Plugin-hybridene kommer!

Vi må nå forberede oss på at «plugin-hybridene» kommer og vil overta jorden, i alle fall gater og veier. For bare noen måneder siden var det antatt disse biltypene lå langt frem i tid. Men 14. januar annonserte Toyota at de skal selge «plugin-hybrider» allerede fra 2010, som etterfølger etter dagens Prius-modell. Fra før vet vi at både Ford og General Motors arbeider med å få frem serieproduserte «plugin-hybrider». Toyotas annonsering vil trolig skjerpe denne konkurransen ytterligere.

Det trenges litt forklaring på at dette er en viktig nyhet, opptakten til noe virkelig revolusjonerende. Folk har vel etter hvert gått lei av stadige løfter om revolusjonerende nye biltyper, nye typer drivstoff, som biodrivstoff, naturgass, propan, etanol, hydrogen og elektrisitet. Så viser det seg at enten tar det svært mye lenger tid enn antatt å få fem serieproduderte biler i noe antall (jfr. Think), eller så har teknologien ulemper som gjør den uegnet til å overta for den typiske familiebil, eller så krever den ny infrastruktur når det gjelder muligheten for å «tanke» drivstoffet (jfr. «hydrogenveien» Oslo-Stavanger). Elbiler er for eksempel små, har liten rekkevidde, man blir avhengig av ladestasjoner, ladingen tar lang tid, batteriet er stort og tungt, samt svært kostbart. Alt dette gjør at det har vært tungt og tidkrevende å kommersialisere produksjonen, spesielt for biler av en viss størrelse. Bioetanol er vel heller ikke noen ideell løsning miljømessig, all den tid man kanskje må eller vil bruke store landområder for å produsere råstoffet. Biogass, derimot, er et prima supplement.

Det er nok blant annet en erkjennelse av at bruken av effektive fossile brensler i biler ikke lar seg avvikle med en enkelt, stor drivstoffteknolgisk revolusjon. En evolusjon må til, men det gjelder å komme i gang. Den teknologien som har vist seg meget robust og brukbar, er såkalt «hybrid» fremdrift. Det betyr at kan kombinerer en elektrisk motor og en forbrenningsmotor.

Gammel idé

Ideen er ikke ny, for som så mye innen bilteknologi, er den over hundre år gammel. Størst utbredelse av eldre, hybride løsninger finnes likevel blant jernbanelokomotivene. De fleste tog som i dag drives med diesel er såkalt diesel-elektriske. Det betyr at de drives frem ved hjelp av en elektromotor som får sin strøm fra et dieselaggregat, eller et «medbrakt kraftverk» som man kan se det som. Slike prinsipper kalles serielle hybrider, energien produseres først av ett system før energien går til neste ledd og så til hjulene. Mer interessant og fleksibelt innenfor bilteknologi i dag er imidlertid parallelle hybrider, der både forbrenningsmotoren og den elektriske motoren kan drive bilen fremover direkte. Men den aller mest interessante er kombinasjonen av parallell og seriell drift. Altså: Enten kan forbrenningsmotoren alene drive bilen, elektromotoren alene drive bilen, eller også kan forbrenningsmotoren lade batteriene, som i sin tur kan tas ut gjennom elektromotoren. Da blir det virkelig fleksibelt, og man kan ta ut store energibesparelser. Særlig når elektromotoren også fungerer som lader for batteriene ved oppbremsing, slik at mye av bevegelsesenergien kan tas vare på. I tradisjonelle friksjonsbremser går all denne energien tapt som varme.

Det andre fordelen er at elektromotoren kan fungere som hjelpemotor ved akselerasjon når man i utgangspunktet kjører med forbrenningsmotoren. Dermed kan man ha en mindre effektsterk forbrenningsmotor og likevel ha like god akselerasjon. Dette er ganske vesentlig, da mange gjerne velger en litt ekstra effektfull motor, som man sjelden trenger, men kun trenger til kjappe forbikjøringer eller til generelt å komme opp i fart.

Både Toyota og andre har i en årrekke hatt slike fleksible hybridbilder på markedet, så det begynner å bli en vel utprøvd teknologi. De er en rullende realitet, ingen lovende, kommende teknologi, ingen fremtidsfantasi.

