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Mar 20, 2023

Cosa significano realmente i miglioramenti della densità energetica della batteria per camion, navi e aerei?

The future of all ground transportation and an awful lot of aviation and marine

Il futuro di tutti i trasporti via terra e di moltissimi trasporti aerei e marittimi elettrici, a basse emissioni di carbonio, più silenziosi e molto meno maleodoranti è a portata di mano. Sarebbe scortese non allungare la mano e afferrarlo con entrambe le mani.

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Al momento in cui scrivo, mi mancano circa 30 ore per sedermi su un palco con persone il cui lavoro quotidiano è l'energia per le navi, di fronte a un vasto pubblico di leader tecnici globali per un'importante azienda europea di spedizioni private. Stanno tenendo il loro vertice tecnico annuale e mi hanno invitato a discutere con gli altri relatori e i loro esperti su come il trasporto marittimo verrà effettivamente decarbonizzato.

Naturalmente, come dirò loro, ci sono ottime ragioni per chiedersi che diavolo ci faccio lì. A differenza di quasi tutti gli altri nella stanza, non produco, vendo o compro carburante per le navi. Non compro, vendo o gestisco navi. Non progetto navi come fanno molte persone tra il pubblico. Non specifico i requisiti energetici per le navi, ancora una volta qualcosa che fanno i partecipanti.

Megatonnellate di navi marittime di combustibili fossili prima del rifornimento, grafico per autore

Ma sono lì perché ho fatto per la navigazione marittima quello che ho fatto per l’aviazione, l’idrogeno, l’acciaio, il V2G e lo stoccaggio in rete. Ho passato molto del mio tempo esaminando lo spazio del problema, confrontando tutte le soluzioni ipotizzate, proiettando in avanti le curve di domanda e offerta in uno scenario ragionevole per decenni, e poi condividendo ciò che penso con prove a sostegno. Poiché molto di questo riguarda l’energia, significa che ciò che imparo in un ambito è applicabile in un altro. Posso incrociare le intuizioni un po’ più facilmente rispetto alle persone che trascorrono tutto il loro tempo lavorando in un unico dominio.

Naturalmente, ciò significa che devo stare molto attento a non essere un esempio lampante della sindrome di Dunning-Kruger, e a volte commetto errori per i quali le persone mi chiamano, ma si tratta per lo più di preoccupazioni gestibili con solo un piccolo ordine secondario di umiliazioni occasionali. .

Cosa c’entra questo con la densità energetica della batteria? Bene, una delle persone sul palco domani è un rappresentante della Echandia Marine AB. Il loro lavoro quotidiano è mettere le batterie nelle navi, qualcosa che considero un importante cuneo di decarbonizzazione marittima. Nella mia proiezione per il 2100, tutte le spedizioni interne e due terzi di quelle marittime a corto raggio funzioneranno con batterie, e tali batterie saranno sempre più caricate con elettricità a basso contenuto di carbonio. I trasporti più lunghi avranno ancora bisogno di combustibili liquidi per questo secolo, poiché è improbabile che la sostituzione di 16.000 tonnellate di carburante bunker con batterie per attraversare il Pacifico avvenga entro il 2100.

Il materiale Echandia costituisce un punto di portata marina molto specifico. Il suo sistema di batterie è valido per 40 miglia nautiche (NM), circa 74 chilometri. Non sembra molto, ma copre molti viaggi in grandi imbarcazioni e navi.

Il sistema utilizza batterie al litio ossido di titanio (LTO). Questo è ciò che l'azienda considera utile e vendibile a questo punto del percorso di decarbonizzazione. Questa chimica non ha una densità di energia particolarmente elevata, ma ha buone velocità di ciclo ed è adatta per applicazioni con grandi assorbimenti di potenza. Buono per i requisiti di coppia e potenza marini di oggi.

Breve digressione da nerd: quando parliamo di densità di energia e batterie, parliamo di wattora per chilogrammo (Wh/kg). Il diesel funziona a circa 9.007 Wh/kg. Il carburante per aerei Jet-A consuma circa 7.778 Wh/kg. Di solito non sono rappresentati in questo modo, perché le persone che vendono o utilizzano combustibili fossili nei trasporti non utilizzano unità di elettricità.

I grandi motori marini e quelli a reazione sono bestie assurdamente efficienti, quanto di meglio è possibile ottenere. Decenni di innovazione mirata, clienti esigenti e ingegneri brillanti tenderanno ad ottenere questo risultato. Ma i cicli di Carnot, Diesel e Brayton hanno limiti termodinamici rigidi contro cui si scontrano. I grandi motori marini convertono circa il 50% dell’energia contenuta nei combustibili in movimento in avanti. I moderni motori a reazione trasformano il 55% del cherosene che ingurgitano in energia utile, almeno quando si trovano a 30.000-38.000 piedi di quota e corrono alla velocità di crociera ottimale.