Goedkope hernieuwbare energie is de sleutel tot BMW's elektrische 'Megacity'

Wanneer men de steeds toenemende wereldpopulatie en het steeds toenemende energieverbruik van de gemiddelde aardbewoner beschouwd, dan beseft men al gauw dat er voorzorgsmaatregelen genomen zullen moeten worden naar de toekomst toe. Een heleboel van deze maatregelen bevinden zich op technologisch vlak, namelijk de ontwikkeling van nieuwe technologieën moet sterk rekeningen houden met dit perspectief van de toekomst. Momenteel lijkt het er heel sterk op dat in de transportsector de moderne technologieën de meest cruciale impact kunnen hebben in vergelijken met andere technologieën voor andere sectoren. De transportsector is zijn geheel is verantwoordelijk voor een groot gedeelte van ons totale energieverbruik. Transport is verantwoordelijk voor een aandeel van zo'n 25% van ons energieverbruik. Deze impact zou komen doordat de evolutie in de transportwereld sinds zijn ontstaan geen super grote doorbraken meer heeft gekend. En hierbij gaat het dan vooral over de personenwagens, het ontwerp van personenwagens kent geen grote veranderingen sinds het eerste model die voor de grote doorbraak zorgde. Namelijk rijden we nog altijd rond in gigantische grote en veel te zware wagens waarvan het vermogen van de aandrijving 'overpowered' is ten opzichte van het gebruik. En met de huidige technologie wordt slechts minder dan een derde van de toegevoerde energie gebruikt om de wagen vooruit te gaan duwen terwijl al de overige energie verloren gaat.

Na meer dan 100 jaar evolutie moet men toch al beter kunnen dan dit. Momenteel weegt een gemiddelde personenwagen 20 maal meer dan zijn bestuurder, heeft deze een bereik van 480 kilometer zonder brandstof te moeten bijtanken, heeft een topsnelheid van meer dan 160 kilometer per uur, wordt slechts 10% van de tijd gebruikt en staat dus 90% van de tijd geparkeerd. De transitie naar een meer rationeel personentransport is ingezet door de hybride wagens en wordt nauw gevolgd door de elektrische wagens en wagens op waterstof. Bij al deze nieuwe ontwerpen is het rendement van de aandrijven een stuk beter en gaat er veel minder vervuiling mee gepaard. Velen houden vast aan het vermoeden dat het niet de personenwagens zijn die het probleem zijn in de transportsector. Maar dit is een foutieve veronderstelling want het is wel degelijk zo dat de personenwagens de grootste energieverbruikers zijn in de transportsector.

Maar naast de groei van de wereldpopulatie en het toenemend gemiddeld energieverbruik per persoon moet men ook nog een andere trend in beschouwing neming om een volledig beeld te krijgen van het personentransport in de toekomst. Namelijk gaat het hier over de wereldwijde verstedelijking. Toen de wagen, ongeveer een eeuw geleden, zijn grote doorbraak kende was er een groot verschil in deze zaak in vergelijking met nu, namelijk toen woonde er ongeveer zo'n 13% van de wereldbevolking in een stad of een verstedelijkt gebied. Maar over de jaren is dit percentage erg sterk gaan stijgen, namelijk zodat men tegen 2005 een volledig verschillende verhouding bekwam. Namelijk in 2005 was de verhouding zo ongeveer gelijk verdeelt, namelijk 50% van de wereldbevolking leefde toen in steden of verstedelijkt gebied. Nu in 2010 ziet men dat dit percentage verder stijgt en de voorspellingen zeggen dat we tegen 2030 al over de 60% zullen zitten en tegen 2050 aan de 70%.

Dus om voorzorgen te gaan nemen naar de toekomst toe voor de verdere ontwikkeling van de personenwagens is dit ook een belangrijke trend om in rekening te brengen. Namelijk omdat het gebruik van een wagen door een persoon die in een stad of in een verstedelijkt gebied woont niet hetzelfde is als dat van iemand die ver weg, buiten een stad woont. En dus werd het gedrag van de mensen die in de steden wonen al reeds uitvoerig geanalyseerd. Uit deze analyse realiseerde men dat de mogelijkheden van de huidige wagens veel groter zijn dan voor wat een stadsbewoners eigenlijk nood heeft. Hij gebruikt slechts een vrij beperkt deel van de capaciteiten van een wagen. Namelijk bijvoorbeeld, zo zou een elektrische wagen met een bereik van 170 kilometers volstaan voor 98% van de stadsbewoners. Ook met de topsnelheid van meer dan 160 kilometer per uur is de stadsbewoner niet veel, namelijk in de steden ligt de gemiddelde snelheid van de wagens tussen de 25 en de 50 kilometer per uur.

Van deze nieuwe technologieën komt het bij alle drie de gevallen neer op de elektrificatie van de aandrijving, want zowel bij de hybride, elektrische en brandstofcel wagens wordt er elektrische energie omgezet in kinetische energie. En deze kinetische energie zorgt er dan voor dat de wielen gaan ronddraaien en dat de wagen vooruit gaat. Met deze omzetting, van elektrische naar mechanische energie, is men op wetenschappelijk en technologie vlak erg vertrouwt. Men heeft namelijk al een heel wat ervaring met deze energieoverdracht. En dit onderdeel van de aandrijving is, op technologisch vlak, klaar voor commerciële toepassingen. Maar het is namelijk een ander aspect van de elektrificatie die veelal moeilijk ligt bij de potentiële kopers. Namelijk is voor vele onder hen de opslag van deze elektrische energie niet zo aantrekkelijk.

