Hamburg-Stuttgart, Tyskland: Fremtidens drivstoff er hydrogen. Det var lenge en vedtatt sannhet og mange bilprodusenter forberedte seg til hydrogenalderen. Mercedes erklærte på slutten av 90-tallet at de ville komme på markedet med brenselcellebiler i 2003. Slik gikk det ikke.
Mercedes er ennå ikke der, men de er i det minste én av seks produsenter med lanseringsplaner. De andre er GM og Nissan, mens Honda, Hyundai og Toyota så vidt har begynt å selge dem.
Vi har fått være med i Toyotas hydrogenbil, Mirai, på kjøretur i Tyskland.
El vs. hydrogen
Det er ingen tvil om at litiumionebatteriet har gjort at brenselcellevisjonene måtte tilbake til revisjon. Tesla, og svært mange andre produsenter, har gjort det vanskelig å markedsføre en brenselcellebil i dag.
Fra et norsk synspunkt er hydrogenbiler kanskje ikke den raskeste veien til fornybarsamfunnet. Batteribiler har svært lite tap fra den vannkraftdrevne turbinen til batteriene og elmotoren.
En elbil med strømforsyning fra en brenselcelle er ikke så heldig. Først må hydrogenet produseres i en elektrolysør og komprimeres. Da sitter man igjen med mellom 50 og 60 prosent av de opprinnelige kilowattimene. Hydrogenet fylles på bilen og så må brenselcellen lage strøm. Den er mellom 60 og 65 prosent effektiv. I beste fall.
Belastes den hardt faller virkningsgraden til mellom 40 og 45 prosent. Summen av disse tapene gir brenselcellebiler en virkningsgrad som er bedre enn biler med forbrenningsmotor, men ikke mange ganger bedre slik som batteribiler.
Likevel er det mange scenarier som taler for slike biler, om det ikke kommer til å bli flust av dem hjemme i vannkraftlandet vårt.
- Kriger om færre enn 50 kunder: Norges to første kommersielle hydrogenstasjoner plasseres bare tre km fra hverandre
Hydrogen bra i mange land
Hydrogen peker seg ut som en lagringsmetode når det er overskudd av sol- og vindkraft. Det skjer stadig oftere i Tyskland, men også i Danmark.
Mens vi bare skrur igjen vannkrana og lagrer energien i verdens beste og mest effektive batteri, må andre land stoppe produksjonen av fornybar strøm, eller bli kvitt den på en eller annen måte. Strøm er den ultimate ferskvare og batterier er ennå for dyrt.
Hydrogen er også et industrielt biprodukt tyskerne har mye av.
Mange peker på at virkningsgraden ikke har så mye å si bare hele kjeden er fornybar. Om hydrogenbiler utnytter strømmen bare halvparten så godt som batteribiler betyr ikke det noe for klimaet.
- Ikke nødvendigvis det beste til å lagre strøm (abo.): I fremtiden får litiumionebatteriet mange konkurrenter
Kjøre på H2
Teknisk Ukeblad har fått kjøre Toyotas nye Mirai fra Hamburg til Stuttgart sammen med journalister fra ulike deler av Europa. To og to fikk utdelt en av de nye hydrogenbilene med GPS-en programmert til dagens bestemmelsessted.
Vi skal ikke gi oss inn på noen biltest, bare konstatere at Miraien er en stor komfortabel sedan som man forventer i dag. Men fremfor alt er den en elbil. Nytt for de fleste, men ikke for en nordmann.
Den store forskjellen er at det tar tre minutter å fylle tankene med hydrogen ved 700 bar. Da har man nok drivstoff til å kjøre 500 km. På papiret.
I praksis kommer man 350 km når man cruiser av gårde på tyske motorveier i 120 km/t. Det er altså ikke bare produsentene av batteribiler og de med forbrenningsmotor som overdriver.
- Hydrogen og batterier trenger ikke være enten eller: Kanskje er den ultimate løsningen hybrid
Hybrid
I praksis er alle hydrogenbiler i dag hybrider. Man trenger et batteri for å ta vare på bremseenergien og for å hjelpe brenselcellen til å unngå for mye hard belastning slik at virkningsgraden opprettholdes.
