Kaasaegse tehnoloogia abil on võimalik ehitada sõidukeid, mis vähendavad kliimamuutusi põhjustavate kasvuhoonegaaside emissiooni ilma, et kasutaja jaoks muutuks nende välimus, iseloom või esitus.

California Air Resources Board

Umbes üks kolmandik meie tarbitavast energiast kulub transpordile. Kas tehnoloogia abil on võimalik seda tarbimist vähendada? Selles peatükis vaatleme me võimalusi selle eesmärgi saavutamiseks: kuidas saavutada suurim võimalik transpordis kasutatava energia vähenemine ja samal ajal lõpetada fossiilkütuste kasutamine transpordis.

Transport figureeris kolmes trabimist käsitlevas peatükis: Autod, Lennukid ja Asjad (maanteetransport ja laevatransport). Seega, peame käsitlema kahte liiki transporti: reisijatevedu ja kaubavedu. Meie reisijateveo ühikuks on reisija-kilomeeter ($\text{r-km}$). Kui auto viib ühe reisija $100km$ kaugusele, siis saame $100r-km$ reisijatevedu. Kui see auto viib neli inimest sama kaugele, siis saame $400\text{r-km}$. Sarnaselt on meie kaubaveo ühikuks tonn-kilomeeter ($\text{t-km}$). Kui veoauto viib $5t$ kaupa $100km$ kaugusele, siis saame $500\text{t-km}$ kaubavedu. Kaubaveo energia tarbimist mõõdame ühikuga „$kWh$ $100$ reisija-kilomeetri kohta" ja kaubaveo energiatarvet ühikutes „$kWh$ tonn-kilomeetri kohta." Pane tähele, et need mõõtühikud töötavad teisipidi kui ühik „miili-galloni kohta": samal ajal kui meile meeldivad sõidukid, mis liiguvad ühe galloni kütusega palju miile, on energia tarbimisel kasulik see, kui kulutame vähe $kWh$ $100\text{r-km}$ kohta.

Alustame seda peatükki sellega, et arutame, kuidas vähendada maismaatranspordi energiavajadust. Selleks peame mõistma, mille peale energia maismaatranspordis kulub. Toome siinkohal ära kolm ideed, mida selgitatakse täpsemalt autosid hõlmavas tehnilises peatükis.

1. Kui transport toimub lühikeste vahemaade taha ning sisaldab paljusid peatusi, kulub energia peamiselt sõiduki ja selle sisu kiirendamiseks. Võtmeidee sellise transpordi energiavajaduse vähendamiseks on massi vähendamine ja peatustevaheliste vahemaade suurendamine. Aidata võib kapidurdamisel eralduva soojusenergia salvestamine, mida seejärel hiljem kasutada saab. Lisaks sellele aitab see, kui me lihtsalt liigume aeglasemalt ja vähem.
2. Kui transport toimub autode või rongidega ühtlastel kiirustel ning pikkadel distantsidel, kulub enamus energiast õhutakistuse ületamisele, sest sõidukit tuleb kiirendada ainult korra. Võtmeidee sellises transpordis väiksema hulga energia kulutamiseks on liikuda aeglasemalt ja vähem ning kasutada pikki, õhukesi sõidukeid.
3. Kõik reisimise liigid sisaldavad endas energia muundamise ahelat, võttes mingisuguse kütuse energia ning kasutades seda sõiduki edasilükkamiseks. Selline energia muundamine on paratamatult mittetäiuslik. Näiteks tavalises fossiilkütuseid kasutavas sõidukis kasutatakse vaid $25\%$ energiast lükkamiseks, umbes $75\%$ energiast läheb kaotsi - see kulub mootori ja radiaatori soojendamiseks. Seega on viimane idee väiksema hulga energia kulutamiseks teha energia muundamine efektiivsemaks.

Need tähelepanekud viivad meid kuue sõidukite disaini ja efektiivsemat maismaatranspordis kasutamist puudutava printsiibi juurde. Nendeks on: a) sõidukite frontaalse pindala vähendamine inimese kohta; b) sõiduki massi vähendamine inimese kohta; c) sõitmine ühtlase kiirusega ning pidurite kasutamise vältimine; d) aeglasemalt sõitmine; e) vähem sõitmine ja f) energia muundamise ahela efektiivsemaks muutmine. Uurime nüüd erinevaid võimalusi, kuidas neid printsiipe rakendada.

Laialt on kasutusel statistika, mis ütleb midagi stiilis „ainult $1$ protsent autode poolt kasutatud energiast läheb juhi liigutamiseks” – mis justkui viitab sellele, et, olles pisut taibukamad suudaksime me muuta autod $100$ korda efektiivsemateks. Vastus on jah, peaaegu – kuid seda vaid juhul, kui rakendame eelpool välja toodud printsiipe äärmusteni.

Üks näide äärmuseni viidud autodisainist on ökoauto, mille esiosa on väikese pindalaga ning mis kaalub vähe ning millega rekordite purustamiseks tuleb sõita madalal ja ühtlasel kiirusel. Krokodilli meeskonna ökoauto (joonis 20.2) kulutab $100$ kilomeetri läbimiseks $0,1$ liitrit kütust ($1,3kWh$ $100km$ kohta), sõites kiirusega $24km/h$. See kaalub $50kg$, on madalam kui teemärgistuskoonus ning mahutab kergesti ühe teismelise juhi.

Hmm. Ma arvan, et kui me suuname joonisel 20.1 kujutatud linnatraktori juhi selle ökoauto juurde ning soovitame tal hoida kiiruse alla $24$ kilomeetri tunnis, võib ta ikkagi märgata muutusi nii sõiduki väljanägemises, tunnetuses ja võimekuses. Nii et idee, et autod saavad vabalt olla $100$ korda efektiivsemad, on müüt. Me tuleme energiasäästlike autode väljakutse juurde varsti tagasi. Aga kõigepealt vaatame mõnd teist säästlikuma maismaatranspordi viisi.

Joonisel 20.3 on kujutatud mitut reisijat mahutavat sõidukit, mis on tavalisest bensiiniautost vähemalt $25$ korda energia-efektiivsem: jalgratas. Jalgratas kulutab teepikkuse kohta ligikaudu sama palju energiat kui ökoauto. Selle kiirus on sama mis ökoautol, selle mass on isegi väiksem (sest inimene asendab kütusepaaki ja mootorit) ning selle efektiivne frontaalne pindala on suurem, sest jalgrattur ei ole nii voolujooneliseks disainitud.

Joonis 20.4 näitab teist võimalikku asendust bensiiniautole: rongi, mille energiakulu täieliku täituvuse korral on $1,6kW$ $100$ reisija-kilomeetri kohta. Erinevalt ökoautost ja jalgrattast ei pea rong oma efektiivsuse säilitamiseks aeglaselt sõitma ning selle reisijad ei pea olema kergekaalulised. Rongid kompenseerivad suure kiiruse ja raske kere väikse frontaalse pindalaga inimese kohta. Kui jalgratta ja tavalise auto frontaalne pindala inimese kohta on vastavalt umbes $0,8m^2$ ja $0,5m^2$, siis täis linnalähirongil Cambridge'ist Londonisse on see $0,02m^2$.

Aga - ups - nüüd me sattusime ebameeldivale teemale – väljavaatele jagada sõidukit „kõigi nende jubedate inimestega.” Aga surume end peale ja küsime: Kui palju saab tarbimist vähendada, kui võtame isiklike bensiinineelajate asemel kasutusele suurepärase integreeritud ühistranspordi?

Oma parimal kujul on ühistransport palju energiatõhusam kui isikliku autoga sõitmine. Diiselmootoriga rong, mis mahutab $49$ reisijat, tarbib $28,25$ liitrit $100$ kilomeetri kohta ning sõidab kiirusega $105$ kilomeetrit tunnis, kasutab $6kWh$ $100$ reisija-km kohta. Seda on $13$ kolm korda vähem kui üht inimest vedav auto. Vancouveri trollibussid kasutavad $270kWh$ sõiduki-km kohta ning arendavad keskmist kiirust $15km/t$. Kui selline trollibuss veab $40$ reisijat, siis kulutatakse $100$ reisija-km kohta $7kWh$. Vancouveri SeaBus'i transpordi kulu on kiirusel $13,5km/t$ $83kWh$ sõiduki-km kohta. See mahutab $400$ inimest, nii et $100\%$ täituvuse korral on reisijateveo hinnaks $21kWh$ $100\text{r-km}$ kohta. Londoni metroorongid kasutavad tipptunnil $4,4kWh$ $100\text{r-km}$ kohta – see on $18$ korda parem tulemus kui isiklikul autol. Isegi suurel kiirusel liikuvad rongid, mis rikuvad kahte meie energia säästmise printsiipi, liikudes autodest kaks korda kiiremini ja olles väga massiivsed, on palju energiasäästlikumad: $100\%$ täituvusega rongi energiakulu on $3kWh$ $100\text{r-km}$ kohta – see on $27$ korda väiksem kui autodel!

