Teknikbevakning av bränsleceller för fordon Elforsk rapport 13:25

Transkript

1 Teknikbevakning av bränsleceller för fordon 2012 Elforsk rapport 13:25 Hans Pohl Mars 2013

2 Teknikbevakning av bränsleceller för fordon 2012 Elforsk rapport 13:25 Hans Pohl Mars 2013

3 Förord För att hålla Energimyndigheten, Elforsks intressenter och övriga bränslecellsintressenter uppdaterade på vad som sker inom bränslecellsområdet, har projektet Teknikbevakning av bränslecellsområdet (Elforsk projektnummer 25097) genomförts under Målet med projektet har varit att samla in och sprida information bland Elforsks intressenter, landets forskare och näringsliv om den senaste utvecklingen inom bränslecellsområdet. I huvudsak har utvecklingen följts med utgångspunkt från IEA Implementing Agreement on Advanced Fuel Cells med ett delprojekt för varje annex, men också genom bevakning av intressanta konferenser och aktiviteter inom området. Denna rapport är en av ett tiotal delrapporter som tas fram inom projektet. Rapportens huvudsakliga slutsatser presenteras i en syntesrapport för hela teknikbevakningsprojektet (Elforsk rapport 13:30). Samtliga rapporter finns publicerade och fritt nedladdningsbara på Elforsks webbplats för bränslecellsbevakningen på adressen Projektet har till största delen finansierats av Energimyndigheten. Volvo och Vätgas Sverige har bidragit med egeninsatser. Styrgruppen för projektet, som också deltagit aktivt i projektgenomförandet, har bestått av följande ledamöter: Bernt Gustafsson och Greger Ledung Energimyndigheten, Göran Lindbergh KTH, Bengt Ridell Grontmij AB, Eva Fontes och Emelie Wennstam Intertek Semko, Mohsen Assadi och Bengt Sundén LTH, Hans Pohl, Erik Wiberg Vätgas Sverige och Bertil Wahlund Elforsk AB. Elforsk framför ett stort tack till styrgruppen för värdefulla insatser. Stockholm mars 2013 Bertil Wahlund Programområde El- och värmeproduktion Elforsk AB

4 Sammanfattning Rapporten redovisar resultaten av en översiktlig omvärldsbevakning av utvecklingsstatus för området traktionära tillämpningar av bränslecellstekniken. Intervjuer av nyckelpersoner, studiebesök, tidskrifter, rapporter, hemsidor samt medverkan i IEA Advanced Fuel Cells Annex 26 har tjänat som huvudsakliga informationskällor. Utvecklingen i Korea ägnades särskild uppmärksamhet denna bevakningsperiod. Rapporten avser utvecklingen under andra halvåret 2011 och hela Transportsektorn måste utvecklas så att transporter och mobilitet kan genomföras på ett långsiktigt uthålligt sätt. För fordonstillverkaren och fordonsanvändaren erbjuder bränslecellstekniken en viktig möjlighet att ta hänsyn till hållbarhetskraven utan att tumma på kraven på fordonets prestanda, komfort och mångsidighet. Bränslecellsbilar använder normalt polymerbränsleceller (PEFC) och tankar trycksatt vätgas. De använder dessutom traktionära batterier av ungefär samma skäl som andra hybridbilar. För tyngre fordon utvecklas bränsleceller för elproduktion till kringsystem i fordonen, exempelvis då de står parkerade. Fram till 2015 siktar Hyundai på att tillverka upp till fordon. Efter 2015 är planen att volymen tillverkade bränslecellsfordon ska uppgå till flera tusen per år. Till 2025 ska Hyundai ha levererat bränslecellsfordon och då ska tekniken vara fullt konkurrenskraftig. Till 2015 visar en roadmap för tankstationer för vätgas i Korea att 43 stationer ska vara etablerade. År 2030 ska antalet vara uppe i 500 stationer. Region Skåne har gjort den första svenska upphandlingen av bränslecellsfordon. Två Hyundai ix35 FCEV har inköpts för leverans under Även Köpenhamn har köpt 15 sådana bilar. Under de närmaste åren ska också tre tankstationer för vätgas etableras i köpenhamnsområdet. I januari 2012 beslutade California Air Resources Board om det nya regelpaketet Advanced Clean Cars. Det omfattar tre delar; avgasutsläpp och växthusgaser, Zero Emission Vehicle Program, samt Clean Fuels Outlet. De båda sistnämnda är av stor betydelse för bränslecellsfordonsintroduktionen. Amerikanska Department of Energy slutrapporterade försök med mer än 180 bränslecellsbilar under 2005 till Sammantaget gjorde dessa bilar mer än en halv miljon resor och de tankades mer än gånger. Projektet har överträffat förväntningarna och mött i princip alla uppsatta mål. Mercedes-Benz leasar ut cirka 200 bilar till utvalda användare. BMW och Toyota har inlett samarbete om bland annat bränsleceller. Toyota har presenterat en ny bränslecellsstack, ett nytt konceptfordon och anger försäljningsstart till Stacken ryms nu under förarsätet. Honda utlovar nytt bränslecellsfordon till Nissan har visat upp ny stack och en konceptbil med denna. Samarbete med Daimler diskuteras. Sammantaget så har situationen för bränslecellsfordon inte förändrats så mycket sedan föregående rapport. Tiden kvar tills bränslecellsfordon ska levereras i många tusental är nu bara ett par år och om inget händer snart på infrastrukturfronten lär det bli svårt, både att hitta köpare till, och drivmedelsförsörja så många fordon.

