Your Extreme 2015: Norge 6.0

Your Extreme 2015: Norge 6.0 The Ducks on Mars; Tone Hjort Madsen, Kjersti Kløgtvedt Hansen, Mari Herskedal, Marthe Elise Hofgaard og Anja Jones Gudbrandsen 1

Innholdsfortegnelse Lagsammensetning s. 3 Problemavgrensning s. 3 Ingress s. 3 Introduksjon s. 4 Løsning s. 5 Utvikling fra 2015 til 2050 s. 9 Utfordringer s. 13 Globalt perspektiv s. 14 Konklusjon s. 15 Kildehenvisning til figurer s. 16 2

Lagsammensetning The Ducks on Mars er en gruppe med fem jenter som studerer ved sivilingeniørlinjen Produktutvikling og produksjon, en utdanning som gir oss bred kunnskap innenfor mange felt. Tverrfaglig kompetanse fremkommer gjennom gruppemedlemmenes tidligere erfaringer. Gjennom kunnskap fra samfunnsøkonomistudiet og interesse for utvikling av fornybare ressurser har Anja Jones Gudbrandsen bidratt med ulike perspektiver og refleksjoner. Mari Herskedal har tidligere studert kulturforståelse. Hun er den kritiske og tar samtidig lederansvaret i gruppen. Tone Hjort Madsen har sin interesse innenfor produktutvikling, og bidrar med med sine strukturelle og organisatoriske egenskaper. Marthe Elise Hofgaard har kunnskap fra tidligere materialteknologistudie. Hun skaper gode relasjoner i gruppen og kommer med gode innspill som har ulike vinklinger. Kjersti Kløgtvedt Hansen har kunnskap fra tidligere kunsthistoriestudie, og har også studert nanoteknologi. Hun er en hobbytegner, og bidrar til kreativitet i gruppen. Problemavgrensning Vi tar for oss scenario nr. 4 hvor vi vil fortelle hvordan Kongsberggruppen kom frem til løsningen knyttet til skadefrekvensen og miljøaspektene i trafikken i Trondheim som introduseres i 2050. Ingress Ved å videreutvikle og kombinere kunnskap utvikler vi Trondheims fremtidige transportsystem som løser utfordringer relatert til forurensning og trafikkulykker. 3

Introduksjon Dagens transportsystem medfører et betydelig antall trafikkulykker. I Trondheim ble 13 mennesker 1 hardt skadet, hvor to omkom, som følge av trafikkulykker i 2011. Gjennom de siste ti årene har det på landsbasis omkommet gjennomsnittlig 202 personer hvert år. Veitrafikk er den største kilden til lokal luftforurensing, både gjennom utslipp av eksos og svevestøv. Luftforurensing er det miljøproblemet som utgjør størst helserisiko for europeere, og i 2011 var 2 luftforurensning årsaken til over 450.000 tilfeller av for tidlig død. De siste årene har også Norge bidratt betraktelig til dette høye antallet, og Trondheim er en utsatt by. Omfattende program for måling av luftkvaliteten er utplassert en rekke steder i Trondheim, blant annet i Elgesetergate som er en av 3 de mest forurensede gatene i hele landet. Global oppvarming medfører økende klimautfordringer, innen 2050 vil anslagsvis verdens gjennomsnittstemperatur øke med 1,7 grader. Både i Trondheim og resten av verden er transportsystemer, trafikk og unødvendige køer omdiskuterte temaer med store forbedringspotensialer. Utgifter i forbindelse med private biler utgjør betydelige kostnader for innbyggerne. Dessuten er flere misfornøyd med dagens kollektivtilbud da blant annet forsinkelser og høye billettpriser er et utbredt irritasjonsmoment i manges hverdagen. ( 1 http://ssb.no/transport og reiseliv/statistikker/vtu/aar/2015 05 29 2 http://www.nrk.no/nordland/luftforurensning skyld i 450.000 dodsfall i europa 1.12086975 3 http://trondheim.mdg.no/nyhet/miljogate pa elgeseter/ 4

