После перехода на электрокары потребуется еще больше нефти
Лучшие инженерные умы брошены на решение проблем с электрокарами: как увеличить запас хода и придумать быструю зарядку. Тем временем автопроизводители гордо презентует новые модели, в том числе кроссоверы, внедорожники и даже грузовики с нулевыми выбросами. Их даже покупают - те, кому они по карману. Впрочем, скоро и другим выбора не оставят. Ведь все ради чистого воздуха для нас и наших детей! Вот только лучше бы преподавание физики в школах усилили и не велись на красивые сказки о светлом будущем.
- Смотрите, у нас есть автомобиль с определенной массой, который мы хотим передвинуть на определенное расстояние с хорошей скоростью. Для этого нужно потратить определенное количество энергии. Но сначала ведь придется ее откуда-то получить, поскольку в мире есть один нерушимый закон - закон сохранения энергии. От него никуда не деться! – раскладывает все по полочкам доктор физико-математических наук, профессор Виталий Высоцкий. - Энергию для обычного автомобиля мы берем в углеводородном топливе (бензин, дизель, газ). Процесс превращения энергии в движение происходит в двигателе внутреннего сгорания, но сопровождается потерями. У двигателя есть КПД: для бензинового - 25-30%, для дизельного с турбонаддувом - до 50%. То есть мы используем от 25% до 50% энергии углеводородного топлива, остальное теряется по дороге.
КПД электромотора – 90-95%. Ура, суперэффективно! Но энергию двигатель берет от аккумуляторной батареи, которая заряжается от электрической розетки. А вот как энергия оказалась в розетке? Для этого на электростанции сожгли все то же углеводородное топливо. Самые эффективные - парогазовые турбины, их КПД - 50%, у обычной - 35%. (17-18% электроэнергии в России дают гидроэлектростанции, 0,13% - ветряные. - А. П.) Потом электричество шло по проводам, через подстанции - еще 10-25% потерь. Так что до батареи авто дошло в лучшем случае 30-40% от энергии углеводородного топлива. При этом в двигатель внутреннего сгорания оно заливалось напрямую, а в случае с выработкой электричества мы еще не все потери учли. Ну и в чем разница?
Батареи на свалку
Срок службы АКБ в электрокаре - 5-8 лет. Через три года использования авто емкость аккумулятора снижается примерно на треть. Падает она и на морозе: примерно на один процент с каждым градусом, то есть при -10 градусах батарея теряет десять процентов емкости. Соответственно уменьшается запас хода.
Энтузиасты перехода на электрокары убеждают: отработавшие аккумуляторы будут перерабатываться и использоваться заново. Специалисты отрасли настроены скептически: делать новые батареи гораздо проще и быстрее. Поэтому сейчас рециклинг проходит не более семи процентов литий-ионных аккумуляторов, остальные отправляются на свалки в бедные африканские страны. А вот свинцово-кислотных батарей от бензиновых авто перерабатывается 99%.
Варианты переработки АКБ не отличаются простотой и экологичностью:
- батарею сжигают, из остатков восстанавливают часть металлов. Остальное в виде шлака отправляется на железобетонные производства, где добавляется в блоки. При этом в шлаке присутствуют остатки лития, алюминия и других вредных металлов.
- аккумулятор измельчают, выделяя в процессе компоненты, которые возможно использовать еще раз. Но существует опасность воспламенения литий-ионных батарей.
- батарею разбирают по частям, сортируя отходы по фракциям. Самый дорогой и долгий процесс, в результате которого образуются химические отходы, а их тоже нужно утилизировать.
В общем, проще всего батареи выбрасывать на свалки. Не в Европе, конечно, там же борются за чистый воздух. В африканские страны уже идут контейнеры с литий-ионными аккумуляторами от смартфонов и ноутбуков. Чего и автомобильные им не отправить?!
Кстати
- Токсичные составляющие в пальчиковой батарейке АА, выброшенной на свалку, отравляют до 20 кв. м территории. Эквивалент автомобильного аккумулятора - 7 тыс. таких батареек.
