Широко распространено мнение, что электромобиль – это не более чем атрибут сторонников экологичного образа жизни, который не сможет занять лидирующие позиции в автомобильной индустрии. Мы выясним, почему электрокары в скором времени могут вытеснить традиционные автомобили и какие последствия это повлечет за собой для мировой экономики.
В 2018 году объем мировых продаж электромобилей (не включая гибридные модели) достиг 1,4 миллиона единиц, что составляет не более полутора процентов от общего объема рынка автомобилей. Примечательно, что наибольший вклад в продажи электрокаров, а именно четверть миллиона машин, внес производитель, специализирующийся на автомобилях премиум-класса, где стоимость самой доступной модели составляет 35 тысяч долларов. По мнению многих экспертов, к началу 2030-х годов продажи электромобилей могут превысить продажи автомобилей с двигателями внутреннего сгорания.
Возможно, сама постановка вопроса покажется необычной. Почему именно электромобили должны занять доминирующую позицию на рынке? В чем их превосходство над автомобилями с двигателем внутреннего сгорания? Чтобы разобраться в этом вопросе, необходимо рассмотреть стимулы и ограничения, которые побуждают потребителей переходить с одного типа транспортного средства на другой.
Пряник для потребителя: победа нескромности
Обычный автомобиль оснащен двигателем внутреннего сгорания большего размера и многоступенчатой трансмиссией, которая обеспечивает более эффективную передачу энергии на ведущую ось. В электромоторе отсутствует процесс сгорания, поэтому он меньше нагревается в процессе работы. Благодаря этому его можно вращать на более высоких оборотах. Соответственно, при одинаковых с двигателем внутреннего сгорания габаритах, он будет в несколько раз мощнее. Электрический мотор демонстрирует хороший крутящий момент во всем диапазоне оборотов, поэтому ему достаточно простой и компактной одноступенчатой трансмиссии.
Мотор-трансмиссионный блок у электромобиля настолько компактен, что его можно устанавливать непосредственно на ведущую ось или интегрировать в конструкцию днища. Отсутствует необходимость выделять для него пространство под капотом, поэтому при сохранении тех же габаритов электромобиль всегда будет отличаться более просторным салоном. Действительно, аккумуляторная батарея электроавтомобиля значительно больше, чем топливный бак. Однако батарею можно изготовить достаточно плоской, чтобы она располагалась в плоскости днища автомобиля, не уменьшая при этом полезный объем салона.
Масса аккумуляторов, достигающая полутонны для электромобилей с увеличенным запасом хода, также не представляет серьезной проблемы. Во время рекуперативного торможения электродвигатель функционирует как генератор, возвращая энергию обратно в аккумуляторную батарею. Таким образом, дополнительные затраты энергии, необходимые для ускорения дополнительной полутонны веса, в значительной степени нивелируются благодаря такой системе торможения.
Одним из преимуществ электромобилей является мощность их двигателей. В автомобилях с двигателями внутреннего сгорания увеличение мощности обычно приводит к росту расхода энергии на пройденное расстояние. В случае электромобиля, оснащенного мощным двигателем, рекуперативное торможение позволит вернуть больше энергии, чем в аналогичной машине с менее мощным двигателем. Таким образом, электромобили, по своей сути, стремятся к большей мощности по сравнению с автомобилями, работающими на двигателях внутреннего сгорания.
Несмотря на все преимущества, электромобили долгое время пользовались низким спросом. Потребители, как это ни удивительно, сравнивают их с автомобилями с двигателем внутреннего сгорания по двум параметрам: внутреннему пространству и динамике разгона. Последнее обстоятельство кажется весьма необычным, поскольку лишь небольшая часть водителей хоть раз в жизни испытывала максимальное ускорение своего автомобиля. Однако на практике именно так и происходит. Причина заключается в том, что автомобиль – это не только средство передвижения, но и предмет, с помощью которого владелец стремится подчеркнуть свой социальный статус. Именно поэтому он нередко берет кредит, чтобы приобрести более мощный двигатель и больше дополнительных функций.
Восемь лет назад, типичным электромобилем считался Nissan Leaf первого поколения. Это был компактный автомобиль с немощным двигателем и запасом хода батареи, составлявшим всего 160 километров (в расчете на цикл ЕРА). Разгон от неподвижного положения до 96,5 км/ч занимал у него 9,8 секунды — поскольку Leaf позиционируется как аналог автомобиля с двигателем внутреннего сгорания, то, подобно бензиновой машине, его мощность ограничена, а максимальная скорость установлена на уровне 150 километров в час. Кроме того, эффективность рекуперативного торможения оказалась недостаточной.