Peame oma planeerimises siiski realistideks jääma. Mõned rongid, trammid ja bussid ei ole täis (joonis 20.6). Nii et keskmine ühistranspordi energiakulu on eelpool mainitud numbritest suuremad. Milline on ühistranspordisüsteemide keskmine energiakulu ja mis on realistlik hinnang selle parimale võimalikule väärtusele?

Aastatel 2006-2007 oli Londoni metroo koguenergiakulu, kaasa arvatud valgustus, liftid, depood ja töökojad, $15kWh$ $100\text{r-km}$ – viis korda parem kui tavalisel autol. Samadel aastatel oli Londoni busside energiakulu $32kWh$ $100\text{r-km}$ kohta. Energiakulu ei ole muidugi ainus oluline asi. Reisijatele on oluline kiirus ning metroorongid pakuvad suuremaid kiirusi (keskmiselt $33km/t$) kui bussid ($18km/t$). Ärijuhtidele on oluline rahaline kulu: metroorongide personalikulud reisija-kilomeetri kohta on madalamad kui bussidel.

Croydon Tramlink süsteemi koguenergia kulu (joonis 20.7) 2006-2007 (kaasa arvatud trammidepood ja trammipeatused) oli $9kWh$ $100\text{r-km}$ kohta, pakkudes keskmist kiirust $25km/t$. 

Kui hea saab ühistransport olla? Võib-olla saame sellele anda ligikaudse hinnangu kui vaatame Jaapani andmeid. $19kWh$ $100\text{r-km}$ kohta ja $6kWh$ $100\text{r-km}$ kohta vastavalt busside ja rongide jaoks on paljulubav. Rongid on veel selle poolest head, et saavutavad kaks meie eesmärki – vähendavad energiatarbimist ja sõltuvust fossiilkütustest. Busside ilmne eelis on nende lihtsus ja paindlikkus, aga saavutada sellist paindlikkust ja samal ajal loobuda fossiilkütustest võib osutuda keeruliseks.

Kokkuvõttes: ühistransport (eriti elektrirongid, trammid ja bussid) näib paljulubav viis inimeste transportimiseks – kui hindame neid reisija-km kohta kuluva energia võtmes - need võivad olla $5$ kuni $10$ korda paremad kui autod. Aga kas on veel võimalusi, kui inimesed ikkagi tahavad erasõiduki paindlikkust?

Isiklike autode energiatarbimist saab vähendada. Seda tõestab turul müüdavate autode efektiivsuste suur varieeruvus. Ühesainsas autoesinduses oli 2006. aastal võimalik osta Honda Civic 1.4, mis kasutab $100$ kilomeetri läbimiseks umbes $44kWh$, ning Honda NSX 3.2, mis kasutab $116kWh$ $100$ km kohta (joonis 20.9).

Asjaolu, et inimesed ostavad rõõmsalt autosid nii laiast efektiivsuste vahemikust on tõestuseks sellest, et meil on tarbijate suunamiseks energiasäästlikumate autode poole vaja lisastiimuleid ja seadusandlust. On olemas mitmesuguseid mooduseid, kuidas panna tarbijaid eelistama bensiinineelajast Honda NS 3.2 asemel Honda Civic'ut: tõusev kütusehind, uute autode ostmisel tasutavate maksude tõstmine proportsionaalselt auto eluajal ennustatavalt kulutatava energiaga, teemaksude tõstmine kütuseneelajatele, priviligeeritud parkimine ökonoomsetele autodele (joonis 20.10) või kütuse normeerimine. Kõik sellised meetmed on ebapopulaarsed vähemalt mõningate valijate seas. Võib-olla oleks paremaks seadusandlikuks taktikaks mõistliku energiaefektiivsuse nõudmine selle asemel, et jätkata piiranguteta valikuvabadusega. Me võime näiteks mingil hetkel lihtsalt keelata selliste autode müügi, mille energiakulu on rohkem kui $80kWh$ $100$km kohta ja pärast seda ajapikku vähendada seda lage $60kWh$-ni $100$km kohta, seejärel $40kWh$-ni $100$km kohta ja nii edasi. Alternatiivina võiksime anda tarbijatele rohkem valikuid, kuid regulatsioonid nõuaksid autotootjatelt kõigi oma müüdavate autode energiatarbimise vähendamist. Täiendavad piirangud sõidukite kaalule ja frontaalpindalale võiks samuti vähendada kütusetarbimist ja parandada teiste liiklejate ohutust (joonis 20.11). Praegu valivad inimesed autosid oma maitse-eelistuste demonstreerimiseks. Rangete efektiivsusnõuetega oleks meil jätkuvalt suur valikuvabadus, kuid kõik valikud oleks siis energiaefektiivsed. Te võite valida ükskõik millise värvi, juhul kui see on roheline.

Milliseid teisi lahendusi saaksime kasutada seni, kuni ootame poliitikute ja valijate ühtmeelt efektiivsete autode teemal?

Jalgrattad

Minu lemmiklahenduseks on suurepärased rattateed ning vastav seadusandlus (näiteks madalamad kiiruspiirangud, regulatsioonid, mis kokkupõrke olukorras annavad õiguse jalgratturile). Joonisel 20.12 on toodud Hollandis, Enschedes asuv ringtee.

Pildil on näha kaks ringi: autodele mõeldud rada asub seespool ning jalgratturitele mõeldud rada väljaspool. Neid kahte rada eraldab vähemalt autolaiune teeriba. Eesõiguse seadused on samad, mis Suurbritannia ringteedel, kuid ringilt väljuvad autod peavad andma teed ringil jätkavatele ratturitele (just nagu Briti autod annavad eesõiguse sebral teed ületavatele jalakäijatele). Suurepäraste rattateede olemasolu korral inimesed kasutavad neid – sellest annavad aimu Enschede rongijaama ümbrusesse pargitud lõputu arv jalgrattaid (joonis 20.13).

Miskipärast ei vasta Suurbritannia jalgrattateed kohe kuidagi Hollandi standarditele (joonis 20.14).

Prantsusmaal Lyoni linnas võeti 2005. aastal kasutusse väga populaarseks osutunud eraomanduses olev avalik jalgrattavõrgustik Velo'v. Lyoni rahvaarv on $470000$ ning nende kasutada on $2000$ jalgratast, mis on $50$-ruutkilomeetrisel alal $175$ rattalaenutusjaama vahel jaotatud. Kesklinnas jalutades asub lähim jaam alati vähem kui $400$ meetri kaugusel. Kasutajad saavad rattavõrgustikuga liituda $10$-Eurose liikmemaksu abil ning saavad seeläbi rattaid tasuta laenutada igaks alla $30$ minutit kestvaks sõiduks. Pikemaajaliseks sõiduks maksavad kasutajad kuni 1 Euro tunnis. Lyoni lühiajaliselt külastavad turistid saavad 1 Euro abil osta nädalaajalise liikmekaardi.

Muud seadusandlikud võimalused

Kiiruspiirangute muutmine on kõige lihtsam nupp, mida kruttida. Reeglina kulutavad aeglaselt sõitvad autod vähem energiat (vt Peatükk 2, Autod). Piisava harjutamise abil õpiksid autojuhid ökonoomsemalt sõitma: gaasi- ja piduripedaali kasutamise vähendamine ning alati võimalikult kõrge käigu kasutamine võivad viia kuni $20\%$ väiksema kütusekuluni.

Teiseks kütusekulu vähendamise viisiks on liiklusummikute arvu vähendamine. Peatumine ja taaskäivitamine, kiirendamine ja aeglustamine on kõik palju ebaefektiivsemad liikumisviisid kui ühtlase kiirusega sõitmine. Paigalseisvas liikluses istumine on eriti halb viis kütusekulu kokkuhoiuks!

Liiklusummik tekib olukorras, kus korraga on teel liiga palju sõidukeid. Üheks ummikute vähendamise viisiks on panna rohkem reisijaid vähemasse arvu sõidukitesse. Selle muutuse mõju uurimise lihtsaks viisiks on arvutada nende kahe sõiduviisi jaoks kuluv teeala. Võtame näiteks peaaegu ummikus teejupi, millel soovitatavaks liikumiskiiruseks on $100$ kilomeetrit tunnis. Sellise kiiruse korral on autode vaheliseks ohutuks kauguseks $77$ meetrit. Kui eeldame, et iga $80$ meetri järel asub üks auto ning et iga auto sisaldab $1,6$ inimest, vabastab $40$ inimese ühte bussi panemine tervelt kaks kilomeetrit teepinda!

