Czy samochody elektryczne są ekologiczne?

W trosce o środowisko konstruktorzy opracowują systemy napędzania, które nie emitują spalin. Najbardziej popularny z nich to napęd elektryczny oraz jego różne warianty. Mimo, że wiąże się z nim największe nadzieje co do przyszłej komunikacji i transportu, to wciąż jednak generuje pewne problemy, wcale niełatwe do pokonania. Czy samochody elektryczne są ekologiczne?

Samochody elektryczne – kilka ważnych danych…

Według Licznika Elektromobilności prowadzonego przez Polskie Stowarzyszenie Paliw Alternatywnych pod koniec lipca 2022 roku w Polsce zarejestrowanych było 50 679 elektrycznych samochodów osobowych, z czego około połowę stanowiły pojazdy w pełni elektryczne, a drugą część hybrydowe typu plug-in. Liczba ich rejestracji od początku roku wzrosła o 40% w porównaniu z analogicznym okresem w roku poprzednim.

Jednocześnie flota hybrydowych samochodów osobowych i dostawczych wynosiła 419 222 pojazdów. Wzrost popularności tego typu napędów to nie tylko wybór ludzi. Sterują nim też nowe regulacje. Nowe normy emisyjne Euro 7, których wejście w życie prognozuje się na 2025 rok zaostrzą jeszcze bardziej rygorystyczne wymagania co do emisji gazów cieplarnianych przez silniki samochodów dopuszczonych do ruchu.

Od 2035 roku ma zacząć obowiązywać natomiast zakaz rejestracji nowych samochodów z silnikami spalinowymi. Niezależnie od tego, czy te projekty są realne, branże samochodów z napędem elektrycznym czekają duże wyzwania.

Zalety samochodów elektrycznych

Samochody elektryczne jak dotąd są najbardziej popularnym wariantem niespalinowym. Jako największą ich zaletę podaje się, że samochody te mają zerową emisję zanieczyszczeń oraz generują znacznie mniej hałasu niż auta spalinowe.

Zaletą pojazdów o napędzie elektrycznym jest to, że silniki elektryczne są stosunkowo proste w budowie. Samochód spalinowy napędza energia mechaniczna powstała w wyniku eksplozji paliwa w cylindrach, która porusza tłoki. Praca przekazywana jest dalej przez korbowody i pozostałe elementy na koła.

Silnik elektryczny ma tę zaletę, że energia elektryczna zamieniana jest na pracę bez wielu elementów pośredniczących. Jego budowa jest bardziej kompaktowa, mniej rozbudowany jest też układ przeniesienia napędu. Nie posiada skrzyni biegów oraz układów rozprowadzających oleje w silniku.

To też Cię zainteresuje: Co dał nam CERN?

Niewielka ilość części ruchomych wpływa na mniejszą awaryjność i rzadszą konieczność naprawy. Sprawność silników elektrycznych sięga ok. 80–90%, co oznacza, że tyle właśnie energii przetwarzane jest na ruch kół pojazdu. To, w zależności od modelu, dwa a nawet trzy razy więcej niż w samochodach spalinowych.

Koszty eksploatacji w porównaniu do samochodów spalinowych są nawet kilka razy niższe. Aktualnie cena prądu według taryfy domowej to ok. 0,77 zł/kWh, a więc przejechanie 100 km przy założeniu zużycia mocy 15 kWh/100km to wydatek 11,5 zł. Część energii zresztą odzyskuje się w procesie hamowania.

Czy auta elektryczne są ekologiczne? Wady

Główną wadą samochodów z silnikiem elektrycznym jest proces produkcji energii. O ile sam samochód spalin nie emituje, to w polskich warunkach energia produkowana jest głównie w oparciu o spalanie paliw kopalnych.

Jako dużą wadę zaliczyć też trzeba ograniczony zasięg i długi czas ładowania baterii akumulatorów. Licznik Elektromobilności informuje, że pod koniec lipca 2022 r. w Polsce działały 2293 ogólnodostępne stacje ładowania pojazdów elektrycznych (4431 punktów). 29% z nich stanowiły szybkie stacje ładowania prądem stałym (DC), a 71% – wolne ładowarki prądu przemiennego (AC) o mocy mniejszej lub równej 22 kW. Jako wyzwania przy tworzeniu nowych punktów wskazano przewlekłe procedury przyłączeniowe oraz brak odpowiedniej infrastruktury elektroenergetycznej.

Do zakupu zniechęcają też duża masa wpływająca na parametry pojazdu i wysoka cena akumulatorów oraz ograniczona ich żywotność. Mimo, że samochody elektryczne tanieją, to wciąż ich cena dla większości użytkowników samochodów jest zaporowa. Nawet, jeśli koszt eksploatacji jest dużo korzystniejszy, to jednorazowy wydatek na początku przygody z „elektrykiem” zniechęca.

Czy w kontekście ekologii tylko spalanie ma znaczenie?