Система охлаждения батареи электромобиля была воздушной, а зимой ее обогрев оказывался недостаточным. При снижении температуры до минус 20 градусов машина практически теряла возможность дальнейшего движения не ехала. Для того чтобы стоимость Leaf была минимальной, были предприняты все возможные усилия, поскольку массовое производство электромобилей пока не налажено, а несерийные автомобили сложно выпускать дешево без существенного снижения затрат.
Электромобили того времени представляли собой модифицированные версии обычных автомобилей — их максимальная скорость была ограничена до 150 километров в час, а запас хода сократился до 160 километров. Зарядка осуществлялась при мощности не более 20 киловатт, поскольку система воздушного охлаждения батареи не рассчитана на большую нагрузку. Это означало, что быстрая подзарядка в пути была невозможна. Они не отличались высокой скоростью, но были экологичными. Потребители воспринимали такие автомобили как второй транспорт для тех, у кого уже имеется первый.
По данным исследований, проведенных среди американских женщин в 2014 году, мужчины, управляющие электромобилями и гибридными автомобилями, вызвали у них наименьший интерес в качестве возможных партнеров. Всего 9% опрошенных женщин видели их в таком качестве. Владельцы обычных машин были им в разы интереснее (до 32%). Похожие результаты были получены при опросе мужчин, касающемся женщин за рулём.
Неожиданно, но для успешных продаж автомобиля это играет важную роль: машина нередко приобретается как символ статуса, а позиция «я забочусь об экологии, но мне безразличны отношения с противоположным полом» характерна, как правило, для тех, кто увлекся охраной природы до крайностей.
Продажи электромобилей изначально шли невысокими темпами. Несмотря на неоднократные улучшения характеристик Nissan Leaf, его доля на рынке электромобилей пока не превышает 7%. Стоит отметить, что выпуск модели начался раньше конкурентов, поэтому Nissan Leaf на сегодняшний день остается лидером по объему электропродаж, хотя эта позиция, вероятно, будет удержана недолго и уже в 2020 году может быть утрачена.
В 2017 году на рынок вошел производитель, предложивший принципиально иную стратегию: не стесняйся заявлять о себе. Tesla начала собственное производство в сегменте «среднеразмерных автомобилей». Ее Model 3 по объему салона сопоставима с BMW третьей серии, Mercedes C-класса и Audi A4 (на самом деле, даже превосходит, хотя и не сильно).
Мы уже разъясняли, почему это происходит: электромоторы значительно меньше двигателей внутреннего сгорания, а трансмиссия имеет сверхкомпактную конструкцию. Аккумуляторная батарея распределена тонким слоем по нижней части кузова, что позволяет избежать потери внутреннего пространства. В результате, автомобиль с ДВС при одинаковых внешних габаритах всегда будет иметь меньший объем салона, поскольку его мотор и трансмиссия существенно больше и не могут быть расположены тонким слоем толщиной в несколько сантиметров, как аккумулятор электромобиля.
В плане динамики Model 3 также демонстрирует лучшие показатели по сравнению с автомобилями, оснащенными двигателями внутреннего сгорания. Model 3 в комплектации стоимостью 35 тысяч долларов ускоряется до 96,5 километра в час за 5,6 секунды. Такое же время разгона требуется BMW 330i (самая доступная «трешка» в США), только стоит она от 40,75 тысячи долларов. Model 3 Perfomance разгоняется до той же скорости за 3,2 секунды, то есть на уровне спорткаров, а не седанов. Речь не только о скорости: в трековых гонках машины этой линии тоже показывают себя лучше близких обычных из той же ценовой категории.
Здесь нет никакого волшебства: даже базовая версия Model 3 оснащена двигателем мощностью 287 лошадиных сил, что значительно превосходит мощность двигателя БТР-80, масса которого превышает 13 тонн. Неудивительно, что немцы потеряли значительную долю своего сегмента на американском рынке, уступив её этому электромобилю.
