Varför tvåhjulingar som drivs med vätgas uppnår bättre räckvidd

Energitäthetsfördel: H₂ jämfört med litiumjonbatterier (gravimetriskt och volymetriskt)

Vad som gör vätgas så attraktiv för tvåhjulingar beror i huvudsak på dess energitäthet. När vi tittar på den per vikt innehåller vätgas cirka 33,6 kWh per kilogram. Det är faktiskt mer än 120 gånger bättre än vad litiumjonbatterier kan erbjuda, vilka ligger på cirka 0,25–0,3 kWh per kg. På grund av detta kan fordon som drivs med vätgas vara betydligt lättare samtidigt som de fortfarande klarar långa distanser. Vätgas har dock en lägre volymtäthet, men ingenjörer har funnit lösningar på detta problem. De lagrar den under mycket högt tryck – mellan 350 och 700 bar – i dessa avancerade komposittankar. Med denna lösning lyckas man lagra upp till 40 gram vätgas per liter. Förare kan förvänta sig över 250 kilometer körsträcka på en enda tankning – något som batteridrivna elfordon helt enkelt inte kan matcha utan att lägga på enormt med extra vikt. Denna kombination av god energi per vikt och smarta lagringslösningar ger vätgasdrivna cyklar ett verkligt fördelaktigt läge när det gäller att förflytta människor i städer utan att bära med sig all den tunga batterivikten.

Påfyllningshastighet och driftstid: <3 minuter jämfört med 1–4 timmars laddning

Hur snabbt något kan tankas på gör all skillnad när det gäller vad som fungerar i verkligheten, och vätgas har definitivt fördelen på detta område. Sparkcyklar som drivs med vätgas kan fyllas på på mindre än tre minuter, vilket är nästan lika snabbt som att tanka en bensindriven bil. Jämför detta med litiumjonbatterier som kräver mellan en och fyra timmar för att laddas fullständigt. För företag som driver stora fordonspålar innebär dessa siffror stora förbättringar av hur mycket fordonen faktiskt kan användas. Ta till exempel utlämningsföretag – förare som kör cirka 420 kilometer varje dag står knappt still för att vänta på att ladda. De fortsätter att köra mellan skift utan att missa ett slag. Även vanliga stadsmänniskor som pendlar upplever mindre stress över att gå på tomma batterier halvvägs genom sin resa; ingen behöver längre slösa bort dyrbara timmar med att vara ansluten till en laddstation någonstans. Medan eldrivna fordon binder människor till specifika laddningsplaneringar låter vätgas helt enkelt dem återgå till verksamheten nästan omedelbart – vilket förklarar varför den blir alltmer populär inom tjänster där tidsplanering är avgörande.

Väteeldrivna sparkcyklar i verkliga driftsförhållanden

Stadsmobilitetsförsök: Honda Clarity Fuel Cell Sparkcykel och HySE-1-data från Tokyo

De vätgasdrivna sparkcyklarna som testades på Tokyos trafikfyllda gator, inklusive modeller från Honda (Clarity Fuel Cell) och HySE-1, klarade cirka 250–300 kilometer på en enda tank även vid konstanta stopp, backar och växlande väderförhållanden. Att fylla på dem vid teststationerna tar endast ungefär tre minuter, vilket är en stor fördel jämfört med elfordon som kräver flera timmar för att laddas. Vad som framstår som mest imponerande är hur dessa sparkcyklar behåller sin prestanda även efter flera påvarv och stopp samt vid olika temperaturextremer – något som batterier helt enkelt inte klarar utan att förlora effekt över tid. När man ser alla dessa data blir det tydligt varför vätgastekniken kan fungera så bra för tjänster som kräver fordon som kör kontinuerligt under hela dagen, till exempel taxiflottor eller utlämningsverksamheter. Varje extra minut som operatörer måste vänta på bränslet innebär förlorad inkomst i denna snabbt rörliga marknad.

Logistikvalidering: DHL:s pilotverksamhet i Hamburg — 420 km/dag med nästan noll driftstopp för påfyllning

DHL:s pilotverksamhet i Hamburg visade ganska övertygande resultat på marknaden. Deras vätgasdrivna sparkcyklar klarade att täcka cirka 420 kilometer varje dag under dessa sista leveransrundor och behövde endast en enda bränselpåfyllning vid middagstid. Dessa små fordon överträffade sina batteridrivna konkurrenter med nästan tre gånger när det gällde hur många rutter de kunde slutföra på en dag. Sparkcyklarna var i drift 98 % av tiden, medan liknande batterifordon endast uppnådde 74 %. Elmodeller har ofta lägre lastkapacitet eftersom de kräver större batterier för att kunna köra längre, men vätgasdrivna sparkcyklar behöll sin fulla lastkapacitet oavsett hur långt de körde. Efter att ha sett dessa tester är det tydligt varför vätgas har ett sådant fördelsläge inom långdistanslogistik där laddstationer är få, värmehantering är komplicerad och att bädda tillräckligt med batterier minskar det utrymme som annars skulle kunna användas för faktiska gods.

