דלקים מאובנים נוזליים הם מאגרי האנרגיה הנפוצים ביותר להנעת כלי רכב, בעיקר בזכות היתרונות של ניידות נוחה, צפיפות אנרגיה גבוהה ביחס לנפח ולמשקל, וקלות יחסית בהשלמת מאגרים שהתרוקנו. עליית מחירי הדלקים המאובנים וחסרונותיהם הסביבתיים מניעים חיפוש ופיתוח תחליפים.
מקור האנרגיה העיקרי לתחבורה המנועית ברחבי העולם הוא דלקים מאובנים נוזליים. מקור זה, ששימש כפתרון יעיל לבעיות המאה הקודמת, הופך להיות בעיה. העולם צורך כיום קרוב ל – 90 מיליון חביות נפט מידי יום, בעיקר לשימושי תעשייה ותחבורה. צריכת הדלקים המאובנים עולה, ההיצע מתקשה לענות לביקושים, ומחירי הדלקים מאמירים ומאטים את הכלכלה העולמית המודרנית – התלויה באספקה קבועה של אנרגיה. בנוסף לכך, גוברות העדויות המעידות על השפעות סביבתיות מזיקות של פליטות מצטברות משרפת דלקים מאובנים, הן לסביבה הקרובה והן לסביבה הרחוקה.
לשימוש בדלקים מאובנים נוזליים כמקורות אנרגיה מובילים לתחבורה ישנם מספר יתרונות בולטים בהשוואה לחלופות אחרות, ולכן הליכי מעבר לתחליפים אינם פשוטים או קלים:
א. דלקים מאובנים נוזליים נהנים מריכוז אנרגיה גבוה ביחס למשקל ולנפח, בהשוואה לחלופות.
ב. דלקים מאובנים נמצאים בטבע מן המוכן, ולכן הליכי הפקתם זולים יחסית.
ג. ניתן לנייד דלקים נוזליים בקלות יחסית בכלי קיבול שונים או בצינורות.
ד. ניתן לתדלק בקלות ובמהירות יחסית גבוהה מיכלי קיבול לדלקים נוזלים, לאחר שהם מתרוקנים כתוצאה מניצול האנרגיה האגורה בדלקים.
ה. קיימת רשת מפותחת ומפוזרת של תשתיות אספקה ותדלוק באמצעות דלקים נוזליים.
עליית מחירי הדלקים המאובנים מאיצה פעולות מחקר, פיתוח ויישום מוגבר של תחליפים, אך מימוש הפתרונות אינו קל. כאשר נדרשת אנרגיה לשימושי קרקע קבועים, ניתן בקלות יחסית לעשות שימוש במקורות אנרגיה מתחדשים, כמו חום השמש או משבי הרוח. חימום מים ביתי בעזרת דודי שמש בארצות חמות הוא פתרון יחסי קל, פשוט, נוח, יעיל וזול להסקת מים. דוד מים חמים הנהנה מאנרגיית השמש שימושי לצרכים הדורשים אנרגיה נמוכה יחסית, ולא מרוכזת, כשאנרגית החום יכולה להצטבר במשך זמן ממושך, וניתן להשלים אותה ולתמוך בה, בלילות או בימים מעוננים, כאשר מקור האנרגיה אינו יציב וקבוע. למרות הפופולריות הרבה לה זוכים דודי השמש בישראל, איש אינו מנסה להניע כלי רכב באמצעות מנועי קיטור המופעלים על ידי דודי שמש. מסיבות דומות, לא נערכים מאמצים להניע כלי רכב קרקעיים באמצעות מפרשים, למרות שאנרגיית הרוח הוכיחה במשך מאות שנים את יעילותה להנעת ספינות וסירות מפרש.
