주요 언론 매체들의 보도에 따르면, 배터리 기반 전기자동차의 부흥이 자동차 산업의 근간을 변화시키고, 오일 피크peak oil(석유 생산량이 기하급수적으로 확대되었다가 특정 시점을 정점으로 급격히 줄어드는 현상)의 도래를 앞당길 것이라고 한다. 그렇다면 화려한 말잔치가 아닌 과학적인 데이터가 보여주는 미래가 실제로 그러한가? 화석 연료 소비는 줄어들 것인가? 전기자동차 제조사들의 미래는 어떠할까?

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〈파이낸셜 타임즈Financial Times〉지는 최근 2040년까지 승용차 대수가 18억 대로 현재 기준 약 65퍼센트의 증가치를 기록할 것으로 보도했다. 특히 전 세계 자동차의 대수는 그때도 여전히 가솔린 기반일 것으로 보고 있다. 컨설팅 회사 팩트 글로벌 에너지the Facts Global Energy의 배터리 전기자동차는 10퍼센트, 배터리를 충전하기 위해 가솔린을 태우는 하이브리드 자동차는 20퍼센트를 차지할 것으로 예측하고 있다. 이것은 석유와 가스 수요의 증가가 앞으로도 계속 이어진다는 것을 의미한다.

전기자동차 생산 주력상품인 테슬라를 둘러싼 광고를 볼 때, 이러한 예측은 많은 사람들을 놀라게 할 것이다. 실제로, 그러한 광고로 인해 석유 소비의 구조적 감소를 예측하는 분석가가 많다. 이는 배터리를 충전하는 데 사용되는 전기의 상당 부분이 풍력, 태양력 및 수력 발전으로 인해 생산될 것으로 추정하기 때문이다.

대부분의 예측은 배터리 가격의 필연적 하락이 전기자동차 판매를 폭발시킬 것이라고 단순하게 가정하고 있다. 그러나 알다시피, 현실 세상은 더 복잡하다. 진실은 정부의 지속적인 인센티브가 뒷받침되지 않으면 전기자동차로의 대이동이 일어나지 않을 것이라는 데 있다.

예를 들어, 노르웨이는 세금의 일부를 매년 전기자동차를 무료로 운전할 수 있는 보조금으로 전환하고 있다. 이들의 성공은 이렇게 수억 달러의 보조금에 있다. 오늘날 노르웨이 사람들은 여행용 가솔린 차량 외에도 일상에서 활용하기 위해 보조금이 지급되는 전기자동차를 구입하는 일이 일반적이다. 하지만 보조금이 없다면 전기자동차 매출은 떨어질 것이다. 이것에 의문이 든다면 덴마크의 경험을 살펴보자. 2016년 1월에 보조금이 삭감되자 전기자동차 판매가 전년 대비 80퍼센트 감소했다! 더 중요한 것은 석유 수요의 운명이 OECD가 아닌 아시아에서 결정될 것이란 점이다. 아시아에서 자동차에 대한 대규모 소비가 이제 시작되고 있기 때문이다.

오늘날 전 세계 11억 대의 경차 중 단 3분의 1만 아시아에서 달리고 있지만, 팩트 글로벌 에너지사는 25년 이내에 아시아에서 5억 대 이상의 폭발적 성장을 예측하고 있다. 이 증가세는 아시아 이외 모든 세계 지역의 성장세를 다 합친 것보다 더 크다. 2040년까지, 전 세계 자동차의 거의 절반이 아시아에서 달리게 될 것이다.

전혀 예상치 못한 일이 발생하지 않는다면, 내연 엔진 자동차는 적어도 앞으로 20년 동안 계속 지배적 위치를 차지할 것이다. 국제 기후 협약으로부터의 최근 미국의 탈퇴도 이러한 트렌드에 힘을 실어준다.

다만 도로 위의 전기 및 하이브리드 전기자동차의 수도 현재 2백만 대에서 2040년 6억 대로 증가할 것이다. 무려 30,000퍼센트의 누적 상승세다. 그리고 3가지 형태의 전기자동차가 세계 자동차 시장에서 꾸준한 증가율을 보여줄 것이다.