Ulike operasjonsmodi

Videre kan nevnes de ulike modi en slik moderne hybridbil kan operere i. Først har vi den rene utladningsmodus. Det vil si at den kjører rent elektrisk inntil batteriet er nesten helt utladet. Først da går man over på forbrenningsmotoren, som så også lader opp batteriet igjen. Den andre modusen er at man bare kjører rent elektrisk så lenge batteriet er nær fullt oppladet, ved at straks ladenivået synker under en viss grense, trår forbrenningsmotoren til for å lade batteriet til fullt igjen, slik at man til enhver tid har optimal reserve. Tredje modus er da bare forbrenningsmotor, mens fjerde er begge i parallell. Men igjen er det mest interessante muligheten for vekslende modi, altså at en kjøretur kan benytte alle fire modi, gjerne både automatisk og manuelt styrt. Man starter for eksempel med mest elektrisk i boligområdet, dog uten at batteriet får utlades for mye, kjører ut på en større vei eller motorvei, øker farten, mens begge motorene er aktive en liten stund, og så går over til å kjøre på bare forbrenningsmotor, mens batteriet eventuelt lades helt opp igjen, før man for eksempel når en bykjerne, farten senkes, noe strøm gjenvinnes, og elektromotoren overtar igjen alene, da i ren utladningsmodus, siden man er i et område der bruk av forbrenningsmotoren er spesielt uønsket, kanskje forbudt.

Selv om altså hybridteknologien er svært gunstig hva gjelder energiøkonomisering, og kan hindre utslipp av lokale, irriterende eller forurensende gasser i sensitive områder, og ha begge disse fordeler uten å «betale» med lav rekkevidde (rekkevidden avhengig av summen av kapasiteten til drivstofftanken og batteriene), så mangler bare den revolusjonerende og kraftige reduksjonen av også CO­­₂-utslippet.

Mer klimavennlig, mindre CO₂

Det er her «plugin»-løsningen kommer inn, altså stikkontakten. Man har altså allerede en elektromotor og et batteri. Det er de viktigste komponentene i en ren elbil, bortsett fra at elbiler i utgangspunktet kan og må lades opp. Men der elbiler må ha et batteri stort nok, fysisk og kapasitetsmessig, til å dekke hele rekkevidden, der man med elbil trenger lang oppladningstid og der man er helt avhengig av å nå en ladestasjon, kan man med en oppladbar hybrid klare seg med adskillig mindre batteri, nettopp fordi man ikke gjør seg helt avhengig av dette batteriet. Likevel er det det større batteriet man trenger i en oppladbar hybrid som vært det som har hindret det i å bli en suksess, helt parallelt med elbilenes stadige problem. Og med en hybrid står man heller ikke fast om man ikke har stikkontakt tilgjengelig.

Det Toyota imidlertid forespeiler oss er et batteri som kan lades på halvannen time fra 220V-strømnettet, og oppnå en rekkevidde på 60 km på kun strøm. – Jaha, med 60 km er da svært lite, helt ubrukelig! Glem da ikke at vi snakker om en hybrid. Skal du kjøre lenger går det derfor på bensin, diesel, gjerne biodrivstoff eller gass, ut fra hva slags forbrenningsmotor den er utstyrt med. Den store, mulige klimagevinsten ligger i at de aller fleste bilreiser er på bare noen få kilometer, faktisk halvparten av dem under fem kilometer. Det vil si at de aller fleste bilreiser vil kunne skje på kun strøm, og dette med den samme bilen du gjerne kan kjøre 600 km med uten å tanke. Og da begynner ting virkelig å smake fugl.

Nå er det også andre hensyn som avgjøre hvor miljø- eller klimavennlig, eller lite miljø- og klimauvennlig, en bil er. Dette gjelder energiforbruk ved produksjon i forhold til antall kilometer levetid, resirkulerbarhet, miljøvennlige materialer og så videre. Biler som bare er rimelige i innkjøp, på grunn av avgiftslettelser og manglende avgifter på miljø- og klimabelastninger i produksjonen, er ikke nødvendigvis totalt sett et miljø- og klimavennlig valg. Men serieproduksjon vi lett få energibruken ned over tid, så nye typer biler vil trenge noe tid og markedsandel for å kunne bli miljømessig konkurransedyktige totalt sett. Et slikt regnskap er dessuten svært komplisert og usikkert. Dertil kommer naturligvis at strømmen den bruker må være produsert fornybart. Et produksjonssystem for strøm hvor marginalene hentes fra kraftverk basert på fossile brensler, for eksempel kull og gass, uten CO₂-rensing, vil gjøre at all overgang fra fossile brensler til strøm, herunder bruk av elbiler og plugin-hybrider, klimamessig sett er nytteløst. Det ene forutsetter det andre, så man trenger begge deler, og hver for seg er det ønskelige retninger å gå for én dag å få ut de reelle klimagevinsten.

