Därför dröjer bränslecellsbilen

I september 2002 färdades en intressant bilkaravan längs vägarna i Kalifornien på USAs västkust. Under några dagar fick människor i städer längs vägen bekanta sig med bilarna, vilka alla hade s k bränsleceller som kraftkälla i stället för förbränningsmotorer eller elbatterier. Resan företogs för att visa att drömmen om den resurssnåla och avgasfria bilen faktiskt håller på att förverkligas. Många av världens stora biltillverkare deltog med var sin modell.

I slutet av 2003 ska ytterligare ett sextiotal demonstrationsexemplar rulla på de amerikanska vägarna. På många andra ställen i världen, även i Sverige, görs försök med bränslecellsfordon.

En långdragen historia

Att det går att alstra elström med hjälp av bränsleceller upptäcktes redan 1839 av den brittiske fysikern Sir William Grove. Men det var först på 1960-talet som man på allvar började fundera på att använda bränsleceller i bilar. Kraftaggregaten var till en början otympliga (se F&F 6/86), och utvecklingen gick långsamt. Ingenjörerna inom Apollo- och Geminiprogrammen insåg dock tidigt hur användbara bränsleceller är, och det är också inom rymdfarten som den huvudsakliga tekniska utvecklingen har skett.

BC-bilen håller nu långsamt på att bli verklighet. Men trots massiva utvecklingsinsatser kommer det sannolikt att dröja minst 20 år innan den blir vanlig på våra vägar.

Ett skäl är priset. En BC-bil är uppåt 50 gånger dyrare att tillverka än en vanlig personbil av jämförbar modell.

– Toyota värderar sin BC-bil till tio miljoner kronor. Den är i stort sett handgjord, vilket bidrar till att priset blir så högt, säger forskaren Kanehira Maruo vid Chalmers tekniska högskola som noga följer vad som händer inom branschen.

Ett annat skäl till att BC-bilen dröjer är den omställning som krävs inom bilindustrin för serieproduktion av BC-bilar. Dessutom har biltillverkarna redan satsat på andra miljövänliga bilar, som elbilen och hybridbilen. Ingen av dessa lösningar kan dock mäta sig med BC-bilen i miljövänlighet.

Förutsatt att man fortsätter att satsa på teknisk utveckling och att det uppstår efterfrågan på BC-bilar, kommer priset med tiden att sjunka så att det blir överkomligt. Men först måste man minska mängderna platina och andra ädla metaller i bränslecellerna. Platina används för att katalysera processen som alstrar el.

Ett större problem än det höga priset anses bränslet vara. Det kan framställas ur både kol, råolja och naturgas. Det kommer att krävas tid och stora investeringar för industrin att ställa om för produktion och distribution av vätgas eller annat lämpligt bränsle.

– En framkomlig väg kan vara att förse bensinmackarna med en s k reformer som framställer vätgas ur bensin, tror Mikael Fjällström, Energimyndighetens expert på bränslecellsteknik. Med den lösningen kan det också finnas en möjlighet att ta hand om den koldioxid som bildas vid processen (se Koldioxid kan slutlagras i jorden, F&F 7/2001).

Ligger i tiden

Vad är det då som gör att intresset för BC-bilarna trots svårigheterna lever vidare och växer? Jo, miljöproblemen och den osäkra oljemarknaden tvingar bilindustrin att tänka om. Industriländerna har i internationella avtal förbundit sig att minska utsläppen av koldioxid pga risken för klimatförändringar. Därtill är luften i många storstäder kraftigt förorenad av bilavgaser.

Efter händelserna den 11 september 2001 har det dessutom blivit allt mer uppenbart att industriländernas beroende av olja från Mellanöstern gör dem sårbara. USA importerar omkring 10 miljoner fat olja per dag, och transportsektorn står för närmare 70 procent av oljeförbrukningen. Mot denna bakgrund blir BC-bilens fördelar tydliga.

Körs bilen på ren vätgas består avgaserna av endast vattenånga och het luft. Används i stället naturgas bildas dessutom koldioxid, fast i mindre mängd än i en förbränningsmotor eftersom BC-bilen är överlägset bränslesnål. Andra föroreningar, som kväveoxider, polyaromatiska kolväten (PAH) och svavelföreningar, slipper man helt.

– Med bränsleceller i ett hybridfordon ökar möjligheten att få ett riktigt energieffektivt fordon, framhåller Mikael Fjällström.

Ett hybridfordon med både bränsleceller och batterier, där batterierna tankas med el från solceller, kan uppnå en verkningsgrad på 28 procent. Bränslecellssystemet ensamt har en verkningsgrad på mellan 40 och 50 procent. Förbränningsmotorns verkningsgrad ligger långt under, på 16 procent.Det är inte bara i fråga om bränslet som BC-bilen är resurssnål. Den har en enklare mekanisk konstruktion, vilket gör att åtgången av metall blir mindre och att tillverkningen förenklas. Man räknar därför med att slitaget minskar, vilket borde göra BC-bilen hållbarare än en vanlig bil.

Skapar kraft och vatten

Kraftkällan i bränslecellsbilen består av en packe av 150 till 200 platta skivor av ungefär samma dimensioner som den tidskrift du just nu håller på att läsa. Här finns inga rörliga delar, och den variant av bränsleceller som oftast används i bilar blir inte hetare än omkring 80 grader när den producerar ström.