물론 오늘날 가장 보편적인 것은 배터리와 전기 모터, 내연 엔진이 결합된 하이브리드 전기자동차다. 이 자동차는 고효율성을 포함한 많은 장점을 갖고 있다. 하지만 플러그인 하이브리드를 제외한 모든 자동차는 궁극적으로 석유 기반 연료로부터 동력을 끌어낸다.

두 번째 형태는 닛산 자동차의 리프 Leaf와 테슬라의 모델 SModel S와 같은 배터리 전기자동차Battery-electric vehicles, BEVs로 이 형태 역시 오늘날 이상적으로 보편적인 모델이다. 이 자동차의 배터리를 충전하기 위해 사용하는 전기는 주로 석탄 및 천연가스와 같은 화석연료에서 비롯된다. 하지만 배터리 전기자동차는 내연 엔진이 장착된 자동차보다 에너지를 효율적으로 사용하는 장점을 지녔다.

전력 그리드가 재생 가능 에너지와 원자력으로 더 많이 이동한다고 가정한다면, 배터리 전기자동차 모델은 환경주의자들에게 매우 매력적이다.

세 번째 형태는 잠재적으로 가장 유망한 모델로, 연료전지 전기자동차Fuel-Cell Electric Vehicles, FCEVs다. 연료전지 전기자동차는 대부분의 사람들이 궁극적으로 주요 차량으로 선택할 전기자동차를 대표한다고 할 수 있다. 미래를 준비하는 자동차 제조사들은 현재 배터리 전기자동차와 연료전지 전기자동차를 모두 생산하고 있다. 하지만 이것이 어떤 고려할 만한 논의와 경쟁력 있는 준비자세에 기반하고 있지 않다면, 상황을 더 혼란스럽게 만들고 있을 뿐이다.

그렇다면, 서로 다른 기술의 상대적인 이점과 개인 이동수단으로서의 전기자동차의 진화 방식에 대해 알아보자.

하이브리드와 배터리 전기자동차는 이미 시장에 출시되었고, 이들 자동차의 작동 원리도 이미 잘 알려져 있다. 연료전지 전기자동차는 아직까지 희소하다. 이에 우선 연료전지 전기자동차의 작동 원리부터 살펴보자.

하이브리드 자동차가 전기 발전기 가동을 위해 피스톤 작동에 필요한 연소 방식에 의존하는 반면, 연료전지 자동차는 전기를 직접 생성하기 위해 전기 화학을 사용한다. 대부분의 경우, 이것은 자동차에 저장된 압축 수소 가스와 공기 중의 산소를 결합시키는 원리다. 이러한 원리 외 다른 대안으로, 연료 전지에 필요한 수소가 액체연료로부터 생산될 수도 있다. 이 액체 연료는 엔지니어들이 리포머reformenr로 불리는 것을 사용한다.

연료전지 내 화학 작용의 주요 생성물은 자동차에 동력을 공급하는 전기다. 부산물은 배기관을 통해 배출되는 물, 그리고 공기 중 산소와 함께 연료전지에 유입된 질소가 있다. 이 과정에는 연소 자체가 없기 때문에 높은 열이 발생하지 않으며, 스모그를 유발하는 질소 산화물은 생성되지 않는다. 압축 수소를 사용하면 연료 내 탄소가 없기 때문에 배기관에서 일산화탄소와 이산화탄소가 배출되지 않는다.

가장 중요한 것은 연료전지 전기자동차가 오늘날의 평균 가솔린 자동차보다 3배 이상 더 효율적이라는 점이다. 압축 수소 및 액체 연료 모두 기존 자동차와 필적하는 주행 거리 및 충전 시간을 보장한다. 이것은 오늘날의 배터리 전기자동차보다 상대적으로 더 큰 이점이다.

압축 수소 연료는 물의 전기 분해에서 천연가스의 증기 개질reforming에 이르기까지 다양하면서도 손쉬운 방식으로 생성될 수 있다. 그리고 배터리 전기자동차와 마찬가지로, 연료전지 전기자동차의 구동렬驅動列은 하이브리드나 전통적인 내연 기관보다 진동과 소음을 훨씬 더 적게 발생시킨다.