Ummikuid saab vähendada heade alternatiivide abil (jalgrattateed, ühistransport) ning nõudes lisamakse kasutajatelt, kes ummikutesse oma panuse annavad. Selle peatüki märkmetes püüan ma kirjeldada ausat ja lihtsat meetodit ummikumaksude haldamiseks.

Eeldades, et arenenud maade armusuhe autodega lähiajal ei lõppe, siis milliseid tehnoloogiaid saaksime me energiakulude tuntavaks vähendamiseks kasutada? $10$- kuni $20$-protsendiline vähendamine on lihtne – me oleme mõningaid viise juba arutanud, seehulgas autode väiksemaks ja kergemaks muutmine. Teiseks võimaluseks on üleminek bensiinilt diislile. Diiselmootorite valmistamine on küll kallim, kuid need on enamasti suurema efektiivsusega. Kuid kas leidub mõni tehnoloogia, mille abil saaksime energiamuundamise ahela efektiivsust radikaalselt parandada? (Meenutagem, et tavalises bensiinikütust kasutavas autos muutub $75\%$ energiast soojuseks ning see puhutakse läbi radiaatori lihtsalt välja!) Ning mis saab meie eesmärgist loobuda fossiilkütustest?

Selles alapeatükis kirjeldame me viite tehnoloogiat: regeneratiivpidurdus, hübriidautod, elektriautod, vesinikuautod ning suruõhuautod.

Regeneratiivpidurdus

Sõiduki pidurdamisel tekkivat energiat on võimalik püüda neljal erineval viisil:

1. Elektriaku või superkondensaatori laadimine läbi ratastega ühendatud elektrigeneraatori
2. Rataste jõul töötavad hüdraulilised mootorid tekitavad väikeses kanistris salvestatavat suruõhku
3. Energiat saab salvestada hooratta abil
4. Pidurdamisel tekkivat energiat saab salvestada gravitatsioonienergiana, sõites pidurdamise eesmärgil nõlvast üles. See gravitatsioonienergia salvestamise variant pole aga eriti paindlik, sest sobivas kohas peaks alati nõlv olema. See variant on kõige sobivam just rongidele ning seda illustreerib hästi Londoni metroosüsteemi Victoria liin – kõik selle jaamad asuvad küngastel. Need künkad aeglustavad saabuvaid ronge automaatselt ning lahkuvad rongid kiirendavad, sest sõidavad allamäge. Selline küngastega jaamade ülesehitus säästab $5\%$ energiast ning teeb rongid $9\%$ kiiremaks.

Elektriline regeneratiivpidurdus (mis kasutab energia salvestamiseks akut) püüab kinni ligikaudu $50\%$ auto pidurdamisel eralduvast energiast, vähendades linnaliikluses sõitmiseks kuluvat energiahulka ligikaudu $20\%$ võrra.

Hoorataste ja hüdraulika abil töötavad regeneratiivsüsteemid töötavad akusüsteemidest veidi paremini, püüdes kinni vähemalt $70\%$ pidurdusenergiast. Joonisel 20.17 on toodud bensiinimootoriga hübriidauto, millel on digitaalselt juhitav hüdraulika. Tavalise sõitmise korral kasutab see auto $30\%$ vähem kütust kui originaalne bensiiniauto. Linnas sõitmisel on selle energiakulu poole väiksem – $131kWh/100km$ asemel $62kWh$ $100km$ kohta. (Selle võimekuse tõusu põhjuseks on nii regeneratiivpidurdus kui ka hübriidtehnoloogia.) Hüdraulika ja hoorattad on mõlemad regeneratiivpidurduse kasutamiseks paljulubavad, sest väikeste süsteemidena suudavad need kontrollida suurel hulgal energiat. Vaid $24$ kilogrammi kaaluv hooratas (joonis 20.18), mis on mõeldud ralliauto energiasalvestuseks, suudab salvestada $400kJ$ ($0,1kWh$) energiat - piisav hulk energiat, et kiirendada tavaline auto $100$-kilomeetrise tunnikiiruseni. See suudab võtta vastu ning edastada $60kW$ energiat. Sarnase võimsusega elektriakud kaaluksid umbes $200$ kilogrammi. Seega – kui sa juhuslikult juba praegu sellisel hulgal akusid oma autos ei oma - kasutaks elektriline regeneratiivpidurdussüsteem pidurdusenergia salvestamiseks kondensaatoreid. Superkondensaatorite energiasalvestus- ning edastusvõime on hoorattaga sarnane.

Hübriidautod

Hübriidautod, nagu näiteks Toyota Prius (joonis 20.19), on palju efektiivsemate mootoritega ning kasutavad elektrilist regeneratiivpidurdust, kuid ausalt öeldes ei erine tänapäeva hübriidautod teistest sõidukitest just eriti palju (joonis 20.9).

Joonisel 20.9 toodud horisontaalsed tulbad esitavad mõningaid autosid, mille hulgas on ka kaks hübriidautot. Kui keskmise uue Suurbritannia auto heitgaaside hulgaks on $168g$, tekitab hübriidne Prius iga kilomeetri kohta ligikaudu $100$ grammi süsinikdioksiidi, nagu ka mitmed teised mittehübriidsed autod: VW Polo Blue Motion tekitab $99g/km$ ning Smart vaid $88g/km$.

Teiseks hübriidautoks sellel joonisel on Lexus RX 400h, mida reklaamitakse lausega „VÄHE HEITGAASE. SÜÜTUNNE PUUDUB.“ Siiski on selle heitgaaside hulgaks $192g/km$ – rohkem, kui keskmisel Suurbritannia autol! Reklaamistandardite Ameti hinnangul eksis see reklaam tõesuse, võrdluse ning keskkonnaalaste väidete reklaamireeglite vastu. „Meie hinnangul tekkis lugejatel arusaam, mille kohaselt antud sõiduk tekitab keskkonnale kas väga vähe või üldse mitte mingit kahju, mis on vale, ning et selle heitgaaside hulk teiste autodega võrreldes on madal, mis ei vasta samuti tõele.“

Tegelikkuses on hübriidtehnoloogiate abil võimalik hoida kokku $20-30\%$ kütust. Seega pole need joonisel 20.17 toodud bensiini/elektri ning bensiini/hüdraulika hübriidsõidukid transpordiprobleemi tegelikult lahendanud. $30$-protsendiline fossiilkütuse kulu vähendamine on küll silmapaistev, kuid selle raamatu standarditele see ei vasta. Raamatu ava-eesmärgiks oli kas fossiilkütustest täielikult lahti saamine või siis nende vähendamine vähemalt $90\%$ võrra. Kas see on ilma ainult jalgrattaid kasutamata üldse võimalik?

Elektrisõidukid

2001. aasta juunis esitleti REVA elektriautot ning Suurbritanniasse eksporditi see nimega G-Wiz. G-Wiz´i elektrimootori maksimaalseks võimsuseks on $13kW$ ning pidevvõimsuseks $4,8kW$. Selle mootor kasutab samuti regeneratiivpidurdust. Energiaallikana kasutab G-Wiz kaheksat 6-voldist pliiahappeakut, mis täielikult laetuna võimaldavad läbida „kuni $77$ kilomeetrit.“ Täielik laadimine kulutab $9,7kWh$ elektrit. Nende arvude abil saame arvutada $100$ kilomeetri läbimise transpordikulu, milleks on $13kWh$.

Tootjad esitavad alati oma toodete võimalikke parimaid tulemusi. Mis juhtub aga tegelikult? G-Wiz'i tegelikud tulemused Londonis sõites on toodud joonisel 20.21. Pärast $19$-kordset täielikku laadimist on selle G-Wiz'i transpordikulu $21kWh$ $100km$ kohta – umbes neli korda parem kui tavalisel fossiilkütuseautol. Parimaks tulemuseks oli $16kWh$ $100km$ kohta ning halvimaks $33kWh$ $100km$ kohta. Kui sind huvitavad süsinikdioksiidi heitkogused, siis $21kWh$ $100km$ kohta vastab $105g$ $C{O}_2$ kilomeetri kohta eeldades, et elektri jalajälg on $500g$ $C{O}_2$ iga $kWh$ kohta.