Безусловно, остаются Toyota Camry, Honda Accord и другие автомобили схожего класса — они сопоставимы с Model 3 по объему салона, но при этом их стоимость в Соединенных Штатах начинается от 22-25 тысяч долларов. Однако мы не зря упомянули о динамике: самая производительная из «Камри» достигает отметки в 95,4 километра в час более чем за семь секунд — то есть значительно уступает базовой Model 3 при той же цене.
По всей видимости, указанные характеристики не связаны с реальной, практической пользой автомобиля. Большинство водителей никогда не испытывали свои машины, разгоняя их от начала движения до скорости сто километров в час за минимальное время, которое позволяет конструкция. В повседневных ситуациях такая возможность попросту не требуется.
Особенность автомобильного рынка заключается в том, что он предлагает покупателю не просто транспортное средство, а символ его благосостояния, социального положения и других аспектов идентичности. В данном контексте стратегия Tesla, заключающаяся в создании электромобиля, превосходящего по скорости аналогичные модели в том же ценовом сегменте, оказалась успешной. Мощные, но компактные электродвигатели лишь незначительно увеличили стоимость автомобиля, при этом существенно улучшив его динамические характеристики, которые недостижимы для машин с двигателями внутреннего сгорания сопоставимой цены.
Только в 2018 году выпущено было продано 157,3 тысячи Model 3, а за первые девять месяцев 2019 года – 220,3 тысячи. Четвертый квартал оказался самым успешным по объему мировых автомобильных продаж, что предполагает необходимость увеличения производства Model 3 в этом году вдвое. Это весьма значительный результат, особенно учитывая, что американский автомобильный рынок в 2019 году столкнулся с тем, что описывает американская пресса называет коллапсом: продажи упали на четыре миллиона штук в год (минус 5%).
Значительно меньший спрос наблюдается у более доступного Nissan Leaf по сравнению с его более дорогим аналогом. В 2018 году объем производства составил 87,5 тысячи штук, а за первые три квартала 2019 года — менее объём производства составил 59 тысяч единиц, что на 3,7 раза меньше показателя Model 3 за этот год. Таким образом, электромобиль, известный своей репутацией «экономичного и экологичного», демонстрирует снижение вместе с мировым автомобильным рынком, в то время как автомобиль, созданный по принципу «неэкономичного, но также экологичного», напротив, демонстрирует быстрый рост. Очевидно, что концепция «нескромного» оказалась более успешной, чем «скромного.
На американском рынке электромобили уже стали распространенным явлением: стоимость нового автомобиля в США в среднем составляет 35 тысяч долларов, что сопоставимо с начальной ценой Model 3. Однако в других странах мира такие расходы менее доступны, поэтому переход к новому виду транспорта начнется значительно быстрее лишь после появления электромобилей с аналогичным запасом хода, но более низкой стоимостью.
Выпуск автомобиля, цена которого начинается от 25 тысяч долларов, намечен на первую половину 2020-х годов. В европейском регионе именно этот ценовой диапазон является наиболее распространенным. В КНР население имеет меньшие доходы, однако местный коммунистический партийный аппарат жестко контролирует приобретение автомобилей с двигателем внутреннего сгорания, требуя участия в дорогостоящей лотерее. В связи с этим, на китайском рынке отказ от двигателей внутреннего сгорания в пользу электромоторов произойдет достаточно оперативно.
Национальные экономики, такие как российская, завершат полный переход последними. Средняя стоимость новой машины на отечественном рынке значительно ниже 25 тысяч долларов. И, исходя из изменения уровня доходов населения, такая ситуация, вероятно, сохранится на длительный срок. Однако переход неизбежен и для нас. Прежде всего, стоимость электромобилей продолжит снижаться, поскольку аккумуляторы постоянно дешевеют, а начало массового производства существенно сокращает производственные затраты. Кроме того, в России в основном собирают автомобили, разработанные за рубежом (например, платформа В0 в случае ВАЗ), благо владельцы нашего автопрома — в основном иностранцы.
Ведущие западные компании сокращают инвестиции в разработку двигателей внутреннего сгорания и рассматривают возможность полного отказа от них. Отсутствие собственных центров разработки на Западе может привести к тому, что российское автомобилестроение столкнется с ситуацией, аналогичной советской, когда производили лицензионные версии автомобилей «Фиат». Кроме того, западные собственники российских автопроизводственных предприятий, вероятно, начнут организовать производство электромобилей на территории нашей страны.