כיווני פיתוח שסיכויי הצלחתם נראים גבוהים יותר, מכוונים, בין השאר, לאגירת אנרגיה הנוצרת על ידי מקורות מתחדשים לא מרוכזים ולא יציבים, כמו השמש או הרוח, או כזו הנוצרת על ידי מקורות לא ניידים, כמו זרימת נהרות או גלי הים. אגירה זו מצטברת בתהליכים איטיים יחסית במצברים המסוגלים לאגור אנרגיה כימית או חשמלית ולספק אותה בעוצמה ובריכוז בשעת הצורך. טכנולוגיות האוגרות וצוברות אנרגיה קבועה ויציבה ממקורות מתחדשים בכלי קיבול ניידים, יכולות לספק את האמצעים הנדרשים לאנרגיה מרוכזת וניידת הנדרשת להנעת תחבורה. אלסנדרו וולטה פיתח סוללה חשמלית כבר לפני כמאתיים שנים, ומאז ועד ימינו המצברים החשמליים קטנו, השתכללו והפכו לניידים ונוחים לשימוש הרבה יותר מדליי החומצה של וולטה. אך לצורכי תחבורה, המצברים והסוללות החשמליים, המשמשים כלי קיבול לאנרגיה, נותרו נחותים בהשוואה לדלקים המאובנים כתוצאה משני חסרונות יחסיים עיקריים:
* צפיפות אנרגיה נמוכה, כלומר ערך יחסי נמוך של אנרגיה ליחידת משקל או נפח – כמות אנרגיה האגורה במצבר חשמלי טיפוסי עלולה לשקול בערך פי 3 מאשר כמות זהה האגורה במיכל דלק נוזלי. למרות שמנועיים חשמליים יעילים הרבה יותר ממנועי בעירה פנימית, הרי העמסת מצברים כדי שישמשו מקור אנרגיה קבוע להנעת כלי רכב חשמליים נחות בהשוואה למילוי בטנם של כלי רכב בדלק נוזלי. המצברים החשמליים הניידים מעמיסים על משקל כלי הרכב ופוגעים ביעילותו. ניתן להתפשר ולעשות שימוש בפחות מצברים במטרה להפחית משקל או נפח, אך פשרות מסוג זה פוגעות ביעילות טווחי הנסיעה של כלי הרכב חשמליים.
* מהירות “תדלוק” נמוכה – בזמן שניתן בקלות יחסית להזרים דלק נוזלי למיכל שהתרוקן ממאגרי האנרגיה שצרך, הרי מהירות העברת אנרגיה למצבר חשמלי דורשת זרם איטי וזמן ממושך. ניתן, אמנם לטעון מצברים במהירות, אך טעינה מהירה דורשת זרמים ומתח חשמלי גבוהים והיא יקרה ופחות בטוחה.
מעטפת הביצועים הנחותה יחסית של המצברים החשמליים כצוברי אנרגיה בהשוואה למצבורי הדלקים המאובנים, עודדה פריסה רחבה של תחנות תדלוק באמצעות דלקים נוזליים, ואלו מעגנות יתרונות כלכליים, מזינות ומחזקות את היתרונות הקיימים של הדלקים הנוזליים, ומקשות על חדירתן של תחנות תדלוק חלופיות. הניסיונות להתמודד עם החולשות היחסיות של מצברי האנרגיה החשמלית מכוונים לאפיקים שונים:
שיפור צפיפות האנרגיה
בעולם התפתחו מצברים חשמליים צמומים העושים שימוש בחומרים המסוגלים לאגור אנרגיה בצפיפות גבוהה יותר, כמו מצברי “ליתיום יון”. מצברים אלו משמשים טלפונים ומחשבים ניידים הדורשים צריכת אנרגיה נמוכה יחסית. קיימים ניסיונות לעשות שימוש בטכנולוגיות המשמשות מצברים חדשים אלו גם כמקורות אנרגיה לכלי רכב.
חברת ALTAIRNANO מנבאדה שבארצות הברית מפתחת סוג חדש של מצברים זעירים במיוחד. לטענת החברה למצברים אלו יהיה יחס אנרגיה/משקל של 4,000 וואט לקילוגרם, וקצב טעינה/פריקה עד פי 40 מזה של מצברי חומצה-עופרת.
כיוון פיתוח אחר מכונה “תאי דלק”. “תאי דלק” עושים שימוש במימן כמקור אנרגיה, על ידי המרתו לאנרגיה חשמלית להפעלת מנועים חשמליים. תאי הדלק מתחרים בפיתוח מצברי האנרגיה החשמלית, שכן למימן יחס גבוה יותר של אנרגיה ליחידת משקל בהשוואה למצברים, ניתן להזרימו בצינורות, הוא נוח לתדלוק ונהנה מניידות קלה יחסית. אלא שהמימן אינו מקור אנרגיה נפוץ, מערכות להפצתו אינן בשלות, ובטכנולוגיות המקובלות כיום יעיל יותר לטעון מצברי חשמל מאשר להפיק מימן על ידי הפרדתו מהתרכובות בהן הוא נכלל בטבע.
הקמת מערך טעינה והחלפת מצברים
מיזם “Better Place” מבוסס על ההנחה כי ניתן להתגבר על חולשות המצברים החשמליים, על ידי פריסה של תשתית זמינה לטעינה והחלפת מצברים. מכיוון שטעינה, “המתדלקת” אנרגיה חשמלית למצברים מבוצעת בתהליך איטי, מציע המיזם לעשות שימוש בתהליכי טעינה איטיים בשעות הארוכות שבהן כלי רכב נמצאים בחניה, ובעיקר בשעות הלילה, בהן קיים עודף של כושר ייצור חשמל. על הביקושים הנדירים יותר למצבורי אנרגיה כבדים לנסיעות ארוכות וממושכות, עונה המיזם בפריסת תשתית של תחנות להחלפת מצברים, שאמורה להתבצע במהירות יחסית. בתחנות ההחלפה יהיה מלאי מצברים טעונים. המצברים יזכו לטעינה איטית, אך בעלי הרכב לא יצטרכו להמתין לטעינה, אלא יחליפו בזריזות יחסית מצברים ריקים בטעונים.
