Miksi vedynkäyttöiset kaksipyöräiset ajoneuvot saavuttavat paremman käyttöajan

Energiantiukkuuden etu: H₂ verrattuna litiumioniakkuihin (paino- ja tilavuusperusteinen)

Vedyn houkuttelevuus kahdenpyöräisille ajoneuvoille johtuu sen energiatiukkuudesta. Painon perusteella vety sisältää noin 33,6 kWh kilogrammaa kohden. Tämä on itse asiassa yli 120-kertainen verrattuna litiumioniakkujen tarjoamaan energiamäärään, joka on noin 0,25–0,3 kWh/kg. Tämän vuoksi vetyllä toimivat ajoneuvot voivat olla huomattavasti kevyempiä ja silti kulkea pitkiä matkoja. Vedyn tilavuusenergiatiukkuus on kyllä alhaisempi, mutta insinöörit ovat löytäneet ratkaisuja tähän ongelmaan. Vetyä varastoidaan erinomaisen korkeassa paineessa, 350–700 barin välillä, näissä erikoisista komposiittitankkeissa. Tällä järjestelyllä voidaan saavuttaa jopa 40 grammaa vetyä litraa kohden. Kuljettajat voivat odottaa yli 250 kilometrin ajomatkaa yhdellä täyttökerralla – suorituskykyä, jota akkukäyttöiset sähköajoneuvot eivät voi saavuttaa ilman merkittävää lisäpainoa. Tämä hyvä energiamäärä painoyksikköä kohden yhdistettynä älykkäisiin varastointiratkaisuihin antaa vetykäyttöisille polkupyörille todellisen etulyöntiaseman kaupunkiliikenteessä, sillä niissä ei tarvitse kuljettaa kaikkia niitä raskaita akkuja.

Tankkausnopeus ja käyttöaika: <3 minuuttia verrattuna 1–4 tunnin lataukseen

Sillä, kuinka nopeasti jotain voidaan täyttää uudelleen, on kaikki merkitys, kun puhutaan siitä, mikä toimii todellisessa maailmassa, ja vetyllä on tässä suhteessa selvä etulyöntiasema. Vedyn käyttöön perustuvat potkulautat voidaan täyttää täysin alle kolmessa minuutissa, mikä on melkein yhtä nopeaa kuin polttoaineenkäyttöisen ajoneuvon tankin täyttäminen. Vertaa tätä litium-ion-akkujen täyttöön, johon kuluu täyslataukseen yhdestä neljään tuntia. Liiketoiminnassa, jossa käytetään suuria ajoneuvoparkkeja, nämä luvut tarkoittavat huomattavia parannuksia ajoneuvojen käytettävyydessä. Otetaan esimerkiksi jakelupalvelut – kuljettajat, jotka ajavat päivässä noin 420 kilometriä, eivät lähes koskaan istu työttöminä odottaen sähköä. He jatkavat liikkumistaan vuorojen välillä ilman katkoja. Myös tavallisille kaupunkilaisille, jotka matkustavat päivittäin työhön, stressi vähenee huomattavasti, sillä he eivät enää pelkää akun tyhjenemistä matkan puolivälissä eivätkä hukkaa arvokkaita tunteja jossakin laturissa. Kun sähköajoneuvot sitovat ihmiset tiettyihin latausaikoihin, vety mahdollistaa lähes heti tapahtuvan paluun toimintaan, mikä selittää sen suosion palveluissa, joissa ajoitus on kaikkein tärkeintä.

Vetyvoimaiset potkulautat käytössä todellisissa olosuhteissa

Kaupunkiliikennekokeilut: Honda Clarity Fuel Cell -potkulauta ja HySE-1 -tiedot Tokiosta

