Электрификация транспорта: на пути к углеродной нейтральности
Хайп вокруг электромобилей
По данным экспертов, на конец 2020 года в мире эксплуатировалось более 10 миллионов электромобилей. Это был поворотный год для электрификации наземного транспорта массового потребления: продажи электромобилей составили 4,6% от общего объема продаж автомобилей во всем мире, а европейский рынок электромобилей впервые за многие годы обогнал рынок КНР. Расширился модельный ряд электромобилей, и были запущены новые инициативы в области создания аккумуляторов нового поколения. И этот впечатляющий прогресс был достигнут в разгар пандемии коронавируса и связанного с ней экономического спада и ограничений.
За последнее десятилетие на ключевых рынках были запущены различные программы поддержки массового перехода на электрический транспорт (только в 2020 году правительства разных стран по всему миру потратили 14 миллиардов долларов на поддержку продаж электромобилей). С 1 января 2020 года в ЕС вступили в силу новые нормы выбросов углекислого газа автомобилями. Согласно новым правилам, на автопроизводителей наложили обязательства достичь в 2020 году показателя 95 г/км для 95% новых автомобилей и для 100% – начиная с 2021 года. Кроме того, для стимуляции производства электромобилей с 2020 года каждый проданный автомобиль с выбросом менее 50 г/км засчитывается автопроизводителям за 2 автомобиля с низким уровнем выбросов, с 2021 года – за 1,67 и с 2022 года – за 1,33.
Несмотря на это, на рынке электромобилей существует еще очень много нерешенных проблем. Для выхода на траекторию сценария устойчивого развития Международного энергетического агентства (МЭА) к 2030 году потребуется вывести на дороги мира 230 миллионов электромобилей – то есть каждый третий продаваемый в мире автомобиль будет электрическим.
Чтобы электромобили могли полностью раскрыть свой потенциал в борьбе с изменениями климата, 20-е годы должны стать десятилетием массового внедрения электрических легковых автомобилей. Кроме того, политическая и финансовая поддержка, расширение модельного ряда, запуск полномасштабного производства электрических грузовых автомобилей большой грузоподъемности и вместительного городского транспорта будут иметь решающее значение для снижения выбросов и поддержки тренда на углеродную нейтральность.
Разрушаем мифы вокруг электрокаров
Вокруг электрических электромобилей сегодня накопилось огромное количество разных мифов, а экспертное сообщество разделилось на два противоположных лагеря – электроскептиков и электрооптимистов. Как правило, первую точку зрения отстаивают производители традиционных автомобилей с ДВС, а вторую – сторонники «зеленых» технологий.
Истина, как всегда, лежит по середине. При сгорании нефтяного топлива в двигателях внутреннего сгорания образуется около 220 различных вредных веществ, в том числе окись углерода (CO), углеводород (CH), оксид азота (NOx) и другие газы. Наиболее опасны для здоровья человека: оксид углерода, диоксид азота, которые оказывают отрицательное влияние на сердечно сосудистую и дыхательную системы.
В течение суток автомобиль выбрасывает до 1 кг выхлопных газов. Содержащаяся в выбросах сера окисляется, и образуются два соединения – диоксид серы (SO2) и триоксид (SO3) серы. При растворении в воде диоксид серы вызывает кислотные дожди, которые губят растения и увеличивают кислотность озер. Повышение уровня оксидов серы и взвешенных частиц (сажа и пыль) в воздухе приводит к учащению заболевания дыхательных путей у взрослых и детей. Повышенное содержание озона в приземном слое атмосферы наносит ущерб сельскохозяйственным культурам и другой растительности, сказывается на биоразнообразии.
Международное агентство по изучению рака классифицировало загрязнение воздуха в целом, а также выбросы твердых частиц, которые являются основным компонентом состава загрязняющих воздух смесей, как канцерогенные факторы.
Экологическая проблема вредных выбросов автотранспорта кардинально может быть решена за счет перехода на самый экологичный на сегодняшний день «зеленый» стандарт – Евро-6, использования биотоплива или водородного топлива, перехода на электрическую тягу. Какую из этих стратегий следует выбрать, чтобы не ошибиться?
С начала 2000-х годов развитие «зеленого» транспорта во всем мире идет по пути электрификации наземного транспорта. Считается, что по экологичности электромобилям нет альтернативы. Но насколько этот стереотип соответствует действительности?
Существует точка зрения, что переход на электрическую тягу может нанести еще больший вред экологии, чем автомобили с ДВС, так как увеличение количества электромобилей на дорогах приведет к повышению нагрузки на тепловые электростанции и росту объема выбросов вредных веществ в атмосферу, включая сажу, углекислый газ и серные соединения. Таким образом, при широком распространении транспортных средств с нулевым уровнем выбросов вредных веществ ответственность за производство экологически чистой энергии для транспорта переходит сектору энергетики. При этом на тепловых электростанциях, работающих на минеральном сырье (уголь, мазут, природный газ), сегодня производится почти 70% всей мировой электроэнергии. Но есть повод и для сдержанного оптимизма.
Согласно оптимистичному прогнозу МЭА, к 2040 году на долю источников с низким уровнем выбросов будет приходиться 44% мирового энергетического баланса, по сравнению с 19% в 2019 году. Поэтому страны, заботящиеся о своем будущем, сейчас массово внедряют в энергетике «зеленые» технологии.
По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии, благодаря удешевлению «зеленой» энергетики и в связи с ростом цен на нефть, к 2030 году около 40% генерируемой электроэнергии будет приходиться на экологически чистую, что в два раза больше сегодняшней доли.
А как же водород?
В электромобиле источником энергии является литий-ионный (Li-Ion) аккумулятор. В водородном – генератор, производящий энергию из водорода и атмосферного кислорода за счет электрохимического процесса внутри него.
Концепция водородной энергетики зародилась в мире еще в середине 70-х годов прошлого столетия. Тогда водород рассматривался как единственный источник экологически чистого энергоносителя. Действительно, при сжигании водород не дает никаких вредных выбросов. Однако широкомасштабному применению водорода на наземном транспорте в тот период помешало отсутствие соответствующей базы для его производства и распределения, а также высокая стоимость, в сравнении со стоимостью традиционных нефтяных топлив.
Интерес к водородному транспорту в мире снова возник, когда стало окончательно понятно, что тяжелые седельные тягачи на аккумуляторных батареях не поедут. Это связано с тем, что энерговооруженность литий-ионных батарей не позволяет на тяжелом грузовом транспорте иметь большой пробег. Правда, Илон Маск уже опроверг это утверждение, выпустив на рынок электрический седельный тягач Tesla Semi с колесной формулой 6х4, способный перевозить до 36 тонн груза и проезжать более 1000 километров на одном заряде.
Важно отметить, что водород не находится в свободной форме, его нужно выделить из таких молекул, как вода (H2О) или метан (СH4). Следовательно, он не является источником энергии и должен производиться с затратой энергии – так же, как и электричество. Кроме того, повышенная температура в зоне сгорания водорода приводит к ускоренному образованию оксидов азота из-за окисления атмосферного азота. Это может свести на нет эффект от высокой полноты сгорания водорода и устранения при этом оксидов углерода и углеводородов, поскольку оксиды азота обладают более сильным отравляющим действием, чем соединения углерода.
Автор: Денис Хитрых, «КАДФЕМ Си-Ай-Эс»