5 Summary The report presents results from an international survey covering the status and development of tractionary fuel cells. Interviews, study visits, reports, journals, media coverage and participation in IEA Advanced Fuel Cells Annex 26 have served as main sources of information. The development in Korea has been devoted particular attention this period. The report covers the development during the second part of 2011 and the whole The transport sector must change to provide mobility for people and goods in a long-term sustainable way. Fuel cell technology offers an important opportunity for the vehicle manufacturer and the vehicle user to maintain the same level of performance, comfort and versatility without compromising the sustainability requirements. Fuel cell vehicles typically use polymer electrolyte fuel cells (PEFC) and pressurized hydrogen. They also use tractionary batteries for about the same reasons as other hybrid electric vehicles. For commercial vehicles fuel cells are developed for the production of auxiliary power, to be used when the vehicles are parked, for example. Until 2015, Hyundai aims at making up to 1,000 fuel cell vehicles. After 2015 the plan is for several thousand every year. Until 2025, Hyundai aims at a total delivery of more than 100,000 fuel cell vehicles and the technology is then expected to be fully competitive. A roadmap shows that Korea until 2015 has established 43 and until 2030, a total of 500 hydrogen refuelling stations are indicated. The Skåne Region has carried out the first Swedish procurement of fuel cell vehicles. Two Hyundai ix35 FCEV were purchased for delivery In addition, the city of Copenhagen has purchased 15 such vehicles. During the next few years three hydrogen refuelling stations will be established in the Copenhagen area. January 2012, the California Air Resources Board decided the new set of regulations Advanced Clean Cars. It comprises three parts; tailpipe emissions and greenhouse gases, Zero Emission Vehicle Program, and Clean Fuels Outlet. The latter two are important for the fuel cell vehicle introduction. US Department of Energy delivered a final report covering activities with more than 180 fuel cell vehicles between 2005 and The vehicles made more than half a million trips and were refuelled more than 33,000 times. The project exceeded the expectations and basically all goals were met. Mercedes-Benz leases about 200 cars to selected users. BMW and Toyota have initiated collaboration covering fuel cell technologies, among others. Toyota has presented a new fuel cell stack, a new concept vehicle and stated a start of deliveries for The stack can now be placed under the driver s seat. Honda promises a new fuel cell vehicle Nissan has presented a new stack and a concept car using it. Collaboration with Daimler is discussed. All in all has the situation for fuel cell vehicles not changed very much since previous report. The time until deliveries of fuel cell vehicles shall take place in several thousand units is now only two years and if nothing happens soon on the refuelling infrastructure side it will be difficult both to find buyers of the vehicles and provide fuel to this large volume of vehicles.

6 Innehåll 1 Bakgrund till projektet Uppdraget Genomförande Avgränsningar Beskrivning av tillämpningsområdet Bränsleceller i fordon varför? Dominerande teknikspår Viktiga aktörer Teknikbevakning Korea Allmänt Övriga Asien Kina Hyundai Indien... 9 USA Kalifornien och Advanced Clean Cars Hawaii Hydrogen Initiative Slutrapport från sexårigt amerikanskt demoprojekt Europa Skandinavien Tyskland EU Aktiviteter inom IEA Advanced Fuel Cells Annex Fordon Mercedes-Benz BMW Toyota Honda General Motors Nissan Suzuki Andra fordonstyper Drivmedelsförsörjning Framtida utveckling Scenarier och prognoser NPC Future Transportation Fuels Study Element Energy KPMGs trendundersökningar 2012 och Biljournalisternas perspektiv CARB Advanced Clean Cars Andra prognoser till Full fart framåt?... 30

7 1 Bakgrund till projektet 1.1 Uppdraget Rapporten är beställd av Elforsk och ska behandla översiktlig omvärldsbevakning av utvecklingsstatus för området traktionära tillämpningar av bränslecellstekniken. I beställningen ingår även stöd till medverkan i IEA Advanced Fuel Cells Annex Genomförande Hans Pohl har författat rapporten med intervjuer av nyckelpersoner, studiebesök samt studier av tidskrifter, rapporter och hemsidor som huvudsakliga informationskällor. Medverkan i IEA Advanced Fuel Cells Annex 26 har skötts av AB Volvo genom Azra Selimovic. För rapporten i sin helhet svarar författaren. 1.3 Avgränsningar Rapporten avser utvecklingen under andra halvåret 2011 och En jämförelse med tidigare rapporter görs emellertid. Rapporten fokuserar på traktionära bränsleceller för vägfordon. Då bränsleceller även utvecklas för elproduktion till hjälpsystem i fordon och farkoster, s.k. APU (auxiliary power unit), berörs även detta. 1

8 2 Beskrivning av tillämpningsområdet 2.1 Bränsleceller i fordon varför? Generellt måste transportsektorn utvecklas så att transporter och mobilitet kan genomföras på ett långsiktigt uthålligt sätt. Den senaste IEA World Energy Outlook sammanfattar en del av utmaningen så här: Growth in oil consumption in emerging economies, particularly for transport in China, India and the Middle East, more than outweighs reduced demand in the OECD [ ] The transport sector already accounts for over half of global oil consumption, and this share increases as the number of passenger cars doubles to 1.7 billion and demand for road freight rises quickly. The latter is responsible for almost 40% of the increase in global oil demand: oil use for trucks predominantly diesel increases much faster than that for passenger vehicles, in part because fuel-economy standards for trucks are much less widely adopted. 1 Bränsleceller i fordon löser inte det globala energiförsörjningsproblemet men det utgör en teknik som kraftfullt kan bidra till att förbättra möjligheterna. Bland drivkrafterna för utveckling och användning av bränsleceller i fordon återfinns exempelvis: Klimatet bränslecellsfordon kan bidra till minskade utsläpp av klimatpåverkande gaser genom hög verkningsgrad i fordonet och möjlighet att använda icke-fossila primärenergier. Minskat oljeberoende den vätgas som utgör huvudspåret som drivmedel för bränslecellsbilar kan framställas på en lång rad olika sätt och därmed kan transporternas oljeberoende reduceras. Lokala miljön bränslecellsfordon är vanligen lokalt helt fria från skadliga emissioner och dessutom betydligt tystare än förbränningsmotorfordon. För den enskilde fordonstillverkaren och fordonsanvändaren erbjuder bränslecellstekniken en viktig möjlighet att ta hänsyn till ovanstående drivkrafter utan att tumma på kraven på fordonets prestanda, komfort och mångsidighet. 11 IEA World Energy Outlook 2012, Executive Summary English, s 4 2

