Vad kostar en bränslecellsbil?

skrivet av Hans Pohl (Viktoria Swedish ICT)
Antalet bränslecellsbilar på vägarna framöver bestäms till mycket stor del av prislappen. Tidigare rapportering framhåller att bränslecellsbilar och tillhörande infrastruktur för vätgas fungerar bra rent tekniskt. Vidare betonas det att eftersom bränslecellsbilen i princip bara erbjuder mervärden i förhållande till konventionella förbränningsmotorfordon är det mycket troligt att användarna kommer att gilla den [1]. Det är primärt kostnadsbilden som avgör teknikens öde på marknaden även om det finns andra orosmoln, exempelvis tankinfrastrukturen [2].
Vid Fuel Cell Seminar i oktober 2013 redovisades flera ambitiösa försök att skatta kostnaderna för drivlinor för bränslecellsbilar, däribland [3]. Det handlar om en framtida situation kring 2020 och en tillverkningsvolym om 500 000 enheter. Även övriga antaganden följer det som amerikanska energidepartemetet brukar använda. I Tabell 1 visas data för huvuddelarna i drivlinan.
Tabell 1: Kostnadsöversikt
Delsystem                    Data                        Kostnad (USD)
Bränslecellssystem       80 kW                          4 256
Vätgastank                5,6 kg H2 vid 700 bar      3 028
Batterisystem Li-jon   40 kW; 1,2 kWh              1 034
SUMMA                                                              8 318 (104/kW)  (Totalt ca 54 400 SEK)
 
Kostnaden för varje delsystem baseras på en nedbrytning i flera led och en uppdelning i kostnader för material, arbetstid, kapitalkostnader med mera. Dessutom gör kalkylen skillnad på köpta och egentillverkade komponenter, de köpta delarna inkluderar påslag på direkta kostnader för underleverantören. Tyvärr finns det inte utrymme att redovisa alla detaljer men för att illustrera metodiken visar Tabell 2 hur kostnaden fördelar sig i bränslecellsstacken. Ytterligare detaljer finns för respektive del, exempelvis framgår det att platina utgör cirka 81% av elektrodkostnaden.
Tabell 2: Komponenter i bränslecellsstacken
Komponent                        Data                 Kostnad (USD/kW)
Membran                       PFSA ionomer                    2,14
Elektrod                        3M NSTFC                           9,51
GDL (Gas Diffusion Layers) Non-woven carbon paper  1,30
Bipolär platta                 Nitridbehandlad metall           6,36
Tätningar                     Viton                                      2,00
BOS (Balance of stack) Anslutning, ändplattor m m     0,55
Slutmontering      Robotmontering                              1,40
Konditionering av stack          2 h                                0,60
SUMMA                                                                     23,85
 
Resultaten av några liknande räkneövningar redovisas i Tabell 3.
Tabell 3: Studier med kostnadskalkyler
Studie                      Kommentarer                                   Kostnad USD/kW
Strategic Analysis [4]  Stacken plus en del kringsystem                 55
USDOE [5]               Samma som Strategic Analysis(?).                55 (Mål 30 USD)
McKinsey & Co. [6] Hel drivlina med 85 kW bränslecell år 2020.   218 (Enbart BC-system 110)
ORNL [7]               Hel drivlina 2020+                                          174-265  (Enbart BC system 89-160)
Konventionell drivlina med förbränningsmotor kostar ungefär 3 000 USD, att jämföra med de cirka 12 000 USD som [3] landar på, inkluderat elmaskin och inverter med mera för cirka 3 700 (uppgift hämtad från [7]).
Kommentarer
Flertalet analyser framstår som grundliga och kalkylerna redovisas till stor del öppet så att gjorda antaganden kan synas. Det är emellertid svårt att jämföra kalkylerna på ett rättvisande sätt eftersom omfattningen i termer av vilka system som ingår är olika liksom tidshorisonter och antagen tillverkningsvolym. Bryts en del ut, exempelvis som ovan bränslecellsystemet, varierar kostnaden ganska mycket, från 53 – 160 USD/kW (ca 350 – 1050 SEK/kW). Men även då är förmodligen inte den tekniska omfattningen exakt samma i de olika studierna.
En fördel med kalkylen som redovisas något mer i detalj ovan [3] är att det går att se hur de olika komponenterna bidrar till totalkostnaden. Således kan man exempelvis konstatera att kostnaden för platina, vilken ibland framhålls som den faktor som omöjliggör bränslecellsbilens konkurrenskraft, är mindre än 7,5 procent av drivlinekostnaden, vid en antagen platinakostnad om 1 100 USD/tr.oz (35,4 USD/g). Kalkylen räknar med cirka 0,2 g platina/kW motsvarande knappt åtta USD per kW.
Det är också värt att notera att själva bränslecellsstacken står för mindre än en fjärdedel av totalkostnaden för systemet enligt tabell 1. Vätgastanken bedöms kosta mer och det finns all anledning att vid tillfälle fördjupa analysen av denna nyckelkomponent i bränslecellsbilen.
Användningen av många värdesiffror i beräkningar och resultatredovisning antyder hög exakthet men vid jämförelse mellan olika studier framgår det att variationen kan bli ganska stor. Det är med andra ord viktigt att inte förledas att tro att kostnaden kan skattas med hög precision idag. Motsvarande studier för framtida energi- och effektbatterier uppvisar ungefär samma osäkerhet i bedömningen.
En svensk studie med ambitionen att redovisa kostnadsutvecklingen för batterier och bränsleceller hävdar brist på underlag för bränslecellskostnaden [8]. Att döma av ovanstående ej fullständiga lista finns det i alla fall några studier numera att basera analyserna på.
Referenser
[1]  Bränslecellsfordon – nuläge och framtidsutsikter. Utskick i nyhetsbrevet. länk
[2] Tankstationer för vätgas – sammanfattning av flera internationella satsningar. Utskick i nyhetsbrevet. länk
[3] PEM Fuel Cell System Manufacturing Cost Analysis for Automotive Applications, Yong Yang, Austin Power Engineering LLC, presentation vid Fuel Cell Seminar i oktober 2013, Columbus, OH
[4] Technical Developments & Manufacturing Cost Assessment of Automotive Fuel Cell Systems, Brian D. James, Jennie M. Moton, Whitney G. Colella, Strategic Analysis Inc, presentation vid Fuel Cell Seminar i oktober 2013, Columbus, OH
[5] U.S. DOE Efforts to Address Fuel Cell Cost and Durability for Motive Applications, G. Kleen, D. Papageorgopoulos, J. P. Kopasz and T. Benjamin, Fuel Cell Technologies Office, USDOE, presentation vid Fuel Cell Seminar i oktober 2013, Columbus, OH
[6] McKinsey & Co. (2011) A Portfolio of Powertrains for Europe: A Fact-Based Analysis.länk (pdf)
[7] Greene, D.L. and Duleep, G. (2013) Status and Prospects of the Global Automotive Fuel Cell Industry and Plans for Deployment of Fuel Cell Vehicles and Hydrogen Refueling Infrastructure, revised July 2013, Oak Ridge National Laboratory, USA.länk (pdf)
[8] Kostnadsutveckling hos batterier och bränsleceller fram till 2025 en sammanställning, Sten Bergman, StonePower AB, Helena Berg, Libergreen AB, Peter Georén, KTH, på uppdrag av FFF-utredningen under perioden mars-juni 2013.länk (pdf)