材料科学の進歩により、e-Roadが現実のものになりつつあります
運輸部門は、地球規模の気候変動とCO2排出に大きく貢献することが示されています[1]。電気自動車（EV）は、クリーンエネルギー惑星への移行において戦略的に重要であると考えられています[2]。
EVの採用は、大気汚染物質の最小化、都市の空気の清浄化、騒音放出の低減、経済の活性化など、多くの環境的、社会的、経済的利益をもたらすことを約束します[3]。 EVは、特にエネルギー源が風力や太陽光発電などのクリーンなエネルギー源にシフトされている場合に、エネルギー消費と温室効果ガス排出量を大幅に削減できます[4][5]。
EVを幅広く採用することのメリットは注目に値するようですが、一般に受け入れられるまでの課題は依然として重要です。 EVは最近、性能と走行距離の両方の点で大幅に開発されましたが、バッテリーの重量、サイズ、コスト、小規模または存在しない充電インフラストラクチャネットワーク、長時間の充電、比較的高いコストなどの制限に悩まされています。従来の車両と比較して[3]。
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全電気自動車の市場シェアは、多くの国でまだ低いです。 www.openchargemap.org
EVのインフラストラクチャの開発は、EVの幅広い採用を達成するために直面する重要な問題です。この文脈の中で、電化された道路は、EVの普及の限界を克服することを可能にする可能性のある重要な役割を果たしています。
EVのバッテリーの制限
EVの重大な限界を解決するために、EVバッテリーの開発と最適化をさらに推進することは明らかな解決策の1つであるように思われます。しかし、バッテリーテクノロジーの改善が成功したとすると、気候、環境、またはリソースへのアクセスに関連する他の課題がまだあります。
EVのバッテリーに関する持続可能性の懸念はまだ完全に解決されていません。基本的に、リチウムイオントラクションバッテリーに必要な主要金属であるリチウム、コバルト、ニッケルが、持続可能性の手段としてのEVの基本的な仮定と矛盾することなく持続的に抽出できるかどうかを理解することが重要です[6]。
たとえば、コバルトの採掘は主に世界の後発開発途上国の1つであるコンゴ民主共和国に集中しています。この国は、人権侵害、危険な労働条件、強制労働、児童労働の強力な証拠に加えて、コバルトのバリューチェーンの透明性が限られています[7][8]。リチウム供給業者は、倫理的な調達の考慮事項に対処する必要があります。また、リチウムイオン電池の需要が常にカバーされるとは限りません[9][10]。
EVの充電技術
技術的改善は、EV充電技術にも関係しています。 現在のEV充電技術は、プラグイン、導電性、誘導性に分類できます。
プラグイン充電は、既存のほぼすべてのEVを充電できますが、EVを駐車して、エネルギー源に物理的に接続する必要があります。一方、導電性充電技術では、EVは移動中にパンタグラフを介して電力線と接触するため、短時間で高いエネルギー伝達が可能になります。
最近の誘導技術では、ワイヤレス電力伝送（WPT）とも呼ばれます。 、電力は、走行中またはショートストップ中に誘導結合を介してワイヤレスでEVに転送されます[2] [11]。
簡単に言うと、WPTテクノロジーは次のように説明できます。
- グリッドからの電気は、送信機コイルに電流を送ります。
- 電流は磁場を生成します;
- 磁場は、同じ周波数に調整された受信コイルに電流を誘導します。
まだ成熟した技術ではありませんが、WPTはEVの普及を妨げてきた多くの制限を克服することができます[12]。
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EVのワイヤレス充電（Roberts＆Zarracina、2017年から採用）
誘導技術には、[13]：
などの多くの利点があります。- バッテリー範囲の拡大。これは、範囲の不安が軽減されることを意味します。
- バッテリーが小さく、充電が速いため、機動性が向上します。
- ドライバーは、汚れた潜在的に危険なケーブル（雨、ケーブル、破壊行為など）に対処する必要がなく、充電プロセスが簡単です。
3つのEVの一般的な充電技術の比較表
e-ワイヤレス充電用道路
電気道路（e-Roads）は、単なるSFビジョンのように見えるかもしれませんが、私たちが思っているよりも早く実現しています。 e-Roadを使用すると、理論的には、移動中に無制限の数のEVをワイヤレスで充電できるため、充電ステーションのボトルネックを回避できます [6]。