9 Figur 1: Koldioxidutsläpp per biltillverkare 2010 (källa EEA) Ett annat sätt att illustrera behovet av ny teknik återfinns i Figur 1 som kommer från European Environment Agency (EEA). Den streckade linjen visar målen i termer av koldioxidutsläpp per kilometer till 2015 för biltillverkare med försäljning i EU. Cirklarnas storlek indikerar antalet fordon registrerade i Europa. Samtliga biltillverkare måste minska utsläppen för att klara målet för Om företaget inte möter målen väntar straffavgifter för varje gram som felar. Totalt, om inga förbättringar görs, skulle straffavgiften belöpa runt 850 miljarder kronor. Närmast att klara målen är Toyota Motor Europe som behöver minska koldioxidutsläppen med mindre än ett gram (allt annat lika) Dominerande teknikspår Bränslecellsbilarna från de stora tillverkarna är hybridbilar som tankar vätgas. I ett bränslecellssystem med polymerelektrolyt (polymer electrolyte fuel cells, PEFC) används vätgasen tillsammans med syre från luften för att producera el för framdrivning. Olika grad av hybridisering finns. I takt med stigande förväntningar på laddhybrider, ökar även intresset för teknikspåret där bränslecellerna används för sk. range extender lösningar, dvs. för att ladda fordonets batterier när så behövs under färd. I sådana fordon skulle bränslecellssystemet ersätta en förbränningsmotor och en generator. I denna tillämpning är fastoxidbränsleceller (SOFC) särskilt intressanta eftersom de erbjuder en högre grad av bränsleflexibilitet än PEFC. I tyngre fordon pågår utveckling av bränsleceller för elproduktion till kringsystem i fordonen, exempelvis då de står parkerade. En sådan auxiliary power unit (APU) ersätter då den ordinarie dieselmotorn och generatorn för elpro- 2 GreenCarCongress EEA data show most automakers must reduce emissions to meet European 2015 CO2 regulations och emissions-from 3

10 duktion. På detta område pågår utveckling av både PEFC och SOFC. PowerCell i Göteborg arbetar med utveckling av PEFC tillsammans med reformer som gör vätgas av diesel (eller andra kolväterika drivmedel). 2.3 Viktiga aktörer Medan det inom batteribilsområdet har dykt upp en rad med mer eller mindre seriösa och framgångsrika entreprenörer som tagit fram nischprodukter har bränslecellsbilsområdet dominerats av de stora biltillverkarna. Även om det inte skrivs och pratas så mycket om bränslecellsbilar har samtliga stora biltillverkare förmodligen verksamhet på bränslecellsområdet. En mindre aktör utanför bilindustrin som regelbundet presenterar nya traktionära tillämpningar för bränsleceller är brittiska Intelligent Energy. Vätgasleverantörer finns idag, exempelvis Linde, men även andra aktörer är involverade. Viktiga aktörer är också tillverkarna av utrustning för lokal produktion och/eller distribution av vätgasen, exempelvis amerikanska Air Products. Energibolagen finns också med i bilden även om det finns synpunkter på att de intar en för avvaktande position. Offentliga aktörer har en viktig roll. Utöver den självklara rollen som finansiär av kunskapsutveckling av relevans för området ska den offentliga sidan också forma regelverk som gör marknadsintroduktion av bränslecellsfordon möjlig. Här är policy makers i Kalifornien de mest profilerade. Dessutom är det många som anser att det krävs offentliga insatser för uppbyggnaden av tankinfrastruktur för vätgas. 4

11 3 Teknikbevakning Rapporten baseras på information som erhålls genom medverkan i IEA, nyhets- och konferensbevakning samt vanligen minst en djupdykning i verkligheten på någon plats där mycket aktivitet med bränslecellsfordon pågår. Tidigare år har Tyskland, Japan och USA/Kalifornien besökts med flertalet intervjuer på respektive plats. I denna rapport har vägarna lett till Korea. 3.1 Korea Korea har utvecklats från att under femtiotalet vara ett av världens fattigaste länder till att nu tillhöra de rikaste. Koreansk industri är liksom den svenska mycket exportinriktad. Bilindustrin i Korea är inget undantag och bilar från Hyundai/Kia-gruppen har under de senaste decennierna tagit sig från lågprissegmenten till att kunna konkurrera i nästan alla segment. På miljöbilsområdet har koreanska bilaktörer inte varit så tydligt profilerade men det finns ett stort kunnande inom området eldrivna fordon. LG Chem är exempelvis en viktig utvecklare och tillverkare av traktionära batterier. Rapporten från Korea baseras på besök hos Korea Advanced Institute for Science and Technology (KAIST), ett ledande universitet inom i första hand teknikvetenskaperna, hos Korea Institute for Industrial Economics and Trade (KIET), samt hos Hyundai Motor Company, Eco Technology Center. Mötena genomfördes i augusti Allmänt Att döma av mina informanter är utveckling av traktionära bränsleceller till mycket stor del liktydigt med verksamhet hos Hyundai Motors. Det finns bränslecellsprojekt hos aktörer som KAIST men omfattningen verkar inte vara så stor. Ett projekt som bedrevs både på KAIST och inom ett uppstartsföretag handlade om att ta fram en APU på cirka 1 kwe med fastoxidteknik och diesel som tillförd energi. Korea har haft liknande preferenser som övriga världen inom elektrifieringsområdet. Stort engagemang har under de senaste åren ägnats åt batteridrivna fordon. Ett konkret exempel på detta är ett demonstrationsprojekt med relativt små batteribilar från Kia, vilka skulle ut i drift hos myndigheter under Bränsleceller åtnjöt bra stöd från förre presidenten men den nuvarande (vid intervjutillfället, Korea hade val i december 2012) har därför valt en mindre ambitiös linje. En förändring i positiv riktning hade dock noterats under GreenCarCongress Kia introduces Ray EV in Korea; 2,500 units to be produced in 2012 for use by government agencies. (Det kan inom parentes noteras att intervjupersonerna på Hyundai med märkbar skadeglädje nämnde att endast cirka 250 bilar då hade kommit ut i drift och att det var problem med att ingen bekymrade sig om fordonens laddning) 5

