Nevada is de eerste staat ter wereld waar het straks toegestaan is voor auto’s zonder bestuurder om over de openbare weg te rijden. Wel met de nodige strenge eisen uiteraard.
Google's onbemande auto kan na intensief lobbyen door Google straks eindelijk in de praktijk getest worden.
De dunbevolkte Amerikaanse woestijndeelstaat Nevada staat van oudsher bekend om de liberale wetten wat betreft gokken en prostitutie. De reden dat het gokparadijs Las Vegas zich heeft kunnen ontwikkelen. Nevada heeft nu een nieuwe primeur. De senaat heeft in juli 2011 een wetsvoorstel aangenomen dat het Department of Transport (DOT; Departement van Verkeer) toestaat, regels en richtlijnen te ontwikkelen voor het gebruik van auto’s zonder bestuurder[1]. Een voorbeeld van een dergelijke auto is Google’s conceptvoertuig. Dit is een grote stap bij de praktische toepassing van auto’s zonder bestuurder. Er is nu immers een plaats waar ontwikkelaars hun voertuigen op de openbare weg kunnen testen. Ook zullen nu waarschijnlijk andere deelstaten van de VS en andere landen volgen.
De wet voorziet er in dat het Departement van Verkeer van Nevada “regels zal ontwikkelen die het autonome voertuigen toestaan om gebruik te maken van de snelwegen in de Staat Nevada.†De wet draagt de DOT van Nevada op, veiligheids- en prestatiestandaarden vast te leggen en vraagt het om gebieden aan te wijzen waar bestuurderloze auto’s kunnen worden getest. (N.b.: dit kan nog erg veel tijd kosten: Japan, bijvoorbeeld, heeft al jaren geleden standaarden voor huishoudelijke robots beloofd en deze nog steeds niet vrijgegeven. Daartegenover: de overheid van de Amerikaanse deelstaat Nevada is aanmerkelijk kleiner en liberaler dan de nogal dwangneurotische en perfectionistische Japanse overheid).
De volledige tekst van het wetsvoorstel is onder [2] te vinden.
Je elektrische auto kan straks gewoon aan de pomp worden gevuld, net als een benzineauto. Niet met benzine, maar met Cambridge crude. Hebben we nu eindelijk de doorbraak die de elektrische auto mogelijk maakt?
Accu’s sloom en log
Dit goedje, door de uitvinders Cambridge Crude genaamd, is een vloeibare batterij.
Elektrische auto’s werken met een accu. Ultracondensators kunnen in enkele seconden worden opgeladen en worden steeds beter en krachtiger. Helaas halen ultracondensators het qua opslagcapaciteit van energie nog niet bij accu’s, laat staan benzine. Het nadeel van accu’s is dat het opladen zo lang duurt. Een half uur of zelfs vele uren lang bezig zijn met laden, zal weinig forenzen aanspreken.
Onderzoekers van MIT hebben nu een oplossing gevonden. Hun nieuwe batterij, een zogeheten semi-solid flow cell, bestaat uit vaste deeltjes die als suspensie in een draagvloeistof zweven. Deze vloeistof wordt door het systeem gepompt. In dit ontwerp zijn de actieve onderdelen van de batterij – de positieve en negatieve elektroden – niet zoals in een gewone batterij, vastliggende platen. Ze bestaan uit deeltjes die in een vloeibare elektrolyt zweven. Deze verschillende suspensies worden door een systeem gepompt, gescheiden door een filter, zoals een dun poreus membraan.
De elektroden van de vloeibare batterij zijn fijnverdeeld in de vloeistof.