G-Wiz asub oma võimekuselt spektri ühes otsas. Mis saab siis, kui nõuame veidi rohkem – rohkem kiirendust, suuremat kiirust ning suuremaid vahemaid? Spektri teisest otsast leiame Tesla Roadsteri. 2008. aasta Tesla Roadsteri sõiduulatus on $354km$, selle liitium-ioon akud salvestavad $53kWh$ energiat ning kaaluvad $450$ kilogrammi ($120Wh/kg$). Sõiduk kaalub kokku $1220$ kilogrammi ning selle mootori maksimumvõimsus on $185kW$. Mis on selle muskelauto energiakulu? Hämmastaval kombel on see parem kui G-Wiz'il: $15kWh$ $100$ kilomeetri kohta. Tõestus selle kohta, et $354km$-ne sõiduulatus on enamikele inimestele enamuse ajast sobilik, tuleneb sellest, et vaid $8,3\%$ pendeldajatest elavad töökohast rohkem kui $30$ kilomeetri kaugusel.

Ma olen uurinud mitmete elektrisõidukite näitajaid – need on toodud selle peatüki lõpumärkmetes – ning need paistavad selle kokkuvõttega sobivat: elektrisõidukite transpordikuluks on ligikaudu $15kWh$ $100$ kilomeetri kohta. See on viis korda parem kui meie tavaline fossiilauto ning tunduvalt parem kui hübriidautod. Hurraa! Me ei pea end ökonoomse transpordi saavutamiseks ühistranspordis nagu kilud karbis tundma – tänu elektriautodele saame me vabalt ringi reisida, nautides kõiki üksinda sõitmise vabadusi ja naudinguid.

Selle tulemuse tähistamise puhul oleks asjakohane esitada selle peatüki kokkuvõttev diagramm joonisel 20.23, millel on toodud nii juba kirjeldatud kui ka hiljem arutatavate erinevat tüüpi transpordivahendite energiakulu.

Olgu, võidusõit on läbi ning ma kuulutasin välja kaks võitjat: ühistransport ning elektrisõidukid. Kuid kas finišijoone suudavad ületada veel mingid variandid? Suruõhuautode ning vesinikautode teemal pole me veel arutada jõudnud. Kui need osutuvad elektriautodest paremateks, ei muuda see pikas perspektiivis eriti midagi: ükskõik millist neist tehnoloogiatest me kasutame, tuleb neid sõidukeid laadida „rohelise“ energia abil.

Suruõhuautod

Õhu jõul töötavad autod pole uus idee. Aastatel 1879 kuni 1911 liikusid Nantesi ja Pariisi tänavatel sajad suruõhu ning kuuma vee abil töötavad trammid. Joonisel 20.24 on näidatud 1958. aastast pärit pneumaatiline Saksamaa rong. Minu arvates pole energia efektiivsuse seisukohalt energia salvestamiseks mõeldud suruõhu-tehnoloogia sama hea kui elektriakud. Probleemiks on see, et õhu kokkusurumisel tekkivat soojust ei kasutata efektiivselt ära ning õhu paisumisel tekkiva külmaga on täpselt sama probleem. Suruõhk võib elektriakudest aga muude aspektide poolest parem olla. Näiteks saab õhku tuhandeid kordi kokku suruda ilma, et see ära kuluks! Siinkohal on huvitav ära märkida ka see, et Aircar'i esimeseks tooteks oli tegelikult elektriline motoroller. [www.theaircar.com/acf]

Räägitakse, et Tata Motors toodab Indias suruõhuautosid, kuid on raske öelda, kas need muutuvad taas populaarseteks, sest keegi pole kaasaegsete prototüüpide kohta ühtegi näitajat avaldanud. Selliste sõidukite peamiseks piiranguks on järgnev tõsiasi: suruõhu-energiasalvestuse energiatihedus on vaid umbes $11-28Wh$ kilogrammi kohta, mis on sama nagu pliihappeakudel ning ligikaudu viis korda väiksem kui liitium-ioon akudel. (Vt joonis 26.13, millel on toodud teiste energiasalvestustehnoloogiate detailid.) Seega saab suruõhuautode sõiduulatus olla vaid sama hea kui algsetel elektriautodel. Suruõhu-energiasalvestussüsteemidel on akude üle kolm eelist: pikem eluiga, odavam konstruktsioon ning väiksem hulk vastikuid kemikaale.

Vesinikautod

Vesinik on minu meelest üks meediatrikk. Oleksin väga õnnelik, kui keegi selle väite ümber lükkaks, kuid ma ei näe viisi, kuidas vesinik meid meie energiaprobleemidega aidata saaks. Vesinik pole mingi imeline energiaallikas – see on lihtsalt energiakandja, just nagu taaslaetav aku. Energiakandjana pole see üldse eriti efektiivne ning omab mitmeid praktilisi puudujääke.

Ajakiri Nature kiitis „vesiniku ökonoomsust“ artiklis, milles kirjutati California kuberneri Arnold Schwarzeneggeri vesiniku jõul töötavast Hummerist (joonis 20.25). Artiklis kirjeldadi Arnoldi nägemust sellest, kuidas vesinikuautod asendavad tulevikus saastavad autod, nimetades teda „päriselu kangelaseks.“ Kuid sellise vesiniku-kangelaslikkuse  taustal tuleb küsida üks kriitiline küsimus: kust võetakse energia selle vesiniku saamiseks? Lisaks toimub praegu energia muundamine vesinikuks ning sellest vabastamine väga ebaefektiivselt.

Siin on mõned numbrid.

• CUTE (Clean Urban Transport for Europe) projekti eesmärgiks oli demonstreerida kütuselement-busside ja vesiniku tehnoloogia teostatavust ja usaldusväärsust. Vesinikbusside energiakulu oli $80-200\%$ suurem kui tavalistel diiselbussidel.
• BMW Hydrogen 7 vesinikauto kütusekulu on $254kWh$ $100$ kilomeetri kohta – $220\%$ suurem kui keskmisel Euroopa autol.

Kui meie ülesandeks oleks „palun lõpetada fossiilkütuste kasutamine transpordis eeldusel, et meile kättesaadav roheline energia on lõputu ning tasuta,“ siis oleksid sellised energiat pillavad lahendused nagu vesinik tõepoolest konkurentsivõimelised (kuigi vesinikuga on ka teised probleemid). Kuid roheline energia ei ole tasuta. Praegusele tarbimisele vastava rohelise energia tootmine saab olema tõeline väljakutse. Fossilkütuse väljakutse on energia väljakutse. Kliimamuutuse probleem on energia probleem. Me peame keskenduma lahendustele, mis kasutavad vähem energiat, mitte „lahendustele,“ mis kasutavad rohkem! Ma ei tea ühtegi maismaatranspordivahendit, mille energiakulu oleks suurem kui sellel vesinikautol. (Ainsateks veel hullemateks transpordivahenditeks on jetid, mis kasutavad $100$ kilomeetri läbimiseks umbes $500kWh$, ning biodiisli abil töötav kiirkaater Earthrace, mida millegipärast kutsutakse öko-kaatriks, kuid mis kasutab $800kWh$ $100$ reisija-kilomeetri kohta.)

Vesiniku pooldajad võivad küll öelda, et „BMW Hydrogen 7 on ainult esialgne prototüüp ning et see on suurte musklitega luksusauto – see tehnoloogia muutub paremaks.“ Jah, ma tõesti loodan seda, sest sellel on veel pikk tee ees. Ka Tesla Roadster (joonis 20.22) on varajane prototüüp ning see on samuti suurte musklitega luksusauto. Samas on see rohkem kui kümme korda efektiivsem kui Hydrogen 7! Võite vabalt kogu oma raha vesinikutehnoloogiasse panna ning kui see võidab, on kõik hästi. Kuid tundub rumal toetada tehnoloogiat, mis on ajast väga kaugel maas. Lihtsalt vaadake joonist 20.23 – kui ma poleks vertikaalse telje ülaosa skaalat kokku surunud, poleks vesinikautod sellele üldse mahtunudki!

Honda poolt toodetav kütuseelement-auto FCX Clarity on tõepoolest parem – see kulutab $69kWh$ $100km$ kohta. Kuid mina ennustan, et pärast kogu seda nullemissiooni kära mõistame me, et vesinikautod kasutavad täpselt sama palju energiat kui kõik tänapäeva keskmised fossiilautod.

Toon siinkohal ära veel mõningad vesinikuga seotud probleemid. Oma mahukuse tõttu pole vesinik, seda nii kõrge rõhu all gaasina kui ka vedelikuna (milleks vajalik temperatuur on $-253{}^{\circ }C$) hoiustades, teiste vedelate kütustega võrreldes eriti mugavaks energiasalvestusviisiks. Isegi $700$-baarise rõhu juures (milleks on vaja päris suurt rõhuanumat) on selle energiatihedus (ühikruumala kohta) vaid $22\%$ bensiini energiatihedusest. BMW Hydrogen 7 krüogeenanum kaalub $120$ kilogrammi ning sisaldab $8$ kilogrammi vesinikku. Lisaks sellele on teada, et vesinik lekib igasugustest praktilistest anumatest välja. Kui pargite oma vesinikauto rongijaama parklasse ning naasete selle juurde nädal hiljem, siis on enamus vesinikust kaduma läinud.