12 och förväntningarna var stora på att det efter valet skulle bli ett starkare offentligt stöd. Det offentliga stödet har dels handlat om att genomföra demonstrationsprojekt i Korea, dels om att ge stöd till ett stort femårigt forsknings- och utvecklingsprojekt lett av Hyundai med femton medverkande företag och organisationer. Enligt Sae Hoon Kim (Hyundai) var detta projekt svårt att driva då det fanns inbyggda förväntningar på att det varje år skulle levereras framsteg för att det skulle ges fortsatt stöd. I samband med Expo 2012 i Korea togs två bränslecellsdrivna bussar från Hyundai i drift Hyundai Jag träffade Sae Hoon Kim, Fuel Cell Vehicle Team 1, och hans kollegor på deras kontor en halvtimme söder om Söul. Tyvärr fanns det inte utrymme för någon provkörning men i gengäld fick jag fyllig information om deras bränslecellsrelaterade verksamhet. Historik Hyundai deltar sedan 2000 i California Fuel Cell Partnership (se rapporteringen för 2010/2011) och har levererat 32 bilar av typen Santa Fé respektive Tucson för testflottor i USA. Fram till och med 2005 användes bränsleceller från tillverkaren UTC, vilka skiljer sig från flertalet andra traktionära bränsleceller då de körs utan kompressor för gastillförseln. Sedan 2005 används bränsleceller utvecklade av Hyundai, vilka också körs vid atmosfäriskt tryck. UTCs bränsleceller var i första hand för stationära tillämpningar och inte så lämpliga för fordon, bland annat på grund av problem med vattenhantering i de porösa materialen. Parallellt med test- och demoverksamheten i USA har två nationella liknande projekt körts med inalles 130 bränslecellsbilar och 4 bussar under tidsperioden Nuläge Hyundai har nu en produktionsanpassad bil modell ix35 för global demonstration i upp till enheter. Bilen använder samma litiumbatteripack från LG Chem som den hybrid som Hyundai säljer. Lagringskapaciteten är 0,95 kwh. För att hålla nere tillverkningskostnaden används också induktionsmotorer i stället för permanentmagnetmotorer. De senare används i batteribilarna från Hyundai/Kia. Övriga data för fordonet som presenterades för den stora publiken i september 2012: Maxeffekt bränslecellsstacken och motoreffekt: 100 kw Räckvidd: 588 km (litet olika uppgifter förekommer) Förbrukning: 0,37 l/mil (motsvarande) Acceleration km/h: 12,5 s 6

13 Pris: USD (cirka kronor) 4 Vätgasen förvaras i två trycktankar under baksätet vid 700 bar. Totalt rymmer tankarna 5,64 kg vätgas. Bilen har start/stopp funktionalitet på motsvarande sätt som en del förbränningsmotorbilar, dvs. bränslecellen stängs av tillfälligt när det inte behövs någon el för framdrivning. Med tanke på att bränslecellssystem normalt har ganska jämn (och hög) verkningsgrad över lastkurvan är det inte lika motiverat att undvika tomgångskörning som för förbränningsmotorbilar, i synnerhet som elektriciteten direkt kan användas för att ladda batteriet. Men så snart hybridbatteriet är fulladdat så är det kanske rentav nödvändigt att stänga av bränslecellerna, försåvitt det inte finns någon last som elektriciteten annars kan göras av med på. I början av januari 2013 vann bilen priset FuturAuto vid Brussels Motor Show. Priset uppmärksammar teknologisk innovation och utses av belgiska biljournalister. Bland övriga fem biltillverkare i sista steget i urvalsprocessen märks bland andra Mercedes-Benz och Volvo. 5 Ingenjörerna betonade att bilmodellen har genomlidit tester med goda resultat när det gäller krocksäkerhet och användning i kyla. En bil har varit i Arvidsjaur och överlevt -41,5 grader och bilen garanteras körbar ner till minus 15 grader. På temat temperatur visades en bild som indikerar att bilen till skillnad från föregående bränslecellsbilar från Hyundai har ungefär samma energiverkningsgrad oavsett årstid. Kvarstående tekniskt problem som måste lösas till 2015 är livslängden på bränslecellsstacken. Vid tester definieras livslängd som att stacken håller minst en viss procentsats av ursprunglig spänning, exempelvis minst 80 procent. Tre olika livslängdsdata redovisades. I nuläget har Hyundai uppnått en livslängd om timmar vid körning i testbänk, vilket uppges motsvara km. Ett annat sätt att testa är intensivkörning med komplett fordon. I det fallet hade en sammanlagd körsträcka om km uppnåtts och körningarna pågick fortfarande. Det svåraste och normalt sett hårdaste livslängdstestet är verklig körning hos vanliga användare. Data för bilarna i Köpenhamn visades och den som rullat längst hade då körts km. Värt att notera är att alla tre typerna av tester följde samma utveckling i termer av degradering, dvs. det ser i nuläget ut som att uppnådd livslängd i testbänk om km också kan uppnås vid verklig körning. Den andra nyckelfrågan är kostnaden. Jämfört med de 30 fordon som tillverkades 2005 säger sig Hyundai ha reducerat kostnaden med drygt 80 procent för de upp till fordon som nu ska produceras. Ytterligare en halvering av kostnaden för fordonen som ska tillverkas efter 2015 ingår i planerna. I slutet av 2012 fanns det 13 tankstationer för vätgas i Korea. Hälften av dem låg i Söul-området och likaledes ungefär hälften var av typen truck-in, dvs. storskalig central tillverkning och distribution med tankbil. Övriga tankstationer använde en palett av olika reformertekniker samt elektrolys. Ytterligare tre tankstationer väntas under Enligt edmunds.com Hyundai ix35 Fuel Cell 2012 Paris Auto Show publicerat Fuel Cell and Hydrogen Joint Undertaking A Fuel Cell and Hydrogen car receives prestigious innovation award at the Brussels Motor Show. 7