현대자동차 스포츠 유틸리티 차량SUV 투산Tucson의 연료 전지 버전은 2014년 6월부터 캘리포니아에서 리스용 자동차로 제공되고 있다. 토요타의 미라이Mirai는 포도어four-door세단으로 2015년 10월부터 판매 혹은 리스용으로 제공되고 있다. 2017년 혼다는 캘리포니아에 클래리티Clarity라는 연료전지 프로토타입의 상용 버전에 기반한 새로운 연료전지 전기자동차를 출시했다.

오늘날, 연료전지는 값이 비싸다. 그 이유는 희귀 금속인 백금이 촉매에 필요하지만 대규모의 대량 생산이 이뤄지지 않고 있기 때문이다. 그러나 〈어드밴스드 매터리얼스 인터페이스Advanced MaterialsInterfaces〉저널에 발표된 새로운 연구에서 자동차 연료전지에 필요한 백금을 90퍼센트 줄여주는 매우 유망한 나노 합금을 조망했다. 연구자들에 따르면, 이 나노 합금 연료전지는 현재 가솔린 자동차의 촉매 변환기에 사용되는 백금과 동일한 양을 사용할 것으로 알려졌다. 심지어 더 유망한 ‘백금 없는 기술’로 수산화물 교환막 연료전지Hydroxide Exchange Membrane Fuel Cells, HEMFCs가 있다. 이 기술은 〈내이처 나노테크놀로지Nature Nanotechnology〉에 최근 기술되었다. 수산화물 교환막 연료전지는 이미 그 목표가 세워졌다. 미국 에너지국의 연료전지 전기 자동차 대량 도입에 대한 가격 목표를 만족시키는 것이다. 킬로와트당 30달러, 즉 소형 자동차 연료전지의 전체 비용인 2400달러가 그것이다. 더 나아가 수산화물 교환막 연료전지는 수소 리포머에 대한 비용과 무게, 열 발생 없이 액체 메탄올과 에탄올을 사용할 수 있어야 한다.

이 이야기의 결론은 가솔린과 디젤 자동차가 앞으로 최소 20년 동안은 교통운송 시장을 지배할 것이라는 점이다. 특히 고성장을 구가하고 있는 아시아 시장에서 더욱 그렇다. 그러나 하이브리드-전기, 배터리-전기, 연료전지-전기자동차들이 모두 섞여 지금보다 300배 이상의 성장을 구가할 것이다. 따라서 앞으로 10년 동안, 이 3가지 형태의 기술들이 우위를 차지하기 위한 전쟁이 벌어질 것이다.

물론, 한 사회의 기술 발전과 그 적용의 미래는 하나의 요소로만 결정되는 것은 아니다. 정치적인 요소, 사회적인 요소, 경제적인 요소가 모두 다 영향을 미친다. 따라서 전기자동차의 미래 또한 단순히 기술적 요소로만 설명될 수 없을 것이다.

이러한 요소를 모두 고려할 때, 우리는 다음과 같은 5가지를 예측할 수 있을 것이다.

첫째, 연료전지 전기자동차는 운영비가 적게 들기 때문에, 2023년까지 하이브리드와 배터리 전기자동차의 매출에 큰 영향을 미치게 될 것이다.

2017년 6월 기준, 미국 천연가스로 제조된 메탄올 가격은 갤런당 약 1.16달러다. 열에너지 기준으로 볼 때, 이는 갤런당 2.32달러의 가솔린과 거의 같다. 그러나 실제로는 내연 엔진 대비 연료전지의 효율성이 매우 높기 때문에 가솔린을 기준으로 갤런당 0.77달러와 동일하다. 가솔린 갤런당 25마일을 가정하면, 내연 엔진이 10만마일을 주행하는 데 총 9,280달러를 필요로 한다. 반면 청정 메탄올 연료전지 전기자동차는 3,048 달러면 족하다. 테슬라 모델 S는 어떨까? 모델 S의 실제 전기 비용은 마일당 0.034달러 또는 10만마일당 3,400달러다. 테슬라와 가상의 연료전지 전기자동차 사이의 352달러의 차이는 실제 세계에서는 사소한 것일 것이다. 그러나 비교가 불가능할 정도의 짧은 충전 시간은 실질적인 것이다. 더군다나 연료 전지 전기자동차의 운행 거리가 훨씬 더 길고, 테슬라의 전기자동차가 8년마다 12,000달러의 비용을 들여 배터리를 교체해야 한다는 점까지 고려해보자. 이로 인해 10만마일을 주행하는 데 드는 테슬라 모델 S의 총비용은 1만5,000달러, 연료전지 전기자동차의 비용은 3,048달러, 내연 엔진 자동차의 비용은 9,280달러가 된다.

