elbil

Elbil, bil drevet med elektrisitet. De elektriske bilene som produseres i dag, utgjør en ny type bil som kan kalles nærtrafikk-kjøretøy eller bybil. Dette er små, lette biler med plass for to personer, de har distanse-kapasitet 150 – 200 km, og er beregnet på bruk i nærmiljøet. Slike bybiler kan i viss grad ivareta samme funksjon som større biler, men uten forurensing, støy, og med langt lavere energiforbruk.

Prinsippet for en elektrisk bil er enkelt; motoren er forbundet med drivhjulene ved en tradisjonell girkasse med clutch og differensial, eller ved en fast innkoplet girutveksling som via en differensial driver hjulene. Motoren får kraft fra batteriet via en kontrollenhet som regulerer strømmen alt etter førerens pådrag. Strøm til lys, vindusviskere og annet 12 volts utstyr leveres fra hovedbatteriet og går via en transformator som gjør om den høyere spenningen til 12 V.

Batteriproblemer forsinket utbredelsen og anvendeligheten av elektriske biler. Det finnes i dag batterier som er tilstrekkelige for å gi gode ytelser til bybiler, busser og lettere varetransport. Hovedbatteriet kan veie fra 200 kg og er sammensatt av mange celler for å oppnå den spenningen man ønsker, dette kan variere fra 48 V og opp til flere hundre volt, alt etter produsent. Batteriladeren sitter ofte montert fast i bilen, og man behøver kun tilgang på et vanlig strømuttak eller stikkontakt for å lade bilen. Ved et normalt uttak på 10 eller 16 A vil batteriet lades opp på 8 timer, med spesiallader og tilgang på kraftigere strømuttak kan de fleste nye batterityper lades på kortere tid, 20–30 minutter er den praktiske grensen for hurtiglading.

De fleste bilene som hittil har vært produsert, har batteri av typen NiCd (nikkel kadmium) som yter 50–60 Ah/kg, men det finnes en rekke batterityper under utvikling. Batterier av typen NiMH (nikkel metal hydrid) holder på å overta helt etter NiCd. Dette er en type som gjerne yter 60–70 Ah/kg. Neste skritt er litium–polymer-løsninger (litium-ione) som skal kunne yte 80–200 Ah/kg. Felles for disse batteriene er at de er robuste, tåler fullstendig utladning, tåler kulde og har lang levetid. Litiumbatteriene er dessuten betydelig lettere enn de andre batteriene med metallisk innhold. Det kommer av at litiums densitet er 0,52 g/cm³, mens f.eks. jern veier 7,8 g/cm³ og bly over 13 g/cm³. Se mer lenger nede, under avsnittet Batteriforskning.

Overvåker batteriene: Det japanske elektronikkselskapet Denso har utviklet (januar 2010) en avansert styring for de nye litium-ionebatteriene. Disse brukes i moderne hybridbiler og biler med hel-elektrisk drift. Nyvinningen er ifølge Society of Automotive Engineers (SAE) bygget opp rundt en enkel, lavkost voltkontrollenhet. Den sjekker hele tiden batteriets spenning, strømstyrke, temperatur og andre målbare tilstander. Det var nødvendig å bygge en ny kontroll- og styringsenhet fordi disse batteriene, til forskjell fra batterier basert på nikkel, har vesentlig høyere energitetthet. Men fordi Li-ionebatteriene består av en rekke selvstendige celler bør hver celle styres for seg snarere enn at hele batteriet sjekkes under ett. Dette er det sentrale i de nye Denso-styringene. De bygges nå inn i Toyota Prius.

Nyere design av batterier og styreelektronikk har gitt stadig bedring av driftstiden i forhold til vekt, men det ser ut til at hybridbiler, med kombinasjon av forbrenningsmotor og batteridrift, er i ferd med å bli mer populære i markedet.

Batteriforskning: Tre forskningsprosjekt (2012) i USA skal ifølge Society of Automotive Engineers øke mulighetene for å utvikle bedre elektriske biler. Ankepunktet er fortsatt altfor kort kjøretid/-strekning, altså batterienes kapasitet. Slik forsker man nå:For det første ser det ut til å gå greit å øke lagringsevnen i LiIone-batterier, om man skifter elektrolytt fra flytende til fast. Det å yte nok effekt er i seg selv en utviklingsutfordring for batterier med faststoff elektrolytt. Poenget blir at man i tillegg til å øke elektrolyttens ledningsevne for litium-ioner også må øke pluss- og minuselektrodenes evne til å ta i mot og sende fra seg ionene. Videre må man øke elektrodens evne til å slippe fram ioner gjennom seg. Ingeniørene har lokalisert, definert og analysert problemet, og løsningen er på vei: De øker ledningsevnen ved å introdusere "hull" eller "kanaler" for ionene gjennom elektrodemassen, såkalte oksygentomrom. Anode og katode overflatebehandles på lik måte og deres sammensetning utsettes for en nitrogensubstituering; anoden består nå av dopet litium-titan-legering. Dette gir sterkt økt evne til å lagre elektrisitet og å få den ut til motoren. Videre ser man på magnesiumelektroder. Magnesium (Mg) er et lettmetall med spesifikk vekt 1,8 kg/dm3. Ledningsevnen er svært god og vekten lav. Forsøk viser at slike elektroder har en enorm teoretisk kapasitet (3839 mAh spesifikt), mye høyere enn andre typer. Mg forekommer hyppig i jordskorpen og er i prinsipp ugiftig. Batteriene studeres nå i laboratorier verden over. Utfordringene er mange fordi Mg er et reaktivt materiale som mer enn gjerne allierer seg med oksygen som legger en hinne på elektrodene. Da dør batteriet fort. Nå undersøkes blandinger med alkyler, halogener og enda mer sære saker. Mest lovende er en miks med brom og/eller metyltetrahydrofuran, bare så det er sagt....Den tredje utviklingslinjen går på plastbaserte elektrolytter og grafitt-elektroder. Her har problemet vært at propylen-karbonatbasert elektrolytt får anoden til å flasse av; flak av karbon synker ned i elektrolytten og ødelegger den. Man trodde teknikken var lovende (teoriene holder ikke alltid!), men nå er den død. Det som ser ut til å virke er en sammensatt (binær) e-lytt av polykarbonat og dimetylkarbonat. Om prisnivået på alt dette ikke blir avskrekkende kan det altså se ut som om den elektriske bilen snart blir brukbar til annet enn kortere turer i bymiljø.