Ingenjörslösning för lång räckvidd: Kompromisser i systemdesign för tvåhjuliga fordon med vätbränsle

Optimering av PEMFC-stack (1,2–1,8 kW), termisk hantering och viktfördelning

Att uppnå god räckvidd från dessa system handlar inte bara om att ha kraftfulla bränslekällor. Det kräver noggrann konstruktion av flera komponenter som arbetar tillsammans. Protonutbytesmembran-bränsleceller, eller PEMFC-stackar, fungerar bäst när de är utformade för en effektutdata på cirka 1,2–1,8 kilowatt. Det räcker för att hantera behoven vid stadskörning, men är fortfarande tillräckligt litet så att fordonet inte blir för tungt. När de kombineras med batterier som kan lagra energi vid bromsning och leverera extra effekt vid behov får fordonen en räckvidd på 80–100 kilometer per vattenstofftank. Temperaturhantering förblir också mycket viktig. Dessa PEMFC:er fungerar väl mellan 60 och 80 grader Celsius, men genererar ganska mycket värme under drift. Specialdesignade kylkanaler och fasändringsmaterial hjälper till att avlägsna överskotts-värme utan att göra systemet större eller svårare att montera i fordonet. Ingenjörer löser viktrelaterade frågor genom att placera vattenstofftankarna antingen sida vid sida eller fram till bak beroende på vad som fungerar bäst för att balansera de tyngre delarna i fordonets fram- och baksida. Detta bidrar till bättre körbarhet jämfört med traditionella batterilösningar, där allt ofta koncentreras nära fordonets mitt och golv. Enligt forskning från Aasma Aerospace förra året innehåller vattenstoff faktiskt betydligt mer energi än litiumjonbatterier – någonstans mellan 92 % och till och med 170 % mer. Men att uppnå dessa siffror i praktiken innebär att hantera både värmedistributionen korrekt och hur olika delar påverkar varandra under drift. System som byggs med omsorg förlorar vanligtvis mindre än 5 % verkningsgrad under 1 000 drifttimmar, vilket innebär att operatörer kan köra dem hela dagen utan att behöva stanna för påfyllning mitt i sina skift.

Hinder för att skala upp införandet av tvåhjuliga fordon med vätbränsle

Vägen mot bred spridning av vätgasdrivna sparkcyklar och motorcyklar är blockerad av flera nyckelhinder som måste lösas. Kostnaden är förmodligen det största hindret just nu. Bränslecellerna själva, tillsammans med de tunga trycktankarna och de särskilda katalysatormaterialen, har fortfarande pristag som gör dessa fordon oåtkomliga för de flesta konsumenter. Sedan finns det hela frågan om var man faktiskt ska få tag på vätgas. De flesta platser utanför stora teststäder har nästan inga tankstationer alls, vilket gör att förare blir oroliga för att ta slut på bränsle mitt i en resa. Från ett ingenjörsperspektiv arbetar vi fortfarande med att säkerställa att vätgaslagringssystemen kan överleva krockar och hantera extrema temperaturer i olika klimat. Och låt oss inte glömma bort vad människor tycker när de ser dessa fordon på gatan. Många människor vet helt enkelt inte mycket om vätgasteknik, oroar sig för säkerhetsfrågor trots att tekniken i sig är ganska säker och föredrar batterier eftersom det är det de är vana vid att se överallt annars. För att verkligen göra framsteg här måste tillverkare öka produktionsvolymerna samtidigt som regeringar bygger ut fler tanknätverk. Regleringar måste också komma ikapp med det som tekniskt sett är möjligt idag. Att bara investera pengar i forskning kommer inte att räcka.

Vanliga frågor

Hur lång tid tar det att tanka en tvåhjulig fordon med vätbränsle?

Att tanka en tvåhjulig fordon med vätbränsle kan ta mindre än tre minuter, vilket är avsevärt snabbare än att ladda eldrivna fordon.

Vad är räckvidden för cykelscootrar med vätbränsle?

Cykelscootrar med vätbränsle kan uppnå räckvidder på 250–300 kilometer på en enda tank, även under olika förhållanden.

Vilka är de största hindren för införandet av tvåhjuliga fordon med vätbränsle?

De främsta hindren inkluderar höga kostnader, brist på tankinfrastruktur och begränsad allmän kunskap om vätteknik.

Hur skiljer sig lagringen av vätbränslestankar från lagringen av litiumjonbatterier?

Vätbränslestankar förvarar bränslet under högt tryck, vilket gör att de kan vara lättare samtidigt som de bibehåller en hög energitäthet jämfört med de klumpigare litiumjonbatterierna.