Mõningad küsimused elektrisõidukite kohta

Sa näitasid, et elektriautod on energiaefektiivsemad kui fossiilautod. Kuid kas need on ka siis paremad, kui meie eesmärgiks on vähendada $C{O}_2$ emissioone, sest selle elektri toodavad ju samuti fossiilkütust kasutavad elektrijaamad?

Seda on üpriski kerge arvutada. Eeldame elektrisõiduki energiakuluks $20kWh\left(e\right)$ $100$ kilomeetri kohta. (Ma arvan, et $15kWh\left(e\right)$ $100km$ kohta on täiesti võimalik, kuid olgem selles arvutuses skeptilised.) Kui elektrivõrgustiku süsinik-jalajälg on $500gkWh\left(e\right)$ kohta, siis on selle sõiduki tegelikuks emissiooniks $100gC{O}_2$ kilomeetri kohta. See on sama hea tulemus kui parimatel fossiilautodel (joonis 20.9). Kokkuvõtvalt võib öelda, et üleminek elektriautodele on juba praegu hea idee – seda enne rohelistele energiaallikatele üleminekut.

Nii elektriautode kui ka fossiilautode tootmiseks ning kasutamiseks kulub energiat. Elektriautode kasutamine on ehk odavam, kuid kui need akud ei pea eriti kaua vastu, siis kas meil ei tuleks mitte rohkem tootmiskuludele mõelda?

Jah, see on õige tähelepanek. Minu transpordidiagramm näitab ainult kasutuskulusid. Kui elektriautod vajavad iga paari aasta tagant uusi akusid, võivad minu numbrid olla liiga madalad. Priuse akude tööeaks pakutakse vaid $10$ aastat ning uued akud maksavad $3500$ Briti naela. Kas keegi tahaks omada $10$ aasta vanust Priust ning sellise summa välja käia? On õige eeldada, et enamik Priuseid viiakse $10$ aasta möödudes mahakandmisele. See mure puudutab kõiki akude peal töötavaid elektrisõidukeid. Ma olen tõenäoliselt lihtsalt optimistlik, et elektriautodele üle minnes parandaksime me ka akude tehnoloogiat.

Ma elan väga kuumas riigis. Kuidas ma saan elektriautoga sõita? Ma ei saaks ilma suure energiakuluga õhukonditsioneerita üldse hakkama!

Selle nõudmise lahendamiseks on elegantne viis: paigaldage elektriauto ülespoolsetele pindadele $4m^2$ väärtuses päikesepaneele. Et tekiks vajadus õhukonditsioneeri järgi peab päike kindlasti paistma. 20-protsendilise efektiivsusega paneelide abil saab toota kuni $800W$ elektrit, mis on auto konditsioneeri varustamiseks piisav. Paneelid võivad aidata autol ka parkimise ajal akusid laadida. Mazda kasutas päikesepaneelidel põhinevat jahutussüsteemi juba 1993. aastal – elemendid ehitati sisse auto klaaskatusesse.

Ma elan väga külmas riigis. Kuidas ma saan elektriautoga sõita? Ma ei saaks ilma suure energiakuluga küttesüsteemita üldse hakkama!

Elektrisõiduki mootor tarbib töötamise ajal ligikaudu $10kW$ energiat efektiivsusega $90-95\%$. Osa kaotsiläinud energiast – see ülejäänud $5-10\%$ - hajub mootoris soojusena. Võib-olla ehitatakse külmades riikides kasutamiseks mõeldud elektriautod hoolikalt nii, et seda mootori poolt toodetavat soojust, mis jääb suurusjärku $250-500W$, kasutatakse auto sisemuse kütmiseks. Selline hulk energiat aitab kindlasti aknaid puhastada või inimesi soojendada.

Kas liitium-ioon akud on õnnetuse korral ohutud?

Mõningad liitium-ioon akud on lühise või ülekuumenemise korral ohtlikud, kuid akutööstus toodab juba praegu ohutumaid akusid, näiteks liitium-fosfaadi abil. Leheküljel www.valence.com on toodud üks sellekohane lõbus ohutusvideo.

Kas maailmas leidub nii suure hulga elektriautode tootmiseks piisavalt liitumit?

Maailma liitiumireservideks hinnatakse maavaradena $9,5$ miljonit tonni. Liitium-ioon akust moodustab liitium vaid $3\%$. Kui me eeldame, et iga sõiduk sisaldab $200$ kilogrammi väärtuses akusid, on meil iga sõiduki kohta vaja $6kg$ liitiumi. Seega saaksime nende hinnanguliste reservide abil ehitada $1,6$ miljardit sõidukit. See on rohkem kui maailmas on praegu autosid kokku (ligikaudu $1$ miljard) – kuid mitte palju rohkem, mistõttu võib liitiumi reservide hulk siiski muret tekitada, eriti kui võtta arvesse tuumaenergia tööstuse plaani kasutada liitiumit oma reaktorites (peatükk Tuumaenergia?).

Merevees leidub liitiumit tuhandeid kordi rohkem, mistõttu moodustab see suure hulga meie tagavarast. Liitiumialane ekspert R. Keith Evans ütleb, et „mure liitiumi saadavusega selle rakendamiseks hübriid- või elektriautode akudes ning muudes tuleviku rakendustes on alusetu.“ Ning niikuinii arendatakse juba praegu välja teisi, liitiumivabasid akutehnoloogiaid, seehulgas taaslaetavad tsink-õhu akud [www.revolttechnology.com]. Ma arvan, et elektriautod on tulevik!

Airbusi sõnul on hiigelsuur A380 „väga kütuseefektiivne lennuk.“ Tegelikult kulutab see reisija kohta vaid $12\%$ vähem kütust kui Boeing 747. Boeing kuulutas ka ise välja mõningad läbimurded: nende uus 747-8 Intercontinental, mida reklaamitakse selle planeeti päästvate omaduste poolest, on (vastavalt Boeingi reklaamile) vaid $15\%$ efektiivsem kui 747-400.

Seda tagasihoidlikku arengut (võrreldes autodega, kus tehnoloogialased edasiarengud efektiivsuses on kaks või isegi kümme korda paremad) selgitatakse tehnilises peatükis Lennukid II. Nimelt võitlevad lennukid füüsikaseaduste poolt põhjustatud piirangute vastu. Iga lennuk, ükskõik milline on selle suurus, peab õhus püsimiseks ning edasi liikumiseks kulutama vähemalt $0,4kWh$ energiat iga tonn-kilomeetri kohta. Lennukeid on juba tunduvalt optimiseeritud ning nende efektiivsuse suuri edasiarenguid tulevikus oodata ei ole.

Mingil hetkel olin ma kindel, et pikamaatranspordi probleemi lahendamiseks tuleb meil minna tagasi lennukite-eelsesse aega: ookeani-liinilaevad. Seejärel vaatasin ma numbreid. On kurb tõsiasi, et liinilaevad kasutavad reisija-kilomeetri kohta rohkem energiat kui hiigellennukid. QE2 kasutab reisija-kilomeetri kohta neli korda rohkem energiat kui hiigellennuk. Olgu – tegemist on luksuslaevaga – kuid kas aeglasema, turistidele mõeldud liinilaevade tulemused on paremad? Aastatel 1952 kuni 1968 kasutati Atlandi Ookeani ökonoomseks ületamiseks kahte Hollandis ehitatud liinilaeva, mida tunti „Ökonoomsuskaksikute“ nime all: Maasdam ja Rijnsdam. Nende laevade sõidukiiruseks oli $16,54$ sõlme ($30,5km/t$), mistõttu võttis reis Suurbritanniast New Yorki koguni kaheksa päeva. Nende energiakulu $100$-protsendilise täituvuse ehk $893$ reisija korral oli $103kWh$ $100$ reisija-kilomeetri kohta. Tavapärase $85$-protsendilise täituvuse korral oli energiakuluks $121kWh$ $100$ reisija-kilomeetri kohta – enam kui kaks korda rohkem kui hiigellennukil. Kui laevade suhtes õiglane olla, ei paku need vaid transporti: reisijatele ja töötajatele tagatakse kaheksaks päevaks soe õhk, kuum vesi, valgus ja meelelahutus. Laeva energiakulu, mis QE2 korral on ligikaudu $3000kWh$ reisija kohta päevas, on koju jäämise korral kulutatavast energiast muidugi kordades suurem.