둘째, 메탄올을 이용한 자동차 저장용 수소 생산의 확대로 배터리 전기 자동차와 하이브리드 전기자동차가 지닌 충전 인프라의 장점은 사라질 것이다.

오늘날 배터리 전기자동차는 가정 및 다른 많은 장소에서 충전이 가능하다. 한편 압축 수소를 제공하는 충전소는 심각하게 부족하다. 반대로 메탄올은 가솔린이 판매되는 모든 곳에 손쉽게 배치될 수 있다. 오늘날 일반 주유소에서는 디젤을 포함하여 3가지 등급의 가솔린을 판매하고 있다. 단순하게 가솔린 하나의 등급을 메탄올로 교체하면, 별도의 설치나 구축 없이 기존 설비를 활용하여 연료전지 전기자동차를 지원할 수 있는 것이다. 더군다나 메탄올은 천연가스를 통해 손쉽고 저렴하게 생산되고 기존 탱커 트럭에 실려 운송된다. 따라서 메탄올 증가 수요를 충족시키는 데 필요한 일은 생산과 분배를 상황에 맞게 조절하는 것뿐이다.

셋째, 연료전지 전기자동차는 충전 시간 측면에서 리튬 이온 배터리 전기자동차보다 큰 장점을 계속 유지할 것이다.

단 5분 만에 연료를 채운 후, 메탄올 연료 자동차는 15갤런으로 1천마일을 손쉽게 운행할 수 있다. 그러나 완충에 6시간이 걸리는 테슬라는 250마일 밖에 운행하지 못한다. 특수 목적의 DC 충전기는 이것을 30분으로 줄일 수 있지만, 5분 대 30분은 일반적인 대부분의 사람들에게 받아들여지기 힘든 시간 차이다.

넷째, 연료전지 전기자동차와 전통적인 가솔린 차량만큼 빨리 충전하는 소위 ‘유동 배터리flow battery’가 연료전지 전기자동차와 공정한 경쟁을 할 수 있을 것이다.

기능이 강화된 ‘유동 배터리 충전소’에서 유동성 전해질을 교체하는 방식으로, 유동 배터리를 갖춘 배터리 전기자동차가 이 자동차의 도입에 가장 큰 문제가 되는 시간과 인프라의 장벽을 깰 수 있을 것이다. 그러나 이러한 유동 배터리로 인해 오늘날의 하이브리드와 배터리 전기자동차에 사용되는 리튬 이온 배터리를 쓸모 없게 만들 것이다. 즉, 테슬라의 리튬 이온 ‘기가 팩토리’는 큰 문제거리가 될 수도 있으며, 실제로 문제가 될 경우 새로운 제조 설비 구축에 막대한 투자를 감내해야 할 수도 있다.

다섯째, 연료전지 전기자동차는 자동차 대중 시장에서 큰 점유율을 차지하기 전에 이미 개인 비용 자동차뿐만 아니라 장거리 대형 자동차도 지배하게 될 것이다.

배터리 전기자동차는 소형 자동차에 매우 적합하고, 적당한 운행 거리의 운송 트럭이나 버스에 사용하는 것으로 부상 중이다. 다만 배터리 방식으로 훨씬 먼 거리를 운행해야 하는 대형 자동차에 동력을 공급하는 데 문제는 배터리 용량 또한 그러해야 한다는 점에 있다. 더불어 더 큰 모터, 더 강력한 서스펜션, 그리고 더 좋은 브레이크가 필요하다. 이로 인해 자동차의 중량은 더 늘어 날 것이고 이것은 다시 더 큰 배터리를 필요로 하는 방향으로 계속 이어진다. 결국 운전을 직업으로 하는 사람들에게 익숙한 범위의 대형 차량을 설계할 때 지원의 범위를 넘어서는 악순환이 반복될 것이다. 이와 대조적으로, 연료전지는 소형차부터 장거리 트랙터 트레일러 장비에 이르기까지 사실상 모든 크기의 차량에 전원을 공급하는 데 사용할 수 있다. 더군다나 연료전지 방식은 가볍고 조용하고 에너지 효율적이며 깨끗하기 때문에 우버의 엘리베이트 프로젝트에서 제시하고 있는 수직이착륙 항공 자동차의 운송 요건도 충족시키고 있다.

