Илон Маск в лучших религиозных традициях Джобса рассказывал о революции в сфере транспорта, спасении планеты от парниковых газов и вообще почти уже прорубленном окне в светлое «экологичное» будущее.
Сейчас как никогда растёт популярность электромобилей. Их реклама постоянно твердит о высокой степени экологичности и отсутствию загрязнений. Известные мировые бренды всё чаще предлагают электромобиль в замен традиционному ДВС. Но каково реальное положение дел относительно экологии? Так ли безвредны «экологически чистые транспортные средства», как нам их малюют разработчики и маркетологи?
Давайте для начала закрепим, что электромобиль легче по конструкции, но не проще как конечный продукт, чем ДВС. На это главным образом влияет аккумулятор, который является одним из самых дорогих компонентов электромобиля. Это очень важная деталь для дальнейшей картины всех проблем электромобилей. Наличие аккумулятора обеспечивает мнимую экологичность данному виду транспорта. А что регулирует экологичность ДВС? Ведь старые автомобили выбрасывают гораздо больше углекислого газа, чем современные. У автомобиле с ДВС выбросы регулируются стандартом Euro.
Стандарт Euro
Euro стандарт - экологический стандарт, регулирующий содержание вредных веществ в выхлопных газах. Фактически, прообраз евро-стандарта безопасности появился в 1988 г. Тогда утвердили регламент, по которому необходимо было снижать показатели выхлопных газов грузового автотранспорта. Особое внимание уделяли CO (окись углерода), остаточным углеводородам (НС) и оксиду азота (NOx).
Первый экологический стандарт Евро-1 был принят в ЕС в 1992 году, а вступил в силу годом позднее, в 1993-ем. Первый стандарт регулировал содержание CO, СН и NO в выхлопах и распространялся на все транспортные средства, включая спецтехнику, которые ввозили, производили или продавали на территории Евросоюза. Введенный в 1995 году стандарт Евро-2 ужесточил нормы выброса CO почти втрое. Принятые Евросоюзом в 1999-м нормы Евро-3 регламентировали снижение уровня выбросов еще на 30-40 %, а для бензиновых двигателей также появились ограничения на количество углеводородов в выхлопе. Нормы Евро-4 заработали в ЕС в 2005 году — тогда выхлопы стали чище еще на 65-70 %. В 2009 году Евросоюз ввел в действие стандарт Евро-5, из-за которого существенно уменьшилось количество взвешенных частиц в выхлопе дизельных двигателей и были внедрены нормы на летучие органические вещества в бензиновых двигателях. На данный момент актуален стандарт Euro-6 принятый в 2015 году. Согласно нормам Euro -6, выбросы углекислого газа новыми легковыми автомобилями должны составлять не более 130 граммов на километр пути. Сейчас в разработке находятся нормы Euro-7, которые предположительно должны стать последними перед полным переходом на электротягу.
В сравнении на выбросы углекислого газа двух самых популярных автомобилей двух категорий (электромобиль - Tesla Model S и ДВС Euro 6 - Toyota Camry) победитель ясен сразу.
Гораздо большая экологическая опасность электромобилей кроется вовсе не в выбросах, а в последствиях процессов производства и использования мощных аккумуляторов. Так, представители Норвежского университета наук и технологий занялись изучением производственных процессов, связанных с выпуском электромобилей и высчитали, что предприятия данной отрасли выбрасывают в окружающую среду гораздо большее количество токсических отходов, чем обычные автомобильные заводы. Выяснилось, что при производстве машин на электротяге в атмосферу также выходит в два раза больше парниковых газов, что, как оказалось, связано с повышенным энергопотреблением ввиду технологических причин. По расчётам исследователей, только на производство одного электромобиля расходуется энергия, эквивалентная сжиганию 10 тыс. литров бензина, а такой объём достаточен для поездок обычной машины среднего класса на весь период её эксплуатации.
