Sammanfattning av stor amerikansk LCA och kostnadsstudie för personbilar (2015) samt (2025-2030)
Magnus Karlström
2016-06-14
Forskare från Argonne National Laboratory har tillsammans med den amerikanska bilindustrin, bränsleindustrin, elkraftsindustrin samt andra myndigheter i USA gjort en analys av utsläpp av växthusgaser från bränsleproduktion, fordonsanvändningen samt fordonstillverkningen från nuvarande och framtida (2025-2030) drivlinor och bränslen för medelstora personbilar i USA [1].
Studien innehåller också kostnadsuppskattningar till kund för de olika alternativen.
Det är en rejäl studie, som jag tänkte sammanfatta och analysera idag.
Cradle-to-Grave Lifecycle Analysis of U.S. Light-Duty Vehicle-Fuel Pathways: A Greenhouse Gas Emissions and Economic Assessment of Current (2015) and Future (2025-2030) Technologies
skrivet av Magnus Karlström
Rapporten är huvudsakligen skriven av Argonne National Laboratory, men de har samarbetat med Chevron Corporation, Electric Power Research Institute, Exxon Mobil Corporation, FCA US LLC, Ford Motor Company, General Motors, National Renewable Energy Laboratory, Phillips 66 Company, Shell Oil Products US, samt U.S. Department of Energy.
Vill fall har de räknat på och viktiga antagande
De har gjort livscykelanalys och kostnadsanalysen på tre fall.
– Fall 1: USA, år 2015, stor volymförsäljning av alla drivlinor och bränslen.
– Fall 2: USA, år 2015, liten volymförsäljning av de nya drivlinorna och bränslen. Nya drivlinor är t ex laddhybrider, batterielbilar samt bränslecellsbilar.
– Fall 3: USA, år, 2025-2030, samt volymförsäljning av alla drivlinor och bränslen.
I alla fall räknar de på en medelstor bil dvs ungefär samma storlek som en Ford Fusion. Den medelstora bilen ska klara följande prestandakrav:
– 0 – 60 mph (0-96 km/h) på max 9 sekunder
– ska klara 6% stigning med en hastighet på 104 km/h
– ska klara en maxhastighet på 160 km/h
– ska klara 256 000 km under sin livslängd. Det finns ett undantag batterielbilen med en ”riktig” elräckvidd på 144 km ska enbart klara 176 000 km under sin livslängd.
De har med BEV (batterielbilar), PHEV (laddhybrider) samt FCV (bränslecellsbilar) i studien
För bränslen har de bara inkluderat bränslen som de bedömer kan ta 10% av marknaden. För fall 3 dvs för åren 2025-2030 har de bara med bränslealternativ med låga utsläpp av växthusgaser. För bensin har de t ex bara med bensin tillverkad av skog för perioden 2025-2030.
Kostnadsberäkningarna för de olika bränslen är baserade på modeller och rapporter som DOE tagit fram. DOE är det amerikanska energidepartementet.
I livscykelanalysen har de med växthusgasutsläppen från bränsleproduktion och distribution, användning i bilen samt produktionen av bilen och bilkomponenter.
För kostnadsanalysen räknar de på slutkostnad för en amerikansk kund, men utan alla skatter eller subventioner. De räknar med en mark-up kostnad på 1,5. Mark-up är den faktor som multipliceras med en komponentkostnad för företaget för att få kostnaden till en slutkund. Mark-up innehåller t ex vinstmarginal, vinst för bilhandlare, utvecklingskostnader, logistik samt produktionskostnader för bilföretaget.
När de räknar ut kostnad per körd mile så har de enbart med kostnaden för värdeminskningen för fordonet samt bränslekostnaden. De har inte med drift och underhåll kostnader.
Metod för dimensionering av komponenter samt bränsleförbrukning
De har använt simuleringsmodellen Autonomie för att dimensionera alla komponenter för att uppnå prestandakraven för den medelstora bilen [3].
Bränsleförbrukning är också beräknad från Autonomie.
