Elbilens uppkomst: Future of Energy P3

Din bil – dess inverkan på världen du lever i kommer att bli mycket större än du förväntar dig. 

Om du läser den sista oljiga delen av denna Future of Energy-serie, skulle du ha satsat på att den här tredje delen skulle täcka uppkomsten av solenergi som världens nya dominerande energiform. Tja, du har bara lite fel: vi täcker in det del fyra. Istället valde vi att först täcka biobränslen och elbilar eftersom majoriteten av världens transportflotta (dvs bilar, lastbilar, fartyg, flygplan, monstertruckar, etc.) går på gas och det är hela anledningen till att råolja har världen av hals. Ta bort gas från ekvationen och hela världen förändras.

Att gå bort från gas (och snart även förbränningsmotorn) är förstås lättare sagt än gjort. Men om du läser till det deprimerande slutet av del två, du skulle komma ihåg att de flesta världsregeringar inte har så mycket val i frågan. Enkelt uttryckt, att fortsätta driva en ekonomi på en allt mer volatil och knapp energikälla – råolja – kommer att bli ekonomiskt och politiskt ohållbart mellan 2025-2035. Lyckligtvis kan denna jätteövergång vara lättare än vi tror.

Den verkliga affären bakom biobränslen

Elbilar är framtiden för transporter – och vi kommer att utforska den framtiden i andra hälften av den här artikeln. Men med över en miljard bilar på vägen globalt, kan det ta ett till två decennier att ersätta den fordonsflottan med elfordon. Vi har inte den typen av tid. Om världen ska sätta stopp för sitt oljeberoende, måste vi hitta andra bränslekällor som kan driva våra nuvarande förbränningsfordon i ett decennium eller så tills det elektriska tar över. Det är där biobränslen kommer in.

När du besöker pumpen har du egentligen bara möjlighet att fylla på gas, bättre gas, premiumgas eller diesel. Och det är ett problem för din plånbok – en av anledningarna till att olja är så dyr är att den nästan har monopol på de bensinstationer som folk använder över större delen av världen. Det finns ingen konkurrens.

Biobränslen kan dock vara den konkurrensen. Föreställ dig en framtid där du ser etanol, eller en etanol-gashybrid, eller till och med elektriska laddningsmöjligheter nästa gång du kör in i pumpen. Den framtiden finns redan i Brasilien. 

Brasilien producerar enorma mängder etanol från sockerrör. När brasilianare går till pumpen kan de välja att fylla på gas eller etanol eller en mängd andra blandningar däremellan. Resultatet? Nästan fullständigt oberoende från utländsk olja, billigare gaspriser och en blomstrande ekonomi – i själva verket flyttade över 40 miljoner brasilianare in i medelklassen mellan 2003 och 2011 när landets biobränsleindustri tog fart. 

"Men vänta", säger du, "biobränslen behöver flexbränslebilar för att driva dem. Precis som elektriska skulle det ta decennier att ersätta världens bilar med flexbränslebilar. Egentligen, inte riktigt. En smutsig liten hemlighet inom bilindustrin är att praktiskt taget alla bilar byggda sedan 1996 kan konverteras till flexbränslebilar för så lite som 150 dollar. Om du är intresserad av att konvertera din bil, kolla in dessa länkar: ett och två.

"Men vänta", säger du igen, "att odla växter för att tillverka etanol kommer att höja kostnaderna för mat!" I motsats till vad allmänheten tror (tror som formellt delas av denna skribent), ersätter etanol inte livsmedelsproduktion. Faktum är att biprodukten av den mesta etanolproduktionen är mat. Till exempel, mycket av majsen som odlas i Amerika odlas inte alls för människor, den odlas för djurfoder. Och ett av de bästa djurfodren är "destillatörens spannmål", gjord av majs, men producerad först genom jäsning-destillationsprocessen - biprodukten är (du gissade rätt) etanol OCH destillationsspannmål.

