Революция с подвохом: что мешает электромобилю стать экологичным видом транспорта
Продажи электромобилей (electrical vehicle, EV) последние пять лет стремительно растут. EV дешевеют и улучшают потребительские характеристики: растет пробег на одной зарядке, снижается вес батарей, увеличиваются динамика разгона и максимальная скорость. Вопрос зарядных станций в большинстве стран практически решен. Каждый новый электромобиль – это снижение выбросов, т.е. чистого воздуха становится больше.
Все выглядит настолько хорошо, что невольно кажется: так не бывает, где-то затесался подвох. Он есть, и не один. Главный – в том, что электромобиль на поверку не такой уж экологически чистый. К тому же почти треть EV – это разного типа гибриды, которые потребляют традиционные моторные топлива наравне с электричеством, а в некоторых дорожных условиях и больше.
За 2023-й количество проданных в мире электромобилей выросло к предыдущему году на 35%, до 14 млн единиц. Это следует из доклада Международного энергетического агентства (МЭА) Global EV Outlook 2024, опубликованного в конце апреля. По итогам 2024-го, как ожидается, число EV составит 17 млн, т.е. один из пяти новых проданных авто будет электрическим. Электромобилизация состоялась, но путь EV от идеи до рынка был медленным, как ни у какого другого изобретения.
[embed]https://profile.ru/cars/sila-toka-kakoe-budushhee-zhdet-ross...[/embed]
Первые авто на электрической тяге появились в 1884 году – почти одновременно с машинами, оснащенными двигателем внутреннего сгорания. Но так сильно проигрывали бензиновым и дизельным по практичности и цене, что до начала нашего века об электромобиле можно было говорить только словами Льюиса Кэрролла из «Алисы в стране чудес»: «Замечательная идея! План просто превосходный: простой и ясный. Недостаток у него только один: совершенно неизвестно, как привести его в исполнение».
Не пошли тогда EV в массы из-за проблем с батареями. Тех, что ставились на первые модели, едва хватало на десяток-другой километров хода, а приемлемая по емкости батарея оказывалась настолько габаритной и тяжелой, что превращала авто в тележку для перевозки самой себя. Французская разработка La Jamais Contente преодолела символические 100 км/ч еще в 1899-м, но потом сто лет инженеры работали по большей части над тем, как совместить, казалось бы, несовместимое: компактность и малый вес с большой емкостью.
Проблему удалось решить с появлением новых типов аккумуляторов. Батареи помогли совершить транспортную революцию и сократить почти полуторавековой отрыв электромобиля от его «братьев» с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) – бензиновыми, дизельными, газовыми.
Количество авто на электрической тяге не просто увеличивается, а растет с ускорением. По данным МЭА, в 2023-м за неделю регистрировалось больше EV, чем за весь 2013 год. Правда, распространяются они крайне неравномерно: 95% пришлось всего на три рынка – Китай (60%), Евросоюз (25%) и США (10%). Даже на таком развитом авторынке, как японский, электромобилизация измеряется в единицах процентов. В России еще меньше. По «Автостат», на 1 января 2024 года зарегистрировано 39,1 тыс. EV – это лишь 0,1% от легкового автопарка страны.
Электромобили бывают трех типов. Основной, на который приходится 70% авто на электрической тяге, – это питающиеся от батарей (battery electric vehicle, BEV). Их можно заряжать в гараже от бытового устройства – это долго, но экономично (ночной тариф, как правило, ниже). Второй вариант зарядки –станции в городе, куда можно поставить EV на весь день. На трассах строятся быстрые зарядные устройства, которые сокращают время зарядки с часов до нескольких минут.
Второй тип – подзаряжаемые гибриды (plug-in hybrid, PHEV), их доля составляет 30%. Традиционные гибриды МЭА не относит к электрическому транспорту, т.к. они в основном используют для движения ДВС, который подзаряжает аккумулятор, а на электрическую тягу гибрид переходит лишь эпизодически. В PHEV тоже установлен ДВС, но есть и аккумулятор, который в основном и обеспечивает движение, а бензин или дизтопливо для него подстраховка. Это «недоэлектромобиль», компромиссный вариант.
[embed]https://profile.ru/cars/na-zaryadku-stanovis-perspektivy-ryn...[/embed]
Условно к EV относятся и автомобили на топливных элементах (fuel cell electric vehicles, FCEV). Их не нужно заряжать от сети, энергию вырабатывают водородные топливные ячейки. На замену ячеек требуется время, сопоставимое с заправкой бензином или дизелем на АЗС. FCEV пока дороже других типов EV, да и водородный рынок находится на этапе становления.
Рынок FCEV растет гораздо медленнее, чем по другим классам EV. В прошлом году выпущено 15,4 тыс. таких авто, годовой рост составил 20% благодаря низкой базе. Всего в мире их число увеличилось до 87,6 тыс., но это ничто по сравнению с 1,5 млрд всех авто, передвигающихся по дорогам мира. Только в Китае машин насчитывается 415 млн – это первое место в мире, даже в США их на примерно 100 млн меньше.
Благодаря в том числе EV китайский автопром стал мощнейшим на планете и превратился в один из ключевых факторов развития экономики государства в целом. В 2023-м КНР экспортировала 4 млн автомобилей, 1,2 млн из них были электрическими. Поставки шли в основном в ЕС, Австралию и страны Юго-Восточной Азии. Если Китай сохранит темпы роста производства электромобилей, то за горизонтом 2030 года их внутри страны станет больше, чем авто с ДВС. Китай, как «всемирная фабрика», задает мировой тренд на тотальную электромобилизацию.
