Elektrikli taşıt fırsat mı tehdit mi?

Elektrikli taşıt fırsat mı tehdit mi?

Prof. Dr. R. Nejat TUNCAY

Okan Üniversitesi

Tekerleğin icadından bu yana insanoğlu, karada ulaşım ve taşımacılık amacıyla çeşitli taşıt araçlarını kullanmıştır. Bir süre sonra, kas kuvvetinin yerini atlar almış ve güç birimi olarak “Beygir Gücü” kullanılmaya başlanmıştır. 18. Yüzyılda Buhar türbinin icadını takiben, özellikle demiryolu ulaşımında buhar gücü ile çalışan lokomotifler geliştirilmiş ve 20. Yüzyılın son çeyreğine kadar kullanılmıştır. Elektrikli otomobil ile ilgili ilk buluşlar 1832 yılında Robert Anderson ve 1934 yılında Thomas Devenport isimleriyle başlamış ve 19 cu yüzyılın sonuna kadar Bosch ve Edison dahil bir çok uygulama prototipi geliştirilmiştir. 19 yüzyılın sonu ve 20. yüzyılın başında ABD’de satılan otomobillerin büyük bir çoğunluğu, batarya ile çalışan elektrikli otomobillerdi. Hatta 1899 yılında NewYork da çalışan taksilerin %90 u elektrikli idi. Şekil 1. de “Electric Carriage and Wagon Company ‘ nin New York taksi uygulaması görülüyor.[1]

O zaman, neden elektrikli araçlar 1920 yılından sonra ortadan kayboldu ? Bu sorunun cevabı çok açıktır. Uzun yolların yapılmasıyla uzun menzil ihtiyacının oluşması, içten yanmalı motorların ve aktarma organlarının iyileştirilmesi ve Henry Ford’un seri üretime başlayarak maliyet üstünlüğü sağlaması, petrolün bollaşması ve ucuzluğu bunun başlıca nedenlerindendir. Özetle karayolu taşıtlarında teknoloji seçiminde; performans üstünlüğü, ilk yapım ve işletme maliyeti, menzil,  sağlamlık, servis ve bakım kolaylığı gibi konular ön plana çıkmıştır.

Peki bu gün neler oluyor ki elektrikli taşıtlar yeniden pazar payını artırıyor ? Yukarıdaki ölçütler hala geçerli olmakla birlikte, başlıca 2 yeni parametre diğerlerinin üzerine çıkmıştır. Bunlar; Enerji ve Küresel Isınmadır. 21 ci yüzyıl’da otomotiv için ana tema,  enerji kaynaklarının daha verimli kullanılması ve sera gazı salınımlarının azaltılmasıdır. Dünyada tüketilen birincil enerjilerin % 40.9 u petrol ve türevleridir. Bunun % 49.3 ü karayolu ulaşımı için harcanmaktadır[2]. Sektör olarak ele alındığında enerji tüketiminde ulaştırmanın payı %29 dur. [3]. International Energy Agency’nin (IEA) raporlarında, küresel ısınmayı 2Co altında tutmak için bazı senaryoların önerildiği görülüyor[4]. Küresel ısınmanın tek sorumlusunun, taşıtlar tarafından salınan Karbondioksit (CO2) ve diğer sera gazlarının (NOx) olmadığı bilinmekle beraber, bunların toplam salım içerisindeki oranının %  34.8  gibi önemli bir miktarda olduğu da görülmektedir[2].