Кнут: экология вымышленная и реальная
Мы уже отмечали, существуют сомнения в том, что опасения по поводу глобального потепления обоснованы, и в некоторых случаях они искажают реальную картину. На самом деле, это явление сложно назвать угрожающим: из-за повышения температуры на планете активно увеличивается биомасса и количество деревьев, а также площади суши, пригодные для жизни человека.
К сожалению, большинство людей не знакомы с этими научными данными. Недостаточно точная подача информации в средствах массовой информации привела к тому, что глобальное потепление воспринимается как катастрофа, способная привести к краху цивилизации и масштабному вымиранию.
На протяжении всей истории человечества личные убеждения неизменно оказываются более важными, чем реальные факты. Это указывает на то, что для общественного мнения несущественно знать о подлинных, хотя и малоизвестных, позитивных последствиях глобального потепления, в отличие от вымышленных, но активно распространяемых негативных. В связи с этим западные страны продолжают бороться с выбросами парниковых газов, вызванными деятельностью человека, и, вероятно, будут усиливать эти усилия в обозримом будущем.
С этой точки зрения отказ от автомобилей с двигателями внутреннего сгорания становится абсолютно необходимым. Как мы продемонстрируем далее, новые солнечные и ветровые электростанции способны полностью обеспечить энергией электромобили. В то же время, автомобили с ДВС потребляют половину мировой добычи нефти, что приводит к ежегодному выбросу миллиардов тонн углекислого газа. Без отказа от двигателей внутреннего сгорания невозможно существенно снизить антропогенные выбросы углекислого газа.
Остановить безудержную борьбу с глобальным потеплением представляется крайне сложной задачей. Даже лидер Соединенных Штатов, самой влиятельной державы в мире, не в силах это сделать. После окончания его второго срока в стране не найдется политиков, готовых отказаться от борьбы с изменением климата. Это означает, что правительства западного мира предпримут все усилия для продвижения электромобилей, используя как новые финансовые стимулы, как это делается в Германии, так и запрет на использование автомобилей с двигателями внутреннего сгорания в городах, который уже разрабатывается во многих столицах мира.
К электромобилям приписывают множество преимуществ, в основном связанных с экологией (снижение выбросов углекислого газа), однако существуют и другие, менее известные, но вполне реальные достоинства.
Выбросы обычных транспортных средств представляют наибольшую опасность для здоровья в виде твердых микрочастиц, размер которых не превышает 10 микрометров. Эти микрочастицы, невидимые глазу, проникают в легкие и далее в кровь. В крови вокруг них формируются тромбы, создающие дополнительную нагрузку на сердечно-сосудистую систему. Риск смерти от инфаркта или инсульта возрастает пропорционально количеству микрочастиц в кровотоке.
Ежегодно в мире от выбросов двигателей внутреннего сгорания гибнут сотни тысяч людей. О масштабах этой проблемы в России говорить затруднительно, поскольку отечественные исследователи пока не уделяли этому вопросу должного внимания. Если российская ситуация сопоставима с общемировыми показателями или данными по США, где ведется соответствующий учет, то выхлопные газы приводят к гибели не менее десяти тысяч человек в год.
Переход на электромобили, безусловно, уменьшит количество смертей, даже в тех регионах, где электричество производится на тепловых электростанциях, которые также выбрасывают микрочастицы. Это связано с тем, что выхлопные газы автомобилей напрямую воздействуют на органы дыхания городских жителей, загрязняя воздух на улицах и оказывая наиболее негативное воздействие. Трубы теплоэлектростанций расположены на значительной высоте, что обеспечивает распределение микрочастиц на большой территории, поэтому выбросы от электростанций оказываются менее опасными.
Если бы все легковые автомобили в США были электромобилями, то их годовое потребление электроэнергии составило бы всего 0,8 триллиона киловатт-часов. При этом выбросы от автомобилей убивают в Штатах 53 тысячи человек ежегодно. Электростанции в этой стране вырабатывают более 3,5 триллиона киловатт-часов в год, примерно в четыре-пять раз больше, чем потреблял бы полностью электрифицированный автотранспорт. Но при этом ТЭС в США убивают микрочастицами 52 тысячи в год.
Киловатт-час, произведенный на тепловой электростанции, значительно менее опасен для жизни, чем аналогичное количество энергии, полученное при сжигании топлива в двигателях внутреннего сгорания. Любая крупная страна способна сократить число жертв, связанных с автомобильными выхлопами, на 80%, даже если электромобили будут питаться исключительно от тепловых электростанций. В действительности выигрыш будет превышать 80%, поскольку четверть всего мирового электроснабжения обеспечивается более безопасными типами электростанций.