Emisja podczas spalania to najbardziej popularna kategoria oceniania tego, czy samochód jest ekologiczny. Nie pokazuje jednak całej prawdy o wpływie pojazdu na środowisko. Okazuje się, że niebagatelny wpływ na środowisko ma powstawanie w czasie hamowania pyłu ze ścierających się klocków hamulcowych oraz ze ścierających się opon. To olbrzymia część zanieczyszczenia powietrza występującego w miastach.

Badania pokazują, że jest to również główne źródło mikroplastiku w oceanach. W czasie ścierania się opon produkowane są mikroskopijne cząsteczki. Coraz więcej dowodów naukowych sugeruje, że te najdrobniejsze z nich łatwo przedostają się do krwiobiegu i płuc człowieka oraz przenikają się do mózgu.

Ich szkodliwość zależy oczywiście od składu chemicznego opony, ale w niektórych gumach znajdziemy rakotwórcze związki. Pomiary ich obecności w powietrzu są trudne i nie ma na razie żadnych dotyczących ich regulacji w Unii Europejskiej ani w Stanach Zjednoczonych.

Emission Analytics szacuje, że nowe opony emitują 73 mg cząsteczek na każdy kilometr jazdy, a stare 36,5 mg (limity emisji dotyczące spalin wynoszą ok. 4,5 mg pyłów na kilometr). Nie brzmi to imponująco, dopóki nie obliczy się, że w Stanach Zjednoczonych i Wielkiej Brytanii co roku do atmosfery  emitowanych jest 300 000 ton gumy z opon samochodów. Elektryfikacja ruchu samochodowego będzie tu miała jak na razie niekorzystny wpływ.

Samochody elektryczne wciąż są cięższe, w trakcie hamowania produkują dużo więcej pyłów.

Samochody elektryczne – kolejne wyzwania

Kolejnym wyzwaniem, przed którym stawia nas branża samochodów elektrycznych jest utylizacja lub recykling zużytych akumulatorów. Akumulatory litowo-jonowe zawierają toksyczne substancje niebezpieczne dla środowiska. Do ich produkcji wydobywa się rzadkie pierwiastki, takie jak nikiel, kobalt, mangan czy lit.

Kiedy liczba samochodów elektrycznych wzrośnie, trzeba będzie utworzyć cały przemysł recyklingu baterii. Do tej pory odbywa się on ręcznie i nie jest zautomatyzowany. W tym momencie w produkcji akumulatorów opłaca się bardziej korzystać z nowo wydobywanych surowców niż z tych odzyskanych w procesie recyklingu.

Do pewnego stopnia problem udaje się obejść. Baterie, których pojemność spadła poniżej 80% i nie nadają się do użytku w samochodach stosuje się jako banki energii w mniej wymagających urządzeniach: pojazdach magazynowych, rowerach, latarniach ulicznych zasilanych energią słoneczną.

To jednak tylko wydłuża żywotność baterii, nie rozwiązując problemu. Niektórzy producenci zauważyli, że recykling akumulatorów nie nadaje się do automatyzacji, dlatego już zaczęto wprowadzać akumulatory z wyjmowanymi ogniwami dającymi się rozebrać.

Przeczytaj też: W objęciach robota – czy roboty humanoidalne zastąpią człowieka?

Volkswagen Group Components opublikował diagram przedstawiający skład pierwiastków w najpopularniejszej baterii auta elektrycznego. Akumulator o pojemności 60–65 kWh zawiera 126 kg aluminium w obudowie modułów, 71 kg grafitu w anodzie. Pierwiastki składające się na katodę to 41 kg niklu, 12 kg manganu, 9 kg kobaltu i 8 kg litu. Bateria zawiera też 22 kg miedzi i 21 kg plastiku, a ciekły elektrolit waży 37 kg.

Jest więc, o co się postarać w ponownym odzysku surowców, tym bardziej że rynki wydobycia niektórych pierwiastków są mocno zmonopolizowane. Intensywne prace nad recyklingiem akumulatorów trwają, według projektowanych dyrektyw w 2030 roku kobalt, nikiel i miedź mają być odzyskiwane w co najmniej 95%.

Źródła informacji:

www.theguardian.com/environment/2022/jun/03/car-tyres-produce-more-particle-pollution-than-exhausts-tests-show

www.emissionsanalytics.com/news/gaining-traction-losing-tread

www.pspa.com.pl/2022/informacja/licznik-elektromobilnosci-samochody-elektryczne-coraz-popularniejsze-mimo-spadkow-na-rynku-motoryzacyjnym

Autor

Kamila Rajfur

Fascynują mnie przede wszystkim najnowsze osiągnięcia z dziedziny nanotechnologii, ale ze zdumieniem dziecka obserwuję też odkrycia naukowe z innych dziedzin. Ukończyłam kierunek Fizyka Techniczna na Wydziale Podstawowych Problemów Techniki na Politechnice Wrocławskiej. Uwielbiam żeglować, szczególnie pod wiatr oraz odkrywać Polskę po kawałku. Z zajęć domowych wygrywają książki i puzzle.

Więcej od tego autora