BC-bilen påminner i ett avseende om en vanlig elbil: det är en eller flera elmotorer som driver hjulen. Skillnaden är att kraften inte kommer från batterier som kan laddas ur utan från bränsleceller som producerar el så länge bränslet räcker.

Principen för hur bränsleceller arbetar är enkel. De bygger på en elektrokemisk reaktion som katalyseras av platina. Vid reaktionen framställs vatten ur vätgas och syrgas, en reaktion som samtidigt alstrar spänning i bränslecellen.

Syret tas från luften. Om bränslet är vätgas, vilket är det bästa alternativet, förvaras det i tankar under tryck. En nackdel är att vätgasen inte så lätt kan pressas ihop till små volymer, vilket gör att tankarna blir stora om bilen ska ha samma räckvidd som bensindrivna bilar.

När bilen körs på andra bränslen måste den förses med en anordning som spjälkar ut vätet ur kolväteföreningarna. Resten är koldioxid som går ut i luften. Spillvärme från bränslecellerna används för att driva processen.

I princip går det alltså också att ta vätgasen ur bensin. Bensinen måste då vara fri från svavelföroreningar, eftersom svavlet förgiftar katalysatorn, dvs gör platinan overksam. Att rena bensinen från svavel är emellertid mycket dyrt.

Koldioxiden som bilen släpper ut bidrar till växthuseffekten om bränslet är tillverkat av fossila kolväten. Kör bilen på biogas blir nettotillskottet noll.

Lovande framtid

Utvecklingen av BC-fordon har nu tagit fart och kommer snart att göra avtryck även i Sverige: bussar med bränsleceller börjar rulla på Stockholms gator senare i år.

– Stockholm får tre sådana bussar. De ingår i ett tvåårigt försöksprojekt med sammanlagt 30 bussar som ska köra omkring i olika städer i Europa, berättar Eva Sunnerstedt. Hon arbetar vid Miljöförvaltningen i Stockholm och är projektledare för bussprojektet.

Det kanadensiska företaget Ballard Power Systems, den främsta tillverkaren av bränsleceller, har sedan början av år 2000 levererat omkring 400 s k bränslecellsstaplar till bilar. På mässor visar biltillverkarna upp intressanta utvecklingsprojekt (se artikeln ”Finesserna dominerar”). Längst anses DaimlerChrysler, som tillverkar Stockholms BC-bussar, ha hunnit. Företaget är optimistiskt när det gäller att på lång sikt få ner kostnaderna.

General Motors, världens största biltillverkare, verkar också vara fyllt av tillförsikt. I samband med invigningen av företagets nya bränslecellsfabrik i somras sade Larry Burns, GMs vice VD för forskning och utveckling: ”För att utrusta en typisk familjebil i USA med bränsleceller måste GM i dag lägga ut 37 500 dollar, eller ca tio gånger mer än vad en bensinmotor kostar. Genom att använda de tekniker som redan i dag finns på ritbordet kan vi sänka denna kostnadsskillnad till häften, och vi kan eliminera den helt innan decenniet är slut.”

Ett annat exempel är den japanska biltillverkaren Toyota. På sin webbplats uppger företaget att dess demonstrationsbil FCHEV nu är färdig att börja användas i Japan och USA. Utvecklingen har gått snabbare än företaget ursprungligen planerade. Men bilen ska inte säljas på marknaden utan leasas. Företaget vill ha full kontroll över bilarna. Kunderna är inga privatpersoner utan statliga inrättningar och i viss mån näringslivet.

– Utvecklingen av bränsleceller för bilar har nu hunnit så långt att vi med stor säkerhet kan säga att sådana fordon kommer att synas på våra gator om några år, förutspår Göran Persson. Han är projektledare för Kungl Ingenjörsvetenskapsakademiens projekt Energiframsyn Sverige i Europa.

Stora satsningar

Många starka krafter står bakom utvecklingen av dessa framtidsbilar. USAs energiminister, Spencer Abraham, annonserade för ett år sedan programmet FreedomCAR där regeringen och näringslivet samverkar. Amerikanska energidepartementet går in med stora pengar i programmet. Aldrig tidigare har konkurrerande biltillverkare visat sådan samarbetsvilja som när det gäller BC-bilar. De stora oljejättarna deltar i samarbetet. Också EU har sitt eget forsknings- och utvecklingsprogram, i vilket Stockholmsbussarna ingår.

Sannolikt kommer tekniken att först användas just för bussar och annan nyttotrafik. Försörjningen av bränsle blir enklare om man kan förvara det i centrala depåer där bussarna kan tanka.

Visby deltar i ett annat EU-projekt, där små BC-bussar ska köra innanför ringmurarna. Bränslet framställs genom att vatten sönderdelas till väte och syre, en process som kräver elkraft vilken i sin tur alstras av solceller som sitter på taken av olika byggnader.

En dag blir det kanske möjligt att med hjälp av solenergi spjälka vatten i väte och syre på ett enklare sätt, så som de gröna växterna gör. Om den drömmen går i uppfyllelse räcker vätgasen långt, och vi kan alla tanka våra BC-bilar med vätgas och köra utan att tära på jordens resurser och riskera klimatkatastrofer.