Значительное снижение уровня шума, особенно в городских условиях, – еще один неоспоримый плюс электромобилей. Хотя при скоростях, превышающих 60 километров в час, основным источником шума становятся шины, до указанной скорости звук издает сам двигатель, причем его громкость в два-три раза выше по шкале децибел. Переход на полностью электрический транспорт позволит сделать улицы мегаполисов более тихими.
Да, возражают скептики. Предположим, электромобили более вместительные и динамичные, чем традиционные автомобили, но как справиться с многочисленными сложностями, которые стоят на пути их распространения? Попробуем проанализировать эти трудности — и продемонстрировать, что на самом деле они не являются препятствиями.
Миф № 1: недостаточная дальность хода препятствует широкому распространению электромобилей
Многие, включая президента General Motors, высказывают мнение о недостаточном запасе хода у электромобилей. Согласно исследованиям, проводимым General Motors, большая часть потенциальных покупателей желает, чтобы электромобиль мог проехать не менее 480 километров на одной зарядке заключает президент этой корпорации: «Пока не будет решена эта проблема, электромобили не преуспеют».
По факту, данная проблема уже имеет решение. Модели Model 3 с запасом хода от 515 километров и выше выпускают с 2017 года, сделано их уже 0,44 миллиона. Не менее важный момент заключается в том, что не обязательно опрос GM оказывает реальное влияние на объемы продаж. Популярные версии, например, Model 3, демонстрируют запас хода всего в 400 километров. Таким образом, либо исследование GM не учитывает ряд факторов, либо глава корпорации стремится возложить на электромобили ответственность за недостатки, которыми они не обладают.
Для большинства водителей дальности в 400 километров более чем достаточны, поскольку средний годовой пробег у них невелик. В Соединенных Штатах он составляет около 60 километров в день, что связано с тем, что большинство жителей проживают за пределами городов. В других развитых странах этот показатель еще ниже. Заряда батареи хватает на неделю, что позволяет избежать ситуаций, когда автомобиль разрядится.
Длительные путешествия могут включать в себя преодоление до тысячи километров в день, однако и расстояние в 400 километров будет вполне достаточным. Всего за 12-16 минут на подзарядке самый популярный электромобиль, представленный на рынке сегодня, получает достаточно заряда, чтобы проехать еще 224 километра. То есть даже на пути в тысячу километров на заправках придется провести меньше часа — столько же, сколько сегодня тратит на остановки водитель обычной машины, решившийся на такое путешествие.
Миф № 2: ресурс батареи — несколько лет, как в смартфоне
Часто живучесть батарей в современных электромобилях сопоставляют с аккумуляторами смартфонов и планшетов, поскольку через пять лет их работоспособность заметно снижается».
Пока не стоит учитывать, что наиболее востребованные электромобили оснащены жидкостной системой охлаждения литиевых батарей, предотвращающей их перегрев и переохлаждение. Также существует разница в составе катода: в автомобильной промышленности он разрабатывается для обеспечения длительного ресурса, а в бытовой электронике – для уменьшения его толщины.
Таким образом, на стендах тестирования батареи, например, Tesla, демонстрируют сохранение 80% первоначальной емкости даже после 800 000 километров пробега (испытания проводятся непрерывно). Реальный опыт пользователей подтверждают эти данные: потеря емкости сильно падает со временем, и сейчас есть батареи, отходившие по полмиллиона километров с умеренной потерей емкости.
По предварительным данным, в 2020 году Tesla планирует начать производство батарей с измененным химическим составом. Предполагается, что их характеристики будут приблизительно вдвое больший ресурс, чем нынешний. Это выглядит бессмысленным для обычного пользователя: мало людей проезжают за жизнь даже 800 тысяч километров — ресурс уже существующих батарей.
Высокий ресурс батареи, достигающий 1,6 миллиона километров, имеет большое значение для таксистов (которых часто привлекают электромобили) и влияет на сохранение стоимости автомобиля при его продаже. Способствует этому и использование алюминиевых сплавов, устойчивых к коррозии, для изготовления внешних панелей наиболее востребованных электромобилей. Уже сейчас рынок учитывает этот фактор: подержанные Model S и Model 3 при перепродаже теряют в цене меньше, чем автомобили с двигателем внутреннего сгорания.
