Eldrift har länge varit ledande inom t.ex. tåg och tunnelbanedrift, där energin kan tillföras från en ledning i luften eller en skena vid sidan om, men den tekniken fungerar av naturliga skäl inte om vi vill driva en bil istället. Det största problemet är att få fram tillräckligt med energi att driva motorn en längre sträcka. Vad som behövs är ett kraftfullt batteri och det är just det som är problemet, att hitta ett batteri som fyller våra krav. Ett konventionellt blybatteri t.ex. har en energitäthet av högst 40 Wh/kg vilket skall jämföras med bensin som har cirka 100 ggr högre energitäthet. Alltså, vi får ut samma energimängd av 1 kg bensin som 100 kg blybatteri.

Det som är helt och hållet gränssättande när det gäller elbilsdrift idag är batteriet. Det finns ett antal intressanta alternativ, och nästan alla är under fortsatt utveckling. Problemen med att hitta ett batteri som passar är många. Den kanske viktigaste och hittills svåraste problemet är att göra ett batteri med tillräckligt hög energitäthet. Batteriet skall också fungera både i kalla och varma klimat, det skall vara säkert så att det inte exploderar vid kollision eller under drift samt att batteriet skall hålla en prisnivå som gör det genomförbart och lönsamt att tillverka det. Vad finns då för batterier att tillgå ?

Först och främst bör nämnas det gamla hederliga blybatteriet som trots sin relativt låga energitäthet ändå har använts i bl.a. General Motors EV1, som står beskriven närmare längre fram i texten. Blybatteriet har dock sina klara nackdelar. Bortsett från låg energitäthet är batteriet inte heller speciellt värmetåligt.

Ett annat batteri som har ett par år på nacken är nickelkadmiumbatteriet. Frånsett en lite för hög prisnivå samt att det utanför Europa inte finns några organiserade platser för återvinning av kadmium har batteriet fungerat bra. Man experimenterar också med metallhydrid-batterier som är likvärdiga nickel-kadmiumbatteriet beträffande energitäthet. Båda typerna är vanliga inom mobiltelefonkommunikation. Experiment har även utförts med det nya litium-ion-batteriet vilket också börjar komma inom mobiltelefonteknologin. Det batteriet har en betydligt högre energitäthet än de två andra.

AEG har tagit fram ett batteri de kallar Zebra som är väldigt intressant. Zebra-batteriet har ett energiinnehåll av cirka 100 Wh/kg. Elektroderna i batteriet består av natrium och nickelklorid. När batteriet används förvandlas natrium och nickelklorid till natriumklorid (koksalt) och nickel. När batteriet laddas går reaktionen åt motsatt håll. I varje battericell skiljs de två elektroderna åt av en keramisk vägg som släpper igenom natriumjonerna. Som flytande elektrolyt använder man sig av ett aluminiumsalt som smälter vid 157 grader men den verkliga arbetstemperaturen är 300 grader. Det gör Zebra-batteriet till ett högtemperaturbatteri. Under drift värms batteriet upp av sin egen överskottsvärme. Batteriet tar ingen skada av att kylas ned men måste då först uppvärmas innan det kan tas i bruk igen. Den höga värmen utgör en brandrisk om fordonet t.ex. skulle

krocka. På Zebra-batteriet har man löst problemet på så sätt att vid en olycka går först keramikväggen sönder. Då blandas elektrolyten med natrium och bildar ofarligt aluminium och koksalt. Försök har också visat att batteriet klarar våldsamma deformationer utan risk för omgivningen. Zebra-batteriet ser ut att ha framtiden för sig, energitätheten är i nivå med litiumjonbatterier, det ger dubbelt så lång räckvidd som nickelkadmiumbatterier och 3-4 gånger så lång som blybatterier av samma stolek. Serieproduktionen beräknas starta år 2000 men det kan gå ännu snabbare beroende på hur drivande biltillverkarna är. Renault, Mercedes, BMW, Opel och Volkswagen håller alla på med försök med Zebra-batteriet.

Något som också är väldigt intressant är Zink-luft-batteriet. Det är i princip temperaturoberoende och har väldigt hög energitäthet. Under 1998 beräknade man kostnaderna vara nere på 100 dollar/kWh vilket är lägre än dagens kostnad för blybatterier. En närmare beskrivning av denna konstruktion kommer längre fram. Diagrammet nedanför visar en sammanställning över de batterityper som är användbara idag.

Det är lätt att tro att elbilens frammarsch bromsas av de stora biltillverkarna på grund av rädslan av minskande försäljning men faktum är att flera stora tillverkare har utvecklat egna prototyper. Bensinmotorns utveckling har stått i princip still i 60 års tid och nu börjar tekniken komma för att tillverka en elbil till ett överkomligt pris. Elbilen ligger så att säga rätt i tiden. Allt fler människor får upp ögonen för miljön och framtiden. Det finns helt klart en hel del pengar att tjäna om man kan lansera en bra, billig, fungerande och säker elbil. Både bilindustrigrupper i Europa, Japan och USA driver forskning men problemet som de alla kämpar med är att komma ned i en prisnivå som kunden kan acceptera. Den plats som kanske varit mest pådrivande är Kalifornien. CARB, den kaliforniska luftvårdsmyndigheten, har beslutat att 1998 ska två procent av bilarna i Kalifornien inte ha några utsläpp alls. Ett par år efter sekelskiftet skall tio procent uppfylla dessa krav. Idag är det bara elbilar som kan klarar detta.

