva kostnaden om några år

Den andra biten är priset. Batterierna är idag en av de enskilt dyraste komponenterna i en elbil.

– Det finns prognoser både från USA och Japan som talar om halverade kostnader inom inte alltför många år. Men då har man nått en gräns, då man är nere på materialkostnaden.

Och så måste batterierna laddas. Men det är väl bara att snabbladda batterierna på något ”tankställe”, precis som vi fyller på bensin idag?

Nja, det är tveksamt om det fungerar.

Det stora problemet med snabbladdning är batteriernas livslängd; det bildas nämligen mycket värme när man laddar batterier snabbt.

Värme är negativt

– Värme är den enskilt största faktorn som påverkar ett batteri negativt. Ska batterierna hålla bilens livslängd, måste man vara snäll med dem, säger Göran Lindbergh och sammanfattar:

– Ska man göra en elbil får man antingen slänga in väldigt många batterier eller göra en lätt bil. Att driva en lastbil med batteri är uteslutet.

I praktiken betyder detta att rena elbilar är lika med stadsbilar.

Så är också norska Think tänkt att användas. I stan.

Men ta en sådan elbil och lägg till en motor som driver en generator om batteriet tar slut när du kör lite längre.

Ja, då har du framtidens hybridbil: ladd-hybriden.

Först ut med den här typen av bil är General Motors Volt och Opel Ampera (i grunden samma bil) som kommer i slutet av 2010 i USA och året därpå i Europa. Men flera biltillverkare jobbar efter samma princip.

Man har nämligen räknat ut att 80 procent av oss kör mindre än fem mil om dagen.

Sex mil ska räcka

– Därför har vi tagit fram en bil med batterikapacitet för sex mil. Plus en bensinmotor för att förlänga räckvidden, säger Gherardo Corsini som leder GM:s arbete med miljö och strategifrågor i Europa.

Motorn laddar inte batterierna, det får du göra i ett uttag hemma eller på jobbet, utan levererar bara ström till elmotorerna när batterierna har tömts.

Det finns flera fördelar med detta. En är förstås att bilen till allra största delen blir batteridriven. Den andra är att blir rimligt enkelt att göra en större bil. Dessutom kan man utnyttja bensinmotorn mer effektivt genom att köra den på ett optimalt varvtal. För bensinmotorer kommer många av framtidens hybridbilar att ha. Orsaken är som vanligt – priset.

Bensinmotorn är billigare

– Bensinmotorn är billigare än en diesel som kräver dyr avgasrening och när den körs på sitt optimala varv blir skillnaderna i verkningsgrad inte särskilt stora, säger Gherardo Corsini.

Okej. Bränslecellsbilar är för dyra under lång tid framöver. Batteribilar funkar inte annat än för små bilar, korta sträckor. Och hybridbilarna kommer fortfarande att innehålla en vanlig motor och kräver en utbyggnad av elnätet för att kunna laddas medan vi sover eller jobbar.

Men etanol och andra biobränslen då? Då kan vi ju fortsätta att använda bilarna som vi har idag, bensinstationerna, tankbilarna – allt. Och ändå sluta att förstöra klimatet.

Jodå, etanolen är jättebra. I alla fall den vi använder i Sverige. Den reducerar CO2-utstäppen med 75–80 procent.

Problemet är volymen.

2008 tankade vi sammanlagt nästan 423 miljoner liter etanol. Det låter mycket, men det är det inte.

Under samma år tankade vi nämligen drygt 4,38 miljarder liter bensin. Just det, tio gånger så mycket.

Det behövs alltså stora volymer etanol för att radikalt minska vår förbrukning av bensin. Och det är inte så lätt att framställa.

Globalt sett har man diskuterat en konkurrens mellan produktion av etanol (och biobränslen) och mat. Lite förenklat kan man säga att diskussionen går ut på att ju mer biobränslen, desto mindre mat.

Så negativ är inte Pål Börjesson, docent i miljö- energisystem vid Lunds universitet.

– Höga priser på de varor man producerar är en viktig faktor för de här ländernas utveckling. Vi har fortfarande möjlighet att öka produktikon. Men det går inte att helt förse världen med mat och biodrivmedel.