Миф № 3: холод против электромобиля
Известно, что при температуре -20°C и ниже запас хода электромобиля на одной зарядке уменьшается на 30%. Если отсутствует отапливаемый гараж, то процесс его подзарядки приходится раз в два дня, заметно чаще обычного. В России это зачастую оценивают как серьезную проблему в электрификации транспорта.
Однако достаточно лишь взглянуть на климатическую карту Земли, чтобы убедиться: это не соответствует действительности. Граница, южнее которой среднегодовая температура января превышает ноль градусов, проходит по западному пределу территории бывшего Советского Союза. В Северной Америке она располагается через малонаселенные штаты США и Канаду.
Лишь 5% населения Земли проживают в регионах, где можно говорить о существенных холодах. Эти холодные районы планеты не могут быть густонаселенными, поскольку люди не стремятся жить в таких условиях. В глобальном масштабе климат не оказывает влияния на переход к электромобилям.
В России обстановка, разумеется, имеет свои особенности. Поэтому в нашей стране часто задают вопрос: «Как вы планируете электрифицировать транспортные средства в Якутии?» (особенно учитывая, что в городах Якутии при минус 47 ездят лучше ДВС-мобилей).
Подобный фактор, в сущности, не имеет большого значения. Лишь 2% населения проживают в зоне вечной мерзлоты, тогда как остальные 98% живут в районах, где ее нет. «Мерзлотные» территории изначально малонаселены, и эта особенность не изменится в обозримом будущем. Поэтому Якутия и подобные регионы никак не сказываются на ситуации, характерной для подавляющего большинства – 98% – населения России.
В Москве, Перми и других регионах России, где климат относительно мягкий, все же бывают суровые морозы. Могут ли они повлиять на работу электромобилей? По всей видимости, нет. Действительно, способность электромобилей эффективно функционировать в условиях низких температур давно подтверждена экспериментальным путем. Марсоходы по ночам подвергаются охлаждению до минус 100 градусов и, тем не менее, продолжают работать на протяжении многих лет без какого-либо технического обслуживания. В сущности, это те же самые электромобили, только использующие литиевые батареи.
Второй момент заключается в том, что уменьшение дальности хода на 30% не является критичным. Для водителей электромобилей это может означать необходимость зарядки каждые два дня, что вполне приемлемо, как это уже практикуется у владельцев электрокаров в Сибири и делают сегодня. Владельцу электромобиля, планирующему зимнее путешествие на расстояние в тысячу километров, для пополнения заряда потребуется от 70 до 75 минут, в то время как в теплое время года – 45-50 минут. Это, безусловно, менее удобно, чем поездка в безморозные дни. Однако, разница эта не является существенной.
Миф № 4: ресурсов лития и кобальта для производства аккумуляторов недостаточно, а утилизация использованных батарей представляет угрозу для окружающей среды
В публикациях, посвященных дефициту лития, необходимого для производства электромобилей, редко приводятся точные данные. Тем не менее, они заставляют взглянуть на ситуацию более реалистично: для аккумулятора, например, электромобиля Model 3, в среднем требуется всего 10 килограммов этого металла. Для миллиона электромобилей в год достаточно 10 тысяч тонн, а для 100 миллионов (полное замещение обычных легковушек) — миллиона тонн в год.
Лития уже сегодня добывается объем производства составляет 70 тысяч тонн в год, и даже незначительное повышение стоимости будет ощутимым расширит объем его коммерчески целесообразных резервов (его станет выгодно добывать из воды высокой солености). Но и на существующих источниках добыча металла постоянно растет. С кобальтом сырьевая ситуация еще более благоприятная: его добывают больше, а содержание кобальта в батареях для электромобилей быстро падает.
Зачастую высказываются опасения, что б/у литиевые батареи не перерабатываются, и вскоре ими будет покрыта вся планета. Чтобы оценить, насколько эти опасения обоснованы, необходимо проанализировать статистические данные. Какие опасные для здоровья вещества содержатся в батарее электромобиля? В аккумуляторной батарее самого распространенного электромобиля на рынке находится 10,5 килограмма лития и приблизительно в полтора раза больше кобальта. Другие компоненты батареи, такие как углерод, сложно назвать токсичными.