Ger val till bensinpumpen

Det är inte nödvändigtvis mat vs bränsle, det kan vara mat och mycket bränsle. Så låt oss ta en snabb blick på de olika bio- och alternativa bränslen som vi kommer att se på marknaden med revansch i mitten av 2020-talet:

Etanol. Etanol är alkohol, tillverkad av jäsning av sockerarter, och kan tillverkas av en mängd olika växtarter som vete, majs, sockerrör, till och med konstiga växter som en kaktus. Generellt kan etanol framställas i stor skala med nästan vilken växt som helst som är bäst lämpad för ett land att växa. 

Metanol. Racerbils- och dragracingteam har använt metanol i decennier. Men varför? Tja, den har ett högre ekvivalent oktantal (~113) än premiumgas (~93), erbjuder bättre kompressionsförhållanden och tändningstid, den brinner mycket renare än bensin, och det är i allmänhet en tredjedel av priset på standardbensin. Och hur gör man sånt här? Genom att använda H2O och koldioxid—så vatten och luft, vilket betyder att du kan göra detta bränsle billigt var som helst. Faktum är att metanol kan skapas med hjälp av återvunnen koldioxid från världens växande naturgasindustri, och även med återvunnen biomassa (dvs. avfallsgenererat skogsbruk, jordbruk och till och med stadsavfall). 

Tillräckligt med biomassa produceras varje år i Amerika för att producera tillräckligt med metanol för att täcka hälften av bilarna i USA till två dollar per gallon, jämfört med fyra eller fem som använder bensin. 

alger. Konstigt nog, bakterier, specifikt cyanobakterier, kan driva din framtida bil. Dessa bakterier livnär sig från fotosyntes och koldioxid, i princip sol och luft, och kan lätt omvandlas till biobränsle. Med lite genteknik hoppas forskarna att en dag odla enorma mängder av dessa bakterier i gigantiska utomhuskar. Kickaren är att eftersom dessa bakterier livnär sig på koldioxid, ju mer de växer, desto mer rengör de också vår miljö. Det betyder att framtida bakterieodlare kan tjäna pengar både på mängden biobränsle de säljer och mängden koldioxid som sugs ut ur atmosfären.

Elbilar är redan här och redan fantastiska

Elfordon, eller elbilar, har blivit en del av popkulturen till stor del tack vare Elon Musk och hans företag, Tesla Motors. Tesla Roadster, och Model S i synnerhet, har bevisat att elbilar inte bara är den miljövänligaste bilen du kan köpa, utan också den bästa bilen att köra, punkt. Model S vann 2013 års "Motor Trend Car of the Year" och Automobile Magazines 2013 "Car of the Year". Företaget bevisade att elbilar kan vara en statussymbol, såväl som en ledare inom fordonsteknik och design.

Men all den här Tesla-rövkyssningen åsido, är verkligheten att för all press som Tesla och andra EV-modeller har behövt de senaste åren, representerar de fortfarande bara mindre än en procent av den globala bilmarknaden. Orsakerna bakom denna tröga tillväxt inkluderar en brist på allmänhetens erfarenhet av att köra elbilar, högre EV-komponenter och tillverkningskostnader (därav en hög prislapp totalt sett) och en brist på laddningsinfrastruktur. Dessa nackdelar är betydande, men de kommer inte att vara länge.

Kostnaden för biltillverkning och elektriska batterier kommer att krascha

Till 2020-talet kommer en mängd tekniker att komma online för att minska kostnaderna för att tillverka fordon, särskilt elbilar. Till att börja med, låt oss ta din genomsnittliga bil: ungefär tre femtedelar av allt vårt mobilitetsbränsle går till bilar och två tredjedelar av det bränslet används för att övervinna bilens vikt för att driva den framåt. Det är därför allt vi kan göra för att göra bilar lättare inte bara kommer att göra dem billigare, det kommer också att hjälpa dem att använda mindre bränsle också (vare sig det är gas eller el).

