El-drift

Fra ladbare fly til batteridrevne båter.

Bensin- og dieselbiler dominerer fortsatt veinettet, men det blinker et blått lys for dem. En undersøkelse ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) viste nylig at dagens elbiler ville kunne brukes til 87 prosent av alle daglige kjøreturer i USA. I 2020 kan tallet være oppe i 98 prosent.

En hindring for elbilenes utbredelse har vært rekkeviddeangsten; førernes redsel for å slippe opp for strøm underveis. Bensinstasjoner er lette å finne langs hovedveiene, og siden tanking er fort gjort, er ikke kø ved pumpene noen stor bekymring. Infrastrukturen av ladestasjoner er ikke er like godt utbygget ennå, men den styrkes raskt. I Japan, for eksempel, er det allerede flere ladesteder enn bensinstasjoner.

Innstillingen til elbiler har endret seg en god del de siste årene. Det er ikke lenge siden elektriske biler fikk en kynisk mottakelse, og stive priser skremte kjøperne. Takket være forbedringer i batterikapasitet, ladetider, prestasjoner og pris begynner dagens elbilgenerasjon å omvende kritikere. Ladbare biler vil ganske snart gi forbrenningsmotorene hard konkurranse. I land uten norske avgifter er bensin- og dieselbiler fortsatt langt billigere enn elektriske, men selv der spår ekspertene at elbiler vil kunne konkurrere prismessig innen 2022.

Det er ikke bare på veien eldrift gjør framskritt. Elektriske båter og fly begynner også å gjøre seg gjeldende. Båter var faktisk blant de første eldrevne framkomstmidlene, de var populære i flere årtier fra sent på attenhundretallet til tidlig på nittenhundretallet før de ble avløst av bensindrevne påhengsmotorer. Nå får elbåten sin renessanse takket være den globale interessen for fornybare energikilder. Det tas skritt i retning elektrisk luftfart også, Airbus og NASA er blant dem som utvikler og tester batteridrevne fly. Med det en lærer av slike prototyper, og med videre forbedring av batteriteknologien, kan elektriske rutefly fort bli en realitet.

Eldrift gir ingen utslipp. Hvis USA tok MIT-undersøkelsen til følge og erstattet 87 prosent av bilparken med elbiler, ville det redusere landets oljebehov med 61 prosent. Slike biler ville ikke være helt utslippsfrie, siden de ville kreve oljedrevne fabrikker og kraftverk. Men etter hvert som stadig flere land satser mer på fornybar energi, blir eldrift et enda renere alternativ.

Tesla mot Faraday Future

Tesla Motors, oppkalt etter den lovpriste fysikeren Nikola Tesla, ble grunnlagt i 2003. Med røtter i datamiljøet gikk selskapet inn for å skape avanserte elbiler for massemarkedet. Til å begynne med lanserte de Roadster, som var første serieproduserte bil med litium-ion-batterier, og viste kritikerne at elbiler kunne være framtiden. I 2012 kom Teslas neste trinn i form av Model S. Det var den første elektriske sedanen i prestisjeklassen, og den ble raskt etterfulgt av Model X, en SUV på samme plattform. Nå har Tesla lansert Model 3, som skal begynne å rulle av samlebåndet mot utgangen av 2017. Den tar sikte på å bli Teslas hittil rimeligste modell og skal bygge videre på de tidligere modellenes framgang.

En av Teslas nye rivaler på elbilmarkedet er Faraday Future, som har hentet navnet fra Michael Faraday, elektromagnetismens pionér. Det unge selskapet ble stiftet i 2014, og står på terskelen til å starte produksjonen av sin første modell, superbilen FFZero1. Foreløpig eksisterer bare prototyper, men de har imponert bileksperter med sitt futuristiske utseende og sine høye prestasjoner. Modellen har vakt oppmerksomhet i løpskretser også, og Faraday Future er påmeldt i Formel E i inneværende sesong.

Selskapet har kanskje ingen biler ute på banen ennå, men lover en kreativ konstruksjon som vil vise at den er kommet for å bli. Bilens variable plattformarkitektur (VPA) er svært tilpasningsdyktig, og batterier kan fjernes eller legges til for å endre vekt, ytelser og rekkevidde.

På veien fra visjon til praktisk resultat bruker selskapet VR-teknologi til å studere bilen i utviklingsfasen, mens ideer føres raskest mulig fra skisse til prototyp ved hjelp av 3D-printing. Disse teknikkene skal brukes på hele Faraday Future-flåten, som etter de siste beregningene vil begynne å dukke opp på veien i 2018.

Drivlinjen

Hvordan en elmotor omdanner lagret energi til drivkraft i en batteridreven bil.

