Yollardaki Enerji Dönüşümü

Günümüzde ulaşım teknolojileri alanındaki ilerlemelerin büyük kısmı, fosil yakıtların kullanıldığı içten yanmalı motorlu araçlardan elektrik motoruyla çalışan araçlara geçişe yönelik. Peki, yollardaki bu enerji dönüşümünün gerçekleşebilmesi için aşmamız gereken engeller neler?

Fosil yakıt kaynaklarının sınırlı olması, fosil yakıtların kullanımı sonucu açığa çıkan gazların ciddi çevre sorunlarına yol açması (örneğin küresel ısınma, iklim değişiklikleri, hava kirliliği) ve fosil yakıtların kullanıldığı içten yanmalı motorların verimliliğinin düşük olması son yıllarda elektrikli araç teknolojilerine yönelik araştırmaların yaygınlaşmasının en önemli sebepleri. Çünkü elektrik motorunun kullanıldığı araçların enerji verimliliği içten yanmalı motorlu araçlarınkinden daha yüksek ve elektrik motoruyla çalışan araçlar havaya egzoz gazları salmıyor. Ancak elektrikli araçların yaygınlaşmasının önünde önemli iki engel var: dolu batarya ile katedilebilecek mesafenin yani menzilin sınırı ve bataryaların nasıl şarj edileceği.

 

Hibrit, Bataryalı, Yakıt Pilli... Hangisi Elektrikli Araç?

Elektrik motoruyla çalışan araçların (kısaca elektrikli araçlar olarak isimlendiriliyor) farklı türleri var.

Alternative Fuels Data Center

Hibrit elektrikli araçlarda (HEV) içten yanmalı motor ve elektrikli motor birlikte bulunur. Bu araçlarda elektrikli motorun enerjisini aldığı batarya içten yanmalı motor tarafından şarj edilir. Dolayısıyla bataryanın dışarıdan şarj edilmesine ihtiyaç duyulmaz. Bunun yanında günümüzde bataryası dışarıdan şarj edilebilen hibrit elektrikli araçlar (PHEV) da var.

 

Alternative Fuels Data Center

Bataryalı elektrikli araçlarda (BEV) sadece elektrik motoru bulunur ve batarya dışarıdan şarj edilir.

 

Alternative Fuels Data Center

Yakıt pilli elektrikli araçlarda (FCEV) ise elektrik motoru enerjisini yakıt pilinden alır.

 

Elektrikli Araçlar Ne Kadar Verimli ve Çevreci?

Günümüzde ulaşımda çoğunlukla içten yanmalı motorlu araçlar tercih ediliyor. Bu motorlarda yakıt olarak benzin, dizel ve LPG (sıvılaştırılmış petrol gazı) gibi fosil yakıtlar kullanılır. İçten yanmalı motorlarda yakıtın yanması sonucu açığa çıkan enerjinin yaklaşık %25’i harekete dönüşür. Elektrik motorlarının enerji verimliliği ise yaklaşık %79-91 arasındadır.

Elektrik motorlu ve içten yanmalı motorlu araçların enerji verimliliklerini ve sera gazı salımına etkilerini karşılaştırırken, elektrikli araçların bataryaları şarj edilirken kullanılan elektriğin nasıl üretildiğini de dikkate almalıyız.

Uluslararası Enerji Ajansı - Günümüzde dünya genelinde elektriğin yaklaşık üçte ikisi fosil yakıtlar (kömür, doğal gaz ve petrol) kullanılarak üretiliyor.

Enerji kaynağı olarak doğal gaz kullanıldığında enerjinin kaynağından tekerleklerde harekete dönüştürülmesine kadar olan süreç birlikte değerlendirildiğinde elektrikli araçların enerji verimliliği %22-35 arasında iken, yakıt olarak sıkıştırılmış doğal gaz kullanılan içten yanmalı motorlarda bu oran %11-22 arasındadır.

Energy

Yapılan bir araştırmada elektrikli araçların kullanım ömrü boyunca küresel ısınmaya etkisinin içten yanmalı motor kullanılan araçlara kıyasla %10-24 daha az olduğu belirlendi.

 

Enerji Geri Dönüşümü Sağlayan Frenleme Sistemi

Elektrikli araçlarda aracın kinetik enerjisinin bataryaların şarj edilmesinde kullanıldığı bir frenleme sistemi vardır. Elektrikli araçlarda motor araç yavaşlarken jeneratör gibi görev yapar ve aracın kinetik enerjisi elektrik enerjisine dönüştürülerek bataryalarda depolanır. İçten yanmalı motorlu araçlarda ise fren balatalarının fren disklerini sıkıştırması ile tekerleklerin dolayısıyla aracın yavaşlaması sağlanır. Bu sırada aracın kinetik enerjisi ısı enerjisine dönüşerek kaybedilir.

