Dokąd zmierzają pojazdy elektryczne?

Zastanawiając się nad zakupem samochodu, jesteśmy kuszeni coraz większą liczbą reklam aut hybrydowych, ale od niedawna panuje moda na pójście o krok dalej. By sprawdzić, czy warto za nią podążać, postanowiłam zgłębić temat pojazdów napędzanych energią elektryczną.

Technologia ta, jeszcze niezbyt dobrze rozwinięta w Polsce, dominuje głównie w krajach nordyckich, ale jest popularna także w Holandii, Szwajcarii czy Portugalii. Rozwiązanie z pozoru idealne posiada jednak swoje wady, które dotychczas odsuwano na bok. Teraz, gdy urosły do takich rozmiarów, że ciężko je zignorować, przyszedł czas, by się z nimi zmierzyć. Zostajemy postawieni przed pytaniem – czy „elektryki” są nieszkodliwe dla środowiska?

Ile kosztuje taka przyjemność?

Akumulator litowo-jonowy i zaledwie 20 ruchomych części – to kryje się pod maską typowego pojazdu elektrycznego (PE). To znacznie mniej skomplikowana konstrukcja niż w przypadku samochodu z silnikiem spalinowym, gdzie części ruchomych jest zazwyczaj sto razy więcej, nie wspominając o innych elementach potrzebnych do właściwego funkcjonowania. Cichy, nieskomplikowany i obiecujący PE zachęca do siebie kierowców szukających zmiany i zmęczonych niestabilnymi cenami benzyny.

Obecnie rynek elektryków oferuje auta wyposażone w baterie o zasięgu przekraczającym nawet 500 km, objęte ośmioletnią gwarancją, które mają starczyć na około 10-15 lat.

Jeśli jednak akumulator będzie wymagał wymiany, może się okazać, że zapłacimy za niego 60 tys. zł… Z roku na rok cena ta maleje i to w dość szybkim tempie, więc obiecujące prognozy powinny nas uspokoić.

Zanim przejdziemy do awaryjności, zacznijmy od zakupu, ponieważ to cena nowego modelu najbardziej zraża potencjalnych nabywców. Obecnie najtańszy model PE, czyli Dacię Spring Electric, można kupić za niecałe 80 tys. zł. Jeśli skusimy się na coś bardziej prestiżowego, takiego jak nowy Nissan Leaf, będziemy musieli zapłacić ok. 150 tys. Zakładając, że nasz pojazd będzie w miarę bezawaryjny (a przynajmniej na tyle, że nie będzie wymagał zainwestowania w nową baterię), na tym kończą się większe wydatki. Szczególnie oszczędnie PE wypada w zestawieniu kosztów benzyny vs prądu (kalkulacja na podstawie cen z listopada 2021 roku)

1kWh prądu kosztuje w Polsce średnio 0,7 zł, zazwyczaj baterie PE mają pojemność 60 kWh, które powinny starczyć na 350-370 km. Na stacji ładowania za 1 kWh zapłacimy średnio 2 zł (cena szybkiego ładowania jest wyższa). Dla porównania, obecna cena paliwa to 6 zł/l, średnie spalanie samochodu z silnikiem spalinowym wynosi 8-10 l/100 km, a średnia pojemność baku to 55l (co przekłada się na ok. 500km jazdy). By przejechać tą samą odległość, w przypadku PE zapłacimy nawet trzykrotnie mniej. Warto dodać, że w części modeli silnik elektryczny generuje dodatkowe zasoby energii poprzez tzw. hamowanie rekuperacyjne.

Jak to jest zrobione?

Częstym argumentem przeciwników elektryków jest ilość emitowanych gazów cieplarnianych przy produkcji baterii i innych części. Faktycznie, w tym aspekcie pojazdy spalinowe są nawet o 60% mniej szkodliwe dla środowiska, ale szala zwycięstwa przechyla się na stronę samochodów elektrycznych po zsumowaniu emisji z produkcji i użytkowania. Niezależnie od tego, jak wytwarzany jest prąd (do struktury produkcji elektrycznej przejdziemy później), „ilość emisji CO₂ z całego cyklu życia PE jest o 37-45% niższa niż w przypadku samochodów benzynowych”. Problem faktycznie tkwi w produkcji baterii, ale nie ma związku tylko z emisją dwutlenku węgla. Ma za to związek z tym, jakie materiały są potrzebne i w jaki sposób się je pozyskuje.