Radikalt bedre litiumbatterier

Når det gjelder batteriteknologi, går trenden nå bort fra nikkelholdige batterier mot litiumionbatterier, slik vi har i mobiltelefoner. De nye hybridene vil trolig være basert på de siste typer av disse, og, som det fremgår av pressemeldingen fra Toyota, skal den nye Prius fra 2010 ha Li-ion-batterier. I desember kom også en forskningsrapport i Nature som viser at det vil være mulig å øke batterikapasitetene til Li-ion-batterier opptil ti ganger, da ved hjelp av nanoteknologi. Dermed er det tegn på at Li-ion både er dagens og fremtidens batteritype, og man beholder alle fordelene Li-ion har, og som vi nå kjenner så godt bra bærbart utstyr, herunder rimelig pris, lav vekt, miljøvennlighet og ulike fysiske former. Li-ion-batterienes ulempe er at de taper kapasitet over tid etter produksjonen, uansett hvordan de behandles i forhold til lading. Etter noen år bytter man registerreim og batteri, trolig. Batterikapasiteten er dog ikke så kritisk som i en ren elbil.

Denne korrespondent har vel egentlig hatt en klokkertro på biler koblet til stikkontakten siden barndommen, da han første gang observerte elektrisk motorvarmer, og så for en stund tro det var den tilførte strømmen som fikk bilen til å gå. Denne korrespondent har også selv en «plugin-bil» i dag, for lading av startbatteriet og for varme, men det er ingen hybrid. Bare elektromotoren mangler, sånn i prinsippet. Når bilen står parkert, oftest hjemme, men ved enhver nærhet til stikkontakt, står den til lading. I løpet av 2010 vil nok denne bilen være en hybrid, men dagens inn- og utpluggingsrutine ved ankomst og avreise vil være akkurat den samme.

Videre utvikling mot lavere utslipp

Hybridteknologien baner også vei for nye typer forbrenningsmotorer og drivstoff, herunder brenselsceller. Man beholder elektromotoren, forbedrer batterikapasiteten og forbedrer forbrenningsteknologien parallelt, alt mens hybridene kjøpes, ruller og bringer inntekter fra salget. Med brenselsceller produserer man strøm i bilen, fra et drivstoff, slik at man får en seriehybrid, men det er altså en fremtidig, mulig utvikling. Skjønt fremtid og fremtid, norske Think, har alt annonsert snarlig satsing på en plugin-hybrid bil med brenselsceller basert på hydrogen, altså en totalt utslippsfri bil med rekkevidde på minst 250 km og kort tanketid.

Det vil være spennende å se om transportpolitikk, særlig avgiftspolitikken, vil være i forkant med denne utviklingen. For første gang vil man da kunne se at det blir både mulig og realistisk å få ned det samlede utslipp av CO₂ fra personbilparken uten å vente på nye, revolusjonerende biltyper, nye infrastruktur, og uten å forsøke å få folk til ikke, eller å frata folk muligheten til, å eie og kjøre en vanlig, romslig bil med rimelig rekkevidde og mulig rask opptanking ved behov.

Kilder og ytterligere lesning:

1. Toyota
2. International Herald Tribune (engelsk)
3. Ny Teknik
4. Dagens Næringsliv
5. VG Nett 25. juli (om Toyotas nye «plugin»-hybrid som «ligger langt frem i tid»)
6. Teknisk Ukeblad
7. Wikipedia (engelsk)
8. CNET News.com (engelsk, artikkel om bedre Li-ion-batterier)
9. Miljøjournalen (om Think hydrogen plugin)
10. Edmunds (om kinesisk plugin-hybrid alt i 2008)