Autonomie innehåller också kostnadsuppskattningar för olika komponenter för olika år [3]. Autonomie blev uppdaterad i år och den nya uppdateringen innehåller stora excelfiler med t ex kostnadsuppskattningar för t ex batterier [3].
Det är lite svårt att hitta rätt i alla siffror, men om jag uppfattat det rätt så har de t ex använt ett värde på 200 USD/kWh för batterielbilar för året 2025. Då är det kostnaden för bilföretaget. För kund är kostnaden ca 300 USD/kWh om vi använder en mark-up faktor på 1,5.
Ett exempel vad de får fram är den relativa bränsleekonomin i en medelstor bil med olika drivlinor för året 2025-2030 (se sid 87 av 210 [1]).
ICE (bensin) 100 (referens)
ICE (diesel) 111
HEV (bensin) 155
BEV90 349
BEV210 311
FCV 209
BEV90 står för en batterielbil som har en ”riktig” elräckvidd på 90 miles dvs ca 144 km.
För att beräkna bränsleförbrukning har de givetvis med faktorer som att en BEV210 kommer väga mer än en BEV90.
De har också med att energidensititet blir bättre för batterier samt att alla bilar kommer innehålla mer lättvikt.
Det innebär att för perioden 2025-2030 så har en batterielbil med ”riktig” elräckvidd på 210 miles (336 km) en energiförbrukning per km som är ungefär hälften så stor som en HEV eller ca 67% av bränslecellsbilen. Då ingår bara användningen i fordonet och inkluderar inte förluster att ta fram bränslena.
Resultat
De presenterar resultatet på tre sätt för de tre fallen samt alla kombinationer av drivlinor och bränslen.
Det första resultatet är totala utsläpp av växthusgasutsläpp.
Det andra är kostnad per amerikansk mil.
Det tredje är kostnaden för varje ton växthusgas som inte blivit utsläppt.
I en Green Car Congress artikel finns alla grafer med som visar resultaten på ett översiktligt sätt [2].
Det finns några resultat som är värda att komma ihåg.
Det är inget alternativ som kommer nära noll gram växthusgasutsläpp per km. Det beror på att produktionen av bilar kommer fortsätta ha utsläpp av växthusgasutsläpp även om t ex elen och vätgas kan göras från förnybara källor som t ex vind eller sol. Det är ett antagande de gör. Tesla Motors och även andra bilföretag arbetar aktivt att göra produktionen fri från utsläpp av växthusgaser också, så det går att diskutera det antagandet.
En bränslecellsbil som använder vätgas som kommer från naturgas har mindre utsläpp av växthusgaser än en BEV210 som använder el som kommer från USA:s elmix. Det gäller för året 2015. En BEV90 har mindre utsläpp än bränslecellsbilen.
En HEV som använder biobränsle kommer vara konkurrenskraftig mot många BEV och FCV alternativ när det gäller totala växthusgasutsläpp.
För kostnad per mile så kommer en vanlig förbränningsmotorbil med biobränsle vara billigast för perioden 2025-30. De dyraste alternativen är BEV90 och BEV210.
En viktig slutsats är också att det dyra är värdeminskningen för bilen och inte bränslet. För både FCV och BEV så står bränslekostnaden för ca 10% av totala kostnaden under en 15 års period.
För kostnad per reducerad mängd ton koldioxid under perioden 2025-2030 så är laddhybrider tillsammans med biobränsle en kostnadseffektiv lösning. Laddhybrider med biobränsle är ett mer kostnadseffektivt sätt att minska växthusgaser än att förbättra förbränningsmotorbilar för perioden 2025-2030.
Även HEV med biobränsle är ett kostnadseffektivt sätt att minska CO2. BEV90 och BEV210 är de alternativen som är de dyraste sätten att minska CO2 under perioden 2025-2030.
Egna kommentar
Mycket siffror blir det.
I studien kommer de fram till att en BEV210 kommer kosta 43 056 under perioden 2025-2030.