Twee keer zoveel energie per kilo
Het onderzoek werd uitgevoerd door Mihai Duduta en Bryan Ho. Uniek aan dit nieuwe ontwerp is dat het de twee functies van de batterij: energie opslaan tot deze nodig is en de energie ontladen als deze gebruikt moet worden – in verschillende fysische structuren zijn ondergebracht. In een ‘gewone’ batterij nemen de elektroden beide functies tegelijkertijd over. Chiang, de begeleider van het onderzoek, zegt dat door deze twee functies te scheiden batterijen veel efficiënter kunnen worden[1]. Het nieuwe ontwerp belooft de afmetingen en kosten van een compleet batterijsysteem, inclusief alle ondersteunende structuren en connectors terug te brengen tot ongeveer de helft van het huidige niveau. M.a.w. twee keer zoveel energie per kilogram. Deze verdubbeling van opslagcapaciteit op zich al kan elektrische voertuigen volledig laten concurreren met benzine- of dieselvoertuigen, aldus de onderzoekers. Als het bereik van een elektrisch voertuig zou worden verdubbeld en de kosten van de accu gehalveerd, dan zou dit elektrische voertuigen zonder subsidie in Nederland al haalbaar maken. De onderzoekers schatten dat 0,13-0,25 kWh per kilo denkbaar is [2].
Batterij tanken aan de pomp
Een ander voordeel is dat het systeem het mogelijk maakt, de batterij opnieuw op te laden door te tanken. De vloeibare slurry wordt er dan uitgepompt en vervangen door een verse, volledig opgeladen vervangingslading. Een andere oplossing (die ook bij andere types accu kan worden gebruikt) is de complete tank verwisselen. Als je de auto bekleedt met zonnepanelen, zou deze zelfs de tank weer opnieuw kunnen vullen.
Flow batteries bestaan al langer, maar hebben vloeibare media gebruikt met een zeer lage energiedichtheid. In een elektriciteitscentrale is dat niet zo erg – gewicht en volume is dan niet zo belangrijk. Het gaat dan eerder om de vraag, hoeveel energie per euro kan worden opgeslagen. In een elektrisch voertuig is gewichtsbesparing juist heel belangrijk.
Nooit meer hoeven te tanken. Is het in theorie mogelijk dat er ooit een auto komt die geheel in staat is om op zonlicht of andere energiebronnen te rijden, zonder op te laden?
De Nuna 5 is zeer licht gebouwd om een maximale snelheid uit de zon te persen. Het wagentje zou wel eens de voorloper kunnen zijn van volkomen energieonafhankelijke auto's, in ieder geval in woestijnlanden en tropiasche gebieden.
De hoeveelheid zonlicht in Nederland is zeer wisselend. Rond 21 juni, de dag met de grootste daglengte, valt er per vierkante meter ongeveer tien keer zoveel zonne-energie (rond de vijf kilowattuur) als rond 21 december. De allerbeste zonnepanelen hebben op dit moment een rendement van ongeveer veertig procent.
In zonnige landen als Israël en India kan het. Er valt daar gemiddeld rond de zes kilowattuur aan zonnestraling per vierkante meter. Als we aannemen dat een auto helemaal met zeer efficiënte zonnepanelen bekleed is en dat gemiddeld ongeveer vijf vierkante meter door de zon loodrecht beschenen wordt, dan betekent dat dus dat de auto per dag ongeveer twaalf kilowattuur opwekt uit zonlicht. Voldoende voor tachtig tot honderd kilometer rijden. Er is daar ook in de winter voldoende zonne-energie voor de gemiddelde automobilist om zonder te tanken door te kunnen blijven rijden. Op dit moment zijn deze zonnecellen helaas nog te log en te duur.
In Nederland wordt ongeveer tien kilowattuur geproduceerd, voldoende voor ongeveer zeventig tot tachtig kilometer. Met voldoend grote accu’s is dit net voldoende voor de gemiddelde forens in de zomer, als hij in het weekend de auto laat opladen. In de winter is de hoeveelheid elektriciteit met één kilowattuur per dag uiteraard veel te weinig. Dan zal je dus bij moeten tanken.
