Wat is een elektrische weg?
Een elektrische weg, eroad, eHighway of elektrisch wegsysteem (Electric Road System, ERS) is een systeem dat de overdracht van energie mogelijk maakt tussen een voertuig en de weg waarop het rijdt. Elektrische wegen worden ingedeeld in drie categorieën op basis van hoe het opladen plaatsvindt:
- Bovengronds geleidend: Bij dit type lading wordt de stroom via een stroomafnemer continu van de bovenleiding naar het voertuig overgebracht. Bovengronds geleidend laden is het meest geschikt voor trucks en bussen die hoog genoeg zijn om de elektrische leidingen te bereiken. Het werkt ook beter met voertuigen die een vooraf bepaald traject afleggen, zodat ze continu met de stroomleidingen verbonden kunnen blijven.
- Geleidende krachtoverdracht vanaf de weg: Dit is vergelijkbaar met de bovengrondse geleidende technologie, behalve dat in plaats van een stroomafnemer het vermogen naar het voertuig wordt overgebracht via rails die in of bovenop het wegdek zijn aangebracht. De technologie omvat een ingebouwde mechanische arm die wordt aangesloten op de voeding.
- Inductieve krachtoverdracht vanaf de weg: Hier vindt de krachtoverdracht plaats tussen spoelen die in de weg zijn geplaatst en spoelen in het voertuig zonder kabels. De stroom van het net wordt omgezet in hoogfrequente wisselstroom om een magnetisch veld te creëren dat vervolgens wordt opgevangen door de spoelen onder het voertuig om spanning te produceren.
Wanneer een auto of truck rijdt op een weg die is uitgerust met een van deze technologieën, gaat de energie rechtstreeks naar het aandrijfsysteem of wordt deze gebruikt om de batterijen aan boord op te laden. Maar zodra het voertuig zich op een normale weg bevindt, schakelt het over op een elektrische of hybridemotor of een verbrandingsmotor.
Het gebruik van elektrische wegen is vandaag vrij beperkt, hoewel er enkele proefprojecten lopen in samenwerking met autofabrikanten, onderzoeksinstituten, overheden en energiebedrijven. Eén zo'n project loopt in Lund, Zweden terwijl in Italië de regering plannen heeft om een eHighway van 6 kilometer aan te leggen in het noorden van het land. In Californië vindt een demonstratieproject plaats in de buurt van de havens van Los Angeles en Long Beach.
Elektrische wegen: De voor- en nadelen afwegen
Elektrische wegen zijn gunstig omdat ze een schoner alternatief bieden voor de verbrandingsmotor, vooral als de gebruikte energie afkomstig is van een hernieuwbare bron zoals de wind of de zon. In het geval van geleidend laden zijn elektrische wegen ook behoorlijk efficiënt. Het bedrijf Elways AB rapporteerde bijvoorbeeld een efficiëntie van 85-95% voor een gesegmenteerde geleidende oplossing voor auto's en trucks die nu wordt getest als onderdeel van het eRoadArlanda-project.
Maar dat is zo'n beetje waar alle voordelen van elektrische wegsystemen ophouden. Hoewel bijna alle alternatieven voor diesel nog lang niet mainstream zijn, zijn vele al een stuk verder dan het elektrisch wegsysteem. Vandaag de dag zijn er niet veel gegevens uit de praktijk om de betrouwbaarheid ervan te staven en met uitzondering van de stroomafnemer (die 100 jaar oud is) zijn alle andere laadtypes nieuwe, onvolwassen technologieën.
eHighways zijn ook duur; het aanleggen van de laadinfrastructuur betekent forse investeringen in de aanleg van wegen, de aanleg van elektriciteitsleidingen en ook het onderhoud ervan. Ze kunnen ook een langdurige verstoring van de bestaande verkeersstroom veroorzaken wanneer de infrastructuur wordt aangepast. Een studie schat dat de aanleg van een dynamisch inductief systeem 3 weken zou duren per 100 meter, terwijl het bij een geleidend bovengronds systeem 1 maand zou kunnen duren om 10 kilometer te installeren. De verstoring zou tot een minimum kunnen worden beperkt als de aanleg van het elektrisch wegsysteem samenvalt met geplande onderhoudswerkzaamheden, maar dat zou de snelheid waarmee de technologie kan worden ingevoerd, sterk beperken.
De complexiteit van het elektrisch wegsysteem betekent ook dat veel actoren, waaronder overheden, gemeenten, energieleveranciers en vrachtbedrijven, zouden moeten samenwerken. Het zou ook enige grensoverschrijdende samenwerking vereisen op plaatsen zoals de EU, waar trucks die door de regio rijden, met dezelfde technologie moeten worden aangepast om gebruik te kunnen maken van de wegen. Er wordt gewerkt aan normen voor het opladen, zodat elk type voertuig gebruik kan maken van elektrische wegen.