Каковы источники электроэнергии для зарядных станций? В сетях их невозможно разделить – это может быть электричество, поставленное ВИЭ, ГЭС, АЭС, ТЭС. Оно может быть выработано на экологически чистых ветряных и солнечных станциях, а может – на «грязных» угольных. Получается, что степень чистоты энергии для EV – это «средняя температура по больнице», с большим разбросом по выбросам CO2.
Степень чистоты электроэнергии напрямую связана со структурой электрогенерации. Если заряжать EV, например, в Норвегии, то можно не сомневаться в чистоте. Более 90% ее генерации происходит на ГЭС. Поскольку в стране нет крупных рек, то выработка происходит на малых и средних станциях, на потоках с большим перепадом высот без необходимости строить плотины. Результат – чистая и дешевая энергия в избытке. В Бразилии и Канаде ГЭС, напротив, крупные, доля гидроэнергетики – около 60%, соответственно, с такой же долей вероятности зарядка EV будет чистой.
Во Франции порядка 75% генерации производится на АЭС, это тоже чистый источник. В Китае, крупнейшем в мире потребителе всех видов энергии, 65% генерации – угольная, со всеми ее последствиями в виде выбросов в атмосферу CO2 и твердых частиц, провоцирующих дыхательные заболевания.
[embed]https://profile.ru/scitech/v-pogone-za-vetrom-chto-meshaet-s...[/embed]
Уточним, что EV любого типа чище, чем авто с ДВС. По крайней мере они не загрязняют дороги в населенных пунктах. Но если энергия для них вырабатывается «грязным» способом, то их чистота становится относительной. Да, сжигание ископаемого топлива происходит не в моторе, а где-то на электростанции, которая далеко. Однако если она угольная и даже более чистая газовая, то смещение выработки энергии похоже на перекладывание денег из одного кармана в другой – сумма (выбросов) не изменяется.
При доле угля в мировом энергобалансе 35,7% такая же доля энергии для EV будет грязной. Если к ним добавить генерацию на газе (25%) и мазуте (4%), то уже две трети энергии нельзя считать чистой. Соответственно, столько же EV не попадают в число дружественных к окружающей среде.
Эта доля на самом деле меньше. Выработка на тепловых станциях большой мощности, с десятками тонн топлива, эффективнее благодаря масштабу. По количеству выбросов они сильно варьируются от проекта к проекту. В последние годы даже угольные станции стали чище благодаря технологиям улавливания и хранения углерода (carbon capture and storage, CCS). Это снижает выбросы почти до нуля, но удорожает выработанную энергию. К тому же в таком случае речь идет об углеродном следе в рамках Scope-1 – прямых выбросов CO2 при производственной деятельности. Но никак не влияет на Scope-2 – косвенные выбросы, связанным с производством и транспортировкой ископаемого топлива.
На производство одной батареи для Tesla Model S требуется 63 кг лития с 99,5% чистоты. В 2024-м производство расширят не только китайские, но и все мировые гиганты автоиндустрии: Mercedes, BMW, Toyota, Ford, Audi, Porsche, Volvo, Hyundai, Honda. На это потребуется более 945,5 тыс. тонн лития в год. Металл стоит от 40 тыс. до 90 тыс. долларов за тонну, цены очень волатильны. Даже если брать стоимость по нижней границе, то рынок лития в этом году составит 37,8 млрд долларов. Его производители едва поспевают за ростом спроса со стороны автоконцернов, а дефицит – прямой путь к скачку цен.
Геологическая служба США оценила мировые запасы лития на 2023 год в 98 млн тонн. При текущем выпуске батарей его хватит на 104 года, но срок будет снижаться вместе с ростом производства EV. Дефицит лития не является серьезной проблемой: геологоразведка продолжается, и его запасы будут расти. Но для батарей нужны еще кобальт, марганец, медь, алюминий. Это все ограниченное сырье, цены на которое могут меняться в течение года в разы.
Удешевить батареи может их новый тип – литий-серные. Сера – недорогое вещество, которое есть почти везде на планете. Она часто является побочным продуктом при добыче газа (из-за ее коррозийных свойств удаляется при его очистке). Существуют газовые месторождения с очень большим содержанием серы. Например, на Астраханском ее 25%. У «Газпрома» есть даже дочернее предприятие «Газпром сера». 80% серы идет на производство серной кислоты, а она, в свою очередь, на производство других продуктов, 78% из которых – удобрения. Вероятно, батареи станут еще одним емким рынком серы, и тогда батареи для EV подешевеют.
Более серьезной проблемой, чем рост цен на материалы для батарей, может стать их утилизация. Литий, кобальт, сера, цинк – токсичные вещества, а утилизация пока не только дорогая, но и ее технологии все еще недоработаны для промышленных масштабов. Утилизация – энергоемкий процесс, требующий специального оборудования, которое не производится в достаточном количестве. К тому же батареи могут самопроизвольно воспламеняться и взрываться из-за остаточных зарядов.
В утилизации батарей нет единых стандартов, каждое государство вводит свое регулирование. Это мотивирует компании отрасли перемещать бизнес в страны с менее жесткими требованиями, вплоть до тех, где можно батареи не утилизировать, а просто закопать. Если переработка использованных батарей не станет безопасной и массовой, то это будет еще одним фактором, который затормозит распространение EV.
Электромобилизация – отличная идея, которая хоть и неравномерно, но завоевывает мир. Однако надо учитывать, что чистота энергии для EV – это чистота источников ее генерации. Общемировая тенденция прослеживается четко: отказ от угля, замещение его ВИЭ. Благодаря им электромобили могут стать абсолютно чистым транспортом, но пока надо отдавать себе отчет в том, что сегодня он лишь относительно безуглеродный и экологичность его далеко не идеальна.