Seega tuleb kahjuks tunnistada, et laevad lennukeid energiakulu osas üle ei trumpa. Kui soovime tulevikus ilma fossiilkütuseid kasutamata pikki vahemaid läbida, on huvitavaks variandiks võib-olla tuumaenergial töötavad laevad (joonised 20.31 ja 20.32).

Joonis 20.31: NS Savannah, maailma esimene kommertskasutuses olev tuumaenergial töötav kaubalaev, 1962. aastal Golden Gate'i sillast möödumas.	Joonis 20.32: Tuumaenergial töötav jäälõhkuja Yamal 2001. aastal põhjapoolusel, pardal $100$ turisti. Foto: Wofratz.

Rahvusvaheline kaubatransport on fossiilkütuste kasutamisel üllatavalt efektiivne, mistõttu tuleks esmalt välja juurutada teetranspordi sõltuvus fossiilkütustest ning alles seejärel tegeleda laevadega. Kuid fossiilkütused on lõplikud maavarad ning tulevikus peavad ka laevad töötama mõne muu energia jõul. Võib-olla saaksime ikkagi biokütuseid kasutada.

Teiseks võimaluseks oleks kasutada tuumaenergiat. Maailma esimene kauba- ning reisijateveoks mõeldud tuumaenergial töötav laev oli NS Savannah, mis alustas oma tööd 1962. aastal osana president Dwight D. Eisenhoveri uuesti initsiatiivist Atoms for Peace ehk Aatomid rahu nimel (joonis 20.31). $60$ reisijat ning $14000$ tonni kaupa vedanud Savannah $15$-megavatist mootorit hoidis töös üks $74$-megavatine tuumareaktor, mis andis sõidukiiruseks $21$ sõlme ($39km/t$). Seega oli Savannah kaubatranspordi kuluks $0,14kWh$ tonn-kilomeetri kohta. Iga tankimise vahel võis see laev läbida $500000$ kilomeetrit. Juba praegu on kasutuses mitmeid tuumaenergia jõul töötavaid laevu – seda nii sõjaväes kui ka tsiviilharudes. Venemaa omab näiteks kümmet tuumaenergial töötavat jäälõhkujat, millest seitse on jätkuvalt aktiivsed. Joonisel 20.32 on toodud jäälõhkuja Yamal, millel on kaks $171$-megavatist reaktorit ning mille mootorid toodavad $55MW$.

Saksa firma Transrapid, kes ehitas Hiina linna Shanghai jaoks maglev-rongi (joonis 20.33), on öelnud: „Müra, energiakulu ning maakasutuse osas pole Transrapid Superspeed Maglev süsteemile mitte ühtegi konkurenti. See uuenduslik mittekontaktne transpordisüsteem võimaldab transporti ilma keskkonda ohverdamata.“

Magnetlevitatsioon on üks mitmest tehnoloogiast, mis energiateemade arutamisel liialt palju tähelepanu saab. Energiakulu aspektist pole see tehnoloogia teiste kiirrongidega võrreldes üldsegi nii vaimustav kui meediakära väidab. Transrapidi kodulehel võrreldakse Transrapid rongi InterCityExpress (ICE) rongiga, mis on elektriline kiirrong.

Peamised põhjused, miks maglev on veidi parem kui ICE, on järgnevad: magnetpropulsioon-mootor on efektiivsem; rongi enda mass on väiksem, sest enamik propulsioonisüsteemist asub rööbastes ning mitte rongis endas; rongi mahub rohkem reisijaid, sest kuna mootorid ei asu rongis, kasutatakse seda lisaruumi istmete jaoks. Ja kuna need andmed on pärit maglevi firma kodulehelt, proovivad nad neid muidugi ilustada!

Minu tuttavad, kes Transrapid rongi Shanghais näinud on, on öelnud, et täiskiiruse juures on see „umbes sama vaikne kui reaktiivmootoriga lennuk.“

Laialt on kasutusel statistika, mis ütleb midagi stiilis „ainult $1$ protsent autode poolt kasutatud energiast läheb juhi liigutamiseks”. Selles müüdis kasutatav protsent varieerub ringi levides tegelikkuses üpriski palju. Paljude sõnul „kulub juhi liigutamiseks $5\%$ energiast.“ Mõned ütlevad, et „juhi liigutamiseks kulub vaid kolm kümnendikku sellest ühest protsendist.“ [4qgg8q] Minu arvates pole ükski neist arvudest ei korrektne ega abistav.

Jalgratas on umbes sama efektiivne kui ökoauto. Tavalise jalgrattaga sõites tuleb $100$ kilomeetri läbimiseks kiirusega $20km/t$ kulutada ombes $1,6kWh$ energiat. Täpsemate andmete ja viidete jaoks vt peatükk Autod.

Cambridge'ist Londonisse suunduv kaheksavaguniline rong (joonis 20.4) kaalub $275$ tonni ning veab $584$ istuvat reisijat. Selle maksimumkiiruseks on $161km/t$ ning võimsus $1,5MW$. Kui kõik istmed on täidetud, kasutab see rong täiskiirusel sõites maksimaalselt $1,6kWh$ $100$ reisija-kilomeetri kohta.

Londoni metroosüsteem. Victoria liin koosneb neljast $30,5$-tonnisest ning neljast $20,5$-tonnisest vagunist (millest esimene veab mootoreid). Täiskoorma korral kaalub keskmine rong $228$ tonni ning selle maksimumkiiruseks on $72,4km/t$. Rongi keskmiseks kiiruseks on aga ligikaudu $50km/t$. Kui enamus rongi istmeid on täidetud, on selles ligikaudu $350$ reisijat. Täiskoormuse korral võib see arv ulatuda aga $620$ reisijani. Sellisel täistunnil on rongi energiakuluks umbes $4,4kWh$ $100$ reisija-kilomeetri kohta. (Catling, 1966).

Kiirrong.

Diiselmootoriga Intercity 125 rong (joonisel 20.5 paremal) kaalub $410$ tonni. $201$-kilomeetrise tunnikiirusega sõitev rong kulutab umbes $2,6MW$ energiat. Täieliku täituvuse korral on selles rongis ligikaudu $500$ inimest. $100$ istme-kilomeetri keskmine kütusekulu on umbes $0,84$ liitrit [5o5x5m], andes transpordikuluks ligikaudu $9kWh$ $100$ istme-kilomeetri kohta. Class 91 elektrirong (joonisel 20.5 vasakul) liigub kiirusega $225km/t$ ning kulutab $4,5MW$. Roger Kempi andmetel on selle rongi keskmine energiakulu $3kWh$ $100$ istme-kilomeetri kohta [5o5x5m]. Valitsuse dokumendi [5fbeg9] kohaselt kasutavad nii ida- kui ka lääneranniku põhiliinid umbes $15kWh$ kilomeetri kohta (kogu rong). Nende rongide istmete arvud on vastavalt $526$ ja $470$. See teeb $100$ istme-kilomeetri kohta $2,9-3,2kWh$.

Kõigi Londoni metroorongide kogu energiakulu oli $15kWh$ $100$ reisija-kilomeetri kohta. ...Kõigi Londoni busside kogu energiakulu oli $32kWh$ $100$ reisija-kilomeetri kohta. Allikas: [679rpc]. Rongi- ja bussikiiruste allikas: Ridley ja Catling (1982).

Croydon Tramlink.

www.tfl.gov.uk/assets/downloads/corporate/TfL-environment-report-2007.pdf, www.tfl.gov.uk/assets/downloads/corporate/Lond Travel-Report-2007-final.pdf, www.croydon-tramlink.co.uk.

...lahenduseks on suurepärased rattateed... Suurbritannia tänavaehitusjuhend [www.manualforstreets.org.uk] julgustab tänavaid ehitama nii, et $30km/t$ muutuks loomulikuks kiiruseks. Vt ka Franklin (2007).

Aus ja lihtne meetod ummikumaksude haldamiseks. Stephen Salter kirjeldas mulle suurepärast viisi ummikumaksude tasumise automatiseerimiseks. Lihtne päevane ummikumaks, mis hetkel Londonis kehtib, saadab autojuhtidele vaid robustse signaali; kui autoomanik on otsustanud ühe päeva eest maksta ning ummikualasse sõita, pole tal mingil juhul plaanis selles alas vaid veidi ringi sõita. Lisaks ei saa ta mingit boonust selle eest, kui ta valib oma teekonna läbi ummikuvabade tsoonide.