Utvendig ser en elbil ut som en bensinbil, men under panseret finner vi en elmotor i stedet for en stempelmotor, og vi ser at energien kommer fra et batteri i stedet for en drivstofftank. Elmotoren omdanner strøm til mekanisk energi, som i sin tur driver hjulene. Prosessen reguleres av en styringsmodul som får signaler fra gasspedalen og slipper riktig mengde strøm fram til motoren.

Elmotorer har høyt dreiemoment i lav fart og gir rask akselerasjon. Første generasjon av elektriske biler brukte likestrømsanlegg, men nyere utgaver bruker vekselstrøm i stedet. Slike systemer gir som regel mer kraft i forhold til vekten og krever ofte mindre vedlikehold.

Bygge bedre batterier

Hvordan skal produksjonen av energilagringsenheter holde tritt med den økende etterspørselen etter elbiler?

De siste tiårene har det pågått en jevn forbedring av batteriers virkningsgrad og kapasitet. Men fortsatt må kjørebatteriene i en elbil være ganske store og tunge for å gi nok strøm. Litium-ion-batterier driver de fleste av dagens elbiler, men ny teknologi kan gi bedre alternativer. Litium-luft-batterier er fortsatt på forskningsstadiet, men de kan lagre ti ganger mer energi enn litium-ion-celler av samme størrelse, en energitetthet som kan måle seg med bensin eller dieselolje. Gullnanotrådbatterier utvikles for å tåle stadig gjenopplading og kan vare over 400 ganger lenger enn litium-ion-batterier.

Tesla er selskapet som ligger i forkant av denne utviklingen. Sommeren 2016 åpnet selskapets «gigafabrikk», et nytt batteriproduksjonsanlegg bygget i Nevada i samarbeid med Panasonic. Når fabrikken kommer i full drift i 2020, skal årsproduksjonen av litium-ion-batterier være større enn verdensproduksjonen var i 2013. Foreløpig er bare en brøkdel av anlegget til fem milliarder dollar i gang, men planen er å sette større deler i drift i 2017 for å forsyne den kommende Model 3 med batterier.

Elektriske rutefly på trappene

Prinsippene som kan muliggjøre elektriske trafikkfly.

Hver dag tar åtte millioner mennesker av i passasjerfly. Luftfart er fortsatt en bransje i vekst, og den som skyter gullfuglen med et praktisk anvendelig eldriftsystem, kan innlede en ny epoke i luftfarten. Elektroflyvningens historie begynte i 1973, da en modifisert Brditschka HB-3 motorglider fløy elektrisk i tolv minutter. Men siden har det ikke vært så mye framgang. Ennå finnes det ikke batterier som kan levere de energimengdene ruteflymotorer krever, men elflyvning er kanskje ikke så langt unna som en skulle tro.

NASA bruker et elektrisk eksperimentfly de kaller Maxwell til å demonstrere at batteridrevne fly ville være stillere og mer energiøkonomiske, med den miljøfordelen at de ikke slipper ut karbonforbindelser. Flyprodusenten Airbus studerer også mulighetene for miljøvennlig flyvning; deres ladbare E-Fan ble i 2015 historiens første helelektriske tomotors småfly til å krysse Kanalen. Nå arbeider selskapet med produksjonsmodellen E-Fan 2.0 og med en hybridversjon som heter E-Fan Plus.

Tesla-direktør Elon Musk nøyer seg ikke med å revolusjonere veitrafikken, han har vurdert elektrisk flyvning også. Da han ble spurt hva den neste store ideen hans ville dreie seg om, svarte han slik: «Jeg har tenkt litt mer på det vertikalstartende elektrojetflyet … jeg er sterkt fristet til å gjøre noe med det.»

Verdens første vertikalstartende elfly, Lilium, vil klare seg uten rullebaner.

Batteridrevne båter

Kan dette være den beste formen for sjøbefordring?

Eldrift til vanns er ikke noe nytt fenomen. I motsetning til biler og fly, hvor bensin og dieselolje fort ble de mest populære energikildene, hadde båter og skip en litt annen utvikling. Både damp, nafta og eldrift var i sin tid med på å avløse seilene, men under de to verdenskrigene viste olje seg å være beste løsning til sjøs.

Eldrift kan være enklere å få til i båter enn til lands eller i luften, siden det bare krever et batteri og en elektrisk påhengsmotor. Effektproblemer og rekkeviddeangst har ført til at eldrift helst har vært brukt i hybride motorbåter hvor elmotoren tok seg av langsom ferdsel, mens forbrenningsmotoren overtok når en skulle fortere fram. Ganske snart vil energitette batterikjemier som litium-svovel og litium-luft komme i produksjon og gi mer effektiv elektrisk ferdsel.

I dag har vi smekre speedbåter og kostnadseffektive ferger som bruker helelektrisk drift til å frakte folk både raskt og greit over vannet. Flåter av billigere, stillere og potensielt kraftigere elektriske båter kan snart bli å se i havner over hele verden.