Всем нужен литий
Чтобы произвести обычную батарейку типа АА или ААА, нужно потратить в 2 тыс. раз больше энергии, чем она потом выдаст. Представьте теперь, сколько надо вложить в литий-ионный аккумулятор, тем более что их мощность постоянно увеличивается. Кроме того, для этих батарей необходимы редкоземельные металлы: кобальт, литий и никель. Процесс их добычи и переработки энергоемкий, дорогой и вредный. Кстати, на него тоже уходит куча электроэнергии. Но спрос на эти металлы растет, как и цены: например, литий всего за год подорожал вшестеро!
Кобальт
- Мировые запасы: 500 млн т
- Цена: $71 тыс./т
Литий
- Мировые запасы 14 млн т
- Цена: $53 тыс./т
Никель
- Мировые запасы: 200 млн т
- Цена: $23,2 тыс./т
На один литий-ионный аккумулятор емкостью 100 кВт/ч уходит
- 10 кг лития
- 14 кг кобальта
- 35 кг никеля
Шахта в доме
Больше половины мировых запасов кобальта находятся в Конго. Добычу ведут западные и китайские предприятия. Местные жители, не попавшие на эти шахты, устраивают нелегальные раскопки, порой прямо у дома, и продают кобальтовую руду за копейки посредникам. Страна - одна из самых бедных в Африке, поэтому таскать мешки с токсичным металлом готовы даже дети от семи лет, а на антисанитарные условия и зараженную воду все плевать хотели, ведь надо как-то выживать.
Больше энергии
В Великобритании подсчитали: если использовать только электромобили, то для обеспечения им нормальной зарядки нужно увеличить выработку электроэнергии в пять раз. Возобновляемые источники такую мощность не обеспечат, а значит, вся надежда на обычные электростанции, работающие… да-да, на углеводородах. При этом кобальта потребуется вдвое больше, чем добывается сейчас, а лития - в 1,7 раза.
Кстати
- В 10 раз выросли за последние пять лет продажи электрокаров в Европе. А вот число общественных зарядных устройств - только в 2,5 раза.
На зарядку становись!
Сейчас на территории ЕС около 374 тыс. зарядных станций. Две трети из них приходится на пять стран: Германию, Великобританию, Италию, Францию и Нидерланды. Но даже там их не хватает на каждые 100 км трасс. Для реализации грандиозного плана полного перехода на электрокары уже сейчас необходимо вводить в строй по 500 тыс. зарядных станций ежегодно, а после 2030 г. - по миллиону. И все их обеспечить достаточной мощностью.
Время - деньги
Запас хода современных электрокаров 250-330 км, максимум - 470 км. Время полной зарядки зависит от модели и мощности аккумулятора. Минимум - два часа на зарядной станции и часов девять от домашней розетки. Автоконцерны все время работают над тем, чтобы сделать аккумулятор более мощным, дабы увеличить запас хода. При этом уменьшить время зарядки, ведь на заправку бензином мы тратим минут 10-15, а тут придется ждать несколько часов. Но чем мощнее будет аккумулятор, тем больше энергии придется потратить на его быструю зарядку. Значит, электростанции должны увеличивать выработку.
Дорогая игрушка
Стоимость электромобилей сейчас начинается от $60 тыс. (в России - от 4,7 млн руб.). Европейские власти пока стимулируют покупателей, отменяя для владельцев «чистых» авто дорожный налог, предлагая субсидии и другие льготы. Однако когда все перейдут на электрокары, вряд ли эти «плюшки» сохранятся. Дороги по-прежнему нужно будет ремонтировать, заправочных станций потребуется все больше и больше, так что от транспортного налога все равно не отвертеться, да и цены на электричество постоянно растут. Выходит, автомобили снова станут роскошью, а не средством передвижения?
Имей в виду
- Российские производители разрабатывают автомобиль с двигателем на основе водорода. Он имеет пробег в два раза больше, чем электрокар с силовой установкой аналогичной мощности и сопоставимым аккумулятором. И на него не влияет температура окружающей среды: если он проезжает на одной заправке 800 км, то делает это и зимой, и летом.