Vetyä käyttävät potkulautat, joita testattiin Tokion vilkkaissa kaduilla, kuten Hondan (Clarity Fuel Cell) ja HySE-1 -malleja, saavuttavat yhdellä täytetyllä säiliöllä noin 250–300 kilometriä, vaikka liikenne sisältääkin jatkuvia pysähdyksiä, nousuja ja vaihtelevia sääolosuhteita. Testiasemilla polttoaineen täyttäminen kestää vain noin kolme minuuttia, mikä on merkittävä etu sähköajoneuvoihin verrattuna, jotka vaativat useita tunteja latautuakseen uudelleen. Erityisen huomionarvoista on, että nämä potkulautat säilyttävät hyvän suorituskykynsä useiden käynnistysten ja pysähtymisten jälkeen sekä eri lämpötila-alueilla – jotain, mitä akut eivät kykene tekemään ilman tehon vähenemistä ajan myötä. Kaiken tämän tiedon perusteella on selvää, miksi vetyteknologia voisi toimia niin hyvin palveluissa, joissa ajoneuvojen on oltava käytössä jatkuvasti koko päivän ajan, kuten taksifleetissä tai jakelutoiminnoissa. Jokainen ylimääräinen minuutti, jonka operaatoreiden on odotettava polttoaineen täyttämistä, tarkoittaa tappiota tässä nopeassa markkinassa.

Logistiikan validointi: DHL:n Hampurin koeajot — 420 km/päivä lähes nollalla polttoaineen täydennysaikalla

DHL:n Hampurissa suorittama koeajo tuotti markkinoilla melko vakuuttavia tuloksia. Heidän vetyllä toimivat polkupyöränsä kuljettivat noin 420 kilometriä päivässä viimeisillä toimitusmatkoilla ja tarvitsivat ainoastaan yhden polttoaineentäydennyksen keskipäivällä. Nämä pienet ajoneuvot suorittivat lähes kolme kertaa enemmän reittejä päivässä kuin niiden akkukäyttöiset kilpailijat. Polkupyörät olivat tiellä 98 % ajasta, kun taas vastaavat akkukäyttöiset ajoneuvot saavuttivat vain 74 %. Sähköajoneuvot yleensä kuljettavat vähemmän lastia, koska niiden on oltava varustettu suuremmilla akkuilla pidentääkseen toimintamatkaa, mutta vetyllä toimivat polkupyörät säilyttivät täyden kuljetuskapasiteettinsa riippumatta siitä, kuinka pitkälle ne matkustivat. Näiden kokeiden perusteella on selvää, miksi vetyllä toimivilla ajoneuvoilla on selkeä etulyöntiasema pitkän matkan logistiikassa, jossa latausasemia on harvassa, lämmönhallinta on haastavaa ja akkujen määrän lisääminen vähentää sitä tilaa, joka muuten voitaisiin käyttää varsinaiseen tavarakuljetukseen.

Insinööritieteellinen pitkä kesto: Järjestelmäsuunnittelun kompromissit vetyvoimaisille kaksipyöräisille

PEMFC-kennojen optimointi (1,2–1,8 kW), lämmönhallinta ja painon jakautuminen

Hyvä kestävyys näissä järjestelmissä ei riipu pelkästään tehokkaista polttoaineista. Siihen vaaditaan huolellista suunnittelua useilla toimivilla komponenteilla yhteistyössä. Protoninvaihtokalvojen polttokennot eli PEMFC-kennot toimivat parhaiten, kun niiden suunniteltu teho on noin 1,2–1,8 kilowattia. Tämä riittää kaupunkiajoihin, mutta kennot pysyvät silti pieninä niin, että ajoneuvo ei tule liian raskaaksi. Kun ne yhdistetään akkujen kanssa, jotka varastavat energiaa jarrutuksen aikana ja tarjoavat lisätehoa tarvittaessa, ajoneuvot saavat yhden vetytankin avulla 80–100 kilometrin kantaman. Lämpötilanhallinta säilyy myös erityisen tärkeänä. Nämä PEMFC-kennot toimivat hyvin 60–80 asteen lämpötilassa, mutta ne tuottavat käytön aikana huomattavaa lämpöä. Erityiset jäähdytyskanavat ja faasinmuutosta hyödyntävät materiaalit poistavat ylimääräisen lämmön ilman, että järjestelmä kasvaa suuremmaksi tai vaikeammaksi asentaa ajoneuvoon. Painongelmat ratkaistaan sijoittamalla vetytankit joko rinnakkain tai eteen–taakse riippuen siitä, mikä vaihtoehto tasapainottaa parhaiten ajoneuvon etu- ja takaosien raskaita osia. Tämä auttaa säilyttämään paremman ohjattavuuden verrattuna perinteisiin akkuasetelmiin, joissa kaikki komponentit tendaavat keskittyä ajoneuvon keskiosaan ja lattiaan. Viime vuoden Aasma Aerospace -tutkimuksen mukaan vety varastoi itse asiassa huomattavasti enemmän energiaa kuin litiumioniakut – jopa 92–170 % enemmän. Käytännössä näiden lukujen saavuttaminen edellyttää kuitenkin sekä lämmönjakautumisongelmien että eri osien toiminnassa toisiinsa vaikutusten asianmukaista huomiointia. Yksityiskohtaisesti suunnitellut järjestelmät menettävät yleensä alle 5 % tehokkuuttaan 1 000 käyttötunnin aikana, mikä tarkoittaa, että käyttäjät voivat ajaa niillä koko päivän ilman, että heidän tarvitsee keskeyttää työvuoroaan täyttöä varten.