Idagsläget finns det ett par olika alternativ. Ett företag som var bland de första med att färdigställa och lansera en elbil var General

Motors som i december 1996 började leasa ut

elbilen EV1 i södra Kalifornien samt i Pheonix och Tucson i Arizona. Priset låg mellan 520 och 690 dollar per månad och det inkluderar laddare till hemmet. Bilen EV1 är ganska speciell på många sätt. Den har 25% lägre luftmotsståndskoefficient än någon annan bil i produktion idag. Bilen väger endast 1350 kg inklusive ett batteripaket på 533 kg. Anledningen till den lätta vikten är karossen, som är tillverkat i kompositmaterial och chassit som är helt i aluminium. Det som utmärker denna bil ytterligare är att batteriet består av 26 stycken 12 V blyackumulatorer. Jämfört med resten av bilen är batteripaketet förlegad teknik. Bilen har en laddningskapacietet på 16,3 kW vilket motsvarar en energitäthet på 30,6 Wh/kg. En trefas induktionsmotor levererar 137 hästkrafter (102kW). Bilen accelererar 0-100 km/h på 9 sekunder och har en strypt maxhastighet på 130 km/h. På testbana har man dock fått upp EV1 till 293 km/h! Räckvidden är upp till 15 mil och

uppladdningen av batteripaketet tar tre timmar. Det som helt klart är gränssättande för EV1 är batteriet, blybatterier är tunga och därtill väldigt värmekänsliga. GM försöker hitta nya vägar och hoppas i framtiden på nickel-metallhydrid eller litium-jonbatterier. I nuläget är dock inte dessa batterier tillräckligt utvecklade. Under tiden är EV1 bara tillgänglig i det varma klimatet i sydvästra USA.

Renault har idag ute vad som kan kallas första generationens elbil. Det är en Renault Clio Electrique men den bilen har sina tydliga begränsningar. Accelerationen är 0-100 km/h på 27 sekunder och räckvidden mellan laddningarna är cirka 85 kilometer under goda förhållanden, en kall vinterdag bara

hälften. Batterierna är av nickelkadmium. Denna bil köptes under 1996 in av ett antal svenska kommunala bolag och förvaltningar. Under 1997 presenterade Renault en uppföljare, El-Clion. Det är resultatet av ett fyra år långt utvecklingsprojekt inom det europeiska tekniksamarbetet Eureka där Renault och ett antal andra företag har samarbetat. Resultatet blev en bil baserad på AEGs Zebra-batteri. En annan nyhet i den nya El-Clion är att den har en asynkron växelströmsmotor istället för en likströmsmotor. Detta ger att man slipper växellådan. El-Clion har en toppfart på drygt 120 km/h och accelerationen är 0-100 km/h på 11-12 sekunder. Räckvidden är upp till 20 mil. Batteriet kan laddas hemma över natten eller snabbladdas till 90 procent på en halvtimme.

Det finns alternativ till den rena eldriften vilket Chrysler visar med sin vätgasbil. De utvecklar en bil med bränsleceller, s.k. PEM-celler, som drivs av vätgas. Bränslecellen består av två bipolära plattor av platina som har ett tunt membran i mitten. När vätgas och syrgas strömmar genom cellen på var sin sida alstras en elektronvandring vilket ger upphov till elström. För

syretillförseln används vanlig luft, vätet däremot måste vara extremt rent, utan koloxid, annars minskas cellens livslängd drastiskt. Problemet är att alstra den vätgas som behövs. Att köra omkring med en högtryckstank med vätgas är ej önskvärt då gasen är mycket lättantändlig. I Chryslers fall används bensin som omformas i tre steg till vätgas(se fig.). På så sätt kommer bensinförbrukningen ner i 0,3 liter per mil. Utveckling av aggregat som omvandlar metanol till vätgas pågår bl.a. i Tyskland av Siemens och i Danmark av Haldor Topsoe.

Även Volvo och Renault utvecklar en vätgasbil. 1997 avslutades ett länge hemligt fyraårigt utvecklingsprojekt bolagen emellan. Bilen som presenteras är en ombyggd Renault Laguna med en elmotor, en bränslecell och en vätgastank på 115 liter. Vätgasen omvandlas på liknande sätt som hos Chrysler samt att ett metallhydridbatteri används som mellanlagring, vilket ger extra energi vid accelerationer. Bränslecellen alstrar 30 kW el och kostade 1997 cirka en miljon kronor. Tanken rymmer 115 liter vätgas vilket är nedkylt till minus 253 grader. Energiinnehållet motsvarar 30 liter bensin och bilen kan köras 50 mil på full tank. Idag finns dock ingen infrastruktur för varken distribution, lagring eller tankning av vätgas så man räknar inte med ett kommersiellt genombrott inom de närmaste tio-femton åren.