Er zijn echter technische doorbraken bereikt waardoor er zicht is op zonnecellen met een rendement tot 65% of meer. Ook zullen betere accu’s lichter zijn en kunnen de auto’s van lichtere materialen zoals koolstofvezel of grafeen vervaardigd worden. Als zonnecellen anderhalf keer zo efficiënt worden en het energieverbruik van de auto door het lagere gewicht en betere aerodynamische vormgeving nog eens met vijftig procent daalt, dan zal de auto zelf het grootste deel van het jaar voldoende energie opwekken. In een woestijnland zal een auto dan in een netto energieproducent veranderen. De rendementen van zonnecellen schieten omhoog, terwijl de kostprijs steeds meer daalt. Kortom: het olietijdperk zou wel eens eerder voorbij kunnen zijn dan de meeste mensen zich realiseren.
Batterijen zijn traag, zwaar en duur. Geen wonder dus dat onderzoekers over de hele wereld naar alternatieven zoeken. Zullen ultracondensatoren elektrisch rijden op grote schaal mogelijk maken?
Waarom rijden we nog niet allemaal elektrisch?
Elektrische auto's zoals de Tesla Roadster zijn nog steeds extreem duur wegens de lithiumbatterijen die er in zitten.
Elektrisch rijden kent enkele grote voordelen. Elektriciteit is uit meerdere energiebronnen te genereren. Als morgen een uitvinder een geniale manier bedenkt om energie op te wekken, hoeven elektrische auto’s dus niet omgebouwd te worden. Er is ook geen extra infrastructuur voor nodig: een stopcontsct en een verlengkabel volstaat. Ook zijn elektromotoren zeer efficiënt: zeventig tot negentig procent. Benzinemotoren halen maar twintig procent. Weliswaar verloopt de omzetting van bijvoorbeeld gas of steenkool in elektriciteit niet erg efficiënt, al halen gascentrales nu al bijna zestig procent, maar ook stroom van waterkracht of zonnecellen kan gebruikt worden.
Twee grote nadelen voorkomen dat elektrisch rijden nog steeds doorbreekt. In batterijen kan maar weinig energie worden opgeslagen (een liter benzine bevat honderd keer zoveel chemische energie als een kilo accu) en het opladen duurt heel erg lang, vaak wel een nacht. Plus uiteraard de hoge kosten van lithium-ion accu’s, op dit moment de meestgebruikte accusoort. Onderzoekers over de hele wereld werken echter koortsachtig aan oplossingen voor deze twee problemen en de laatste jaren wordt steeds meer vooruitgang geboekt op deze drie terreinen.
Accu’s zijn dus traag, duur en verslinden energie. Geen wonder dat onderzoekers steeds meer interesse krijgen in condensatoren. Die zijn namelijk zeer snel op te laden en kunnen tot een miljoen keer opgeladen worden zonder dat ze degraderen. Dat is met een accu wel anders.
Condensatoren
Een condensator slaat lading op in twee platen, waar een isolerende laag tussen zit.
Condensatoren werken fundamenteel anders dan batterijen en accu’s. In batterijen vindt een chemische reactie plaats (het ene metaal staat elektronen af en gaat in oplossing, terwijl het andere neerslaat en elektronen opneemt, bijvoorbeeld), waardoor elektronen van de negatieve naar de positieve pool stromen. De motor loopt op die stroom.
Een condensator slaat rechtstreeks lading (in de vorm van een overschot en een tekort aan elektronen) op. Een condensator bestaat uit twee (vaak opgerolde) platen, waarbij de ene plaat een positieve en de andere plaat een negatieve lading krijgt.
Het voordeel van condensatoren is duidelijk. De ionen, geladen moleculen, hoeven zich niet dwars door het stroperige water heen te worstelen zoals in een batterij, wat veel energie kost. In plaats hiervan stromen de elektronen rechtstreeks vanuit hun opslagplaats door de motor. Daardoor zijn condensatoren veel sneller en zuiniger dan batterijen. Een condensator kan, afhankelijk van de grootte, in fracties van seconden tot enkele seconden opgeladen worden. Hoe groter de oppervlakte van de platen en hoe dichter ze bij elkaar liggen, hoe meer lading ze op kunnen slaan.