Bez wchodzenia w szczegóły budowy, należy wyróżnić dwa podstawowe elementy baterii samochodowej – lit i kobalt. Lit pozyskuje się głównie na dwa sposoby: albo przy użyciu bardzo dużej ilości wody na suchych solniskach, albo poddając materię działaniu bardzo wysokich temperatur. Pierwszą z tych metod praktykuje się w Argentynie i Chile, drugą w Chinach i Australii. Istnieją sposoby na bardziej zrównoważone wydobywanie litu, na przykład w Niemczech i Wielkiej Brytanii filtruje się go z wód geotermalnych, co wymaga jednak odwiertów na kilka kilometrów głębokości. Wciąż wydaje się to lepszą opcją niż zużywanie 420 milionów litrów wody rocznie, jak robi się to w kopalni w argentyńskim Jujuy. Należy więc rozwijać metody wydobycia z użyciem energii geotermalnej, bo analitycy nie przewidują odejścia od akumulatorów litowo-jonowych w najbliższym czasie, szczególnie, że ich cena spadła trzydziestokrotnie od lat 90. XX wieku, gdy po raz pierwszy zostały wprowadzone na rynek. Rezerwy litu starczą do produkcji PE na najbliższe pół wieku, ale wraz ze wzrostem popytu wzrośnie ilość eksploatowanych zasobów.

Znacznie większy problem stanowi kobalt, najcenniejszy składnik baterii, którego 70% światowych zasobów wydobywa się w Demokratycznej Republice Konga. I tu pojawiają się problemy natury etycznej, ponieważ w kopalniach pracują też dzieci, a przy pracy nie używa się odpowiednich środków bezpieczeństwa i ten toksyczny metal jest wydobywany ręcznie przy użyciu prostych narzędzi.

Stanowiący zagrożenia dla zdrowia i życia górników kobalt, jest wykorzystywany głównie do produkcji baterii, a zapotrzebowanie na niego w najbliższych dziesięciu latach może wzrosnąć nawet pięciokrotnie. To z kolei może poskutkować niedoborem zasobów. Stale trwają prace nad prototypami akumulatorów zawierających znikome ilości lub zupełny brak tego pierwiastka, co zazwyczaj odbija się na wydajności silnika. Badacze z Uniwersytetu Teksańskiego w Austin pracują nad materiałem o podobnej do kobaltu strukturze krystalicznej, co w praktyce ma wyrównać różnice w wydajności, a producent pojazdów Tesli już zobowiązał się do wyeliminowania kobaltowych akumulatorów w najbliższych latach. Podobna sytuacja tyczy się trzeciego istotnego składnika, czyli niklu, z którego także próbuje się zrezygnować, ze względu na jego cenę. Wyeliminowanie obu tych pierwiastków jednocześnie byłoby jednak bardzo trudne.

Pojedyncze ogniwa baterii, czyli oddzielone separatorami płyty dodatnie i ujemne, składane są w moduły, które razem tworzą akumulator. Oczywiście im więcej modułów, tym większa waga, która zazwyczaj wynosi pół tony lub więcej. Może jako kierowcy nie odczujemy, że nasze elektryczne auto jest cięższe od spalinowego, ale odczują to opony i środowisko. Większe obciążenie kół powoduje duże ścieranie się gumy, a jej odpadające kawałki zanieczyszczają otoczenie. Na razie ciężko zmienić cokolwiek w tej kwestii, bo tendencja jest raczej odwrotna – produkowane są coraz większe (i cięższe) baterie, by zwiększyć zasięg pojazdu. Dla przykładu, niedawno Panasonic zaprezentował prototyp baterii dla Tesli o pięciokrotnie większej pojemności, ale i o połowie niższej cenie. Warto także wziąć pod uwagę, że panuje moda na coraz większe pojazdy, które oczywiście posiadają większą masę. Ciężko będzie przekonać fanów potężnych SUV-ów czy pick-upów do przesiadki w trzydrzwiowego hatchbacka. Duże znaczenie będą mieli producenci aut, dyktując ceny nowych modeli, a także proponując bardziej kompaktowe opcje.