İçten yanmalı motorlu (IYM) taşıtlar ile elektrikli taşıtlar, enerji verimliliği açısından karşılaştırırken, kuyudan tekerleğe tüm kayıpların göz önüne alınması gerekir. Kuyudan çıkan petrolün rafine edilmesi, veya eşleniği doğal gazın elektriğe dönüştürülmesi sırasındaki kayıplardan başlamak üzere, elektrik hat kayıpları, güç elektroniği ve elektrik makine kayıpları ve aktarma kayıpları dahil bir elektrikli aracın kuyudan-tekerleğe kadar olan enerji verimi % 40 olarak bulunmuştur. Buna karşılık IYM’li bir araçta bu oranın % 15 olduğu iddia edilmektedir[5]. CO2 salımı açısından benzer bir karşılaştırma yapıldığında, elektrikli taşıtların sıfır sera gazı yaydığı iddiasının anlamsızlığı görülür. Elektrikli taşıtlarda kullanılan elektrik üretilirken, ne ölçüde sera gazının atmosfere verildiği göz önüne alınmak durumundadır. Kömür santralleri ile elektrik üretiminin yoğun olduğu ülkelerde, bir elektrikli aracın dolaylı olarak atmosfere saldığı CO2, benzinli bir aracınkinden biraz küçüktür (90-110 g/km). Yenilenebilir veya nükleer enerji ile elektrik enerjisi üreten ülkelerde, elektrikli taşıtların yaydıkları CO2 ise, büyük ölçüde azalmaktadır. Örneğin Fransa’da kullanılan bir elektrikli araç için bu değer 20-25 g/km iken Italya da 120-140 g/km değerine kadar yükselmektedir. Türkiye’de 2018 yılı itibariyle elektrik enerjisi üretiminde, kömür %36, doğal gaz %31 ve toplam yenilenebilir kaynaklar  %33 düzeyinde olup, elektrikli aracın km başına CO2 salımı 62 g/km değerindedir.

Özetle küresel ısınma ve enerji verimi gibi nedenlerle hükümetler çeşitli teşvikler ile elektrikli araç satışlarını desteklemişler ve satışlar artmıştır. Örneğin 2017 yılında dünyada satılan elektrikli binek araç sayısı, bir önceki yıla göre % 56 artışla 1.1 milyona ulaşmıştır. Buna o yıl satılan hafif ticari araç ve kamyon ile otobüs dahil değildir. 2030 yılında dolaşımdaki elektrikli araç sayısının 240 milyon ile, toplamın %14 üne ulaşacağı öngörülmektedir[6]. 2017 yılında Elektrikli Araç pazar büyüklüğü 43 Milyar ABD Dolarına ulaşmıştır. Bunun içinde bataryanın payı yaklaşık 8 Milyar dolardır[7].Önümüzdeki 2 yıl içersinde  340 yeni Elektrikli Araç modelinin piyasaya çıkacağı tahmin edilmektedir (IAEC, 2018 Kersten Heineke). Şekil 2. de elektrikli araç satışının son yıllardaki artışı görülmektedir.

Elektrikli araçlar Şekil 3. de görüldüğü gibi, bileşenleri bakımından benzinlilere göre çok daha basittir. Başlıca bileşenler :

  1. İtki Grubu: Güç Elektroniği, Elektrik Motoru, Basit Dişli Aktarma Sistemi, Motor Kontrol Sistemi
  2. Enerji Grubu: Batarya, Batarya Şarj Sistemi, Batarya Yönetim Sistemi,
  3. Kontrol ve Yazılım Grubu: Elektronik Kontrol Birimi, Haberleşme Modülleri, Enerji Yönetim Sistemi donanım ve yazılımları

Her Araçta Bulunan Diğer Sistemler dir.