Det är lite underligt när basmodellen GM Bolt kostar ca 37 000 USD samt Tesla Model 3 35 000 USD 2017.
Det är inte så att de räknar med jättedyr batterikostnad. Om jag fattar det rätt så antar de ca 200 USD/kWh 2025, men ändå kommer de upp till 43 056.
Jag läste en annan liknade rapport för ett tag sen. Det var den europeiska Auto Fuel Study [4]. Där räknade de på en mark-up faktor på 1,8. Det är mer än vad den här studien räknar med.
Personligen är jag inte så intresserad av de exakta resultaten. Indata siffrorna kan ändras med teknikframsteg och antaganden, men det var intressant att de gjorde utvärdering baserat på totala utsläpp växthusgaser, kostnad per km samt kostnad per reducerad mängd växthusgaser.
Vilka alternativ som är mest önskvärda blir olika med de tre utvärderingskriterierna. Det kanske är tänkvärt.
Även om de i rapporten skriver att medelstora bilar är en bra proxy för transportsektorn, så skulle det vara intressant att se resultaten för olika fordonstyper samt olika kundgrupper.
Rapporten är på 210 sidor och mycket är baserat på Autonomie rappporten som nästan är lika stor. Det finns mycket data.
Studien är lik JEC – Joint Research Centre-EUCAR-CONCAWE well-to-wheel studien, men i den studien har de inte med utsläpp från fordonstillverkningen. Det är kanske dags att göra ett försök även för den europeiska referensstudien.
Referenser
[1] Cradle-to-Grave Lifecycle Analysis of U.S. Light-Duty Vehicle-Fuel Pathways: A Greenhouse Gas Emissions and Economic Assessment of Current (2015) and Future (2025-2030) Technologies. 2016. A. Elgowainy, J. Han, J. Ward, F. Joseck, D. Gohlke, A. Lindauer, T. Ramsden, M. Biddy, M. Alexander, S. Barnhart, I. Sutherland, L. Verduzco, T.J. Wallington. länk (går att ladda hem rapporten som fulltext)
[2] US DRIVE releases comprehensive cradle-to-grave analysis of light-duty vehicle GHGs, cost of driving and cost of avoided GHGs. Green Car Congress. 9 Juni. länk
[3] Moawad et al. 2016. Assessment of Vehicle Sizing, Energy Consumption and Cost through Large Scale Simulation of Advanced Vehicle Technologies. 2016. länk (går att ladda hem rapporten som fulltext)
[4]. Auto Fuel Study. 2016. länk (pdf)
Rapporten är huvudsakligen skriven av Argonne National Laboratory, men de har samarbetat med Chevron Corporation, Electric Power Research Institute, Exxon Mobil Corporation, FCA US LLC, Ford Motor Company, General Motors, National Renewable Energy Laboratory, Phillips 66 Company, Shell Oil Products US, samt U.S. Department of Energy.
Vill fall har de räknat på och viktiga antagande
De har gjort livscykelanalys och kostnadsanalysen på tre fall.
– Fall 1: USA, år 2015, stor volymförsäljning av alla drivlinor och bränslen.
– Fall 2: USA, år 2015, liten volymförsäljning av de nya drivlinorna och bränslen. Nya drivlinor är t ex laddhybrider, batterielbilar samt bränslecellsbilar.
– Fall 3: USA, år, 2025-2030, samt volymförsäljning av alla drivlinor och bränslen.
I alla fall räknar de på en medelstor bil dvs ungefär samma storlek som en Ford Fusion. Den medelstora bilen ska klara följande prestandakrav:
– 0 – 60 mph (0-96 km/h) på max 9 sekunder
– ska klara 6% stigning med en hastighet på 104 km/h
– ska klara en maxhastighet på 160 km/h
– ska klara 256 000 km under sin livslängd. Det finns ett undantag batterielbilen med en ”riktig” elräckvidd på 144 km ska enbart klara 176 000 km under sin livslängd.