Historisk utvikling

På begynnelsen av 1900-tallet ble det eksperimentert en del med elektriske biler, men utviklingen av forgassermotoren ble prioritert av militære årsaker. Drivstoffdistribusjon var mindre sårbar og mer fleksibel en distribusjon av elektrisk strøm. I 1960-årene ble utviklingen av elektriske biler tatt opp igjen; det ble gjort forsøk i en rekke land uten at dette lyktes. Hovedproblemet var store, tunge og ikke særlig effektive metallbasert batterier, først og fremst basert på bly.

Mot slutten av 1980-årene var forurensing, støy og vissheten om begrensede oljekilder så påtrengende at bil drevet med elektrisk strøm kom på den politiske dagsordenen. I USA påla loven Clean Air Act at en viss prosentandel av bilene som selges skal være elektriske. (Ca. 10 % i 2003).

Høsten 1995 startet man serieproduksjon av elektriske biler i Frankrike. Men: Skal den elektriske bilen ha noen reell fremtid må rekkevidden økes og den må bygges større; som firesetere med bagasjeplass. Dessuten må man bygge tilstrekkelig mange ladestasjoner. For ytterligere å stimulere kjøp og bruk av elbil bør myndighetene innføre letteser i skatt m.m.

Selskapet Pivco utviklet bybilen City Bee ved midten av 1990-årene. En prototype ble vist frem under OL på Lillehammer i 1994. 1996 ble det produsert 120 Pivco City Bee. 1998 gikk bedriften konkurs, og året etter ble 51 % av aksjene kjøpt av Ford Motor Company. Høsten 1999 startet det nye Ford-selskapet Think Nordic serieproduksjon av bilenThink City ved selskapets fabrikk i Aurskog. Etter innføring av nye, mindre strenge utslippsregler i California i 2003, stanset Ford produksjonen av el-biler og solgte Think Nordic til det sveitsiske selskapet Kamcorp Microelectronics. I 2004 ble bedriften nedbemannet og produksjonen av Think City stanset.

Utviklingstrekk. I tilleggtil det som er nevnt ovenfor om Batteriforskning: Høsten 2010 så man en viktig utvikling med hensyn til elektriske biler, idet bilfabrikkene for alvor tok til å utvikle praktisk brukbare varianter. Utviklingen styres til dels av teknologi, på bakgrunn av at litiumione-batteriene gjennomgikk en raskere utvikling enn forventet. Daimlerfabrikken lanserte f.eks. en hel-elektrisk Smart og en ditto Mercedes A-klasse. Den sistnevnte er imidlertid bare en prøveserie på 500 biler. Disse skal ut til utvalgte kunder i enkelte land, hvorav Norge får en drøy håndfull. Denne modell av type A skal ikke seriebygges fordi klasse A høsten 2011 vil bli lansert i helt ny skikkelse. Denne har f.eks. ikke det dobbeltgulv (sandwich) som til nå har kjennetegnet modellen. Årsaken er nettopp batteriutviklingen: Det er ikke lenger nødvendig å bygge et eget rom for å skaffe tilstrekkelig elektrisk kapasitet. Fabrikkens ingeniører forklarte i desember 2010 at målet med batteriutviklingen - som Daimler nå selv tar aktiv del i - er å komme opp i en spenning per celle på 5 volt, mot dagens 1. Da blir batteriene så energitette at de kan bygges mindre og like fullt gi en mellomstor bil en rekkevidde på 300 til 450 km pr lading. Først da - anser fabrikken - vil den elektriske bilen ha noen reell mulighet i markedet. Samtidig må batteriene og styringselektronikken videreutvikles slik at rask lading ikke tar mer enn noen få minutter. Full lading fra nær tomt batteri til fullt vil likevel ta mange timer. Dette vil fortsette å være den elektriske bilens achilleshæl i mange år ennå.

Det hører med til bildet at de franske fabrikkene PSA (Peugeot Citroën) i første kvartal 2011 lanserer elektriske biler for vanlig bruk, samtidig som Nissan kommer med modellen Leaf. Etter hvert vil enda flere fabrikker - bl.a. GM og Ford - komme på banen, fordi de ikke ønsker å bli satt på sidelinjen. Bl.a. jobber Volvo mned en elektrisk variant av modell C30.

Et tankekors m.h.t. den elektriske bilen er hvor man skal hente elektrisiteten. Kraft fra kullkraftverk betyr at man flytter utslippsproblemet, selv om kjemisk fangst av karbondioksid bedre lar seg gjennomføre ved et stort kraftverk enn i mindre enheter, biler osv.. Kraft fra kjernekraftverk er heller ingen ideell løsning med tanke på lagring av avfall fra uranbrenslet. Fornybar kraft a la vindkraft, bølgekraft og tidevannkraft er det fortsatt mangel på. Et unntak når det gjelder fornybar kraft er land der man har overskudd på vannkraft. Slike er det heller ikke mange av. Sånn sett seiler den hydrogendrevne hybridbilen opp som en favoritt, i det minste inntil kull- og gasskraft er blitt "ren".