Selle asemel, et kasutada tsentraalset süsteemi, mis eelnevalt otsustab, kus ja millal ummikumaksuga tsoonid asuvad, pakkus Salter nende alade ning sõidukite liikumise kuluka jälgimissüsteemi põhjal välja lihtsama, detsentraliseeritud ning anonüümse meetodi nõudmaks maksmist nendes alades vaid ummikute tegeliku toimumise ajal. See süsteem toimuks üle kogu riigi. Seletan järgnevalt, kuidas see töötaks. Meil on vaja seadet, mis vastaks küsimusele „kui aeglane on liiklus, milles ma hetkel sõidan?“ Ummiku heaks hindamismeetodiks on vaadata, kui palju teisi aktiivseid sõidukeid asub sinu ümber. Kiiresti edeneva liikluse korral on vahemaad autode vahel suuremad kui aeglase liikluse korral. Kõige tihedamini on liiklus pakitud just ummikute korral. Teatud sõiduki ümbruses asuvate töötavate sõidukite hulka saaks hinnata anonüümselt autodesse paigaldatud raadiosaatja/vastuvõtja (justkui hästi odava telefoni) abil, mis edastaks ühtlase sagedusega lühikesi raadiosignaale kui auto mootor töötab ning loeks ka teiste autode poolt edastatavaid signaale. Ummikumaks oleks vastuvõetud signaalide arvuga proportsionaalne ning seda saaks maksta näiteks tanklates ajal, mil kütust tangitakse. See raadiosaatja/vastuvõtja asendaks praegust Suurbritannia teemaksude süsteemi.

Hoorataste ja hüdraulika abil töötavad regeneratiivsüsteemid püüavad kinni vähemalt 70% pidurdusenergiast. Veoautodes kasutatakse regeneratiivpidurduseks suruõhku; eaton.com'i informatsiooni põhjal püüab „hüdrauliline kiirendusabi“ kinni $70\%$ kineetilisest energiast. Flybirdsystems.com hooratta süsteem püüab samuti kinni $70\%$ kineetilisest energiast. www.flybridsystems.com/F1System.html

Elektriline regeneratiivpidurdus püüab kinni $50\%$. Allikas: E4tech (2007).

$60kW$ energiat välja andvad elektriakud kaaluksid umbes $200$ kilogrammi. Heade liitium-ioon akude erivõimsus on $300W/kg$ (Horie et al., 1997; Mindl, 2003).

Keskmine uus Suurbritannia auto tekitab iga kilomeetri kohta $168g$ $C{O}_2$. See arv on 2006. aasta kohta (King, 2008). Ameerika Ühendriikide keskmise sõiduauto heitgaaside hulk oli $225g$ kilomeetri kohta (King, 2008).

Toyota Priuse mootor on energiaefektiivsem. Priuse bensiinimootor kasutab erinevalt traditsioonilisest Otto tsüklist hoopiski Atkinsoni tsüklit. Elektrienergia ning kütuseenergia kavala kombineerimise abil vastavalt hetkel vajatud energiahulgale on Priuse mootor auto kere kohta tavalisest väiksem. Kuna Priuse mootor suurendab kütusekasutuse efektiivsust, on selle mootor efektiivsem kui tavaline bensiinimootor.

Hübriidtehnoloogiate kütusekulu on $20$ kuni $30\%$ madalam. Näiteks selgub Hitachi hübriidrongide uurimusraportist (Kaneko et al., 2004), et kõrge efektiivsusega energiatootmine ning regeneratiivpidurdus „kasutavad kütust võrreldes tavaliste diiselmootoritega ligikaudu $20\%$ efektiivsemalt.”

Vaid $8,3\%$ pendeldajatest elavad töökohast rohkem kui $30$ kilomeetri kaugusel. Allikas: Eddington (2006). Elektriauto sõiduulatuse sõltuvust selle akude suurusest on kirjeldatud peatükis Autod.

Palju elektriautosid. Kõik need on kirjeldatud allpool suvalises järjekorras. Nende võimekust kirjeldavad numbrid on peamiselt tootjate poolt. Nagu varemalt nägime, ei vasta reaalsed numbrid alati tootjate väidetele.

Think elektriautod Norrast. Viieukseline Ox omab $200$-kilomeetrist sõiduulatust. Selle akud kaaluvad $350$ kilogrammi ning auto kaalub kokku $1500$ kilogrammi. Selle energiakulu on ligikaudu $20kWh$ $100$ kilomeetri kohta. www.think.no

Elektriline Smart. „Seda elektrilist versiooni hoiab töös $40$-hobujõuline mootor, selle sõiduulatuseks on $113$ kilomeetrit ning maksimaalkiiruseks $113km/t$. Laadimine toimub läbi tavalise pistiku ning maksab umbes £$1,20$, andes elektrijaamas vastavaks heitgaaside hulgaks $60g/km$ süsinikdioksiidi. (Võrdluseks: tavaline bensiinimootoriga Smart toodab $116g/km$.) Täielik laadimine võtab umbes kaheksa tundi, kuid $20\%$ laetuse korral saab seda $80$ protsendini laadida vaid kolme ja poole tunniga.” [www.whatcar.com/news-article.aspx?NA=226488]

Berlingo Electrique 500E, linnaliikluses kasutamiseks mõeldud kaubaauto (joonis 20.20), omab $27$ nikkelkaadmiumakut ning $28$-kilovatist mootorit. Selle kandevõimeks on $500kg$. Maksimaalkiirus: $100km/t$, sõiduulatus: $100km$. $25kWh$ $100$ kilomeetri kohta. (Hinnangu lahkeks esitajaks oli üks Berlingo omanik.) [4wm2w4].

Elektrilise i MiEV hinnanguline sõiduulatus on $160$ kilomeetrit ning sellel on $16kWh$ akupank. See teeb $10kWh$ $100$ kilomeetri kohta – parem kui G-Wiz – ning kui kahe täiskasvanud Eurooplase mahutamine G-Wiz'i on üpriski keerukas, on Mitsubishi prototüübil neli ust ning neli täissuurusega istet (joonis 20.38). [658ode]

Kaheistmelise General Motorsi EV1 sõiduulatus oli $120$ kuni $124$ kilomeetrit laengu kohta ning selle nikkelmetallakud hoiustasid $26,4kWh$ energiat. See teeb energiakuluks $11-22kWh$ $100$ kilomeetri kohta.

Lightning (joonis 20.39) omab nelja $120$-kilovatist harjadeta mootorit – ühte igal rattal -, regeneratiivpidurdust ning kiirlaadimisega Nanosafe liitiumtitanaat akusid. $36kWh$ mahtuvus annab sõiduulatuseks $320$ kilomeetrit. See teeb $11kWh$ $100$ kilomeetri kohta.

Aptera. See suurepärane libe kala on kaheistmeline sõiduk, mille energiakuluks on väidetavalt $6kWh$ $100$ kilomeetri kohta. Selle takistustegur on $0,11$ (joonis 20.40). Hetkel arendatakse nii elektri- kui ka hübriidmudeleid.

Nagu ka Apteral on Loremo (joonis 20.41) esiosa väikese pindalaga ning see omab seetõttu madalat takistustegurit ($0,2$). Müüki tuleb see nii fossiilkütuse- kui ka elektrilise variandina. Sellel on kaks täiskasvanutele mõeldud istet ning kaks tahapoole suunatud lastele mõeldud istet. Loremo EV saab omama liitium-ioon akusid ning selle eeldatav energiakulu on $6kWh$ $100$ kilomeetri kohta, maksimaalkiirus $170km/t$ ning sõiduulatus $153$ kilomeetrit. See kaalub vaid $600$ kilogrammi.

eBox. eBoxil on $35kWh$ mahutavusega liitium-ioon aku, mis kaalub $280kg$. Sõiduulatuseks on $225-290$ kilomeetrit. Selle mootori tippvõimsus on $120kW$ ning pidevvõimsuseks $50kW$. Energiakulu on $12kWh$ $100km$ kohta.

Ze-0. Viieistmeline viie uksega auto. Maksimaalkiirus: $80km/t$. Sõiduulatus: $80$ kilomeetrit. Kaal, kaasa arvatud akud: $1350kg$. Pliihappeakude mahtuvus on $18kWh$. Mootori võimsus on $15kW$. Energiakulu: $22,4kWh$ $100km$ kohta.

e500. Fiati-sarnane Itaalia auto, millel on kaks ust ning $4$ istekohta. Maksimaalkiirus: $96km/t$. Sõiduulatus linnas: $120$ kilomeetrit. Aku: liitium-ioon polümeer.

MyCar. MyCar on Itaalias disainitud kaheukseline auto. Maksimaalkiirus: $64km/t$. Maksimaalne sõiduulatus: $96$ kilomeetrit. Pliihappeakud.

MegaCity. Kaheistmeline auto, mille maksimaalne pidevvõimsus on $4kW$ ning maksimaalkiirus $64km/t$: $11,5kWh$ $100km$ kohta. Tühimass (ilma akudeta) on $725kg$. Pliiakude mahtuvus on $10kWh$.