הרעיון של החלפת מצברים מתבצע הלכה למעשה בקטמנדו בירת נפאל. בשנת 1996 החלה חברה פרטית בנפאל לייצר באופן מסחרי כלי רכב חשמליים בעלי 3 גלגלים, שנועדו להחליף כלי רכב דומים שהונעו בעזרת דיזל, שזיהם את העיר הצפופה. בעקבות החרמה ממשלתית של כלי הרכב המזהמים ועידוד תחבורה חשמלית נקייה יותר, החל להשתכלל בקטמנדו צי רחב של כלי רכב חשמליים. מרבית כלי הרכב החשמליים משמשים לתחבורה ציבורית עירונית, והם מכונים “Safa Tempos”. מרבית כלי הרכב משרתים יוממים באזור עמק קטמנדו, וכל אחד מהם נע מידי יום מרחק שבין 100 ל – 120 קילומטרים. על כל רכב מוצבים 12 מצברי עופרת של 6 וולט כל אחד וקיבולת טעינה של 185 שעות אמפר, המחוברים בטור, ומסוגלים לספק למעלה מ – 72 וולט. מערך המצברים שעל כלי הרכב מספק להם אנרגיה לנסיעה של 50 – 60 קילומטרים, וכאשר המצברים מתרוקנים כלי הרכב פונים לתחנות טעינה והחלפה, שם הם מחליפים את מערך המצברים במערך טעון, המספק להם אנרגיה נוספת כדי לנוע באותו יום 50 – 60 קילומטרים נוספים. מרבית כלי הרכב החשמליים בקטמנדו עושים שימוש במצברי עופרת וחומצה רגילים. כתוצאה מניסיון מעשי, רוב מפעילי כלי הרכב החשמליים בקטמנדו אימצו מצברים אמינים תוצרת מפעל אמריקאי שאורך חייהם הממוצע 20 חודשים והם מסוגלים לספק 550 מחזורי הפעלה. בקטמנדו פרוסות למעלה מ – 35 תחנות טעינה והחלפת מצברים, כאשר בכל תחנה בממוצע 22 מטענים. הטענת המצברים נערכת בזרם ומתח יציב, ותהליך ההטענה נמשך 10 – 12 שעות כדי להשלים טעינה מלאה של מצבר המוכן להחלפה. בשנת 2006 נעו בקטמנדו מעל 600 כלי רכב חשמליים זעירים המשמשים לתחבורה ציבורית, ומספרם ממשיך לעלות. ה – “Safa Tempos”, בקטמנדו מספקים תחבורה עירונית נקייה וזולה, ומידי יום נוסעים בה למעלה מ – 100,000 נוסעים. קטמנדו היא כנראה העיר בה נעשה השימוש היחסי הגבוה ביותר בכלי רכב חשמליים לתחבורה ציבורית.
כלי רכב זעירים ומקומיים
מכיוון שקיימות מגבלות על העמסה ואגירה של אנרגיה חשמלית על כלי רכב, אנרגיה חשמלית הולמת שימוש בכלי רכב זעירים, שצריכת האנרגיה שלהם נמוכה יחסית, ושל כלי רכב המשרתים מתחמים מוגבלים. קטנועים חשמליים יכולים לספק בעזרת מצברים המוצבים עליהם צריכת אנרגיה יומית ממוצעת ללא קושי, ובשעות המנוחה לטעון את החסר. במתחמים מוגבלים, כמו מפעלים, מגרשי גולף, אזורי קיט ונופש, בתי חולים, מחנות צבא, או קמפוסים של אוניברסיטאות או בתי ספר, ניתן לעשות שימוש מקומי בכלי רכב חשמליים מכיוון שמרחקי הנסיעה קצרים יחסית ונקודות הטעינה קרובות. בפריז מקודמת יוזמה להפעלת צי משותף של כלי רכב חשמליים שיפוזרו ברחבי העיר וניתן יהיה לשכור אותם לנסיעות קצרות ומזדמנות.