De har med BEV (batterielbilar), PHEV (laddhybrider) samt FCV (bränslecellsbilar) i studien
För bränslen har de bara inkluderat bränslen som de bedömer kan ta 10% av marknaden. För fall 3 dvs för åren 2025-2030 har de bara med bränslealternativ med låga utsläpp av växthusgaser. För bensin har de t ex bara med bensin tillverkad av skog för perioden 2025-2030.
Kostnadsberäkningarna för de olika bränslen är baserade på modeller och rapporter som DOE tagit fram. DOE är det amerikanska energidepartementet.
I livscykelanalysen har de med växthusgasutsläppen från bränsleproduktion och distribution, användning i bilen samt produktionen av bilen och bilkomponenter.
För kostnadsanalysen räknar de på slutkostnad för en amerikansk kund, men utan alla skatter eller subventioner. De räknar med en mark-up kostnad på 1,5. Mark-up är den faktor som multipliceras med en komponentkostnad för företaget för att få kostnaden till en slutkund. Mark-up innehåller t ex vinstmarginal, vinst för bilhandlare, utvecklingskostnader, logistik samt produktionskostnader för bilföretaget.
När de räknar ut kostnad per körd mile så har de enbart med kostnaden för värdeminskningen för fordonet samt bränslekostnaden. De har inte med drift och underhåll kostnader.
Metod för dimensionering av komponenter samt bränsleförbrukning
De har använt simuleringsmodellen Autonomie för att dimensionera alla komponenter för att uppnå prestandakraven för den medelstora bilen [3].
Bränsleförbrukning är också beräknad från Autonomie.
Autonomie innehåller också kostnadsuppskattningar för olika komponenter för olika år [3]. Autonomie blev uppdaterad i år och den nya uppdateringen innehåller stora excelfiler med t ex kostnadsuppskattningar för t ex batterier [3].
Det är lite svårt att hitta rätt i alla siffror, men om jag uppfattat det rätt så har de t ex använt ett värde på 200 USD/kWh för batterielbilar för året 2025. Då är det kostnaden för bilföretaget. För kund är kostnaden ca 300 USD/kWh om vi använder en mark-up faktor på 1,5.
Ett exempel vad de får fram är den relativa bränsleekonomin i en medelstor bil med olika drivlinor för året 2025-2030 (se sid 87 av 210 [1]).
ICE (bensin) 100 (referens)
ICE (diesel) 111
HEV (bensin) 155
BEV90 349
BEV210 311
FCV 209
BEV90 står för en batterielbil som har en ”riktig” elräckvidd på 90 miles dvs ca 144 km.
För att beräkna bränsleförbrukning har de givetvis med faktorer som att en BEV210 kommer väga mer än en BEV90.
De har också med att energidensititet blir bättre för batterier samt att alla bilar kommer innehålla mer lättvikt.
Det innebär att för perioden 2025-2030 så har en batterielbil med ”riktig” elräckvidd på 210 miles (336 km) en energiförbrukning per km som är ungefär hälften så stor som en HEV eller ca 67% av bränslecellsbilen. Då ingår bara användningen i fordonet och inkluderar inte förluster att ta fram bränslena.
Resultat
De presenterar resultatet på tre sätt för de tre fallen samt alla kombinationer av drivlinor och bränslen.
Det första resultatet är totala utsläpp av växthusgasutsläpp.
Det andra är kostnad per amerikansk mil.
Det tredje är kostnaden för varje ton växthusgas som inte blivit utsläppt.
I en Green Car Congress artikel finns alla grafer med som visar resultaten på ett översiktligt sätt [2].
Det finns några resultat som är värda att komma ihåg.
Det är inget alternativ som kommer nära noll gram växthusgasutsläpp per km. Det beror på att produktionen av bilar kommer fortsätta ha utsläpp av växthusgasutsläpp även om t ex elen och vätgas kan göras från förnybara källor som t ex vind eller sol. Det är ett antagande de gör. Tesla Motors och även andra bilföretag arbetar aktivt att göra produktionen fri från utsläpp av växthusgaser också, så det går att diskutera det antagandet.