Basitliğine ve performans üstünlüğüne rağmen, elektrikli araçların küresel ölçekte yaygınlaşmasının  önünde halen  2 engel bulunmaktadır. Bunlardan ilki,  bataryanın depolamış olduğu enerjinin, aynı boyuttaki veya ağırlıktaki bir benzin tankı ile karşılaştırıldığında enerji yoğunluğunun  çok düşük kalmasıdır. Diğer engel ise çoğunlukla bataryadan kaynaklanan yüksek maliyetir. ABD Enerji Bakanlığı, 2012 yılından 2022 yılına kadar elektrik itki sistemlerinin: hacimde %35, ağırlıkta % 40 ve maliyette 4 kat azaltma hedeflerini belirlemiştir[8]. 2008 yılında lityum pillerin birim enerji (kWh) başına  maliyeti 1000 dolar iken, 2020 yılında bu değerin 100 dolar düzeyine düşeceği hesaplanmaktadır. Yapılan bir çalışmada, 100 km de 6.6 lt  benzin tüketen bir benzinli araç ile benzeri boyutta bir elektrikli araç karşılaştırılmış, elektrik fiyatı 12 cent/kWh (63 kr/kWh), benzin fiyatı ise 0.8 cent/lt olarak alınmış ve 2020 yılında bu aracın yılda 20 bin km den daha fazla kullanıldığı takdirde daha ucuza geleceği bulunmuştur. Benzeri bir hesap benzinin 1.5 dolar/lt değeri için yapılmış ve başabaş maliyet  10 bin km bulunmuştur[9]. Bu hesap Türkiye’ye uyarlandığında, elektrik 0.58 TL/kWh ve benzin 6 TL/lt alınarak,  kurun 5.25 TL değeri için kritik menzil 15 bin km/yıl olarak bulunmuştur.

Özetle ifade etmek gerekirse, elektrikli araçların itki sistemleri benzinli araçlar ile karşılaştırıldığında çok yalındır, verim ve performansları üstündür. Sera gazı salınımları daha düşüktür. Elektrikli araçların işletme maliyetleri, benzinlilerin yaklaşık üçte biri kadardır, ilk yapım maliyetlerinin de 10 yıl içinde rekabetçi hale geleceği anlaşılmaktadır.

Hidrojen ve Oksijenden elektrik elde edilmesini sağlayan Yakıt Pil (Fuel Cell) teknolojisi bu gün için hala pahallı ve geliştirilmeye muhtaçtır. Satılan tek otomobil, Toyota’nın Mirai isimli aracıdır. 2015 yılında ABD pazarına da giren bu aracın ticari başarısı çok sınırlı kalmıştır. Otomotiv firmaları daha uzun vadede özellikle kamyon ve otobüs gibi büyük güçlü uygulamalarda Yakıt Pili ile beslenen elektrikli araçlar üzerinde çalışmaktadırlar.

TÜRKİYE de durum :

Muhakkak ki geçmişte Türkiye’deki üniversitelerde ve çeşitli atölyelerde elektrikle çalışan araçlara ilişkin çeşitli çalışmalar olmuştur, ancak bilgimiz dahilinde sanayi ürünü olan bir yerli aracın elektrikli olarak geliştirilmesi ilk kez Tübitak MAM laboratuvarlarında 2001-2002 yıllarında gerçekleştirilen Tofaş- Doblo projesidir[10]. Daha sonra Tofaş, Jan Nahum’un öncülüğünde MEKATRO Anonim şirketini kurmuş ve daha sonra Prof. Orhan Alankuş’un başkanlığındaki Tofaş ArGe bölümü bünyesinde çeşitli projeler yapılmıştır. Benzeri tarihlerde, 2004-2008 yıllarında Tübitak MAM-Ford OTOSAN ve İTÜ işbirliği ile  FOHEV 1 ve FOHEV 2   Elektrikli Ford Transit  minibüsler  geliştirilmiştir. Daha sonra Oyak- Renault fabrikası Fluence’in elektrikli modelini hazırlamış ve satışa sunmuştur. 2010-12 yıllına gelindiğinde Tofaş Doblo ve Otosan Transit modelleri teknik olarak oldukça yeterliydi. Bu modellerin neden piyasaya sürülmediği hususu, ve Fluence’in ticari yönü, bu yazının sınırları içine sığamayacak kadar kapsamlıdır [11].   Bu çalışmalara paralel olarak Derindere ve Hexagon-Taksi uygulamaları ile, Karsan, Anadolu Izusu, Otokar, Temsa-Aselsan ve Bozankaya prototipleri geliştirilmiş bir kısmı belediyelerin hizmetine sunulmuş elektrikli otobüslerdir.