Frenleme sırasında kaybedilen enerjinin tekrar hareket enerjisine dönüştürülmesini sağlayan kinetik enerji geri dönüşüm sistemi ilk defa 2009 yılında Formula 1 araçlarında kullanılmıştı.

Enerji geri dönüşüm sistemi sayesinde elektrikli araçlar özellikle trafiğin yoğun olduğu şehir içi kullanımda -araçların sık sık durup tekrar hızlanması gerektiği için- içten yanmalı motorlu araçlara göre enerji verimliliği açısından daha avantajlıdır.

Günümüzün Elektrikli Araçlarının En Önemli Sorunları: Menzil ve Şarj Süresi

Elektrikli araçların içten yanmalı motorlu araçların yerini alabilmesi için bataryaların tek bir şarj ile minimum 500 km yol katedebilmesi ve bataryaların 15 dakikadan az sürede şarj olması gerektiği düşünülüyor.

 

Şarj İstasyonları

İçten yanmalı motorların kullanıldığı araçların deposu yakıt istasyonlarında birkaç dakikada doldurulabiliyor. Elektrikli araçları ise evde şarj etmek mümkün. Ancak şehir şebeke hattı üzerinden bataryaların şarj olması genellikle uzun sürüyor. Bu nedenle şarj istasyonu altyapısının kurulması ve şarj süresinin kısa olması elektrikli araçların yaygınlaşması için hayli önemli.

Elektrikli araç sahiplerinin büyük kısmı araçlarını geceleri evlerinde şarj ediyor. Bunun dışında alışveriş merkezi, otopark gibi halka açık alanlardaki şarj istasyonları da kullanılabiliyor.

Şarj süresi bataryanın kapasitesine ve şarj yöntemine bağlı olarak değişiyor. Farklı şarj yöntemleri var. Örneğin elektrikli araçlar, elektrik şebekesi hattı üzerinden özel ekipmanlara ihtiyaç duyulmadan şarj edilebiliyor. Elektrik şebeke hattından gelen elektrik kullanıldığında menzili yaklaşık 150 km olan bir elektrikli aracın bataryası 8-12 saatte şarj edilebiliyor. Hızlı şarj istasyonlarında ise bataryanın şarj süresi elektrik akımının gücüne bağlı olarak 2-6 saat arasında değişiyor. Süper hızlı şarj istasyonlarında ise bataryanın %80’i 20-30 dakikada şarj edilebiliyor.

Teknoloji şirketleri ve bilim insanları daha hızlı şarj yöntemlerinin geliştirilmesine yönelik araştırmalar yapıyor. Örneğin ABB teknoloji şirketi, bataryaları 8 dakikada 200 km yol katedebilecek seviyede şarj edebilen bir şarj ünitesi geliştirdi. Ancak kullanımda olan elektrikli araçların bataryalarının teknik özellikleri bu yöntemle şarj edilmeye henüz uygun değil.

Gelecekte Elektrikli Araçlar İçten Yanmalı Motorlu Araçların Yerini Alabilecek mi?

2017’de dünya genelinde 1,5 milyona yakın elektrikli araç satıldı ve toplam elektrikli araç sayısı 3,7 milyona ulaştı. Norveç’te yeni satılan otomobillerin %39’u elektrikli. 2030’da toplam elektrikli araç sayısının 130 milyon olacağı öngörülüyor. Yani her yıl satılan elektrikli araçların sayısının bir önceki yıla göre %24 artması bekleniyor. 2017’de bu oran %54’e ulaştı.

Ülkeler hem enerji konusunda dışa bağımlılığı hem de fosil yakıtların neden olduğu çevre sorunlarını azalmak amacıyla ulaşımda daha çevreci ve verimli çözümler bulmaya çalışıyor. Bu nedenle elektrikli araç teknolojilerinin geliştirilmesine yönelik destekler veriliyor, elektrikli araçlarda vergi indirimleri uygulanıyor.

TÜBİTAK tarafından 2005 yılından beri üniversite öğrencilerine yönelik olarak Alternatif Enerjili Araç Yarışarı (Efficiency Challenge Electric Vehicle) düzenliyor. Elektrikli araç (elektromobil), hidrojenli araç (hidromobil) ve otonom araçlar kategorilerinde düzenlenen yarışların temel amacı alternatif enerji ile çalışan araçlarla ilgili yerli üretimin artırılması ve katma değeri yüksek ürünlerin geliştirilmesi, katılımcıların alternatif enerjilerle ilgili araştırma imkânı edinip dünyadaki gelişmeleri takip etmeleri, deneyim kazanmaları ve bu yolla alternatif enerji kaynaklarının kullanımı konusunda ülke genelinde farkındalığın artırılması. 

• Curran, S. J. ve ark., “Well-to-wheel analysis of direct and indirect use of natural gas in passenger vehicles”, Energy, Cilt 75, s. 194-203, 2014.
• International Energy Agency (IEA), “Key world energy statistics 2017”, 2017.
• International Energy Agency (IEA), “Global EV Outlook 2018”, 2018.