Аккумуляторная угроза
Мощные аккумуляторы для электромобилей достаточно тяжелы — их вес достигает 400 килограммов. При этом большая часть состава батарей — высокотоксичные компоненты, в том числе литий, опасные соединения никеля, меди и алюминия, кобальта. Такие яды гораздо опаснее, чем выхлопные газы. Ввиду ограниченного срока службы аккумуляторов — до пяти лет — острой становится проблема их утилизации. Данная процедура сложна и трудоёмка, крайне дорога, то есть угроза нарушений технологии утилизации на фоне масштабного производства электромобилей неизбежна. Даже при соблюдении норм колоссальные объёмы работ при утилизации чреваты рисками загрязнения окружающей среды. Переработка аккумуляторов — это и очень энергозатратный процесс.
Их опасность проявилась также с не явной стороны, о чём предупредили сотрудники Эдинбургского университета (University of Edinburgh). Их исследование связано с жалобами владельцев электромобилей на то, что им приходится чаще менять автопокрышки по сравнению с обычными машинами. Эксперты выяснили, что причиной быстрого износа покрышек является больший вес электромобилей
Учёные продолжили исследование, пытаясь выяснить, к чему приводит наращивание веса машины и оказалось, что оно увеличивает объём выброса в воздух твёрдых частиц при движении автомобиля. Инициативу экспертов подхватил Университет Хертфордшира (University of Hertfordshire), научная группа не ограничилась теоретическими расчётами, а провела фактические замеры. В автомобильном тоннеле были установлены детекторы твёрдых частиц. По итогам расчётов учёные пришли к выводу о том, что показатель выброса твёрдых частиц при движении электромобилей выше, чем у стандартных машин, а именно вследствие истирания дорожного покрытия — на 10%, износа тормозов — на 2% и шин — на 1,5%. Твёрдые частицы опасны тем, что немедленно поглощаются человеком при дыхании и приводят к ухудшению работы сердечно-сосудистой системы, создают предпосылки для астматических заболеваний
Но самой главной проблемой остаётся аккумулятор электромобиля. Полная утилизация аккумуляторов осложняется не только мало развитой технологией и инфраструктурой, но и отсутствием стандартизации батарей от разных производителей. Для грамотной промышленной переработки требуется единый стандарт для всех аккумуляторов. Вторичное сырьё, получаемое после переработки аккумулятора, менее чистое и более дорогое чем новое сырьё. Технологии переработки очень дороги и не развиты должным образом и поэтому большинство электромобилей отправляются на кладбища под открытым небом, а в лучшем случает, аккумулятор вынимается и закапывается в землю. В большинстве случаев замена аккумулятор в электромобиле стоит своему владельцу примерно в половину стоимости авто.
Аккумуляторы, особенно те, которые содержат свинец, кадмий или ртуть, могут загрязнять почву при неправильном обращении с ними. Когда аккумуляторы выбрасываются на свалки или закапывают, тяжелые металлы из аккумуляторов могут проникать в почву и грунтовые воды. Эти металлы. токсичны для растений, животных и людей и могут нанести вред здоровью и окружающей среде.
Весной 2019 года китайские СМИ обнаружили сотни электрокаров, припаркованных у берега реки Ханчжоу. Автомобили принадлежать каршеринговой компании Microcity, которая не имеет средств на переработку отработавших аккумуляторов и просто складирует их на участке около реки. В данный момент эта ситуация представляет реальную угрозу для экосистемы районов, где протекает река Ханчжоу. Если кобальт или литий попадут в грунтовые воды и реку, то опасные вещества разнесёт на сотни километров по течению реки.
Такое хранение несет опасность возгорания повреждённых аккумуляторов. Много электромобилей подвергаются внезапному возгоранию из-за повреждённой на заводе или во время эксплуатации батареи. Проблема в том, что потушить горящий электромобиль практически невозможно из-за химических реакций аккумулятора. В таком случает тушение почти бесполезно и разумнее оставить электромобиль догорать на приличном расстоянии от других легковоспламеняющихся веществ.
18 февраля 2022 года в Атлантическом океане где-то в окрестностях Азорских островов загорелось грузовое судно Felicity Ace. Оно перевозило почти 4000 люксовых автомобилей: 1100 Porsche, под две сотни Bentley, Lamborghini и Audi. Возгорание, как утверждает команда, началось с элементов питания одного из электрокаров в трюме. Самостоятельно его потушить не смогли и спешно эвакуировались.
