Effektivitet hos energibärare för bilar

igår 17:21 -

Min kära son i vanlig ordning påstår lite saker om saker och ting som han inte riktigt har koll på (något han kan ha ärvt från mig

Tänkte illustrera lite hur de olika drivmedel för bilar står sig i jämförelse mellan varandra vad gäller energieffektivitet och energitäthet, vad ger helt enkelt bäst energi. De drivmedel vi ska kolla på är bensin, diesel, batteri och vätgas. Min kära son talade sig varm kring just vätgas och bränsleceller som bästa alternativet, men är det det? Låt oss se!

Energitäthet

Detta handlar om gravimetrisk energitäthet, alltså kWh/kg och alltså hur mycket energi som grundbränslet innehåller. Och det är väl tydligt att han hade rätt, eller hur? Vätgas innehåller ju nästan tre gånger så mycket energi per kg än bensin och diesel, och dom stackars elbilarna, ingen energi alls ju! Herregud, vätgas är framtiden! Själva vätet är fantastiskt sett till vikt: cirka 33 kWh/kg, nästan tre gånger bensin.
Energitätheten berättar dock bara hur mycket energi som kan lagras per kilo eller liter. För en bil är det också avgörande hur stor del av den lagrade energin som faktiskt når hjulen. Och energiförlust kan ske via det som kallas drivlinan, alla steg som äger rum mellan bränslets användning och energi som når hjulen. På en bensinbil så handlar det om en motor, växellåda, avgassystem, kylsystem och alla dessa delar där energi förloras i form av värme och ljud utan att det kommer fram till hjulen.

Energitäthet

Energibärare	kWh/kg	Energitäthet
Bensin	~12,0	12%
Diesel	~11,8	12%
Li-ion-batteri, komplett pack	~0,15–0,25	1%
Vätgas	~33,3	60%

Verkningsgrad

Så vad är då verkningsgraden för dessa bränsletyper? Alltså, hur mycket av energin i energikällan kan användas av hjulen? Här ser man hur elbilen verkligen drar ifrån. Lägre energitäthet, men nästan all energi används och väldigt lite går förlorat på vägen. Men vi ser också att vätgasen står sig bra i jämförelse mot bensin och diesel, så varför är det inte lika populärt som elbilar. Problemet är volymen. Vid 700 bar är densiteten ungefär 40 kg/m³, vilket ger runt 1,3 kWh/liter vätgas. Dessutom väger högtryckstankarna mycket. En bil med 5–6 kg vätgas kan därför behöva ett tanksystem som väger över 100 kg.

Verkningsgrad

Typ	Verkningsgrad
Bensin	25%
Diesel	32%
Batteri	90%
Vätgas	51%

Vad krävs för att köra 100km?

Det hela handlar om hur mycket energi du behöver ha med dig för att komma en viss sträcka. Vilket handlar om volymen på bränslet kontra energitätheten kontra verkningsgraden. För att kunna jämföra drivlinorna antar vi att samma bil behöver 13 kWh mekanisk energi vid hjulen för att färdas 100 km

100 km

Bil	Tankar	Energi	Till hjulen	Förlust	Verkningsgrad
Bensin	~5,9 liter	52 kWh	13 kWh	39 kWh	25%
Diesel	~4,1 liter	41 kWh	13 kWh	28 kWh	32%
Batteri	~14,5 kWh	14,5 kWh	13 kWh	1,5 kWh	90%
Vätgas	~0,77 kg H₂	25,5 kWh	13 kWh	12,5 kWh	51%

Hur långt kommer man på 100 liter?

Det är ingen hemlighet att bensin och diesel, trots deras låga energitäthet, har längre räckvidd än elbilar eftersom batterier är tunga och stora. Då kan man ju tro att vätgas är den gyllene mellanvägen där, men där är verkligheten i vägen igen. DOE anger för moderna 700-bars Type IV-system omkring 0,86 kWh per liter komplett lagringssystem, så om varje biltyp får en 100-liters tank, alltså en tank som tar upp 100 liter i volym av bilen, inte en tank som rymmer 100 liter bränsle. För bensin och diesel är dessa siffror liknande, men för batteri och vätgas är det en viktig skillnad. I verkligheten har de flesta personbilar 60 eller 70 liters bensintank och batteribilar tankar som tar mer volym än 100 liter.