Xebra väidetavaks sõiduulatuseks on $40km$ $4,75kWh$ laengu kohta. Energiakulu $12kWh$ $100km$ kohta. Maksimaalkiiruseks on $65km/t$. Pliihappeakud.

TREV. Kaheukseline Taastuvenergiasõiduk on Lõuna-Austraalia Ülikooli poolt välja töötatud prototüüp (joonis 20.42). Selle kolmerattalise sõiduulatus on $150km$, maksimaalkiirus $120km/t$ ning see kaalub $300$ kilogrammi. Sõiduki liitium-ioon polümeerakud kaaluvad vaid $45kg$. Reaalse $3000$-kilomeetrise reisi korral oli sõiduki energiakuluks $6,2kWh$ $100km$ kohta.

Venturi Fetishi aku mahutab $28kWh$ ning kaalub $248$ kilogrammi. Auto kaalub kokku $1000kg$. Sõiduulatus: $160-250km$. See teeb energiakuluks $11-17kWh$ $100km$ kohta.  www.venturifetish.fr/fetish.html

Toyota RAV4 EV. See elektriline sportmaastur oli müügis aastatel 1997 kuni 2003 (joonis 20.43). RAV4 EV kandis $24$ $12$-voldist $95$-ampertunnist NiMH akud, mis mahutasid $27,4kWh$ energiat. Sõiduulatuseks oli $130-190km$. See annab energiakuluks $14-21kWh$ $100km$ kohta. RAV4 EV oli väga populaarne näiteks Jersey politseijaoskonnas.

Phoenix SUT. Kalifornias valmistatud viieistmeline sport-veoauto sõiduulatusega kuni $210$ kilomeetrit tänu $35kWh$ liitium-ioon akudele. (See teeb energiakuluks $17kWh$ $100km$ kohta.) Akusid saab spetsiaalse pistiku abil laadida vaid $10$ minutiga. www.gizmag.com/go/7446/

Modec kaubaauto. Modec suudab tarnida kahe tonni väärtuses kaupa $160$ kilomeetri kaugusele. Tühimass $3000kg$.  www.modec.co.uk

Smith Ampere. Väiksem kaubaauto $24kWh$ liitium-ioon akudega. Sõiduulatus „üle $160$ kilomeetri.” www.smithelectricvehicles.com

Elektriline minibuss samalt firmalt  www.smithelectricvehicles.com: $40kWh$ liitium-ioon akud. $90kW$ mootor ning reaktiivpidurdussüsteem. Sõiduulatus „kuni $160$ kilomeetrit.” $15$ istekohta. Sõiduki tühimass on $3026$ kilogrammi. Kasulik koormus $1224$ kilogrammi. See annab sõiduki parimaks energiakuluks $25kWh$ $100km$ kohta. Kui sõiduk on täiesti täis, oleks selle transpordikulu hämmastavad $2kWh$ $100$ reisija-kilomeetri kohta.

Elektriline buss. Thunder Sky bussi sõiduulatus on $290$ kilomeetrit ning laadimisaeg kolm tundi. www.thundersky.com

Elektrilised motorollerid. Vectrix on üsnagi võimekas motoroller (joonis 20.44). Selle aku (nikelmetalli hübriid) mahutavus on $3,7kWh$. $40km/t$ sõidukiirusega saab sellega sõita kuni $110$ kilomeetrit ning selleks tuleb rollerit tavalisest pistikust kaks tundi laadida. $110km$ $3kWh$ on sama mis $2,75kWh$ $100$ kilomeetri kohta. Maksimaalkiirus $100km/t$. Sõiduki kaal on $210kg$ ning maksimumvõimsus $20kW$. www.vectrix.com

Oxygen Cargo on väiksem motoroller, mis kaalub $121$ kilogrammi ning mille sõiduulatus on $61$ kilomeetrit. Laadimisaeg on $2-3$ tundi. Maksimumvõimsus: $3,5kW$; maksimaalkiirus: $45km/t$. Sellel on kaks liitium-ioon akut ning regeneratiivpidurdussüsteem. Sõiduulatust saab lisaakude abil suurendada – neist igaüks mahutab $1,2kWh$ ning kaalub $15kg$. Energiakulu: $4kWh$ $100km$ kohta.

Suruõhu-energiasalvestuse energiatihedus on vaid umbes $11-28Wh$ kilogrammi kohta. Teoreetiline piir täiusliku isotermaalse rõhu korral: kui $1m^3$ õhku surutakse aeglaselt 5-liitrisesse mahutisse $200$-baarise rõhu all, on $1,2$ kilogrammis õhus salvestatud potentsiaalseks energiaks $0,16kWh$. Praktikas kaalub selline spetsiaalne terasest $5$-liitrine rõhumahuti umbes $7,5kg$, kevlarist või süsinikkiududest valmistatud anum aga $2kg$. Üldine saavutatav energiatihedus oleks umbes $11-28Wh$ kilogrammi kohta. Teoreetiline energiatihedus on sama sõltumata mahuti ruumalast.

Arnold Schwarzennegger...tankimas vesiniku jõul töötavat Hummerit. Nature 438, 24. november 2005. Ma ei ütle, et vesinik ei saa mitte kunagi transpordi jaoks kasulik olema, kuid ma lootsin, et selline lugupeetud ajakiri nagu Nature suhtuks vesiniku-teemasse veidi kriitilisemalt ning ei läheks meediakäraga kaasa.

Vesinik ja kütuseelemendid pole edasi liikumiseks õige valik. Bushi administratsiooni ja Kalifornia osariigi otsus vesiniku-teemaga kaasa minna on viimaste aastate halvim otsus.

James Woolsey, USA Puhaste Kütuste Assotsiatsiooni nõukogu esimees, 27. november 2007.

2008. aasta septembris kirjutas The Economist: „Peaaegu kõik on nõus, et tulevikus töötavad kõik autod akudel.”

Teisalt, et kuulda veidi rohkem vesinikupõhise transpordi toetajatelt, vt Rocky Mountain instituudi lehekülgi „HyperCar” kohta: www.rmi.org/hypercar/.

Euroopa Puhta Linnatranspordi projekti põhjal tarbivad vesinikubussid $80-200\%$ rohkem energiat kui tavalise diiselbussi korral. Allikas: CUTE (2006); Binder et al. (2006).

BMW vesinikuauto tarbib kolm korda rohkem energiat kui keskmine auto. Pool BMW Hydrogen 7 pagasiruumist täidab selle $170$-liitrine vesinikumahuti, milles on $8kg$ vesinikku, andes sõiduulatuseks $200$ kilomeetrit [news.bbc.co.uk/1/hi/business/6154212.stm]. Vesiniku kütteväärtus on $39kWh$ kilogrammi kohta ning vesiniku tootmise parim energiakulu on $63kWh$ (millest $52kWh$ on maagaas ning $11kWh$ elekter) (CUTE, 2006). Seega on $8$-kilogrammise mahuti täitmise energiakulu vähemalt $508kWh$; kui see mahuti tõepoolest annab sõiduulatuseks $200$ kilomeetrit, on $100$ kilomeetri läbimise energiakulu $254kWh$.

Hydrogen 7 ning vesinik-kütuseelementi kasutavad sarnased autod on mõnes mõttes lihtsalt meie tähelepanu hajutavad sõidukid. David Talbot, MIT Techonology Review  www.technologyreview.com/Energy/18301/

Honda kütuselement-auto FCX Clarity kaalub $1625$ kilogrammi, mahutab $4,1$ kilogrammi vesinikku $345$-baarise rõhu juures ning selle sõiduulatuseks on $450$ kilomeetrit, läbides tavaliste sõidutingimuste korral ühe kilogrammi vesiniku kohta $91$ kilomeetrit [czjjo], [5a3ryx]. Eeldades ülalkirjeldatud vesinikutootmise viisi, mille peamiseks energiaallikaks on maagaas, on selle auto transpordikulu $69kWh$ $100$ kilomeetri kohta.

Honda võib veenda ajakirjanikke arvama, et vesinikuautod on nullemissiooniga, kuid kahjuks ei saa nad petta kliimat. Merrick Godhaven

Liitium moodustab liitium-ioon akust $3\%$. Allikas: Fisher et al. (2006).

Liitiumialane ekspert R. Keith Evans ütleb, et „mure liitiumi saadavusega ... on alusetu.“ - Evans (2008).

Kaks Hollandis ehitatud liinilaeva, nimega „Ökonoomsuskaksikud.“  www.ssmaritime.com/rijndam-maasdam.htm.

QE2: www.qe2.org.uk.

Transrapid maglev rong. www.transrapid.de.