Här är vad som är i pipelinen: i mitten av 2020-talet kommer biltillverkarna att börja tillverka alla bilar av kolfiber, ett material som är ljusår lättare och starkare än aluminium. Dessa lättare bilar kommer att kunna köras på mindre motorer och behålla samma prestanda. Lättare bilar kommer också att göra användningen av elektriska batterier över förbränningsmotorer mer lönsam, eftersom nuvarande batteriteknik kommer att kunna driva dessa lättare fordon så långt som gasdrivna bilar.

Naturligtvis räknas inte detta de förväntade framstegen inom batteriteknik, och det kommer att bli många. Kostnaden, storleken och lagringskapaciteten för EV-batterier har förbättrats med ett blixtsnabbt klipp i flera år nu och ny teknik kommer hela tiden online för att förbättra dem. Till 2020 kommer vi till exempel att se införandet av grafenbaserade superkondensatorer. Dessa superkondensatorer kommer att möjliggöra EV-batterier som inte bara är lättare och tunnare, utan de kommer också att hålla mer energi och släppa den snabbare. Detta innebär att bilar ska vara lättare, billigare och accelerera snabbare. Under tiden kommer Teslas Gigafactory senast 2017 att börja producera elbilsbatterier i enorm skala, vilket potentiellt kan sänka kostnaderna för elbilsbatterier med 30 procent av 2020.

Dessa innovationer i användningen av kolfiber och ultraeffektiv batteriteknik kommer att ge kostnaderna för elbilar i nivå med traditionella fordon med förbränningsmotor, och så småningom långt under förbränningsfordon – som vi snart kommer att se.

Världens regeringar ställer upp för att påskynda övergången

Det sjunkande priset på elbilar kommer inte nödvändigtvis att betyda en försäljningsbonanza för elbilar. Och det är ett problem om världens regeringar menar allvar med att undvika den kommande ekonomiska kollapsen (skisserat i del två). Det är därför en av de bästa taktik som regeringar kan implementera för att minska gasförbrukningen och sänka priset vid pumpen är att främja införandet av elbilar. Så här kan regeringar få det att hända:

Ett av de största hindren för att använda elbilar är rädslan hos många konsumenter att få slut på juice när de är på väg, långt borta från en laddstation. För att komma till rätta med detta hål i infrastrukturen kommer regeringar att kräva att elladdningsinfrastruktur installeras på alla befintliga bensinstationer, även med hjälp av subventioner i vissa fall för att påskynda processen. Tillverkare av elbilar kommer sannolikt att engagera sig i den här utbyggnaden av infrastrukturen, eftersom den representerar en ny och lukrativ inkomstström som kan stjälas från befintliga oljebolag.

Lokala myndigheter kommer att börja uppdatera byggnadsstadgar som kräver att alla hem har laddningsuttag för elbilar. Lyckligtvis händer detta redan: Kalifornien gått igenom en lag kräver att alla nya parkeringsplatser och bostäder inkluderar laddningsinfrastruktur för elbilar. I Kina, staden Shenzhen godkänd lagstiftning kräver att utvecklare av lägenheter och lägenheter bygger laddningsuttag/stationer på varje parkeringsplats. Samtidigt har Japan nu fler snabbladdningsställen (40,000 35,000) än bensinstationer (XNUMX XNUMX). Den andra fördelen med denna infrastrukturinvestering är att den kommer att representera tusentals nya, icke-exporterbara jobb i varje land som antar den.

Under tiden kan regeringar också direkt motivera köp av elbilar. Norge är till exempel en av världens största Tesla-importörer. Varför? Eftersom den norska regeringen erbjuder elbilsägare fri tillgång till obelagda körbanor (t.ex. bussfilen), gratis allmän parkering, fri användning av betalvägar, en befriad årlig registreringsavgift, befrielse från vissa omsättningsskatter och ett inkomstskatteavdrag. Ja, jag vet rätt! Även om Tesla Model S är en lyxbil gör dessa incitament att köpa Teslas nästan är i nivå med att äga en traditionell bil.