Jak wspomniałam wcześniej, bateria PE powinna starczyć na kilkanaście lat. Co dzieje się z nią, gdy nie spełnia już swojej roli? W najlepszym wypadku zostaje poddana recyklingowi, a dokładniej ekstrakcji cennych materiałów, głównie kobaltu.

Baterie na początku są rozdrabniane na proszek, otrzymaną miksturę upłynnia się, a metale wytrąca z roztworu w postaci soli. Cały proces nie jest ekonomicznie atrakcyjny dla producentów. Szuka się więc sposobów, by to zmienić. Na przykład w Chinach – największym dostawcy baterii – rząd wspiera finansowo te firmy, które chcą pozyskać materiały z odzysku, zamiast importować te świeżo wydobyte. W Europie sprawa ma się podobnie, bo od 2023 r. EU ma zamiar wprowadzić rygorystyczne wymogi co do recyklingu baterii. W Stanach Zjednoczonych żadna tego typu regulacja prawna jeszcze nie została wystosowana, ale niedługo ma się to zmienić, gdyż jak na razie utylizuje się zaledwie 5% akumulatorów jonowo-litowych. Stale szuka się rozwiązań, które mogłyby usprawnić odzysk materiałów, ponieważ zaczęto dostrzegać konieczność tego procesu w niedalekiej przyszłości. Na razie koncerny nie czują presji, między innymi dlatego część z nich magazynuje zużyte akumulatory, czekając na lepszy moment, by zrobić z nich użytek. Nie oznacza to, że wykorzystane baterie są bezużyteczne. Tak naprawdę, gdy akumulator PE „pada”, oznacza to, że da się go naładować do < 60%. Może w samochodzie będzie nieefektywny, ale na przykład przechowa energię wytworzoną z paneli słonecznych w naszym domu. Nad takimi systemami magazynowania pracuje Renault z brytyjską firmą energetyczną PowerVault. W tej roli bateria może się spełniać nawet przez kilkanaście lat.

Czy Polska sprzyja elektrykom?

Odejdźmy na moment od perspektywy globalnej, by skupić się na własnym podwórku. Na stronie rynekelektryczny.pl możemy przeczytać, że „według Licznika Elektromobilności na koniec września 2021 r. w Polsce było zarejestrowanych łącznie 31 633 samochodów osobowych z napędem elektrycznym […], a przez pierwsze 9 miesięcy br. liczba samochodów z napędem elektrycznym zwiększyła się o 12 897 sztuk, tzn. o 120% więcej niż w analogicznym okresie 2020 r.” Wynik ten może być zasługą rządowego programu „Mój Elektryk”, w ramach którego państwo dorzuca się do zakupu PE. Pierwsze fazy projektu poniosły porażkę ze względu na dużo ograniczeń, choćby co do maksymalnej ceny pojazdu, która nie mogła przekraczać 125 tys. zł. Od pół roku limit ten podniesiono do 225 tys., dzięki czemu na dotację załapało się nieco więcej modeli. Ograniczenie finansowe nie dotyczy posiadaczy Karty Dużej Rodziny, reszta wymogów jest taka sama dla wszystkich wnioskodawców, a dotyczy ona m.in.  ubezpieczenia, przebiegu pojazdu w momencie zakupu czy możliwości sprzedania go. Warto także wspomnieć, że każde auto dofinansowane w ramach programu musi być oznaczone 44-centymetrową nalepką z logo NFOŚiGW. Niektórych ten detal może zrazić, ale jeśli w ten sposób mogą oszczędzić nawet 27 tys. zł, nie powinni narzekać. Od 22 listopada 2021 r. o dotację będą mogły się starać także firmy i samorządy.