Løsning Med de tre nøkkelordene Safe, Sustainable og Efficient er visjonen klar; vi har løsningen som skal redde Trondheim. La oss introdusere Automobile 6.0. Det sammensatte konseptet inkluderer et transportsystem både i Trondheim og på Midtfjordklompekset, samt strekningen imellom. Figur 1: konseptlogo og visjon Året er 2050. I Trondheim foregår all transport med helautomatiserte elbiler som eliminerer muligheten for menneskelige feil. Ved hjelp av avansert software og et nøyaktig trackingsystem navigerer bilene ut i fra sin posisjon i forhold til andre biler. På denne måten oppnås en mer effektiv logistikk i trafikken og køene reduseres betraktelig. Utrykkningskjøretøy er programmert slik at de har høyeste prioritet i trafikkbildet og dermed kommer raskere frem. Høyteknologiske sensorer basert på ultralydsignaler oppfatter mennesker og andre hindringer i og langs veibanen. Slik unngås enhver ulykke, og målet om null dødsfall i trafikken er nådd. Ingen av innbyggerne eier egne biler. Gjennom et bestillingssystem hvor man oppgir informasjon om antall passasjerer samt ønsket destinasjon og 5

tidspunkt blir man hentet av en passende bil som befinner seg i nærområdet. Dette fungerer både som private kjøreturer i tillegg til en form for kollektivtransport da flere mennesker kan dele bil. Betalingen baseres på antall kjøreturer og lengden på hver tur. Man blir dermed belønnet ved å kjøre flere sammen og å generelt minimere sitt forbruk. Det meste av veisystemet dekkes med solcellepaneler basert på avansert nanoteknologi. Ved hjelp av spesialproduserte bildekk forsynes bilene med strøm gjennom induksjon i møtet med veien. På denne måten lader bilene opp sine batterier da det på enkelte småveier ikke lønner seg å legge panel. Parkeringsplassene er også belagt med solecellepanel, slik at det ved behov er mulighet for å tilføre strøm også når bilene står parkert. Selv om det er gjort omfattende endringer i Trondheims veinett de siste årene er byens kulturarv bevart, da solcellepanelene kun er lagt over asfalterte veibaner som allerede eksisterte. Solenergien driver også varmeelementer som smelter is og snø på veiene på vinterstid, samt de få trafikklysene som er nødvendig for fotgjengerfelt. Overskuddsenergien fra solcellepanelene lagres og brukes i tider hvor tilgangen på sollys er mindre. Siden solcellepaneler er lagt på de fleste av veiene i Trondheim oppnås et stort overflateareal, og eventuelt ekstra overskudd tilfører elektrisitet til byen. 6

Figur 2: solcellepaneler lagt på veibanen Trondheim og Midtfjordkomplekset er forbundet med et undersjøisk tog. Dette er et høyhastighetstog som gjør reisen mellom fastlandet og den flytende enheten så rask at innbyggerne her ikke mister følelsen av tilhørighet til Trondheim by. For å eliminere antallet togulykker er plattformene utstyrt med en vegg som hindrer all ferdsel på togskinnene, og som kun åpnes foran togdørene når toget har stanset. Figur 3: sikker togplattform 7

Internt på Midtfjordkomplekset er det et kollektivt transportsystem tilsvarende de helautomatiserte kjøretøyene i Trondheim by. Forskjellen er at bilene her generelt er mindre og induksjonsdekkene er skiftet ut med ladestasjoner, da tilgangen til sollys dypere ned i komplekset er liten. I delen av komplekset som er underhavnivå vil det være et omfattende nett av heisbaner som frakter bilene med passasjerer til riktig lokasjon. Figur 4: Bilene internt på Midtfjordkomplekset Midtfjordkomplekset er energinøytral og trenger ingen tilførsel av energi fra fastlandet. Strøm til både elbilene og høyhastighetstoget tilføres fra havenergisystemet på Midtfjord som drives av en kombinasjon av geoenergi, termisk energi fra havvannet og saltgradienter. 8