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References List :
1. Financial Times, March 21, 2017, “Electric Cars Pose Little Threat to Oil Demand,” by Cuneyt Kazokoglu. ⓒ 2017 The Financial Times Ltd.  All rights reserved.
https://www.ft.com/content/502c4e3c-0d80-11e7-b030-768954394623?mhq5j=e3

2. Advanced Materials Interfaces, July 7, 2017, Vol. 4, Iss.13, “High Specific and Mass Activity for the Oxygen Reduction Reaction for Thin Film Catalysts of Sputtered Pt3Y,” by Bjorn Wickman, et al. ⓒ 2017 John Wiley & Sons Inc.  All rights reserved.
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admi.201700311/full

3. Nature Nanotechnology, December 2016, “Activity Targets for Nanostructured Platinum-Group-Metal-Free Catalysts in Hydroxide Exchange Membrane Fuel Cells,” by Yushan Yan, et al. ⓒ 2016 Macmillan Publishers, part of Springer Nature.  All rights reserved.
http://www.nature.com/nnano/journal/v11/n12/full/nnano.2016.265.html

Battery-Electric Cars, Less Than Meets the Eye
 
As highlighted recently in the Financial Times, the number of passenger vehicles is expected to climb by roughly 65 percent to 1.8 billion by 2040.  Notably, the majority of the world’s cars will remain powered by gasoline.1  Specifically, the Facts Global Energy consulting firm estimates only 10 percent will be accounted for by battery-electric cars and a further 20 percent by hybrids, which burn gasoline to charge the batteries.  And as the Trends editors have long insisted, this will continue to drive rising oil and gas demand.
 
This is likely to surprise many given the hype around Tesla, the flagship of electric vehicle producers.  In fact, that hype has caused many analysts to forecast a structural decline in oil consumption, because they assume a huge proportion of the electricity used to charge batteries would be produced by wind, solar, and hydroelectric.

Most forecasts simplistically assume that an inevitable decline in battery prices will make electric car sales explode.  But the reality is more complex. The truth is that the shift towards electric won’t happen unless it’s supported by continued government incentives.

Norway, for example, owes its success to the hundreds of millions of dollars each year in tax revenues diverted towards subsidies making it almost free to drive an electric car.

Today it is normal for a Norwegian to buy a subsidized electric car for daily use, in addition to a gasoline vehicle for trips.  Without such a subsidy, sales would fall.  Anyone who questions this only needs look at the experience of Denmark; when subsidies were dropped in January 2016, electric car sales plunged 80 percent from the previous year!

More importantly, the fate of oil demand will not be decided in the OECD but in Asia, which is only beginning to see the mass adoption of automobiles.
Today, Asia accounts for only about one-third of the global light vehicle fleet of 1.1 billion.  Facts Global Energy expects growth in that region over the next twenty-five years of more than 500 million units, which is bigger than the growth in the rest of the world combined.  By 2040, almost half of the cars in the world will be driven in Asia.

Unless something totally unexpected happens, the internal combustion vehicle will continue to dominate for at least the next two decades.  The recent exit of the United States from international climate-change agreements will help ensure that trend.

This implies that the number of electric and hybrid- electric cars on the road will grow from 2 million today to 600 million in 2040; that’s a cumulative rise of 30,000 percent!  And that steadily growing share of the world’s automobiles will be represented by three groups of electric vehicles.

Most common today, of course, are hybrid-electrics, which combine batteries, electric motors, and internal-combustion engines. Although these vehicles have many virtues, including high efficiency, all but the plug-in hybrids ultimately draw all of their power from petroleum-based fuels.

The second group is battery-electric vehicles (BEVs), such as the Nissan Leaf and the Tesla Model S, which are now reasonably common.  While the electricity they use to charge their batteries comes primarily from fossil fuels like coal and natural gas, BEVs are advantageous because they use that energy more efficiently than a car with an internal-combustion engine.  Assuming the grid will move to more renewable power and more nuclear energy, BEVs are appealing to environmentalists.

