Tresprit på tanken

  • energi

DaimlerChryslers nye brenselscelle, som går direkte på metanol, gjør det mulig å nå målene i Kyoto-avtalen, til tross for at den fortsatt vil slippe ut små mengder CO2. Forbrenningsmotoren går ut - inn kommer elektromotoren. Vekten reduseres og virkningsgraden stiger. Miljøutslippene blir drastisk redusert i forhold til dagens nivå. For Norge kan dette ha stor betydning, siden det viktigste råstoffet for metanol er naturgass.

– Den forurensningsfrie elektriske bilen kommer, mener Dr. Jens Thomas Müller ved forskning og utvikling i elektrokjemiske prosesser hos DaimlerChrysler. Det er ikke batteribilen som skal realisere denne visjonen, men brenselcellebaserte biler med metanol som drivstoff. DaimlerChrysler har arbeidet med å utvikle teknologien i årevis. Nylig viste de for første gang frem en helt nyutviklet brenselcelle som nytter metanol direkte.

Gass eller væske

De brenselcelledrevne bilene som har vært utviklet opp til nå har vært basert på hydrogen, med metanol som drivstoff. For å produsere hydrogen har metanolet blitt behandlet i en reformer. Uten reformeringsprosessen kan slike biler bli billigere, enklere og utstyret som trengs for å konvertere metanol til strøm til motoren tar mindre plass og vekt. Prosessen trenger en temperatur på 280 til 300 grader for å fungere.

– Hydrogen er det ideelle drivstoff for fremtidens kjøretøyer. Det mener direktør for forskning og utvikling i Norsk Hydro Bjørn Sund. Hydrogendrevne biler er det eneste som kan gi oss biler som ikke påvirker klimaet.

Sund tror metanol kommer til å bli en meget viktig energibærer, men er skeptisk til om dette drivstoffet bør brukes i biler. Selv om det gjenstår en del utfordringer med lagring av hydrogen sier Sund at det er et så stort løft å legge om samfunnets drivstoff infrastruktur for transport og han stiller spørsmål om det er fornuftig å bruke metanol som et mellomtrinn før vi kommer til hydrogen fordi flytende drivstoff er enklere i dag.

Mindre forurensning

En av de viktigste motivasjonsfaktorene for brenselcelledrevne biler er å redusere forurensningen. I motsetning til biler med forbrenningsmotor er utslippene nesten ikke målbare. Biler som drives med ren hydrogen, eller med batterier, kalles gjerne ZEV for Zero Emission Vehicles, mens metanoldrevne kjøretøyer kommer i klassen SULEV som står for Super Ultra Low Emission Vehicles.

Den stor fordelen med en brenselcellebil drevet med metanol er den høye virkningsgraden. som fra tank til drivhjul ligger på rundt 40 prosent. Ved høy belastning går den ned til 36 prosent, mens ved lav belastning kan den krype opp mot hele 48 prosent.

Sammenliknet med en forbrenningsmotor er dette omtrent en dobling. En moderne bensinmotor ligger fra 20 til 22 prosent, mens en diesel ligger opp mot 30 prosent.

Det som teller i global skala er virkningsgraden fra olje- eller gassbrønnen til driften på hjulene. Virkningsgraden mellom tanken og hjulene må multipliseres med den tapsfaktoren som er oppstått før drivstoffet kommer i tanken.

– Det er forholdsvis effektivt å produsere bensin og diesel og distribuere den, så dette sifferet kan settes til 90 prosent, sier Müller. Produksjonen av metanol er ikke like effektiv, og trekker ned til 70 prosent. Allikevel er det forbedringer på gang og BASF sier de allerede er oppe i 80 prosent.

Når hele kjeden fra oljebrønnen til drivhjulene tas i betraktning er virkningsgraden for en metanoldrevet brenselcellebil fra 28 til 32 prosent, mens en bil med en moderne forbrenningsmotor ligger på fra 18 til i underkant av 22 prosent.