En bränslecellsbil som använder vätgas som kommer från naturgas har mindre utsläpp av växthusgaser än en BEV210 som använder el som kommer från USA:s elmix. Det gäller för året 2015. En BEV90 har mindre utsläpp än bränslecellsbilen.
En HEV som använder biobränsle kommer vara konkurrenskraftig mot många BEV och FCV alternativ när det gäller totala växthusgasutsläpp.
För kostnad per mile så kommer en vanlig förbränningsmotorbil med biobränsle vara billigast för perioden 2025-30. De dyraste alternativen är BEV90 och BEV210.
En viktig slutsats är också att det dyra är värdeminskningen för bilen och inte bränslet. För både FCV och BEV så står bränslekostnaden för ca 10% av totala kostnaden under en 15 års period.
För kostnad per reducerad mängd ton koldioxid under perioden 2025-2030 så är laddhybrider tillsammans med biobränsle en kostnadseffektiv lösning. Laddhybrider med biobränsle är ett mer kostnadseffektivt sätt att minska växthusgaser än att förbättra förbränningsmotorbilar för perioden 2025-2030.
Även HEV med biobränsle är ett kostnadseffektivt sätt att minska CO2. BEV90 och BEV210 är de alternativen som är de dyraste sätten att minska CO2 under perioden 2025-2030.
Egna kommentar
Mycket siffror blir det.
I studien kommer de fram till att en BEV210 kommer kosta 43 056 under perioden 2025-2030.
Det är lite underligt när basmodellen GM Bolt kostar ca 37 000 USD samt Tesla Model 3 35 000 USD 2017.
Det är inte så att de räknar med jättedyr batterikostnad. Om jag fattar det rätt så antar de ca 200 USD/kWh 2025, men ändå kommer de upp till 43 056.
Jag läste en annan liknade rapport för ett tag sen. Det var den europeiska Auto Fuel Study [4]. Där räknade de på en mark-up faktor på 1,8. Det är mer än vad den här studien räknar med.
Personligen är jag inte så intresserad av de exakta resultaten. Indata siffrorna kan ändras med teknikframsteg och antaganden, men det var intressant att de gjorde utvärdering baserat på totala utsläpp växthusgaser, kostnad per km samt kostnad per reducerad mängd växthusgaser.
Vilka alternativ som är mest önskvärda blir olika med de tre utvärderingskriterierna. Det kanske är tänkvärt.
Även om de i rapporten skriver att medelstora bilar är en bra proxy för transportsektorn, så skulle det vara intressant att se resultaten för olika fordonstyper samt olika kundgrupper.
Rapporten är på 210 sidor och mycket är baserat på Autonomie rappporten som nästan är lika stor. Det finns mycket data.
Studien är lik JEC – Joint Research Centre-EUCAR-CONCAWE well-to-wheel studien, men i den studien har de inte med utsläpp från fordonstillverkningen. Det är kanske dags att göra ett försök även för den europeiska referensstudien.
Referenser
[1] Cradle-to-Grave Lifecycle Analysis of U.S. Light-Duty Vehicle-Fuel Pathways: A Greenhouse Gas Emissions and Economic Assessment of Current (2015) and Future (2025-2030) Technologies. 2016. A. Elgowainy, J. Han, J. Ward, F. Joseck, D. Gohlke, A. Lindauer, T. Ramsden, M. Biddy, M. Alexander, S. Barnhart, I. Sutherland, L. Verduzco, T.J. Wallington. länk (går att ladda hem rapporten som fulltext)
[2] US DRIVE releases comprehensive cradle-to-grave analysis of light-duty vehicle GHGs, cost of driving and cost of avoided GHGs. Green Car Congress. 9 Juni. länk
[3] Moawad et al. 2016. Assessment of Vehicle Sizing, Energy Consumption and Cost through Large Scale Simulation of Advanced Vehicle Technologies. 2016. länk (går att ladda hem rapporten som fulltext)
[4]. Auto Fuel Study. 2016. länk (pdf)