The third, and potentially most promising category consists of fuel-cell electric vehicles (FCEVs).  While they are just emerging, the Trends editors believe FCEVs represent the electric vehicles that most people will ultimately select as their principal car.  Forward-looking carmakers are now producing both BEVs and FCEVs, but not without considerable controversy and competitive posturing, which only makes the situation more confusing.

Going forward, we will consider the relative benefits of the different technologies and how electric personal transportation is evolving.

Hybrid and battery electric vehicles are already commonplace and their principles of operation are well understood.  Fuel-cell electric vehicles are still a rarity, though, so let’s focus on how they work.

Rather than relying on combustion to drive pistons that then power an electric generator as in a hybrid car, a fuel-cell vehicle uses electrochemistry to generate electricity directly. In most cases, this involves combining compressed hydrogen gas stored on-board with oxygen from the air.  Alternatively, hydrogen for the fuel cell can be produced from a liquid fuel using what engineers call a “reformer.”  The main product of the chemical reaction in the fuel-cell is electricity to power the vehicle; the by-products include water, which is discharged through the tailpipe and nitrogen that entered the fuel-cell along with the oxygen in the air.  There is no combustion, so typically high temperatures are avoided and smog-inducing oxides of nitrogen are not produced.  When compressed hydrogen is used, there is no carbon in the fuel, so neither carbon monoxide nor carbon dioxide is emitted from the tailpipe.

Most importantly, fuel-cell electric vehicles are more than three times as efficient as today’s average gasoline-powered automobile. Both compressed hydrogen and reformed liquid fuel provide a range and refueling time comparable to those of conventional automobiles.  That’s a big advantage relative to today’s BEVs.
 
Compressed hydrogen fuel can be produced in a variety of straight-forward ways, ranging from electrolysis of water to steam-reforming of natural gas.  And like a BEV, the drivetrain of a FCEV produces far less vibration and noise than a hybrid or a conventional internal combustion vehicle.

A fuel-cell version of the Hyundai Tucson SUV has been offered for lease in California since June 2014.  And a four-door sedan called the Mirai, has been both sold and leased by Toyota since October 2015.  In 2017, Honda released a new FCEV in California based on the commercial version of its Clarity fuel-cell prototype.
 
Today, fuel cells are expensive, mostly because of the need for precious platinum catalyst and a lack of large-scale mass production.  However, new research published in the journal Advanced Materials Interfaces, highlighted a very promising nanoalloy, which would reduce the platinum needed for an automotive fuel-cell by 90 percent.2  According to the researchers, a nanoalloy fuel-cell would use about the same amount of platinum used currently in a gasoline car’s catalytic converter.  An even more promising platinum-free technology is called hydroxide exchange membrane fuel cells (HEMFCs); it was described recently in the journal Nature Nanotechnology.  HEMFCs are already on target to meet U.S. Department of Energy FCEV mass-adoption cost targets of $30 per KW or $2400 total for a small car fuel-cell.3  Better yet, HEMFCs should be able to use liquid methanol and ethanol, without the cost, weight and heat of a hydrogen- reformer.

What’s the bottom line?  Gasoline and diesel automobiles will dominate the transportation market for at least the next two decades, especially in high-growth Asian markets.  However, the combined global fleet of hybrid-electric, battery-electric, and fuel-cell electric vehicles will grow by a factor of 300 or more.  Over the next decade, these three technologies will battle each other for dominance.

Given this trend, we offer the following forecasts for your consideration.

First, because fuel-cell electric vehicles will be less expensive to operate, they will cut deeply into the sales of both hybrids and BEVs by 2023.