Вероятно, судно никак не было подготовлено к ЧП на случай возгорания литий-ионной батареи. Стандартными средствами ее не потушить. Литий бурно реагирует на воду, нужен специальный сухой химический огнетушитель. На место ЧП прибыл пожарный буксир SMIT Salvage. Но и он не сумел быстро взять пламя под контроль, электрокары продолжали гореть, а дым из трюма корабля начал сходить на нет лишь 21 февраля. На следующий день поступали снимки того, как пожарные буксиры поливают борта Felicity Ace водой. Те знатно почернели и местами деформировались, пожар все еще продолжался. К счастью, само судно не завалилось на бок, чего опасались, так как это могло привести к природной катастрофе. Судно полностью выгорело за три дня.
Экологичный аккумулятор
Но раз уж мы решили перезолить на электромобили, то надо делать это с рациональным подходом к выбору источника питания. В данный момент ведётся множество разработок разных аккумуляторов способных превзойти устаревшие и опасные для окружающей среды технологии. В основной своей массе универсальные решения выполняют свои задачи хорошо, но не имеют особенно сильных сторон. Для покрытия определённых задач требуется определённый тип аккумулятора.
Суперконденсаторы
- Длительный срок службы: могут иметь очень долгий срок службы и могут быть подходящими для приложений, требующих многократные циклы зарядки/разрядки.
- Высокий коэффициент перезарядки: обладают высоким коэффициентом перезарядки, что позволяет быстро заполнять свою емкость.
Переработка
- Эти устройства обладают долгим сроком службы и могут быть безопасно утилизированы, обычно путем извлечения материалов для повторного использования.
Никель-металл-гидридные (NiMH) аккумуляторы
- Экологичность: считаются более экологически устойчивыми по сравнению с никель-кадмиевыми аккумуляторами за счет отсутствия кадмия.
- Коэффициент перезарядки: могут иметь более высокий коэффициент перезарядки по сравнению с некоторыми другими типами аккумуляторов.
Переработка
- Подвергаясь правильной утилизации, они могут быть безопасно переработаны, с целью извлечения ценных металлов и минимизации воздействия на окружающую среду.
Водородные аккумуляторы
- Экологическая чистота: Процесс генерации энергии из водорода может считаться более чистым, поскольку его окисление в воду не производит вредных выбросов.
- Потенциал для масштабирования: Водородные технологии могут иметь потенциал для масштабирования в системы хранения энергии.
Переработка
- Подходы к утилизации водородных технологий могут различаться, но большинство из них стремятся к переработке без угрозы для окружающей среды.
Каждый из этих аккумуляторов более экологичен в производстве и не требует длительного и довольно вредного процесса выщелачивания лития на щелочных озёрах. Несколько видов аккумуляторов могут покрыть все возможные потребности в разных сценариях использования электромобиля, так же на аккумулятор может устанавливаться дополнительное оборудование для особых условий эксплуатации. Стоить заметить, что для качественной и безвредной переработки данных аккумуляторов требуется специализированная промышленность и стандартизация конструкции аккумуляторов для эффективности процесса. Постройка грамотной промышленной системы с безопасным и эффективным техпроцессом требует много инвестиций, но спасёт планету от решения новой экологической угрозы XXI века. Развитие перерабатывающие аккумуляторной промышленности даст толчок рациональному использованию вторичного сырья и очищению планеты от вредных загрязнений. При достижении финансово выгодного процесса переработки электромобили станут действительно выгодным и экологически чистым видом транспорта для человечества.
Вывод
Электромобиль в привычном нам понимании оказался не так идеален каким его представляют маркетологи в рекламе. Полный переход на электромобили в нынешней ситуации лишь сменит фактор загрязнения, а возможно и усугубит ситуацию следующих десятилетий. Для уменьшения углеродного следа и перехода на действительно более чистый транспорт потребуется время на перестройку инфраструктуры городов и развитие перерабатывающей отрасли. Говоря о времени, я имею ввиду десятилетия планомерного труда во многих смежных сферах. В таком случае отмена ДВС в 2035 не случиться из-за неготовности к полному отказу от бензиновых двигателей.