Andra regeringar kan enkelt erbjuda liknande incitament, helst upphöra efter att elbilar når en viss tröskel för totalt nationellt bilägande (som 40 procent) för att påskynda övergången. Och efter att elbilar så småningom representerar majoriteten av allmänhetens fordonsflotta, kan ytterligare en koldioxidskatt tillämpas på de återstående ägarna av förbränningsmotorbilar för att uppmuntra deras sena uppgradering till elbilar.

I den här miljön skulle regeringar naturligtvis ge subventioner för forskning om utveckling av elbilar och produktion av elbilar. Om saker och ting blir håriga och mer extrema åtgärder är nödvändiga, kan regeringar också beordra biltillverkarna att flytta en högre andel av sin produktion till elbilar, eller till och med ålägga produktion av endast elbilar. (Sådana mandat var otroligt effektiva under andra världskriget.)

Alla dessa alternativ skulle kunna påskynda övergången från förbränning till elfordon med decennier, minska det globala beroendet av olja, skapa miljontals nya jobb och spara regeringar miljarder dollar (som annars skulle spenderas på import av råolja) som skulle kunna investeras någon annanstans .

För något extra sammanhang finns det ungefär två är över en miljard bilar i världen idag. Biltillverkare producerar i allmänhet 100 miljoner bilar varje år, så beroende på hur aggressivt vi driver övergången till elbilar, skulle det bara ta ett till två decennier att ersätta tillräckligt många av världens bilar för att återuppliva vår framtida ekonomi.

En bom efter tipppunkten

När elbilar når en tipppunkt i ägandet bland allmänheten, ungefär 15 procent, kommer tillväxten av elbilar att bli ostoppbar. Elbilar är mycket säkrare, kostar mycket mindre att underhålla och i mitten av 2020-talet kommer det att kosta mycket mindre att fylla på jämfört med bensindrivna bilar – oavsett hur lågt priset på gas faller.

Samma tekniska framsteg och statligt stöd kommer att leda till liknande tillämpningar i elbilar, bussar och flygplan. Detta kommer att förändra spelet.

Så plötsligt blir allt billigare

En intressant sak händer när man tar bort fordon ur ekvationen för råoljeförbrukning, allt blir plötsligt billigare. Tänk på det. Som vi såg in del två, mat, köks- och hushållsprodukter, läkemedel och medicinsk utrustning, kläder, skönhetsprodukter, byggmaterial, bildelar och en stor andel av nästan allt annat, skapas alla med hjälp av petroleum.

När majoriteten av fordonen går över till elbilar kommer efterfrågan på råolja att kollapsa, vilket tar ner priset på råolja. Den nedgången kommer att innebära enorma kostnadsbesparingar för produkttillverkare inom alla sektorer som använder petroleum i sina produktionsprocesser. Dessa besparingar kommer så småningom att överföras till den genomsnittliga konsumenten, vilket stimulerar alla världsekonomier som drabbats av höga gaspriser.

Mikrokraftverk matas in i nätet

En annan sidofördel med att äga en elbil är att den också kan fungera som en praktisk reservkraftkälla om en snöstorm skulle slå ner elledningar i ditt närområde. Anslut helt enkelt din bil till ditt hus eller elektriska apparater för en snabb ökning av nödkraften.

Om ditt hus eller din byggnad har investerat i solpaneler och smarta nätanslutning kan den ladda din bil när du inte behöver den och sedan mata tillbaka den energin till ditt hus, din byggnad eller ditt kommunala elnät på natten, vilket potentiellt sparar på vår energiräkningen eller till och med göra dig lite sidopengar.

Men vet du vad, nu kryper vi in ​​på ämnet solenergi, och ärligt talat, det förtjänar sin egen konversation: Solenergi och uppkomsten av energiinternet: Future of Energy P4

FUTURE OF ENERGY SERIES LÄNKAR

Kolenergierans långsamma död: Future of Energy P1.

Olja! Triggern för den förnybara eran: Future of Energy P2

Solenergi och uppkomsten av energiinternet: Future of Energy P4

Renewables vs the Thorium and Fusion energy jokertecken: Future of Energy P5

Vår framtid i en energirik värld: Future of Energy P6