As of June 2017, methanol manufactured from U.S. natural gas costs about $1.16 per gallon.  On a thermal energy-equivalent basis, that’s about the same as gasoline at $2.32 per gallon.  However, because of the dramatically higher efficiency of fuel cells versus an internal combustion engine, that’s equivalent to gasoline at about $0.77 per gallon.  Assuming 25 miles to the gallon of gasoline, the internal combustion engine costs $9280 to drive 100,000 miles.  While the clean methanol fuel-cell car costs just $3,048 for the 100,000 miles.  Meanwhile the real-world cost of electricity for a Tesla Model S works out to $0.034 per mile or $3400 for 100,000 miles.  The $352 difference between the Tesla and the hypothetical FCEV is trivial in the real-world.  However, the dramatically shorter refueling time is real?as is the FCEV’s far greater range and the need to replace the Tesla’s batteries every eight years at a cost of $12,000.  That raises the operating cost of the Tesla BEV to about $15,000 per 100,000 miles versus $3,048 for the FCEV and $9280 for the internal combustion engine.
 
Second, the rise of on-board hydrogen production from methanol will eliminate the advantage BEVs and hybrid-electrics have in terms of widespread refueling infrastructure.

Today, battery-electric automobiles can be refueled at home and in many other locations. Meanwhile, there is a severe shortage of stations offering compressed hydrogen.  On the contrary, methanol can be easily deployed everywhere that gasoline is sold.  A typical filling-station sells three grades of gasoline plus diesel.  By simply replacing one grade of gasoline with methanol, the station would be able to handle fuel-cell electric vehicles.  And since methanol is easily and cheaply produced from natural gas and shipped in existing tanker trucks, the challenge is simply scaling-up production and distribution to meet growing demand. 

Third, FCEVs will maintain a huge advantage over lithium-ion BEVs in terms of refueling time.

After fueling for just five minutes, a Methanol fueled car could easily have a 1,000-mile range with a fifteen-gallon fill up.  But, even after charging for six hours, the Tesla only has a 250-mile range.  While special-purpose DC chargers can cut this to thirty minutes, thirty minutes versus five minutes is a difference that most people will not accept.
 
Fourth, so-called “flow batteries” which recharge as fast as FCEVs and traditional gasoline vehicles could level-the-playing-field with FCEVs.

By swapping liquid electrolyte at updated “flow-battery filling stations”, BEVs with flow batteries could eliminate the biggest time and infrastructure barriers to BEV adoption.  However, such batteries will make the kind of lithium-ion batteries used in today’s hybrids and BEVs obsolete. In short, it would turn Tesla’s lithium-ion “giga-factory” into a millstone around the company’s neck and require writing-off a huge investment in battery manufacturing capacity.

Fifth, FCEVs will dominate heavy-duty and long-haul applications, as well as Personal Aviation Vehicles, even before grabbing a big share of the mass market for automobiles.

BEVs are well-suited for light-duty vehicles and are emerging for use in delivery trucks and buses on routes of modest range. The problem with trying to power larger, longer-distance vehicles with batteries is that more battery mass must be added to do so. That in turn requires the vehicle to be outfitted with a bigger motor, a stronger suspension, and better brakes to maintain the same performance, all of which add more weight, which means even bigger batteries are required. It’s a vicious circle that eventually becomes unsupportable when designing a large vehicle with the range to which commercial drivers are accustomed. In contrast, fuel cells can be used to power virtually any size vehicle, from compacts cars to long-distance tractor-trailer rigs.  Similarly, because they are light, quiet, energy-efficient, and clean, fuel cells also meet the requirement for VTOL transportation laid out by the UBER Elevate project highlighted in our June 2017 issue.
 
References
1. Financial Times, March 21, 2017, “Electric Cars Pose Little Threat to Oil Demand,” by Cuneyt Kazokoglu. ⓒ 2017 The Financial Times Ltd.  All rights reserved.

https://www.ft.com/content/502c4e3c-0d80-11e7-b030-768954394623?mhq5j=e3

2. Advanced Materials Interfaces, July 7, 2017, Vol. 4, Iss.13, “High Specific and Mass Activity for the Oxygen Reduction Reaction for Thin Film Catalysts of Sputtered Pt3Y,” by Bjorn Wickman, et al. ⓒ 2017 John Wiley & Sons Inc.  All rights reserved.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admi.201700311/full

3. Nature Nanotechnology, December 2016, “Activity Targets for Nanostructured Platinum-Group-Metal-Free Catalysts in Hydroxide Exchange Membrane Fuel Cells,” by Yushan Yan, et al. ⓒ 2016 Macmillan Publishers, part of Springer Nature.  All rights reserved.

http://www.nature.com/nnano/journal/v11/n12/full/nnano.2016.265.html