14 Ingenjörernas ranking av biltillverkarna på bränslecellsområdet är att Toyota, Daimler och Hyundai utgör en tätgrupp. Därutöver sätter de ett frågetecken för Honda som utöver leveransen av cirka 50 Clarity under senare tid inte har visat mycket. Bränslecellsbussar är vanligt i Europa och USA men inte så i Korea. Förklaringen handlar dels om att alla stadsbussar drivs med naturgas i Korea. Dels är bussarna som tillverkas i Korea förhållandevis enkla och inte några exportprodukter. Därför är intresset mindre för att utrusta dem med avancerad teknik. Icke desto mindre så tycker ingenjörerna att den tekniska lösningen i de två bussar som togs fram till Expo 2012 och som nu rullar vid Incheon är bra och kostnadseffektiv genom att två stackar för personbilar används tillsammans med ultrakapacitorer. Merkostnaden jämfört med att utrusta en bil är således inte så stor. Framtidsplaner Under tidsperioden fram till 2015 siktar Hyundai på att tillverka upp till fordon. Dessa ska primärt levereras till flottägare och inom ramen för olika projekt. Efter 2015 är planen att volymen tillverkade bränslecellsfordon ska uppgå till flera tusen per år. Till 2015 visar en roadmap för tankstationer för vätgas i Korea att 43 stationer ska vara etablerade. Femton år senare, 2030, ska antalet vara uppe i 500 stationer. Till 2025 ska Hyundai ha levererat bränslecellsfordon och då ska tekniken vara fullt konkurrenskraftig. Hyundai har varit och är aktiv i Norden och leveranser av fordon till Sverige och Danmark är att vänta under våren 2013 (jämför nedan under 3.3.1). Därutöver är Hyundai medlem i California Fuel Cell Partnership och ser den kaliforniska marknaden som mycket intressant, åtminstone om målen behålls (jämför nedan under 3.2.1). Även koldioxidmålen i Europa om 95 g/km för 2020 bedömdes viktiga för bränslecellsfordon. Diskussioner förs också med Clean Energy Partnership i Tyskland. 3.2 Övriga Asien Kina Litet olika besked ges om Kinas intresse för bränslecellsfordon. Enligt en rapport från Tillväxtanalys är de inte så prioriterade: Den officiella kinesiska definitionen av ny energi-fordon bygger på fem kategorier: rena elbilar, hybrider, bränslecellsbilar, vätebilar samt fordon som drivs av övriga energikällor (gas, etanol ). I praktiken är det dock el- och hybridbilar som vanligen avses, då övriga teknologier inte är lika prioriterade. I denna rapport har vi valt att använda el- och hybridbilar som begrepp då det tydligare beskriver vad politiken i huvudsak riktas in mot. 6 I en nyhet som sammanfattar periodens tongivande dokument avseende Kinas policy för fordonsutveckling definieras bränslecellsbilar inte bort: 6 Tillväxtanalys , El- och hybridbilar i Kina: Planer, aktörer och policy (s 8) 8

15 China is targeting the cumulative production and sales of more than 5 million new energy vehicles, including fuel cell vehicles, by that time as well. [ ] While focusing on core technology R&D for battery-electric, PHEVs, hybrid commercial vehicles and fuel cell cars, the government is looking to establish a test platform shared by the related industries. 7 I en litet äldre artikel betonas att SAIC Group, Kinas största biltillverkare, ska ta täten inom new-energy vehicle segmentet. Planerna omfattar bland annat masstillverkade bränslecellsbilar och batteribilar. En indikation på att företaget menar allvar är att två bränslecellsbilar från SAIC deltog och kom på tredje plats i 11:e Challenge Bibendum. 8 I KPMGs enkät till bilchefer 2013 betonas att bränslecellsteknik är den med avstånd mest betydande elektrifieringstrenden i Kina, jämför avsnitt Indien Även Indiens intresse för bränslecellsbilar betonas i KPMGs studie 2013; In India, fuel cells are the preferred choice, along with plug-in hybrid vehicles. Detta bekräftas dock inte vid annonseringen av Indiens nationella plan för e- mobility, vilken i stället betonar betydelsen av att alla typer av elektrifiering introduceras, även ej laddbara hybrider USA I förra rapporten redovisades resultaten av intervjuer med några personer i Kalifornien. Kort sammanfattat kan det sägas att det då, dvs. sommaren 2011, fanns stora förväntningar på det nya nollemissionsmandat som skulle upp till beslut mot slutet av året. Därutöver var flera av informanterna öppet kritiska mot energibolagen för deras mycket begränsade engagemang i introduktionen av vätgasdrivna bränslecellsfordon. Generellt verkar det vara litet positivare tongångar till bränslecellsfordon i USA. Till och med energiministern Steven Chu lär ha mjuknat något i sin inställning till tekniken. Amerikanska National Petroleum Council studerade på Department of Energys uppdrag förutsättningarna för olika fordonsbränslen. Intressant nog omfattar studien detta brandtal för bränslecellsfordon: From a customer perspective, FCEVs offer excellent acceleration, high efficiency (low fuel consumption), quiet operation, low levels of vibration, acceptable driving range, and rapid refueling with a cleaner fueling interface (fully sealed no vapors, no drips, no smell). From a societal perspective, FCEVs offer zero tailpipe emissions, an alternative to petroleum, and a pathway to renewable and sustainable transportation. As noted in the hydrogen fuel 7 GreenCarCongress China publishes plan to boost fuel-efficient and new energy vehicles and domestic auto industry; targeting 500K PHEVs and EVs in 2015, rising to 2M by China Daily SAIC green lights 'green' cars - The Shanghai automaker plans to lead in the new-energy vehicle segment 9 Indiens premiärminister PM s address at the launch of National Electric Mobility Mission Plan 9

16 discussion, the per-mile GHG footprint of the FCEV is approximately 50% lower than that of a today s conventional non-hybrid gasoline vehicle when using natural gas as the feedstock. Multiple pathways such as biomass reforming or electrolysis using wind or solar can reduce this footprint significantly, though likely at higher fuel cost Kalifornien och Advanced Clean Cars Den 27 januari 2012 beslutade California Air Resources Board (CARB) om det nya regelpaketet Advanced Clean Cars (ACC). Regelpaketet omfattar tre delar; avgasutsläpp och växthusgaser, Zero Emission Vehicle Program, samt Clean Fuels Outlet. De båda sistnämnda är av störst intresse för bränslecellsfordon och alldeles i synnerhet Clean Fuels Outlet, som specifikt avser uppbyggnaden av en tankinfrastruktur för vätgas. Det diskuteras dock om även el ska inkluderas i denna reglering. Figur 2: Volymstillväxt för nollemissionsfordon i Kalifornien (källa CARB) Även om ett av syftena med det nya regelpaketet var att förenkla genom att ersätta de lappade och lagade tidigare regleringarna med ett sammanhängande paket så är det fortfarande ett ganska digert regelverk som har beslutats. Olika fordonstyper, exempelvis Zero Emission Vehicles (ZEV), Transitional ZEVs, Partial ZEVs och BEVx definieras och kan sedan i större eller mindre grad användas av biltillverkarna för att möta kraven. Generellt ger större elektrisk räckvidd mer krediter och därmed får bränslecellsfordon goda förutsättningar National Petroleum Council Advancing Technology for America s Transportation Future Draft Report Summary 11 För mer information, se t ex 10