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スマートコーティング、環境発電、センサー、その他のメディア。 StudioRoosegaardeとHeijmansのエンジニアによるコンセプトとデザイン
e-Roadsに実装されたニアフィールドWPTテクノロジーは、高電力であるがエアギャップ距離が制限された状態で、レシーバーデバイスに誘導的に電力を供給することができます。 WPTシステムの充電電力、転送距離、効率、安全性の面で大きな進歩があり、その実用化が大幅に進んでいます[14]。 さらに、動的充電用の道路を本格的に配線することは、多数の電気自動車で大型バッテリーを使用するよりも持続可能である可能性があります[13]。
e-Road建設技術は、現場ベースまたはプレハブベースの設置で開発中であり、[15]：
に分類されます。- トレンチベースの方法（地下層または表面フラッシュでの建設）;
- マイクロトレンチウェイ（地下のみの掘削）;
- フルレーンの交換（サブサーフェスレイヤーまたはサーフェスフラッシュでのフルレーン幅の建設）;
- プレハブのフルレーン幅（サブサーフェスレイヤーまたはサーフェスフラッシュ）。
トレンチベースおよびマイクロトレンチベースの建設オプションの潜在的な利点には、設置期間の短縮（全車線幅の建設と比較した場合）、掘削される廃棄物の量の減少、およびメンテナンスのためのe-Roadシステムへのアクセスの容易さが含まれます[16 ]。
e-Roadのイネーブラーマテリアル
e-Roadは、EVの充電システムとしてWPTの採用を可能にしている特定の材料の磁気特性のおかげで、現実のものになりつつあります。磁化可能な材料、コンクリート、アスファルトの使用は、運輸部門に多くの機会をもたらします[16]。
コンクリートを導電性にする「Talga」および「Betotech」ソリューションは、無垢のグラフェン、グラファイト、および鉱石処理のシリカに富む副産物を添加した業界標準のセメントを使用して可能です[17]。このグラフェン強化コンクリートは、導電性が高く、電気抵抗率が0.05ohm-cmと低くなっています。同様の乾燥度で、セメントモルタルの一般抵抗率は約1,000,000ohm-cmと驚くほど高くなります。
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グラフェンのSEM画像（Mag =500xおよび10,000x）（i.lab Italcementi提供）
グラフェンの興味深い代替案は、「Magment」によって提案されたソリューションです。これは、磁性フェライト粒子を凝集体として使用して開発された、セメントベースまたはアスファルトベースの磁化可能なコンクリート材料で構成され、高周波電流が誘発。これは、従来の道路建設慣行と完全に互換性を保つために、従来のコンクリートの機械的特性を維持する特許技術です。
WPTは、磁場を受信機の方向に導き、それを地面に向けて制限するために、磁場を制御するために異なる磁性層を必要とします。
人工メタマテリアル（MM）を使用すると、電磁波を操作することで送信機コイルの優れた効率を実現できます。
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磁性材料の分類（Magment.de提供）
Magmentのテクノロジーの特定のケースでは、反磁性メタマテリアル（DM）層が磁化可能なコンクリート基板の下に配置され、電界集束（FF）層がコイルの上に配置されます[17]。
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さまざまな電気自動車の効率と送信機-ピックアップコイルの距離（Magment.de提供）
このコンクリートは、セラミックフェライトの製造と電子スクラップのリサイクルからの廃棄物である磁化可能な骨材のほぼ87％で構成されています。フェライトは、マンガン、亜鉛、カルシウム、アルミニウムなど、自然界に多く存在するさまざまな金属元素の酸化鉄で構成されたセラミック材料です。注目すべきプラス面は、フェライト粒子が主にフェライト産業からのリサイクル材料と急速に増加する電子廃棄物によって得られることですが、それらの電磁特性は不明である可能性があります[18]。