I Tyskland har man tagit fram fungerande prototyper på bilar med zink-luft-batterier. De kan förflytta sig 30-40 mil på en tank och 1997 provkördes tre av dem, två Opel Corsa samt en Mercedes 410, i Sverige av Posten, Vattenfall och Deutsche Post. Mellan 1995-1997 togs modellerna för batteriet fram i Tyskland. I zink-luft-batteriet fungerar metallen som anod och luften som katod. Zinken är pressad till en platta kring några metalltrådar, som är upphängda i en strömskena. Zinkplattorna är nedsänkta mellan luftelektroderna och placerade i en plastlåda. En cell består av en zinkplatta med en luftelektrod. Cellen kan släppa in luft men håller samtidigt elektrolyten innesluten. Elektrolyten består av kaliumhydroxid. Förenklat kan man beskriva förloppet som följande. Luft utifrån blåses in i cellen av en fläkt varvid zinken reagerar med syret och bildar zinkoxid, 2Zn + O2 -> 2ZnO. Nästan direkt kan fläkten drivas med energi från batteriet vilket är en viktig säkerhetsaspekt. Om batteriet kortsluts stannar fläkten tvärt, vilket gör att cellreaktionen avstannar utan dramatiska följder. Metoden med zink-luft-batterier är inte ny. Tidigare användes zink-luft-batterier i hörapparater, men nu har man lyckats få ut betydligt högre effekt ur dem. Batteriet till Opel Corsa består av 264 seriekopplade celler. Fullt laddad har batteriet en spänning av 375 V och en kapacitet av 271 Ah. Batteriet väger cirka 380 kg.

Att byta ett batteri går på fem minuter men kräver en del utrustning. I Bremen finns en anläggning där bilen körs upp på ett lyftbord och batteriet byts av en robot. Det urladdade batteriet kan inte återuppladdas men den zinkoxid som bildats kan sönderdelas och oxideras till vanligt zink igen. Energitätheten i batteriet är hög, idag cirka 225 Wh/kg, men man tror att det går att komma upp i cirka 300 Wh/kg.

Idag verkar alla biltillverkare med självaktning släppa en elbil. Toyota har RAV4 EV baserat på nickel-metallhydrid-batteriet, Nissan har Nissan EV baserat på litium-ion-batteriet, Citroën har sin AX électrique, hos Peugeot kan man köpa 106 électrique och Mazda presenterade så tidigt som 1993 sin sportbil MX-5 som elbil. Batteritypen var nickel-kadmium och bilen hade en toppfart på 130 km/h och en räckvidd på 18 mil.

Som synes kommer eldrift och hybriddrift mer och mer. Flertalet stora bolag har satsat miljonbelopp på forskning och de kräver resultat. Bensinbilen lever kvar i kraft av sin billiga produktion och lättillgängliga bränsledistribution men hur länge till ? När kommer kraven från myndigheter och forskningens innovationer att för alltid förpassa bensinbilen till historien ? Elbilsrevolutionen är fortfarande i sin barndom men på sikt kommer den att utgöra en större del av bilmarknaden.

Berndtsson, Anders. "El- och hybridbilarna kommer först till storstäderna." [http://194.218.177.223/el%20och%20hybrid.htm]. Juni 1997.

Pressmeddelande, Mazda. "Mazda MX-5 som elbil." [http://www.mazda.oob.se/press_930129.htm] . Jan 1993.

Pressmeddelande Nissan. "Nissan presenterar en helt ny elbil för Kalifornien 1998." [http://www.nissan.se/press.elbil.html]. Okt 1997.

Tidningsartiklar (tillgängliga över Internet)

Agerberg, Miki. "Elbilen som ska locka privatbilister." [http://www.nyteknik.se/arkiv97/97-13/97-13-elbil.html]. Mars 1997.

Andersson, Norbert. "Volvo och Renault bygger hemlig elbil." [http://www.nyteknik.se/arkiv97/97-14/97-14-elbil.html]. Mars 1997.

Carlsson, Sven-Olof. "Jättekampanj ska sälja GMs elbil." [http://www.nyteknik.se/arkiv96/96-49/96-49-elbil.html]. Nov 1996.

Carlsson, Sven-Olof. "Tankar bensin - kör på el." [http://www.nyteknik.se/arkiv97/97-02/97-02-elbil.html]. Jan 1997.

Glenning, Christer. "Titta, en elbil - som funkar" [www.aftonbladet.se/bil/nyheter/9704/glen.html]. April 1997.

Karlsson, Urban. "Luftström ger elström: Elbil går 30 mil på en "tankning"." [http://www.verkstaderna.se/199603/19960311.htm]. Aug 1996.

Lind, Robert. "Elbil eller hybrid? det är frågan." [http://home2.swipnet.se/~w-24468/priv/priv/elbil.htm]. Jan 1997

Böcker

Nationalencyklopedin. Uppslagsord ’elfordon’, s.430 band 5.