Но и литий с кобальтом представляют лишь умеренную опасность. Для достижения 50-процентного риска летального исхода вследствие их приема, нужно запихать в себя несколько десятков граммов любого из этих металлов. Примерно такая же доза поваренной соли отправляет на тот свет с той же вероятностью. Однако никого не беспокоит загрязнение планеты поваренной солью — хотя ее в окружающей среде очень много.
Каждый литр морской воды содержит десятки граммов NaCl — тем не менее никакой паники. Цивилизация ежегодно добывает около 300 миллионов тонн соли ежегодно используется преимущественно в промышленных целях, что приводит к поступлению соленых стоков в водоемы. Речь идет не только о стоках: в водоемы попадает 24 миллиона тонн соли каждый год выбрасывается на дороги, откуда попадают в канавы (правда, никого там не убивая, в силу низкой токсичности).
Кобальт и литий представляют собой примерно сопоставимую опасность. Применение этих материалов в электромобилях не превысит даже нескольких миллионов тонн в год. Таким образом, экологический риск, связанный с литиевыми аккумуляторами, всегда будет значительно меньше, чем загрязнение от обычной соли.
Почему выброс десятков миллионов тонн хлорида натрия в окружающую среду не вызывает широкой обеспокоенности, в то время как значительно меньшие объемы кобальта и лития, сопоставимых по токсичности, вызывают серьезные опасения? Скорее всего, дело в том, что люди опасаются всего, что воспринимают как нетипичное.
Гидроксид лития присутствует в автомобильных аккумуляторах, однако об этом редко говорят. Кроме того, соединения лития часто встречаются в стеклянной и керамической посуде – их можно найти там, а не в батареях электромобилей уходит его основная часть. Вместе с битым стеклом и керамикой литий непрерывно попадает в окружающую среду уже очень давно, без малейших попыток его вторичной переработки.
Пока мы не осведомлены о каком-либо явлении, мы не способны испытывать к нему страх. Электромобили стали предметом повышенного интереса со стороны общества, поскольку о них уже есть определенные сведения. Именно поэтому возникают опасения.
Общественное развитие подчиняется определенным закономерностям, игнорировать которые нельзя. Часто решения принимаются не в соответствии со степенью значимости проблем, а исходя из того, какие вопросы вызывают наибольший общественный резонанс. В связи с повышенным вниманием к проблеме вторичной переработки литиевых батарей, крупнейший производитель электромобилей, Tesla, уже перерабатывает свои литиевые батареи. Сегодня их у компании крайне мало: большинство из 0,93 миллиона выпущенных ею машин еще не выработали ресурс аккумуляторов.
В настоящее время переработка отходов производства осуществляется в незначительных объемах, в основном это касается утилизации бракованной продукции и изделий, замененных по гарантии, и обходится недешево на единицу объема. Другие производители электромобилей выпустили еще меньшее количество машин, чем Tesla. Так, Nissan произвел вдвое меньше электромобилей, а остальные компании значительно отстают. Собственная система переработки у них пока отсутствует, однако, вероятно, она будет внедрена с увеличением объемов выпуска новых автомобилей.
Миф № 5: не хватит электричества
Если бы все миллиарды автомобилей на Земле были электрическими, их совокупная мощность составила бы 200 миллиардов киловатт, или 200 тераватт. При этом мощность всех действующих электростанций в мире не превышает 10 тераватт. Исходя из этого, многие приходят к заключению, что для полной электрификации автопарка недостаточно энергетических ресурсов. Кроме того, отмечается, что большая часть электроэнергии в мире производится из угля и природного газа. Возникает вопрос: какой смысл переходить с двигателей внутреннего сгорания на электромобили, работающие на «угле»?
Несколько факторов ставят под сомнение обоснованность этих расчетов. Рассмотрим конкретные данные. Самый популярный электромобиль, представленный на рынке тратит при использовании кондиционера автомобиль потребляет 15,5 киловатт-часа на каждые 100 километров пути. Оценки EPA, касающиеся энергоэффективности, подтверждаются как независимыми тестами, так и отзывами владельцев.
Автомобиль в среднем преодолевает не более 20 тысяч километров в год, что предполагает потребление около 3100 киловатт-часов. С учетом потерь, возникающих при зарядке на низком напряжении, а также паразитарного потребления (например, для поддержания климат-контроля в салоне и батарей), этот показатель снижается до менее чем 3500 киловатт-часов. Таким образом, даже если будет выпущено миллиард электромобилей, их совокупное потребление электроэнергии из сети не превысит 3,5 триллиона киловатт-часов в год.