Öka från 5 till 10 procent

Inte ens i lilla Sverige är det möjligt. Vi importerar huvuddelen av vår etanol (cirka 80 procent) från Brasilien idag. Skulle vi själva producera etanol till hela vår bilpark – ja, då skulle vi behöva hela Sveriges åkermark bara för att kunna köra våra bilar.

Etanolmålen är därför rätt måttliga.

– I dag blandar vi i 5 procent etanol i bensinen. Om vi kan öka den andelen till 10 procent är det bra, säger Pål Börjesson.

Många hoppas att allt det där löser sig med andra generationens biobränslen. Alltså att göra etanol från skog och gräs i stället för spannmål, sockerrör och majs. Men andra generationens biobränslen har ett gigantiskt problem: ingen har lyckats i stor skala ännu.

Men rent teoretiskt skulle vi om 10–20 år kunna ersätta cirka 15 procent av dagens bensin och diesel med en ökad avverkning av våra skogar.

Men bara om och när den här tekniken blir kommersiell.

Det bästa biobränslet är gas. Det är bra både när vi kör bil på det (väldigt rent, med små utsläpp) – och när det tillverkas av restprodukter som sopor och avlopp. Gasen skulle nämligen annars läcka ut i luften och ge samma klimat­effekter som CO2, bara ­värre.

Ingen infrastruktur

– Men tekniken att framställa gasen är fortfarande dyr och det finns ingen utbyggd infrastruktur. Det behövs volym för att den ska bli riktigt bra, säger Pål Börjesson.

Maximalt beräknar han att vi i Sverige skulle kunna ersätta 15 procent av bensinen med biogas.

Alltså: 15 procent av diesel och bensin kan ersättas från skogen och 15 procent bensin ersättas av gas.

15 procent. Visst låter det mycket? Det är det inte. Det är samma effekt som välja en bil som drar 0,85 liter per mil i stället för en som drar 1 liter per mil.

Och det är exakt den här punkten man gång på gång kommer tillbaka till:

Det finns ingen universallösning som kan ersätta dagens bensin- och dieselbilar inom de närmsta 15 åren. Bränsleceller, hybrider, batteribilar – allt är bra. Men vi måste framför allt se till att våra vanliga bensin- och diesel­bilar drar mindre bränsle. Helt ­enkelt för vi klarar inte av att ­ersätta bensin och diesel inom överskådlig framtid.

Så – tillbaka till ruta ett: förbränningsmotorn.

Känns det hopplöst? Det behöver det inte vara.

Det är nämligen inte så svårt att minska förbrukningen radikalt även med bensin och dieselmotorer.

Och du kan göra det själv.

Nyckeln är nämligen att göra motorerna effektivare, mindre – och svagare.

– Om folk inte kräver att vi ska kunna köra över 200 km/tim så går det att köra en stor bil på mindre än 0,5 liter/mil med effektivare transmission och en mindre motor. Sedan är det en annan fråga om folk köper den. Det är ju psykologiska faktorer som styr folks val, säger Hans-Erik Ångström på KTH.

Han talar om ordentligt små motorer i framtiden. För amerikanska marknaden kanske 1,6 liter, medan den europeiska kanske hamnar på 600 kubik.

– Det är inga problem att få ut 100 hästar ur en sådan motor med turbo. Och det räcker. Tänk på gamla Folkabubblan. Den hade 25 hästar och gick i 110–120 km/tim.

Motkolvsmotor framtiden?

Utvecklingen idag går ut på att sänka förbrukningen – och öka effekten.

– Men det är mycket enklare om man också tog ned motorstyrkan.

På Hans-Erik Ångströms institution håller studenter på att utveckla en tvåtaktsmotor.

– Det är en motkolvsmotor med en cylinder och två vevaxlar. Tvåtaktsmotorn ger samma effekt på hälften så många slag – vilket resulterar i mindre friktion. Den har inte något topplock och därför mindre avkylningsyta. Så den borde bli mer bränsleekonomisk. Men det återstår att se.

Så är det med mycket när det gäller bilar: det återstår att se. Men på lång sikt är experterna helt eniga om utvecklingen.

– Bilen kommer att ha fyra hjul.