Załóżmy, że kupiliśmy już auto. Teraz pytanie, gdzie naładować naszą maszynę. Tutaj może być problem, bo jeśli nie posiadamy własnego garażu z gniazdkiem elektrycznym, musimy polegać jedynie na stacjach ładowania.

Benzyny też raczej nikt nie nalewa sam w domu, tylko jeździ na stację, do której zazwyczaj nie mamy daleko. Stacji paliw jest blisko osiem tysięcy, z czego na każdej mamy po kilka dystrybutorów, stacji ładowania jest za to 1675, zazwyczaj z dwoma punktami. Jeśli chcemy wybrać się w dłuższą podróż PE, musimy zaplanować ją tak, by być pewnym, że nie staniemy na środku drogi bez prądu. Liczmy na to, że wraz z rozwojem „Mojego Elektryka” zagęści się również sieć stacji ładujących.

Pozostaje ostatnie pytanie, może nie związane bezpośrednio z PE, ale wciąż istotne – skąd w Polsce pochodzi energia elektryczna, którą naładujemy nasze auto? W 80% z węgla. Ciężko mówić tu o ekologii, gdy i tak pośrednio przykładamy się do emisji gazów cieplarnianych. Co innego, jeżeli posiadalibyśmy panele fotowoltaiczne i tylko z nich pobierali energię do ładowania naszego pojazdu, ale jest to raczej mało prawdopodobny scenariusz. W teorii struktura produkcji energii elektrycznej w Polsce ma powoli ulegać zmianie, by w 2030 roku udział węgla wynosił nie więcej niż 56%. Wszelkie wartości liczbowe w tej deklaracji pozostają ruchome i co szczyt klimatyczny ulegają zmianie, bo z jakiegoś powodu polski rząd ma duże trudności w wywiązywaniu się z europejskich obietnic, ale być może tym razem będzie inaczej. Na razie nie idzie nam za dobrze, bo w 2020 r. Polska była odpowiedzialna za 1% globalnej emisji CO₂.

Ilość istniejących na razie problemów oraz rozwiązań, jakie trzeba wdrożyć, wydaje się duża i może zniechęcać. Mimo wszystko uważam, że w samochodach z napędem elektrycznym warto pokładać duże nadzieje, bo udoskonalenia i innowacje w tej technologii postępują na naszych oczach. Wszystko, co wymaga poprawy w kwestii produkcji samochodów elektrycznych to problemy o szerokim zasięgu. Warto mieć je na uwadze i mówić o nich głośno, by zmobilizować odpowiedzialne za nie instytucje do zmiany, byśmy z czystym sumieniem mogli zakupić nasz nowy pojazd. Nie należy przekreślać elektryków, choćby z tego względu, że ich masowa produkcja trwa raptem dziesięć lat, kiedy samochody spalinowe są na rynku od ponad wieku. Może w niedalekiej przyszłości czyste i wolne od spalin miasto przestanie być tylko utopijną wizją?

---

Źródła:

1. Electric cars and batteries: how will the world produce enough?
2. Are electric cars ‘green’? The answer is yes, but it’s complicated
3. How green is your electric vehicle?
4. All about electric car batteries
5. How Green Are Electric Vehicles?
6. Millions of electric car batteries will retire in the next decade. What happens to them?
7. Going From An Electric Car Back To Gas: It’s Not Pretty
8. Cars Are Going Electric. What Happens to the Used Batteries?
9. Państwo dorzuci się każdemu do elektryka. Poznaliśmy kwoty dopłat
10. „Mój elektryk”, czyli nowe, lepsze dopłaty do aut na prąd. Kto i ile może dostać?
11. Samochody elektryczne 2021 – aktualne ceny modeli we wszystkich segmentach, od A do vanów [ZESTAWIENIE]
12. Jaka musi być pojemność baterii, żeby nie brakowało zasięgu? Auto elektryczne bez tajemnic
13. Panasonic Will Power Future Teslas with Way Larger, Higher-Capacity Cylindrical Battery Cells
14. How Much Does a Battery Weigh- Electric Car and Comparison
15. Ile kosztuje ładowanie samochodu elektrycznego?