Kunnen elektrische voertuigen te hulp schieten?
Een van de belangrijkste argumenten voor elektrische wegen is de rol die ze kunnen spelen bij het verminderen van de vrees voor de actieradius. Deze vrees gaat gepaard met het rijden in een elektrische truck. De gedachte is dat elektrische voertuigen grotere afstanden kunnen afleggen en kleinere batterijen kunnen gebruiken als elektrische wegen worden gebruikt om de energie rechtstreeks naar de aandrijving van het voertuig over te dragen of om de batterij aan boord op te laden. Dit klinkt als een praktische oplossing, maar valt bij nader onderzoek al snel uit elkaar.
De eerste uitdaging is interoperabiliteit, wat betekent dat een elektrisch wegsysteem elk type voertuig van stroom moet kunnen voorzien. Vandaag de dag bestaan er geen normen en systeemarchitectuur voor de overdracht van energie van het net naar het elektrisch wegsysteem naar meerdere voertuigen. De tweede uitdaging komt van verbeteringen in het assortiment elektrische truckbatterijen, waardoor het opladen via het elektrisch wegsysteem snel overbodig zou kunnen worden. Bedenk dat een volledig opgeladen elektrische truck vandaag 300 kilometer kan afleggen, wat overeenkomt met ongeveer 40% van alle transportwerkzaamheden in de EU. De verwachting is dat dit bereik in de nabije toekomst beter zal worden door verbeteringen in lithium-ionbatterijen, de ontdekking van nieuwe celmaterialen, betere batterijbeheersystemen en koeltechnologieën. Er zijn ook hoge verwachtingen van vastestofbatterijen die de actieradius kunnen vergroten tot 1600 kilometer op één enkele lading.
De derde uitdaging zijn statische of plug-in oplaadsystemen. Dit is het enige systeem met gevestigde wereldwijde normen en bewezen technologie. Plug-in laadstations groeien snel in aantal; vanaf 2019 waren er meer dan 170.000 laadpalen in Europa en meer dan 68.000 in de Verenigde Staten. Hoewel de meeste van deze infrastructuur voor auto's is, is het belangrijk op te merken dat de technologie in de stroomdispensers het Combined Charging System (CSS) is, dat zowel voor auto's als trucks kan worden gebruikt. Een consortium van truckfabrikanten werkt al samen om de CSS-oplaadcapaciteit te verhogen tot één tot drie megawatt, zodat de bestaande infrastructuur bedrijfsvoertuigen kan ondersteunen. Overheden over de hele wereld stellen ook plannen op om netwerken uit te breiden en CSS-oplaadtechnologie te standaardiseren. Zulke duidelijke richtlijnen van regeringen zijn er niet als het om elektrische wegsystemen gaat.
Ten slotte lijkt het gebruik van wegen om elektrische voertuigen op te laden redelijk onwaarschijnlijk, gezien de opkomst van alternatieven zoals waterstofbrandstofcellen. Er is veel belangstelling geweest rond waterstof, met name op het gebied van veeleisend vervoer en langeafstandsvervoer, waar het kan worden gebruikt als range extender voor elektrische trucks. Waterstof heeft een aantal voordelen zoals een kort en eenvoudig tankproces en een hoge energiedichtheid. Met slechts 80 kg waterstof kan een truck tot 800 kilometer rijden! Dit zou voldoende zijn voor de meeste langeafstandsopdrachten en met voldoende infrastructuur om waterstof bij te tanken, zou het niet nodig zijn om de truck tijdens het rijden op te laden.
Enkele mogelijke gebruiksscenario's
Betekent dit alles dat er geen plaats is voor elektrische wegen in de toekomst van het transport? Niet helemaal. Er zouden goede argumenten kunnen zijn voor een elektrisch wegsysteem voor specifieke routes of gesloten systemen in beperkte gebieden waar het elektrificeren van wegen en het gebruik van trucks een goed alternatief zou zijn. Ze kunnen ook een geschikte oplossing zijn voor autonome trucks die hub-to-hub-transporten uitvoeren.
Alternatieve brandstoffen nader bekeken
Gezien alle uitdagingen met elektrische wegsystemen, denk ik dat de industrie moet kijken naar meer haalbare opties zoals elektromobiliteit, waterstof, bio-LNG en enkele biobrandstoffen zoals HVO om transport koolstofvrij te maken. Om transportbedrijven te helpen om meer grip te krijgen op alternatieve brandstoffen, heb ik een gids samengesteld waarin de voor- en nadelen van elke brandstofbron worden besproken. De gids bevat ook een checklist met alle zaken waaraan transporteigenaars moeten denken voordat ze investeren in een truck met een alternatieve aandrijflijn.