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ルワンダのE-Wasteリサイクル施設
e-Roadsの技術的側面
e-Roadは、特に技術デバイスが組み込まれているため、従来の道路よりも構造的に複雑です。 e-Roadの耐久性と最小限のメンテナンスは、e-Roadの実装にとって重要な要素です。 路面は、たわみやわだち掘れに対して高い機械的抵抗を提供する必要があります。 50〜60年の性能寿命を持つコンクリート道路は、必要な長期耐久性を満たすことができます。ただし、e-Roadは、最適化のためにさらに調査する必要があります。
WPTベースのe-Roadシステムで最も重要なコンポーネントは、コンクリートモジュールとパワーエレクトロニクスでできている充電ユニット（CU）スラブです。これらには、導電性コイルや磁気フェライトなどの充電システムが含まれます。
e-Roadsの構造的完全性の改善は非常に重要です。これには、高品質のコーティング、応力緩和膜または布地、重要な境界面でのプラグジョイント材料、強化材料、およびアスファルトオーバーレイのグラデーションの使用が含まれます[15][16]。
アプリケーションシナリオ
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「ニューディール、Les Routes du Futur du Grand Paris」、CRA-Carlo Ratti Associati
静的、静止、動的の誘導充電技術は、さまざまなアプリケーションシナリオで採用できます。
静的充電技術は、駐車場、バス停でのバス駐車場、および荷積みまたは荷降ろし中の貨物車両に採用することができます。固定充電技術は、タクシースタンドでのタクシーの待ち行列、バス停で停車するバス、ジャンクションで停車する車両に採用できます。動的充電技術は、専用の充電レーンを備えた高速道路や都市道路に採用できます[2]。
WPTは、特に公共交通機関やロジスティクスの分野で、近い将来に採用される可能性が最も高いため、有効なテクノロジーであることを示しています。
バッテリーのコストと自律性は、電気バスと貨物車のフリートの採用に関連する制限です。 ただし、この種の車両は常に同じ経路をたどるので、WPT動的充電技術を最大限に活用できます。さらに、この技術により、バッテリーの寸法を最大70％削減できると推定されています。その結果、車両全体の重量が減り、バッテリーの性能が向上します。
誘導充電は、2003年からイタリアのトリノで、2010年からオランダのユトレヒトですでにバスに電力を供給しています。韓国、イスラエル、ドイツも、公共電気バスの動的充電のための輸送ネットワークの実装に成功しています[12] [13] [ 19]。
一方、ノルウェーは、ノルウェーの道路の5％の電化により、大型車からの排出量のほぼ半分が削減されることを考慮して、長距離の重量物輸送の動的充電の実装に焦点を当てています[6]。
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「ニューディール、Les Routes du Futur du Grand Paris」、CRA-Carlo Ratti Associati
タクシーは通常、空港、駅、ホテルなどの戦略的な場所に列を作ったり、駐車したりする必要があります。 プラグインテクノロジーにより、タクシーは数時間駐車場に停車します。ワイヤレステクノロジーは、この重大な制限をうまく克服することができます。
オスロは、ダイナミックWPTを実装する世界初の都市になりつつあります タクシーのランクでゆっくりと移動する列にいる間に電気タクシーの充電を可能にします[22][23]。
さらに、ロジスティックセクターでは、電動フォークリフトや地上支援装置（GSE）などの車両は、充電を停止することなく、選択したルートでWPTの可能性を活用できます[14][17]。
「SmartRoadGotland 」という文脈の中で、スウェーデンのように、高速道路を電化するためのさまざまな実装プロジェクトが世界のさまざまな地域で開発されています。 」プロジェクト、 英国では高速道路イングランドの結果として の仕事。
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「ニューディール、Les Routes du Futur du Grand Paris」、CRA-Carlo Ratti Associati
産業技術