Bij de hybride en de elektrische wagen wordt de elektrische energie opgeslagen in een batterij en bij een wagen met een brandstofcel wordt de elektrische energie opgeslagen in de vorm van waterstofgas. Maar deze vormen voor de opslag van elektrische energie verschild sterk van manier waarop men de energie opslaat in een conventionele wagen met een verbrandingsmotor. En het is met dit aspect van de aandrijving dat er op technologisch vlak dat men nog niet erg veel ervaring heeft opgedaan. Zowel voor de batterij als de brandstofcel. Brandstofcellen kennen nog maar een beperkt aantal toepassingen en vindt zich deels nog in de onderzoeks- en ontwikkelingsfase. Dit heeft ervoor gezorgd dat de technologie voor de brandstofcellen nog niet echt volwassen is en dus nog niet direct klaar zal zijn voor commercieel gebruikt op grote schaal in wagens.

Batterijen is een technologie waar men al heel wat meer ervaring mee heeft in vergelijking met brandstofcellen. Maar tot recent kenden batterijen hoofdzakelijk toepassingen waarbij het ging om relatief kleine batterijen. Deze relatief kleine batterijen zijn dan onder andere bijvoorbeeld de batterij in een zaklamp, gsm, horloge, speelgoud, walk-man, etc. Maar de batterij bij deze toepassing is van een veel kleinere schaal dan de batterij die men nodig heeft in een elektrische wagen. Dus in eerste instantie heeft/had men een beperkte ervaring met batterijen van een dergelijke omvang. En dus was/is er heel wat tijd, energie en geld in de ontwikkeling van batterijen van een dergelijke omvang gestoken zodat men tot een geschikte batterij verkrijgt om een wagen aan te drijven.

Maar fundamenteel gezien, blijft een elektrische aandrijving steeds met een aantal uitdagingen zitten, om er dezelfde mogelijkheden mee te bekomen als bij de conventionele wagens met een verbrandingsmotor. Tot nu toe is men er nog niet in geslaagd om een elektrische wagen te ontwikkelen, waarbij de energie omgeslagen wordt in een batterij, met dezelfde eigenschappen als de huidige 'overpowerde' personenwagens tegen dezelfde prijs. Er blijken heel wat problemen te zijn om een elektrische wagen te bouwen die ook een bereik heeft van 480 kilometer zonder te moeten 'bijtanken' en die een topsnelheid heeft van meer dan 160 kilometer per uur. Maar uiteindelijk blijkt het zo te zijn dat dergelijke mogelijkheden in steden en verstedelijkte gebieden niet gevraagd zijn. En dus zijn heel wat automobielfabrikanten momenteel bezig met de ontwikkeling van hybride, elektrische en brandstofcel wagens zodat men klaar is voor de toekomst en de veranderingen op vlak van persoonlijk transport. Nissan en GM zijn ongeveer de eerste grote merken die als eerste het gewaagd hebben om hun versie van deze technologie op de markt te brengen. En tot nu toe blijk dit zeker geen mislukking te zijn.

En vele andere automobielfabrikanten zullen niet al te lang meer op zich laten wachten want heel veel van hen hebben concrete plannen om binnenkort hun versie van deze technologie op de markt te gaan brengen. Eén van deze grote merken in BMW, zij zijn ook al een tijdje te broeden op hun versie van deze technologie. Namelijk hebben zij al hybride, elektrische en een 'brandstofcel' versie ontwikkeld van een aantal van hun bestaande modellen. Maar nu hebben ze ook aangekondigd dat zij bezig zijn met de ontwikkeling van een wagen die ontworpen is om elektrisch aangedreven te worden. Deze wagen kreeg de toepasselijke naam 'Megacity'. En dus is het hier niet zo dat ze een bestaand model ombouwen naar een hybride, elektrische versie of een versie met een brandstofcel. Een van de aandachtspunten bij dit ontwerp is het gewicht van de wagen. Wanneer men het gewicht van de wagen naar beneden kan krijgen, dan wordt ook de prijs ervan lager. En in deze situatie blijft het bereik onveranderd. Daarom plant BMW om voortaan koolstofvezels te gebruiken als bouwmateriaal voor het chassis van hun elektrische wagen. Koolstofvezels is een veel sterker en lichter materiaal dan hetgeen men momenteel gebruikt voor het chassis.

Maar koolstofvezel brengt op het eerste moment een aantal problemen met zich mee, namelijk is het een relatief duur materiaal voor deze toepassing. En deze hoge kostprijs komt uit het productieproces van de materie. Om koolstofvezels te produceren is er namelijk een relatief grote hoeveelheid energie vereist. En energie kost geld. Maar BMW voorziet een investering van $ 100 miljoen om een fabriek voor de productie van koolstofvezel te bouwen in Washington. En deze locatie werd specifiek gekozen om de prijs voor energie er lager ligt dan op andere locaties. In Washington kan men profiteren van een lage energieprijs voor elektrische energie. Dit is te danken aan de aanwezigheid van een gigantische stuwdam en andere kleinere stuwdammen in de regio. De Grand Coulee Dam is een zeer grote stuwdam in de Columbia River die heel veel, relatief goedkope elektriciteit opwekt voor de regio daar. En zo heeft men in Washington een goedkope elektriciteitsprijs, namelijk zo'n 4 cents per kilowattuur voor industriële verbruikers. Deze prijs ligt zo'n 40% lager dan die van de andere staten in de VS. Door daar hun fabriek te vestigen kan BMW profiteren van deze lage elektriciteitsprijs om de koolstofvezels tegen een lagere prijs te gaan produceren. Om de kostprijs van de koolstofvezels verder te drukken zal BMW er zo veel mogelijk gebruik maken van 'koolstofvezel-schroot' die ze gaan recycleren tot grondstof voor de productie van nieuwe koolstofvezels.

Geschreven door Emile Glorieux, bron [news.nationalgeographic]