Akkurat den samme filosofien Toyota hadde for over 20 år siden da de begynte å utstyre bensinmotorene med hybriddrift. Forskjellen er at det er litt enklere i en brenselcellebil som allerede har en elmotor.
Batteriet er det samme som sitter i en vanlig Prius. Et én kWh NiMH-batteri som tåler raske opp- og utladinger bedre enn litiumionebatterier.
I praksis får elmotoren strømmen direkte fra brenselcellen som kan levere 114 kW. Den er imponerende rask og vi merket ikke noen forskjell til en batteri-elbil.
- Hydrogen vs. batteri: – Bra at Musk og Spetalen slår hverandre i hodet
Tror på hydrogen
Taiyo Kawai har ledet utviklingen av brenselcellen siden 2001 og har sterk tro på biler med brenselcelle, som Toyota startet med for 25 år siden. Men han ønsker ikke å konkurrere med batteribiler. Han tror det er rom for begge.
Nå leder han arbeidet med å øke kjennskapet til hydrogen blant myndigheter og organisasjoner.
– Nå handler det først og fremt å senke kostnaden på brenselcellen og hydrogentankene. De er fremdeles for kostbare, men det skal vi klare. Siden 2008 har vi redusert kostnaden til en tyvendedel, sier Kawai, og presiserer at kostnaden nå altså er kun fem prosent av den gamle prisen. I tillegg er systemet en tredel av størrelsen også, påpeker han.
2008-modellen må ha vært svindyr i produksjon, for nå er målet å halvere kostnaden for tanker og brenselcellen frem til neste generasjon kommer i 2020. Dagens Mirai koster rundt 75.000 Euro. Så skal de halvere nok en gang frem til 2025, men da må produksjonen opp. I dag er systemet håndlaget og det lages bare 3000 biler i året. I 2020 er målet å tidoble produksjonen og tidoble en gang til i 2025.
- Med denne om bord kan elbilen kjøre minst 500 kilometer: Lanserer Nissans elbil med hydrogen-rekkeviddeforlenger
Bruke mindre
– Det å få ned prisen er det aller viktigste, men vi jobber også for å øke virkningsgraden på brenselcellen. Vi tror vi kan øke den til maksimum 70 prosent i løpet av fem til ti år og vi har støtte for det i forskningen. Men det handler ikke bare om å øke den maksimale virkningsgraden. Det er enda viktigere å øke virkningsgraden ved høye belastninger. Vi skal klare det også, sier Kawai.
Det viktigste tiltaket for å øke virkningsgraden er å forbedre oksygentransporten gjennom katoden. I dag er tre nanometer store karbonpartikler med platinaatomer på overflaten en viktig katalysator for å få til denne transporten. Jo mer platina, jo bedre er det, men samtidig er det også et mål å redusere mengden av det kostbare grunnstoffet.
– Vi har gjort svært lovende forsøk hvor platina er selve kjernen og så bruker vi andre elementer i et slags skall rundt. Det gjør oksygentransporten mye mer effektiv, sier Kawai, som bare smiler når vi spør hva skallet består av.
Tapene i en brenselcelle er delvis såkalte parasittiske, som pumper og annen utrustning som skal kontrollere strømmen av luft og hydrogen. Det aller meste, som i en forbrenningsmotor, er likevel varmetap som ligger på rundt 30 prosent.
– Fordelen med varmetap er at vi kan utnytte det til å varme opp kupeen i bilen. I en batteribil vil oppvarming medføre redusert kjørelengde, sier han.
Raskere produksjon
Til nå har produksjonen vært liten, og selv om Toyota har satt sine beste montører på jobben tar det tid å skru sammen en Mirai.
– Her handler det også om å finne prosesser som kan produsere overflatene i brenselcellestabelen raskere og få tankene til å herde fortere. I dag tar det seks timer å produsere en tank hvor veggene er 22 millimeter tykke og består at 30 lag med karbonfiber spunnet over en plastkjerne.