שימוש בכלי רכב חשמליים לצרכים ייעודיים
ציים של כלי רכב חשמליים הולמים צרכים ייעודיים מסוימים יותר מאחרים. כמוזכר לעיל, ציים מסוג זה הולמים מערכות הפועלות במתחמים סגורים. במפעלים רבים, בהם מלגזות פועלות במחסנים סגורים מספר שעות ביום נעשה שימוש במלגזות חשמליות כדי למנוע סכנות בריאות מפליטת מזהמים. גם במתחמים כמו בתי חולים, בהם קיימת רגישות גבוהה לצלילות האוויר, נעשה שימוש מקובל וותיק בכלי רכב חשמליים.
ציים של כלי רכב חשמליים משמשים ככלי רכב משרדיים, לשירותי משלוחים, לשירות מערכות עירוניות כמו אחזקה או פינוי אשפה, כרכבי תיור וסיור הנעים על מסלולים קבועים, או ככלי רכב המשרתים ארגונים הפועלים במתחמים גיאוגרפיים מוגבלים. בסין ובהודו קמו בשנים האחרונות מפעלי ייצור לכלי רכב חשמליים למטרות שונות. סין מפתחת את כלי הרכב החשמליים באופן מואץ לקראת המשחקים האולימפיים, וכמענה לביקורת עולמית על הזיהום הגובר בערי סין. פיתוח זה כולל אוטובוסים, כלי רכב פרטיים ומסחריים, וכלי רכב תלת גלגליים ודו-גלגליים.
פיתוח מודלים כלכליים ועסקיים חדשים
עליית קרנם של כלי הרכב החשמליים, אינה נובעת רק משכלול ופיתוח טכנולוגיות חדשניות ויעילות יותר, אלא גם מחיזוק חסרונותיהם של כלי הרכב המונעים בדלקים מאובנים, כתוצאה מעליית מחירים ועליה במודעות וברגישות להשפעות הבריאותיות והסביבתיות של כלי הרכב בעלי מנועי בעירה פנימית. עלייה עולמית תלולה ורצופה של ביקושים לדלקים מאובנים ועליית מחירים, יוצרת איומים כלכליים הנובעים מהגברת התלות במשאבים מדלדלים ויקרים וחשש ממשברים. פיתוח כלי רכב העושים שימוש במקורות אנרגיה חדשים לא מספק רק פתרון מיידי או תחליף לפתרונות קיימים, אלא גם אמצעי אסטרטגי שנועד להישרדות ומוכנות לעתיד.
חלק מהרעיונות לפיתוח ועידוד כלי רכב חשמליים, אינו קשור בשיפורים טכנולוגיים ברורים, כמו העלאת היחס בין האנרגיה האגורה במצבר לבין המשקל או הנפח, או שיפור מהירות הטעינה. רעיונות רבים מבוססים על מודלים כלכליים חדשים לניצול התנאים המיוחדים של כלכלת האנרגיה החשמלית. בעמק קטמנדו התפתחה תחבורה חשמלית ייחודית, משום שנפאל לא התברכה בבארות נפט, אלא במערכות הידרו-אלקטריות שהוקמו על הנהרות הזורמים במורדות הרי ההימליה ומשמשים מקור חשמל יציב, קבוע וזול יחסית.
במדינות המפיקות חשמל מפחם, גז, נפט או אנרגיה גרעינית קיימים מאפיינים ייחודיים לכלכלת החשמל, שעשויים לתמרץ שימוש בחשמל כמקור אנרגיה נייד על כלי רכב. תחנות כוח לייצור חשמל מתוכננות כדי לספק חשמל בימי שיא ובשעות שיא, וכתוצאה מכך שעות רבות, בעיקר בלילה, הן פועלות בתפוקה נמוכה, כאשר עלות התפוקה השולית נמוכה. את האנרגיה החשמלית קשה לאגור, ולכן ריבוי מצברים על כלי רכב הנטענים בשעות ביקוש נמוכות עשוי לווסת את ביקושי האנרגיה בזמן ולספק תועלת כלכלית.
שימוש בכלי תחבורה בעלי מקור הנעה קבוע
בעיית הטעינה של מצברי אנרגיה חשמלית כבדי משקל על כלי רכב אינה קיימת כמובן בכל מקום בו קיימת תשתית קבועה של הספקת חשמל לכלי רכב הנעים לאורך התשתית וניזונים מהספקת חשמל קבועה. תשתיות כאלו הופעלו מתחילת המאה העשרים במערכות של חשמליות עירוניות, רכבלים הנפוצים באזורים הררים, או אוטובוסים חשמליים ורכבות קלות וכבדות.
מקורות וחומר לעיון:
http://www.altairnano.com/profiles/investor/fullpage.asp?f=1&BzID=546&to=cp&Nav=0&LangID=1&s=236&ID=9294
Electric Car Sharing Service Announced in Paris