Ultracondensator
Ideaal is dus een condensator met zeer veel laagjes van elk een atoom dik, bijvoorbeeld grafeen(1), die elk gescheiden worden door een isolerend laagje van een atoom dik. Een gram grafeen heeft een oppervlak van meer dan 2600 vierkante meter(2), een half voetbalveld. Geen wonder dat uit experimenten blijkt dat er zelfs in een enkele gram respectabele hoeveelheden energie opgeslagen kunnen worden. Dit is ongeveer wat er in een ultracondensator gebeurt. Einde 2010 stond het wereldrecord energieopslag op ongeveer 0,136 kWh per kilo(3), vergelijkbaar met een nikkel-hydride batterij. In theorie kan de capaciteit van grafeen worden opgekrikt tot 550 F/g, omgerekend is dat meer dan een halve kilowattuur per kilo, veel meer dan zelfs de beste batterij. Maar dan wel in slechts twee minuten opgeladen.
Directeur Huang van het start-up bedrijfje Nanotune, dat een andere techniek hanteert, stelt uiteindelijk een vergelijkbare capaciteit te kunnen halen(4). Zou het uiteindelijk mogelijk worden meerdere kilowattuur in een kilogram condensator op te slaan voor een betaalbare prijs (de richtlijn is 250 dollar per kilowattuur), dan wordt de effectieve energiedichtheid van benzine overtroffen. Het is dan definitief over en uit voor de olieindustrie.
Uit onderzoek van E Source, een bureau gespecialiseerd in energievraagstukken, blijkt dat maar liefst 85% van de Amerikaanse automobilisten bereid is elektrisch te gaan rijden [1]. In Nederland heeft de gemiddelde automobilist vooral eerst behoefte aan betere voorlichting. Volgens voorlichtingsorganisatie Milieu Centraal blijkt dat Nederlandse automobilisten vaak slecht op de hoogte zijn van de mogelijkheden van een elektrische auto. “Onafhankelijke voorlichting is nodig voor een soepele introductieâ€, zegt Vera Dalm, directeur van Milieu Centraal. Twee veel voorkomende misvattingen.
Misvatting 1: ‘stilstaan langs de weg’
Een groot deel van de automobilisten denkt dat de kans om langs de weg stil te komen staan reëel aanwezig is. Echter, de meeste automobilisten rijden slechts twee keer per maand afstanden van meer dan 60 km zonder stop, terwijl de accu’s van elektrische auto’s het 70 tot 200 km kunnen volhouden. Het systeem waarschuwt tijdig voor een mogelijk lege accu, wat het in combinatie met het groeiend aantal oplaadpalen in Nederland vrij onwaarschijnlijk maakt om om die reden stil langs de weg te komen staan. Bovendien kan de auto worden opgeladen via normale stopcontacten, maar de echte scepticus kan altijd nog gaan voor een extra brandstofhulpmoter wat het bereik van de auto aanzienlijk verhoogd.
Misvatting 2: ‘slecht voor het milieu’
Hoewel er bij het rijden geen uitlaatgassen vrij komen, zijn veel mensen de mening toebedeeld dat elektrisch rijden slecht zou zijn voor het milieu. Er is wel uitstoot van CO2 bij de opwekking van elektriciteit die uit het stopcontact komt, maar dit is ongeveer de helft van de CO2 die vrij komt bij een verbrandingsmotor op conventionele autobrandstoffen. De elektrische auto kan worden gerekend tot de meest milieuvriendelijke van dit moment, ook als er wordt gekeken naar de totale levenscyclus inclusief de productie van de accu.
Milieu blijkt, vooral bij de hoog opgeleide autokenner met leaseauto, een belangrijk argument te zijn.
Andere voordelen van elektrisch rijden [3]:
+ Elektriciteit is goedkoper dan brandstof
+ Een elektrische motor vergt minder onderhoud
+ Het wordt gestimuleerd vanuit de overheid
+ Elektrische voertuigen accelereren tot 2 keer sneller
+ Het is stiller