Bilindiği gibi Türkiye’nin kendi elektrikli aracının geliştirilmesi için bir konsorsiyum oluşturulmuştur. Bu konsorsiyumun Vestel tarafının, özellikle pil konusunda belirli bir ilerleme sağladığı ve üretim hazırlığı yaptığı duyulmaktadır. Diğer yönden aracın şasi ve gövde tasarımı, itki sistemi ve enerji yönetim sistemi konusunda çalışmaların ne aşamada olduğu konusunda bir bilgi bulunmamaktadır.

Bilebildiğimiz kadar yurt dışındaki örneklerinin tersine Türkiye’de elektrikli aracın temel bileşenleri olan, itki sistemi, enerji besleme ve yönetim sistemi ve kontrol sisteminin donanım ve yazılımları alanında, rafta hazır satılabilir bir ürün bulunmuyor. Üretim sayısı arttıkça yurt dışı ürünlerin kalitesi yükselmeye devam edecek, maliyetleri düşecek ve Türkiye’de geliştirilecek prototiplerin rekabet şansı giderek yok olacaktır. Buna ek olarak, benzinli araçlar için bileşen üreten otomotiv yan sanayi firmalarımızın ürettikleri ürünler, elektrikli araçlarda olmadığı için giderek yok olacaktır. Elektrikli araç teknolojisi için çokça kullandığımız “ Büyük otomotiv firmaları yüz yıl boyunca teknoloji geliştirdiler, onlara yetişmek imkansızdı, ancak elektrikli araçlarda yarış yeni baştan başlıyor, Türkiye’nin şansı büyüktür” ifadesi giderek anlamını yitiriyor. Korkarım ArGe çalışmalarında hızlanmaz ve yenilikçi ürünler ile bu gidişi tersine çeviremezsek, katma değeri düşük montaj aşamasına geri dönmek zorunda kalabiliriz.

Yeni çağın elektrikli aracının, tüm yapay zeka yetilerine sahip otonom özellikte olacağı anlaşılıyor. Bu konu bir başka yazının alanını oluşturduğu için burada ele alınmamıştır.

 

Prof. Dr. R. Nejat TUNCAY,

Okan Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi,

Ulaştırma Teknolojileri ve Akıllı Otomotiv Sistemleri Uygulama ve Araştırma Merkezi Md.

 

Kaynaklar :

[1] Zaghary Zhahan, Electric Car Evolution, Clean Technica, 26.4.2015.

[2] Key World Energy Statistics, IEA, International Energy Agency, sayfa 16,18,26, 2018.

[3] World Energy Balances, IEA, Sayfa7,2018.

[4] World Energy Outlook,IEA,2011,12,13…..2018.

[5] Michael Kaufmann, Efficient mobility, EET-2008 – Geneva – 11th – 13th March 2008.

[6] Global Electric Vehicle Outlook, IEA, 2018.

[7] World Energy Investment, iea,2018.

[8] Electric Drive Targets, USA Department of Energy, web page.

[9] Global Electric Vehicle Outlook, IEA, 2018.

[10] ELIT-1,Doblo Elektrikli Araç Projesi,TÜBİTAK-Marmara Araştırma Merkezi, 2002.

[11] Tuncay Celikel A., Factors Affecting Research and Development (R&D) Collaboration of Multinational Enterprises (MNEs) and their Local Partner Firms: A Case Study of Turkish Automotive Industry, Ph.D. Thesis, Işık University,2009.

 

İtalya (2010 yılı, %11 nükleer, %20 renewable, %69 fossil) 120-140g CO2/km, Fransa  (2010 yılı, %75 nükleer, %20 renewable, %5 fossil) 20-25g CO2/km.

Wind/Hydroelectric                     -> 0g CO2/km

Natural Gas                                  -> 57g CO2/km

Coal                                              -> 121g CO2/km

By considering the power mix in Turkey; The well to wheel  CO2 emission of EV is

                 61,3g CO2/km  

2018 Türkiye Kömür  %36………………     121 g/km   =%  43.56

Doğal Gaz %31………………………………..       57 g/km   = % 18

Hidro  %22  ………………………………………          0 g/km  = % 0

Güneş, Rüzgar, Biyokütle, Geotermal = %11  0 g/km = % 0

Toplam = % 62

Leave a Reply