Utvikling fra 2015 til 2050 Hvordan gå fra dagens asfalterte veier og bensinbiler til veier dekket av solcellepanel og helautomatiserte elbiler? Hva kan gjenbrukes og hva må utvikles på nytt i de neste 35 årene for å realisere Automobile 6.0 i 2050? Under følger fem hovedpunkter i utviklingsprosessen. Solcellepanel. Da Trondheim allerede har et velutviklet veinett, velger vi å benytte oss av dette som en allerede eksisterende ressurs. Derimot er det nødvendig å videreutvikle nanoteknologiske solcellepaneler som foreløpig kun er på forskningsstadiet. Nanoteknologien gjør det mulig å skreddersy materialene på atomnivå og gi det spesielle funksjoner. Målet er paneler med en svært høy virkningsgrad, opp mot 70%. For å nå dette målet vil vi videreutvikle det som kalles Tredje generasjons solceller, som det forskes på på NTNU. For å utvikle disse solcellene må man kombinere nye materialer for å få optimalisere virkningsgraden. For å redusere overskuddsenergi og tap av lys med liten fotonenergi må det forskes mer på flertrinns solceller. Dette er solceller med mellomlag som lager mindre båndgap og dermed minimerer eksitering. Klarer vi å utvikle slike solceller kan man benytte seg av hele 48% mer av solinnstrålingen enn det dagens solceller klarer. Figur 5: Mengden soleneergi silikonbasertesolceller kan ta opp 9

Solenergi. Solen er en nærmest ubegrenset energikilde som er ideell å utnytte. Hver time mottar jorden mer energi fra solen enn verdens samlede energiforbruk på ett år [1]. Det vil bli lagt solcellepaneler som et slags puslespill på alle sentrale veistrekninger i Trondheim. Hvert panel er koblet til strømnettet, slik at hver plate får sin egen identitet. Da vet man nøyaktig koordinater for 4 hvilken plate som må byttes ut ved defekter. På denne måten vil vedlikehold være enkelt å opprettholde. Figur 6: tilgangen på solenergi i forhold til andre energikilder 4 http://www.tv2.no/a/5591035 10

Induksjonsdekk. Bildekkene i fremtidens automatiserte biler må utvikles med tanke på funksjonene vi ønsker at de skal ha. Dekkene må bestå av integrerte strømledere i gummien som gir en sluttet krets. Dette gir induksjon, som forsyner bilene med strøm. Det er likevel viktig at dekkens veigrep opprettholdes ettersom det er ønskelig med kort bremselengde. Figur 7: illustrasjon av induksjonsdekk Software. Det må også utvikles avansert software som skal styre logistikken til bilene og sørge for at ingen kolliderer. Denne programmeringen må være uten feil, og koordinasjonen må være presis slik at bilene kan vite hverandres posisjon med centimeters nøyaktighet. 11

Design. Bilenes utforming må også endres fra dagens design. Siden bilene skal være helautomatiske er fremtidens nødvendige funksjoner andre enn finnes i dag. Manuelle styringsmekanismer blir ikke nødvendig. Behovet for belysning er i dag nødvendig for at sjåføren skal se veibanen og andre trafikanter, i 2050 er behovet for belysning viktig for at syklister og gående som skal se bilene. Utformingen av bilene bør være mer aerodynamisk preget, da økt effektivitet og ikke eksisterende systemfeil kan øke fartsgrensene. Figur 8: helautomatiserte elbiler 12