В настоящее время мировая энергетика обеспечивает выработку более 21 триллиона киловатт-часов ежегодно. Таким образом, полный переход на электромобили потребовал бы увеличения потребления электроэнергии лишь на 17%. Это не означает, что для обеспечения электроэнергией электромобилей необходимо возводить новые тепловые электростанции.
В настоящее время многие электростанции вынуждены временно приостанавливать работу: в ночное время потребление энергии минимально, а в дневные часы, в период между утренним и вечерним пиком нагрузки, часть станций отключают. В то же время, именно в ночное время и по дороге на работу большинство (80%) владельцев электромобилей подключают их к зарядке от розеток в гараже или на парковке.
Средний срок эксплуатации тепловой электростанции, в частности, в Российской Федерации — 4070 часов в год, или 46,5% от всего времени. Основную часть своей жизни типичная ТЭС банально простаивает. Электромобилизация позволила бы поднять среднее время работы ТЭС до 60% от общей длительности года, и это легко закрыло бы потребность в дополнительном электричестве.
Увеличение объема производства электроэнергии также способствовало бы повышению рентабельности электростанций: чем больше электроэнергии вырабатывается ежегодно, тем быстрее происходит погашение кредита, ведь практически все теплоэлектростанции в мире строятся на заемные средства.
Тем не менее, не исключено, что эти опасения не оправдаются. В настоящее время в мире ежегодно устанавливают около 50 гигаватт ветроустановок и 100 гигаватт солнечных панелей. Совокупная годовая выработка только новых мощностей, таким образом, превышает 200 миллиардов киловатт-часов. Этого объема достаточно для обеспечения энергией шесть миллионов электромобилей.
По предварительным данным, в прошлом году во всем мире было выпущено 1,4 миллиона электромобилей. Таким образом, увеличение количества ветряных электростанций и солнечных панелей значительно превышает рост потребления электроэнергии, связанный с использованием автомобилей на аккумуляторах.
Необходимо учитывать, что объемы выработки солнечной и ветряной энергии постоянно растут, а стоимость этой энергии снижается. В течение 2020-х годов ввод новых мощностей будет происходить более интенсивными темпами, чем в настоящее время.
Ведро дегтя
Итак, мы выяснили, что замена автомобилей с двигателями внутреннего сгорания на электромобили позволит ежегодно спасать сотни тысяч жизней на всей планете. Это, конечно, позитивный момент, однако важно осознавать, что распространение электромобилей повлечет за собой и другие, неприятные последствия.
В сфере автомобильной торговли трудятся миллионы людей, только в США их число превышает миллион, и дилерские центры владеют значительным объемом недвижимости (в Штатах на их площадях размещается около двух миллионов автомобилей). Однако, наиболее востребованные электромобили реализуются без посредничества дилерских центров. Интервал между техосмотрами составляет 20 тысяч километров, а долговечность электромотора и трансмиссии превосходит показатели двигателей внутреннего сгорания. Таким образом, миллионы работников дилерских центров могут столкнуться с риском потери работы в течение ближайших двух десятилетий.
Ранее мы указывали, что ресурс электромобилей составляет приблизительно 800 тысяч километров до ощутимой потери емкости батареи, что соответствует примерно 40 годам эксплуатации для среднестатистического водителя. Алюминиевые и нержавеющие компоненты подвержены незначительной коррозии. В связи с этим, прогнозируемый срок службы подержанных автомобилей существенно увеличится. Как следствие, количество рабочих мест в автомобильной промышленности, включая тех, кто производит запасные части, со временем сократится. Это связано с тем, что обычные автомобили изготавливаются из ржавеющей стали, и лишь немногие двигатели внутреннего сгорания способны проехать свыше миллиона километров: соответственно, поддержание подержанных автомобилей в рабочем состоянии представляет собой более сложную задачу.
В нефтяной отрасли ожидается сокращение рабочих мест из-за роста популярности электромобилей. Около половины добываемой в мире нефти используется в автомобильной промышленности, в то время как электростанции не используют ее из-за высокой стоимости. Замена автомобилей с двигателями внутреннего сгорания приведет к значительному снижению будущего спроса на нефть. Однако, этот процесс, скорее всего, не произойдет в ближайшие десять лет, поэтому у нас есть время для подготовки к новым условиям.