17 Sammantaget ska det nya ZEV-mandatet leda till att cirka 1,4 miljoner bilar med nollemissionskapacitet kommer ut på vägarna i Kalifornien till 2025, jämför Figur 1. Minst en halv miljon av dessa ska vara batteri- eller bränslecellsfordon. Den mest kontroversiella delen i regelpaketet är Clean Fuels Outlet, som handlar om att importörerna och producenterna av konventionella drivmedel tvingas etablera tankstationer för vätgas baserat på bilföretagens prognoser om försäljningen av bränslecellsfordon. Dessa prognoser ska ha tre års framförhållning och om utfallet skiljer för mycket från prognosen ska böter betalas. Upplägget har vissa likheter med vår pumplag för miljöbränslen. Förmodligen för att få igenom paketet blev CARB till sist överens med oljebolagen om att göra om Clean Fuels Outlet till en frivillig överenskommelse. När och hur denna tar form är i skrivande stund inte känt. California Fuel Cell Partnership (CAFCP) publicerade sommaren 2012 en rapport om kommersialiseringen av bränslecellsfordon i Kalifornien. I rapporten redovisas att cirka bränslecellsbilar förväntas vara i drift i slutet av Dessa behöver 68 tankstationer. Totalkostnad för att etablera och driva de tillkommande tankstationer som behövs uppskattas till cirka 425 miljoner kronor, vilket inkluderar bidrag tills tankstationerna når lönsamhet. År 2017 räknar projektet med att bränslecellsfordon är i drift, vilka då behöver mer än hundra tankstationer för vätgas, se Tabell Tabell 1: Bränslecellsbilar och publika tankstationer i Kalifornien (källa CAFCP) I november 2012 annonserade California Energy Commission att medel för etablering av tankstationer för vätgas fanns tillgängliga att ansöka om. Det handlar om MUSD 28,59 (cirka 190 miljoner kronor) för tankstationer i 25 utvalda områden. Varje tankstation måste leverera minst 33 procent förnybar vätgas. Som underlag vid valet av platser för tankstationerna användes dels en analys från University of California, Irvine, dels en prioriteringslista från fordonsföretagens arbetsgrupp inom CAFCP. Varje tankstation måste vara öppen för allmän tankning senast den 30 oktober Calfornia Fuel Cell Partnerhip juli 2012 A California Road Map Bringing Hydrogen Fuel Cell Electric Vehicles to the Golden State 13 GreenCarCongress California Energy Commission to award up to $28,59M for hydrogen refueling stations in 25 areas 11

18 3.3.2 Hawaii Hydrogen Initiative Hawaii Hydrogen Initiative (H2I) med General Motors och The Gas Company i nyckelroller startade i december Planen är att etablera tankstationer för vätgas på strategiska platser på Oahu fram till En intressant aspekt i H2I är vätgasförsörjningen som baseras på inblandning av vätgas i nätet för metangas och sedan avskiljning av vätgasen vid respektive tankstation medelst en beprövad teknik; pressure swing adsorption. På detta sätt menar man att kostnaden bara blir cirka en fjärdedel jämfört med andra sätt att tillhandahålla komprimerad vätgas för fordon. Figur 3: Bränslecellsfordon på Hawaii I februari 2012 invigdes ett service center för vätgasfordon och den amerikanska armén tog i drift en flotta med 16 av GMs bilar modell Equinox Slutrapport från sexårigt amerikanskt demoprojekt Amerikanska Department of Energy (USDOE) släppte en slutrapport för the Controlled Hydrogen Fleet and Infrastructure Validation and Demonstration Project, vilket under tidsperioden 2005 till 2011 samlade data för mer än 180 bränslecellsbilar. Sammantaget gjorde dessa bilar mer än en halv miljon resor och de tankades mer än gånger. Sammanfattat konstateras att projektet har överträffat förväntningarna som ställdes upp av USDOE år 2003 och mötte målen på alla punkter utom vad avser kostnader för on-site vätgastillverkning. Att detta mål inte möttes beror på att tankstationerna i detta skede inte var utformade för kommersiell storskalig användning. Nyckeltal som analyseras i slutrapporten är exempelvis energieffektivitet, räckvidd per tank, livslängd och vätgaskostnader Se 15 Wipke K, Sprik S, Kurtz J, Ramsden T, Ainscough C. and Saur G. (2012) National Fuel Cell Electric Vehicle Learning Demonstration Final Report 12

19 3.4 Europa Skandinavien Region Skåne har gjort den första svenska upphandlingen av bränslecellsfordon. Två Hyundai ix35 FCEV har inköpts för leverans under Upphandlingen skedde inom ramen för ett Interregprojektet Next Move där även Köpenhamn deltar. 16 Köpenhamn har en ambitiös satsning på bränslecellsbilar (brint = vätgas): På kort sigt betyder satsningen at: Fra 2011 køber kommunen 50 % el- og brintelektriske personbiler. Det stiger til 75 % i 2012 og 100 % i % af kommunens egne personbiler skal køre på el og brint i København vil være testlaboratorium for el, brint og biobrændstoffer. 17 På längre sikt är satsningen en del av strategin för att göra Köpenhamn koldioxidneutralt till Som en del av denna strategi köpte kommunen 15 Hyundai ix35 FCEV för leverans i april 2013, jämför tidigare avsnitt om Hyundai. Priset uppges till danska kronor per styck, varav knappt hälften täcks av EU-medel. Under de närmaste åren ska också tre tankstationer för vätgas etableras i köpenhamnsområdet. 18 Den 9 oktober 2012 tecknade tre japanska och en koreansk biltillverkare, tre vätgasinfrastrukturföretag och fem NGOs ett Memorandum of Understanding avseende introduktion av bränslecellsfordon med tillhörande infrastruktur för produktion och distribution av vätgas i de nordiska länderna. Avtalet nämner inga leveranser av fordon utan tar i stället upp dialog och samverkan för att bana väg för introduktionen, i synnerhet med avseende på tankmöjligheter. I pressinformationen från Scandinavian Hydrogen Partnership betonas en av de nordiska ländernas konkurrensfördelar så här: The rich variety of renewable energy sources in the Nordic countries also provides a strong case for sustainable hydrogen production, which in turn can help storing and balancing even higher shares of fluctuating renewable electricity in the Nordic power grids. 19 Under hösten 2012 genomfördes en road tour till ett tiotal europeiska städer med bränslecellsfordon från Daimler, Honda, Hyundai och Toyota. Rundturen 16 Region Skåne Region Skåne köper två bränslecellsbilar från Hyundai 17 Köbenhavns brintsatsning 18 Samarbejde Köbenhavn Hyundai 19 Scandinavian Hydrogen Partnership 2012 Toyota, Nissan, Honda & Hyundai sign MoU on market introduction of fuel cell vehicles in Nordic Countries 13

