Elektrische auto rijdt even ver als honderd jaar geleden

Dit is een tweede gastbijdrage van Kris De Decker van Lowtech magazine. De uitgebreide versie verscheen eerder hier.

Elektrische motoren en batterijen zijn aanzienlijk verbeterd op honderd jaar tijd, maar de elektrische auto’s van vandaag hebben een actieradius die – in het beste geval – gelijk is aan die van hun voorgangers aan het begin van de twintigste eeuw.

——————————————————————————————————–

Van ongeveer 1895 tot het midden van de jaren 1920 deelden elektrische auto’s de weg met stoomauto’s en wagens met een verbrandingsmotor. Elektrische auto’s hadden toen al een relatief korte actieradius in vergelijking met de alternatieven. Maar gedurende een paar jaar waren ze de populairste optie, om twee redenen.

Ten eerste waren ze makkelijk te starten, terwijl een auto op benzine moest worden aangezwengeld en een auto op stoom veel tijd nodig had om op temperatuur te komen (enigszins vergelijkbaar met een houtgasauto). Ten tweede waren er begin jaren 1900 weinig goede wegen buiten de stad, zodat het beperkte bereik van de elektrische auto niet echt een probleem vormde. De productie van elektromobielen piekte in 1912. Op dat moment reden er 30.000 elektrische voertuigen rond in de Verenigde Staten (waarvan 20.000 personenauto’s) en ongeveer 4.000 in Europa.

Toen en nu: 160 kilometer

Als de huidige supporters van elektrische auto’s een kijkje zouden nemen in de toenmalige verkoopbrochures van elektrische auto’s, staan hen een aantal verrassingen te wachten. Het snel opladen van batterijen (tot 80 procent van de capaciteit in slechts 10 minuten), de geautomatiseerde omwisseling van batterijen, publieke oplaadpalen, het volledige business plan van Better Place, in de wielen ingebouwde motoren, het terugwinnen van energie bij het remmen: het was er allemaal al aan het eind van de 19e of het begin van de 20ste eeuw. Het hielp niet.

Maar het opvallendst is de schijnbaar onbestaande technologische vooruitgang van de batterij. De Nissan Leaf en de Mitsubishi i-MiEV, twee elektrische auto’s die dit jaar op de markt zouden moeten komen, hebben exact dezelfde actieradius als, bijvoorbeeld, de Fritchle Model A Victoria uit 1908 (illustratie hieronder): 160 kilometer per laadbeurt. De Fritchle was vooruitstrevend, maar een paar jaar later verschenen veel meer elektrische voertuigen met een actieradius van om en bij de 160 kilometer. Ik heb de Fritchle hier alleen maar gekozen omdat de specificaties ervan compleet zijn, en omdat zijn actieradius officieel werd geregistreerd.

De eerste elektrische personenwagens (1894 – 1900) hadden een actieradius van 30 tot 65 kilometer, nog altijd een stuk beter dan de actieradius van een paard (20 km). De tweede generatie elektrische auto’s (1901 – 1910) had al een actieradius van 80 tot 130 kilometer. De derde generatie elektromobielen, waaronder grotere voertuigen die 5 personen konden vervoeren, raakte 120 tot meer dan 160 kilometer ver zonder de batterij te herladen – en dat is nog steeds het bereik van de elektrische auto van vandaag.

Betere batterijen

Nochtans beschikken de elektrische auto’s uit 2010 over veel betere batterijen dan de elektrische auto’s uit 1908. De Fritchle had, net als alle andere elektrische voertuigen uit die tijd, lood-accu’s aan boord met een energiedichtheid van 20 tot 40 watt-uur per kilogram (begin jaren 1900 was dat slechts 10 tot 15 Wh/kg). De Nissan en de Mitsubishi maken gebruik van een lithium-ion batterij met een energiedichtheid van ongeveer 140 watt-uur per kilogram. De batterij van de huidige generatie elektrische auto’s kan dus per kilogram ongeveer 3,5 tot 7 keer meer energie opslaan dan de batterijen van de elektrische auto uit 1908.

Dat had kunnen leiden tot een voertuig met een actieradius die 3,5 tot 7 keer groter is (560 tot 1.130 km), maar dat is niet het geval. De technologische vooruitgang had ook vertaald kunnen worden in een 3,5 tot 7 keer lichtere (en kleinere) batterij, en dus ook een veel lichter en energiezuiniger voertuig, maar dat is evenmin het geval. De batterij van de Nissan Leaf is slechts 1,6 keer lichter dan de batterij van de Fritchle: 220 kilogram versus 360 kilogram. Het Nissan voertuig (inclusief de batterij) weegt meer dan de Fritchle: 1.271 kilogram versus 950 kilogram. Dat extra gewicht doet het energieverbruik en dus ook het bereik van de hedendaagse auto uiteraard geen goed.