Muller forteller at DaimlerChrysler jobber tett sammen med flere industrigrupper for å skape en nødvendig infrastruktur for brenselcellebilene. De har et sterkt samarbeid med BP, BASF, Statoil, Xcellsis og kanadiske Methanex for å se på produksjon og distribusjon av metanol.

Metanol er et yppelig drivstoff fra en rekke synsvinkler i følge Muller. Det er mindre antennelig enn bensin, og således mindre farlig å håndtere. Det er også langt mindre giftig. Et menneske må drikke mellom en og to desiliter for å få i seg en dødelig dose. Dessuten er ikke det så lett fordi det smaker vont. Allikevel vurderes det å tilsette et bitterstoff som skal gjøre smaken enda verre.

– Tross alt blir folk forgiftet av det meste, sier Muller. Bare her i Tyskland blir 500 personer årlig behandlet etter å ha drukket bensin.

Allikevel er det delte meninger om giftigheten. Shell har sagt at de ikke ønsker å delta i oppbyggingen av metanoldistribusjon til biler fordi de anser ulempene, bl. a. Med giftighet er for store.

Samme pris

Mange studier viser at prisen på Metanol, målet etter energiinnhold, vil bli omtrent den samme som for bensin. To liter metanol vil koste det samme som en liter bensin. Bensin inneholder 45 kJ/g, mens metanol ligger på 22 kJ/g. Det betyr at metanolen trenger dobbelt så stor brennstofftank for å få med samme energimengde, men på grunn av den høye virkningsgraden til slike brenselcellebiler vil ikke tanken bli særlig større i praksis.

I dag er metanolmarkedet er preget av overproduksjon, men Muller tror det vil rette seg når brenselcellebiler blir utbredt.

Fleksibelt drivstoff

Metanol kan lages på en rekke ulike måter, men den viktigste er basert på naturgass.

– I dag sløses det mye med naturgass, sier Muller. Hvis vi kunne bruke ti prosent av den gassen som fakles når vi borer etter olje og gass for å produsere metanol ville det kunne drive opptil 10 millioner kjøretøyer. Et annet poeng som favoriserer metanoldrevne biler er at oljereservene vil ta slutt lenge før gassreservene og det vil gjøre prisdifferansen mellom bensin og metanol mye større enn i dag. En overgang til metanol, men også til hydrogen, vil derfor være interessant sett med norske øyne.

Metanol kan også produseres av biomasse, eller til og med av søppel. Bedriften Schwartzepumpe i Tyskland produserer 100 000 tonn årlig basert på organisk husholdningsavfall. Det er nok til å drive 50 000 kjøretøyer 20 000 kilometer hver. Kanskje noe å tenke på når vi kaster gamle brød og bananskall!

På Island jobber Shell sammen med myndighetene i et prosjekt for å produsere metanol av industrielle avgasser.

Når kommer den?

Müller kan ikke svare på når den nye teknologien vil bli satt i produksjon. De første bilene som DaimlerChrysler planlegger å selge vil bli basert på metanoldrift, men vil benytte reformering for å produsere hydrogen.

– Hydrogendrevne brenselceller basert på reformering av metanol er en teknologi vi kjenner godt og hvor utviklingen er kommet langt, sier Müller. De første bilene i kommersielt salg er planlagt til 2004. Sannsynligvis vil de være basert på A-modellen. Året før vil DaimlerChrysler starte salget av brenselcelledrevne busser basert på hydrogendrift. Bybusser er enklere fordi de kan lagre store tanker med komprimert hydrogen på taket og de trenger ikke så stor kjørelengde.

Müller tror at DMFC-bilen vil bli kommersialisert på sikt. Teknologien byr på så mange fordeler at den vil tvinge seg gjennom når utviklingen er ferdig. Selv om det er laget prototyper som virker, er det fremdeles tekniske utfordringer med teknologien. Den viktigste utfordringen ligger i selve membranen mellom katoden og anoden. Prototypene har for høy kjemisk diffusjon gjennom membranen av metanol og vann som reduserer virkningsgraden.

– Vi har noen lovende membranprototyper, men det er mye utvikling igjen før vi er fornøyd. Slik at vi kan ikke ennå konkurrere med reformerbaserte celler, sier Müller.