20 organiserades av H2moves Scandinavia och omfattade VIP-visningar, seminarier och provkörningar. 20 Figur 4: Rundturen (källa H2Moves.eu) Tyskland Tyskland fortsätter sin storsatsning på bränsleceller. Projektet Clean Energy Partnership har nu vuxit till 16 partners, varav 7 fordonstillverkare. De båda senaste medlemmarna är Siemens och energiföretaget EnBW. I en pressinformation från projektet sommaren 2012 redovisades planer på att bygga ut nätet av tankstationer från nuvarande 15 till 50 publikt tillgängliga stationer fram till Beloppet 40 miljoner Euro är avsatt för ändamålet. 21 I december 2012 påbörjades byggnationen av en tankstation för förnybar vätgas vid den nya flygplatsen utanför Berlin. Vätgasen produceras i en 500 kw trycksatt elektrolysör vilken får elektriciteten från vindkraftverk och solceller. Totalt kan drygt 200 kg vätgas produceras varje dag, vilket räcker till full tank för cirka 50 bilar. Om det blir vätgas över säljer Linde den till sina industrikunder. Dessutom finns det ett kraftvärmeverk som kan använda vätgasen. Tankstationen utgör ett exempel på hur intermittent förnybar energi kan lagras som vätgas (vid trycket 45 bar). 22 Ett annat sådant exempel står E.ON för. Företaget meddelade i slutet av november 2012 att det investerar bortåt 50 miljoner kronor i forskning och utveckling kring teknik där vätgas används för att lagra energi från vindkraftverk. En pilotanläggning med en produktionskapacitet om 30 kg vätgas i timmen byggs i nordöstra Tyskland. Planen är att vätgasen ska matas in i nätet för naturgas. Upp till fem procents inblandning av vätgas medges i nuläget utan några problem och längre fram bör 15 procent vara möjligt. Det skulle betyda att hela Tysklands förnybara energi kan lagras i naturgasnätet H2Moves.eu Scandinavia september 2012 The European Hydrogen Road Tour kicks off 21 Clean Energy Partnership Wasserstofftankstellen für Deutschland: Bundesverkehrsministerium und Industriepartner bauen überregionales Tankstellennetz 22 Clean Energy Partnership Ministerpräsident Platzeck legt Grundstein für grünes Wasserstoffprojekt und Multi-EnergieTankstelle 23 GreenCarCongress E.ON developing pilot hydrogen plant for storing wind power in the German gas grid 14

21 Artikeln tar inte upp möjligheten att på annan plats extrahera vätgasen ur naturgasen, jämför Hawaii Hydrogen Initiative (3.2.2) EU Senaste utlysningen från European Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking stängde i maj Den omfattade 77,5 miljoner Euro. Den sjätte utlysningen öppnar i januari 2013 och stänger i maj. Totalt omfattar utlysningen 68,5 miljoner Euro. På programmets hemsida visas totalt tio projekt på området transporter och tankstationer, varav följande har tillkommit sedan förra rapporten skrevs: FCGEN Fuel Cell Based On-board Power Generation. Huvudmålet med projektet är att utveckla och demonstrera en komplett APU installerad i en lastbil i kommersiell drift. HyTEC Hydrogen Transport in European Cities. Målet är att expandera nätverket av vätgasdemonstrationsplatser till två av de mest lovande tidiga marknaderna för vätgas; Storbritannien och Danmark. DESTA Demonstration of 1st European SOFC Truck APU. AB Volvo tillsammans med flera olika europeiska partners utvecklar ett 1.5 kw diesel APU system baserad på SOFC teknik. Utvecklingen är samarbete via EU projekt DESTA ( Projektet startade i januari 2012 och kommer att avslutas 2014 med demonstration av APU systemet på en av Volvos lastbilar avsedd för amerikansk marknad. High V. LO-City Cities speeding up the integration of hydrogen buses in public fleets. Målet med projektet är att underlätta snabb tillämpning av den senaste generationen av bränslecellsbussar för kollektivtrafik. AUTOSTACK Projektets mål är att skapa en gedigen affärsmodell för en oberoende europeisk byggare av bränslecellsstackar för fordonstilllämpningar. PEMICAN PEM with Innovative low cost Core for Automotive application. Handlar om utveckling av de aktiva skikten i PEM-bränslecellen för att minska platinaanvändningen. 3.5 Aktiviteter inom IEA Advanced Fuel Cells Annex 26 Enligt planen skulle annexet haft två möte per år. Aktiviteter under 2012 blev dock begränsade till ett möte som organiserades av AB Volvo. Mötet ägde rum den maj i Göteborg. Förutom sedvanlig uppdatering om status för tekniken i respektive medlemsland adresserade ett speciellt mötestema utvecklingsläget för demonstrationsprogram för bussar i Europa och USA. Leslie Eudy från National Renewable Energy Laboratory rapporterade om resultat av demonstrationsprogram i USA. Resultat från andra generationens bussar sammanfattas i Tabell 2. 15

22 Tabell 2: Status och mål för bränslecellsbussar i USA De återstående utmaningarna i USA är att minska kostnaderna (investering och drift), öka livslängden för bränsleceller till över timmar, optimera prestanda av hybridkomponenter (batterier, kraftelektronik samt mjukvara), förbereda för marknadsintroduktion samt utöka vätgastankning för att möta behov av större fordonsflottor (< 10 minuter tankning och integration i befintlig infrastruktur). Boris Jermer, ordförande för Hydrogen Bus Alliance (HBA), presenterade status för bussdemonstrationer i Tyskland och Europa. I HBA deltar 12 medlemsländer. Det bildades år 2006 och omfattar idag en bussflotta på 57 bussar. Huvudslutsatser från Jermers presentation kan sammanfattas i följande: Bland de olika vätgasdrivna alternativen visar hybridiserade bränslecellsbussar mycket bättre bränsleekonomi än icke-hybridiserade och bussar drivna med vätgasförbränningsmotorer. Hybridiserade bränslecellsbussar har uppnått de viktigaste tekniska prestanda som krävs för kommersialisering (räckvidd, effektivitet etc). Mindre betydande tekniska frågor återstår som tankningstid (längre än diesel motsvarigheter) och passagerarkapacitet. Tillförlitlighet i hybridkonfiguration är det huvudsakliga målet för nästa generation av hybridbussar med bränsleceller (t.ex. CHIC). Det största hindret för kommersialisering av hybridiserade bränslecellsbussar är den höga kostnaden. Den nuvarande kapitalkostnaden för en sådan buss är ca fem gånger kostnaden för en konventionell dieselbuss, medan kostnaden för ägandet är mer än fyra gånger högre. Tekniken förväntas ge en mer flexibel och kostnadseffektiv lösning (på en total ägandekostnad basis) än trådbussar mellan 2015 och 2020 och den förväntas att närma sig dieseldrivna bussars totala ägandekostnad vid år 2025/30. I Tabell 3 visas hur hybridiserade bränslecellsbussar har förbättras med tiden. 16