Motorvermogen, snelheid en acceleratie

Het opvallendste verschil tussen de specificaties van de oude en nieuwe auto’s is het vermogen van hun motor. De Fritchle had een motor van 10 PK, de Nissan heeft een motor van 110 PK. Met andere woorden: de Nissan heeft evenveel motorvermogen als 11 Fritchle’s. De kleinere en lichtere Mitsubishi i-MiEV (1.080 kg) heeft het motorvermogen van 6,5 elektrische Fritchle’s.

De maximumsnelheid van de Fritchle bedroeg 40 kilometer per uur. De Nissan haalt 140 kilometer per uur en de Mitsubishi 130 kilometer per uur. Een auto verbruikt 4 keer meer brandstof om twee keer zo snel te rijden, dus die hogere snelheid is evenmin bevorderlijk voor de actieradius. Een vergelijking van het acceleratievermogen is niet mogelijk wegens een gebrek aan gegevens, maar het is duidelijk dat de moderne elektromobielen veel sneller accelereren (en veel makkelijker bergop kunnen rijden) dan hun voorgangers. Vandaag is het snelle acceleratievermogen zelfs een van de verkoopargumenten van elektrische voertuigen.

Vooruitgang?

Er wordt momenteel enorm veel geld geïnvesteerd in de ontwikkeling van batterijen voor elektrische personenauto’s, met de bedoeling om hun actieradius veel groter te maken. De geschiedenis leert echter dat dit allesbehalve een garantie is voor succes. De komst van een revolutionaire batterij wordt al honderd jaar aangekondigd, maar ze is er nog steeds niet. Ondertussen wordt de reële, stapsgewijze vooruitgang steeds opnieuw opgeslokt door extra gewicht, extra prestaties en meer comfort.

Als we daarentegen de lithium-ion batterij van de Nissan Leaf in de Fritchle zou stoppen, zou de auto een actieradius hebben van 644 kilometer. Stop je er een lithium-ion batterij in met hetzelfde gewicht als dat van de Fritchle-batterij, dan heb je een actieradius van 1.127 kilometer. Voeg daarbij de vooruitgang die intussen is geboekt op het vlak van efficiëntere motoren en andere voertuigonderdelen en de actieradius van een gemoderniseerde Fritchle wordt nog een flink stuk groter.

Een betere actieradius is veel meer dan een gemak voor de bestuurder en de passagiers. Het zou ook betekenen dat we veel minder oplaadstations nodig hebben, wat de kosten en de ingebedde energie van de vereiste infrastructuur aanzienlijk zou verminderen. Tragere elektrische voertuigen zouden de komst van elektrische voertuigen op grote schaal dus heel wat realistischer maken.

Bovendien hoeven we ze niet eens te stroomlijnen. Aan lage snelheden is aerodynamica geen belangrijke factor in het energieverbruik. Lage snelheden zijn uiteraard ook veel veiliger, niet alleen voor de inzittenden maar ook voor andere weggebruikers.

Realistische elektrische voertuigen

Uiteraard zal de overgrote meerderheid van de bevolking auto’s met een topsnelheid van 35 kilometer per uur met hoongelach onthalen. Het is echter de enige manier om de actieradius van elektrische auto’s uit te breiden. Lichtere auto’s bouwen volstaat niet. Dat wordt duidelijk aangetoond door een conceptvoertuig zoals de Trev. Die tekent gelijkaardige prestaties op als de Nissan Leaf (een topsnelheid van 120 km/h en een acceleratie van 0 tot 100km/h in minder dan 10 seconden), maar weegt slechts 300 kilogram.

Omdat de Trev veel lichter is dan de Nissan, verbruikt hij maar half zoveel energie: 6,2 kWh/100km, ongeveer evenveel als de Fritchle, tegenover minstens 15 kWh voor de Nissan. Maar de actieradius is evengoed beperkt tot 150 kilometer. De reden is uiteraard de veel lichtere batterij (45 kilogram), die een veel kleinere capaciteit heeft. Bij auto’s met een verbrandingsmotor heeft gewichtsvermindering een veel groter potentieel, omdat de brandstoftank erg weinig weegt in verhouding tot het totale voertuig.

Keuzes maken

Dat betekent niet dat lichtere elektrische auto’s een slecht idee zijn, integendeel: ze verbruiken minder energie en stellen bijgevolg ook minder hoge eisen aan de elektriciteitsinfrastructuur – zo wordt het snel opladen van batterijen een veel realistischer optie. Maar tenzij ook de snelheid van lichtere auto’s wordt teruggebracht, zullen ze nooit een betere actieradius halen dan de elektro-auto’s van honderd jaar geleden.

Als we snelle elektrische voertuigen willen, zullen we tevreden moeten zijn met een korter bereik. Als we elektrische auto’s met een grote actieradius willen, zullen we tevreden moeten zijn met een lagere snelheid. Als we de (energie)kosten van de benodigde infrastructuur voor elektrische auto’s binnen de perken willen houden, zullen we moeten toegeven op snelheid of gewicht. De les die hieruit te leren valt, is dat we niet alles tegelijk kunnen hebben: zware, snelle elektromobielen met een grote actieradius. Nochtans is het precies dat wat we momenteel proberen te doen.