Esteet vetyvoimaisten kaksipyöräisten laajentamiselle

Hydrogenvoimaisten potkulauttojen ja moottoripyörien laajamittaiseen hyväksyntään johtava tie on tukossa useiden keskeisten esteiden takia, jotka on ratkaistava. Kustannukset ovat todennäköisesti suurin este tällä hetkellä. Itse polttokennot sekä niiden raskasrakenteiset painesäiliöt ja erityisetsintäaineet ovat edelleen niin kalliita, että nämä ajoneuvot ovat ulottumattomissa suurimmalle osalle kuluttajia. Sitten on vielä kysymys siitä, mistä vetyä itse asiassa saa. Useimmissa paikoissa pääkaupunkien ulkopuolella ei ole lähes lainkaan täyttöasemia, mikä herättää ajajien huolta siitä, että polttoaine loppuu kesken matkan. Tekniseltä kannalta olemme edelleen työskentelemässä siitä, että vetyvarastointijärjestelmät kestävät törmäykset ja toimivat luotettavasti eri ilmastovyöhykkeiden äärimmäisissä lämpötiloissa. Älkäämme myöskään unohtako, mitä ihmiset ajattelevat nähdessään nämä ajoneuvot kadulla. Monet eivät yksinkertaisesti tiedä paljoakaan vetytekniikasta, vaan he pelkäävät turvallisuusongelmia, vaikka teknologia itsessään on varsin turvallinen, ja pitävät kiinni akkuista, koska niitä on tottunut näkemään kaikkialla muualla. Jotta tässä voidaan edistää merkittävästi, valmistajien on lisättävä tuotantomääriä ja hallitusten rakennettava laajemmat täyttöverkostot. Myös säädökset ovat viivästyneet siitä, mitä teknisesti on tällä hetkellä mahdollista. Pelkkä tutkimukseen suunnattu rahan heittäminen ei myöskään riitä.

UKK

Kuinka kauan kestää täyttää vetyllä toimivan kaksipyöräisen ajoneuvon polttoaineen?

Vetyllä toimivan kaksipyöräisen ajoneuvon täyttäminen voi kestää alle kolme minuuttia, mikä on huomattavasti nopeampaa kuin sähköajoneuvojen lataaminen.

Mikä on vetyllä toimivien potkulauttojen kantama?

Vetyllä toimivat potkulautat voivat ajaa 250–300 kilometriä yhdellä tankilla jopa erilaisissa olosuhteissa.

Mitkä ovat suurimmat esteet vetyllä toimivien kaksipyöräisten ajoneuvojen hyväksynnälle?

Pääasialliset esteet ovat korkeat kustannukset, polttoainetäytön infrastruktuurin puute sekä rajoittunut yleinen tietoisuus vetytekniikasta.

Miten vetytankit eroavat varastoinnissa litiumioniakkuista?

Vetytankit säilyttävät polttoaineen korkeassa paineessa, mikä mahdollistaa niiden kevyemmyyden samalla kun ne säilyttävät korkean energiatiukkuuden verrattuna tilavampiin litiumioniakkuisiin.