Trots vätgasens enorma energitäthet per kilo hamnar vätgas och batteri alltså förvånansvärt nära varandra när man i stället jämför hur mycket användbar energi man får per liter komplett lagringssystem. Vätgasen lagrar mer energi i samma volym, men tappar en stor del av fördelen genom bränslecellens lägre verkningsgrad - för att inte nämna de utmaningar man får med infrastruktur. Det går att tanka en vätgasbil snabbare än att ladda en elbil, men det är förutsatt att man hittar ett ställe att tanka på, ett problem som elbilar inte riktigt har längre.

100 liter komplett lagringssystem

Bil	Energi	Verkningsgrad	Effekt	Räckvidd
Bensin	~850 kWh	25%	~210 kWh	~1 620 km
Diesel	~940 kWh	32%	~300 kWh	~2 300 km
Batteri	~55 kWh	90%	~50 kWh	~380 km
Vätgas	~86 kWh	51%	~44 kWh	~340 km

Räckvidd vid 13 kWh/100 km

El in och räckvidd ut

Bensin och diesel har "fördelen" att det är kemisk energi och även om det finns en produktionskedja där som drar en himla massa energi också så jämför vi batteri och vätgas här. Om du utgår från att du vill spendera 100 kWh elektricitet för att driva din bil.

För en elbil blir ekvationen så här:
100 kWh elektricitetLaddare (95%)Batteri (95%)Inverter + Elmotor (90-95%)energi vid hjulen84 kWh vilket ger en räckvidd på ungefär 65 mil

För en vätgasbil är den här ekvationen mycket dystrare:
100 kWh elektricitetElektrolys (70%)VätgasKomprimering (90%)Konvertering till elektricitet (55%)Inverter + elmotor (95%)energi vid hjulen32 kWh vilket blir en räckvidd på ungefär 25 mil

Kostnader

Så i slutändan handlar det ju om kostnader. Om vi struntar i vad själva bilen kostar vilket absolut är en viktig parameter för många, så jämför vi vad det kostar att komma 100 km. Här är det svårt att hitta bra underlag till vätgaskostander då det är väldigt dåligt med vätgasstationer i Sverige och är mest bara riktat till företag. Men en "mellan tummen och pekfingret"-siffra verkar vara runt 116 kr/kg. Detta är exempelpriser för september 2026 och ändras hela tiden så klart.

Kostnader

Bil	Behövs för 100 km	Exempelpris	Kostnad/100 km
Bensin	~5,9 liter	17 kr/l	~100 kr
Diesel	~4,1 liter	21 kr/l	~86 kr
Batteri, hemma	~14,5 kWh	~1,5 kr/kWh	~22 kr
Batteri, snabbladdning	~14,5 kWh	6 kr/kWh	~87 kr
Vätgas	~0,77 kg	116 kr/kg	~90 kr

Miljön då?

Alla drivmedel påverkar miljön på olika sätt. Den stora skillnaden mellan bensin och diesel jämfört med batteri och vätgas är att produktionskedjan och användningen av bränslet har en negativ miljöpåverkan, medan elbilar har en väldigt låg miljöpåverkan vid användning - speciellt i Sverige där elproduktionen är nästan helt fossilfri.

Många som håller fast vid sina bensinbilar pekar på studier som visar att elbilens produktion ger en 40% högre miljöpåverkan, vilket mestadels handlar om batteritillverkningen. Vad som missas i den jämförelsen är att i samma studie så pekar dom på att elbilen "tjänar in" den extra miljöpåverkan efter enbart 1 700 mils körning. Och återigen är den siffran lägre i Sverige jämfört med EU då vår elproduktion är så pass miljövänlig

Slutsats

Vätgas är en energimässigt bra val, men praktiskt i Sverige är det tyvärr ett helt omöjligt val. Det finns ingen infrastruktur och med tanke på vikt och storlek på tanken så sätter det en hel del begränsningar på vilka bilar man kan implementera det i tyvärr. Det passar sig bättre på stora bruksfordon och transportbilar snarare än mindre personbilar. Men inget av det kan vara ett alternativ förrän infrastrukturen byggs ut, och just nu satsar kunderna och energileverantörerna på elbilen. Och även om räckvidden är begränsad så är kostanden för att ladda hemma så pass låg att det är svårt att se hur alternativen är attraktiva i jämförelse.

Mer i Webblog