23 Tabell 3: Utvecklingen för bränslecellsbussar i Europa Hybrid FC buses (12m platform, low floor) Current Values Next Generation HyFLEET:CUTE (non hybridised FC) Diesel buses (12m platform, low floor) 8 15 kg/100km 7 12 kg/100km kg/100km litre/100km Fuel Economy* (up to 30% improvement over an equivalent diesel route at parity of calorific content) (from 20% to 40% improvement over an equivalent diesel route at parity of calorific content) (approx kg H2/100km at parity of calorific content) Range km km km >> 400km Availability** 55% 80% 90% 92% 90% Refueling Time*** 7 10 minutes/bus 7minutes/bus? (It may depend on tank size) > 10 minutes/bus << 5minutes/bus 3.6 Fordon Nedan beskrivs några av de fordon som presenterades eller var i drift under bevakningsperioden. Översikten gör inte anspråk på att vara fullständig. För fler fordonsintroduktioner, se exempelvis Mercedes-Benz Bränslecellsbilen F-Cell baserad på B-klassmodellen provas av utvalda användare på vägarna i Europa och USA. På en hemsida finns information om pilotprogrammet och möjlighet att ansöka om att delta som användare av ett fordon. Tvåårig leasing kostar USD 849 per månad och treårig leasing erbjuds till USD 599 per månad. Enligt tidigare uppgifter ska totalt cirka 200 fordon testas inom ramen för pilotprogrammet. I maj 2012 var 37 kunder tecknade i Kalifornien. 24 Bilen använder andra generationens bränsleceller från Automotive Fuel Cell Cooperation, ett företag i Kanada som samägs av Daimler (majoritetsägare), Ford och Ballard. Stacken ger 100 kw. Tanken rymmer upp till 3,7 kg vätgas vid 700 bar och ett litiumjonbatteri om 1,4 kwh ingår också i drivlinan. Räckvidden uppges till knappt 40 mil. Nästa generation av F-Cell ska med start modellår 2015 säljas i väsentligt större antal. Dessutom överväger Mercedes-Benz att erbjuda ett bränslecellsalternativ även för en sedanmodell, kanske E-klass, till modellår It would work beutifully in a regular sedan shape normal Mercedes luxury, but filled with pressurized hydrogen. I am completely convinced the technology has the potential to take over the internal combustion engine, together with pure battery EVs in their niche. (Sascha Simon) 25 I januari 2013 skrev Automobilwoche att Daimler förväntas avvakta med omfattande kommersiella leveranser av F-Cell baserad på B-klassen till Se 25 GreenCarCongress Mercedes-Benz eyeing introducing a sedan model hydrogen fuel cell vehicle around MY

24 Detta för att det än så länge inte är möjligt att erbjuda bilen till ett konkurrenskraftigt pris. Artikeln tar upp förhandlingar om närmare samarbete med Renault-Nissan respektive Ford, vilka skulle kunna bidra till större volymer och sänkta kostnader. I skrivande stund har innehållet i artikeln vare sig bekräftats eller dementerats av andra källor. Men om Daimler nu senarelägger introduktionsplanerna är det inte första gången. 26 Hösten 2011 presenterade Mercedes-Benz forskningsbilen F125!. Som namnet antyder handlar det inte om en marknadsnära produkt utan tidshorisonten är snarare minst 10 år framåt i tiden. Bilen är en laddhybrid med bränsleceller och ett nytt sätt att lagra vätgas i så kallade Metal Organic Frameworks. Med litiumsvavelbatterierna blir räckvidden hela 100 mil. Bilen gör km/h på 4,9 s och toppfarten är 220 km/h. Trots dessa prestanda uppges förbrukningen stanna vid cirka 0,27 liter per mil (dieselekvivalent). Med Jules Verne som förebild(?) lät Mercedes-Benz genomföra en jorden runt resa för tre B-klass F-Cell. Den km långa färden gick från Stuttgart mot Portugal, över den nordamerikanska kontinenten via Australien till Shanghai i Kina och tillbaka på delvis ganska besvärliga vägar via Kazakstan och Ryssland. Bilarna drabbades under de 70 dagarna av körning av krock och punktering men drivlinan fungerade problemfritt. Tankning skedde vanligen med hjälp av medföljande mobila tankstation BMW Under sommaren 2012 utökade BMW och Toyota sitt samarbete till att även omfatta bränsleceller. I ett Memorandum of Understanding mellan företagen utpekades fyra områden för samarbete; gemensam utveckling av ett bränslecellssystem, gemensam utveckling av arkitektur och komponenter för en framtida sportbil, samarbete om elektrifiering av drivlinan samt gemensam forskning och utveckling om lättviktsteknologier. Det framgår av förklaringen till samarbetet att Toyota bidrar mest avseende elektrifiering och bränsleceller medan BMW bidrar med sitt sportbilskunnande. Tidigare under 2012 tecknade företagen avtal om gemensam forskning avseende nästa generations litiumjonbatterier. Dessutom ska BMW leverera dieselmotorer till Toyota med start Automobilwoche Daimler verschiebt Brennstoffzelle auf mler-verschiebt-brennstoffzelle-auf Venturi, M. (2011) Technology Maturity of Fuel Cell System installed in Mercedes B- Class during the World Drive, EVS-26 proceedings 28 GreenCarCongress BMW and Toyota expanding cooperation: fuel cells, sports car, powertrain electrification and lightweight technologies och GreenCarCongress Reports: Toyota and BMW to expand partnership on fuel-efficient vehicles, with Toyota providing hybrid and fuel cell technology to BMW 18