Utfordringer Ettersom vi ser på en omfattende endring av veisystemet i Trondheim, samt en utskifting av alle eksisterende kjøretøy i byen, er dette en prosess som må gjennomføres gradvis. Vi ser på en helomvending som skal skje innen og introduseres i 2050. Samfunnet må innstilles på at det skal skje en utskiftning av alle bilene, og dette kan skape skepsis blant befolkningen. I årene fremover må etter hvert solecellepaneler legges på veiene. Samtidig vil det foregå en overgangsperiode over flere år hvor dagens biler etter hvert får fremtidsbilenes funksjoner. Bilene trenger ikke å være helautomatisert i starten, men de må utstyres med en chip slik at neste generasjons helautomatiserte biler vil kunne registrere dem. I dag tar elbiler stadig over en større del av markedet. For at de skal kunne brukes på de fremtidige solcelleveiene må de etter hvert også ha induskjonsdekk. Det finnes teknologiske utfordringer knyttet til konseptet. Blant annet kreves det en meget velutviklet sensorteknologi; bilene skal registrere mennesker og andre hindringer på et svært kort tidsrom og med stor nøyaktighet. Ikke minst skal dette gjøres uten at det forekommer feil. Videre vil det være flere teknologiske utfordringer knyttet til utvikling av solceller på veibane. For det første må solcellene tåle de omgivelsene de blir plassert i. De må blant annet tåle store temperaturendringer, flom og til en viss grad stormer. I tillegg må konstruksjonen de er plassert i tåle vekten av kjøretøy. Når det kommer til materialvag innen solcelleteknologi, vil det være utfordringer knyttet til optimaliseringen, der endelig materiale bør være slitesterkt og ikke giftig o.l. Det vil være store økonomiske utfordringer knyttet til konseptet Automobile 6.0. Prosjektet krever omfattende finansiering, men vi regner med at panelene etter hvert vil betale seg selv gjennom 5 elektrisiteten de produserer. Som tidligere nevnt er målet å få et overskudd av elektrisitet. 5 http://www.tv2.no/a/5591035 13

Globalt perspektiv Hvert år dør det for mange mennesker i trafikken, ikke bare i Trondheim og Norge, men på verdensbasis er tallene enda høyere. Anslagsvis 1,3 millioner menneskeliv går årlig tapt over hele 6 verden. I følge Verdens helseorganisasjon (WHO) vil trafikkulykker være den femte mest vanlige dødsårsaken innen 2030, noe som varsler om et sterkt behov for igangsetting av tiltak for å redusere disse røde tallene. Resten av verden vil derfor også ha nytte av Automobile 6.0 for å redusere, og på sikt eliminere dødsfall som følge av trafikkulykker. Kartet i Figur 7 viser global fordeling av solenergi i kwh/m^2 per år. Her ser man at Automobile 6.0 har et stort potensiale, spesielt i land som ligger rundt ekvator. Dersom solcelleveiene blir utbredt til store deler av verden ser vi en mulighet for at land kan eksportere og importere elektrisitet etter behov. Forskning viser at dersom USA dekker alle sine veier med solcellepaneler vil de produsere tre 7 ganger så mye energi som USA bruker i dag. Her ser vi altså gode muligheter for eksport av elektrisitet. Målet på sikt er at alle biler kun skal drives av elektrisitet produsert av solceller. På denne måten løser vi ikke bare miljøproblemer i Trondheim, men også på global basis. Figur 9: global fordeling av solenergi i kwh/m^2 per år 6 http://www.tv2.no/a/3712514 7 http://www.tv2.no/a/5591035 14

Konklusjon Det finnes både for og motargumenter for om Automobile 6.0 har et markedspotensiale. På den ene siden baseres konseptet på allerede eksisterende teknologi, vel å merke som krever utvikling før realisering, men som ikke er urealistisk at oppnås innen 2050. I tillegg vil det potensielt føre med seg store besparelser, både når det kommer til økonomi, forurensning og menneskeliv. På den andre siden er det store utfordringer knyttet til konseptet. Blant annet aksept blant folket for helomvendingen i transportstrukturen kan være en barriere. Ikke minst er det knyttet teknologiske og økonomiske utfordringer, spesielt i oppstartsfasen. Med dette tatt i betraktning syns vi likevel det er et veldig spennende prosjekt og tror at verden kan være klar for Automobile 6.0 i 2050. 15

Kildehenvisning til figurer Figur 2. https://en.wikipedia.org/wiki/airport_station_(mtr). Lest 29. september 2015. Figur 3. http://valhallamovement.com/7 reasons solar roadways fing awesome/. Lest 29. september 2015. Figur 5, 6 og 9. Nanoteknologi for energi og miljø. Hilde V. Powerpoint, (2010). 16