Czy elektryczne samochody ocalą nasz świat?

21 godzin trwało gaszenie elektrycznego mercedesa, który zapalił się w nocy z 26 na 27 marca nieopodal wsi Tuchom na Kaszubach. Przyczyną pożaru było prawdopodobnie zwarcie instalacji elektrycznej, które doprowadziło do zapalenia się podsycającego płomienie akumulatora litowo-jonowego. Do zwarcia w takim akumulatorze – podobnie jak np. w zasilającej nasz laptop baterii – dochodzi, gdy zetkną się ze sobą tworzące baterię elektrody – katoda i anoda. W poprawnie działającej baterii elektrody te się nie stykają – oddziela je cienkie, mikroperforowane tworzywo, a ładunek elektryczny przenoszony jest między nimi za pomocą elektrolitu, czyli cieczy zawierającej sole litowe. Kiedy ładujemy baterię, energia przenosi się od katody (elektrody naładowanej dodatnio) do anody (naładowanej ujemnie), kiedy zaś korzystamy z baterii, energia pokonuje przeciwną drogę.

Czytaj więcej

Plus Minus

Sieciowy koszmar armii Putina

Łączność satelitarna, jaką Elon Musk udostępnił napadniętym Ukraińcom, to tylko najbardziej znana laikom technologia z tych, które zapewniając szybki obieg danych, pozwalają wygrywać współczesne konflikty zbrojne. Rosjanie najwyraźniej nie docenili znaczenia, jakie rewolucja informacyjna ma w prowadzeniu działań wojennych.

Dlaczego te samochody gasi się godzinami?

Problem pojawia się w momencie, gdy dochodzi do zwarcia – czyli wspomnianego zetknięcia katody z anodą. Może do niego dojść w wyniku błędu konstrukcyjnego, ale też np. wypadku i uszkodzenia baterii/akumulatora lub wystawienia go na zbyt wysoką temperaturę i przegrzania się jednego z ogniw. W przypadku akumulatora samochodu elektrycznego, składającego się często z kilkuset takich ogniw, zwarcie w jednym wywołuje reakcję łańcuchową.

Prof. Paul Christensen z Uniwersytetu w Newcastle w rozmowie z serwisem Air Quality News tłumaczył, że w takim wypadku to, co jest największym atutem baterii litowo-jonowych, czyli możliwość gromadzenia bardzo dużej ilości energii na małej przestrzeni, staje się ich wadą. W momencie uszkodzenia ogniwa dochodzi do gwałtownego wytwarzania się ciepła, którego nie sposób się pozbyć w takim tempie, w którym jest ono generowane. To zaś prowadzi do wzrostu temperatury całego układu, w wyniku czego dochodzi do zjawiska tzw. niestabilności termalnej. W kolejnych ogniwach akumulatora zaczyna dochodzić do stapiania się separatora między katodą a anodą i zapalenia się elektrolitu. W efekcie – jak podsumowuje prof. Christensen – może dojść do samozapłonu, a nawet eksplozji akumulatora.

Dlatego właśnie proces gaszenia pożaru akumulatora litowo-jonowego trwa wiele godzin (choć zazwyczaj nie aż 21). Bo – oprócz ugaszenia ognia – konieczne jest jeszcze schłodzenie akumulatora, tak aby nie doszło w nim do ponownego samozapłonu. Ba, nawet ugaszony już całkowicie akumulator trzeba poddać kilkunastodniowej kwarantannie, ponieważ w przypadku uszkodzenia do kolejnego samozapłonu może dojść nagle, np. po tygodniu. W Tuchomiu, wobec braku specjalnej wanny do chłodzenia samochodów elektrycznych, strażacy chłodzili mercedesa w wypełnionym wodą kontenerze na odpady, po czym musieli jeszcze zabezpieczyć kontener do czasu przyjazdu firmy, która zabrała toksyczne substancje do utylizacji.

Problem z gaszeniem samochodów elektrycznych stanowi jednak nie tylko długi czas całego procesu (średnio 1,5 godziny), ale również to, że w trakcie pożaru baterii litowo-jonowej może się wydzielić nawet 100 toksycznych substancji – m.in. śmiertelnie groźnych dla człowieka cyjanowodoru i tlenku węgla. Ponadto do ugaszenia i schłodzenia płonącego auta elektrycznego potrzeba nawet 10 tys. litrów wody. Co więcej, woda ta jest po gaszeniu zazwyczaj zanieczyszczona metalami ciężkimi, takimi jak kobalt, nikiel i mangan. Dlatego należy ją zutylizować.

Problem ten, choć bardzo medialny, jednak nie jest największym, jaki mamy z autami elektrycznymi. Z racji wciąż małej liczby tego typu samochodów w Polsce przypadki ich pożarów można policzyć na palcach dwóch rąk. W 2022 roku było ich dziesięć przy 8333 pożarach samochodów spalinowych. W przeliczeniu na 100 samochodów zapala się w Polsce 0,03 auta elektrycznego i 0,04 spalinowego. Więc nic nie wskazuje na to, by auta elektryczne paliły się częściej niż spalinowe. Choć gdy już się zapalą, jest to faktycznie znacznie bardziej kłopotliwe.

Dowodem tego był choćby spektakularny pożar, który wybuchł na statku przewożącym blisko 500 samochodów elektrycznych u wybrzeży Holandii pod koniec lipca. Płomienie gaszono ponad tydzień, a sparaliżowaną ogniem jednostkę odholowano o kilkadziesiąt kilometrów z obawy przed katastrofą ekologiczną.

Ci nieekologiczni kierowcy

Ale dlaczego w ogóle musimy rozmawiać o samochodach elektrycznych? Po pierwsze – trzeba mieć świadomość, że paliwa kopalne używane do napędzania samochodów spalinowych skończą się prędzej niż później. Szacuje się, że zasoby ropy naftowej i gazu przy obecnym poziomie eksploatacji wyczerpią się za ok. 50 lat. Po drugie – jak alarmują naukowcy badający zmiany klimatyczne, nie mamy nawet tyle czasu. Jeśli w zdecydowany sposób nie obniżymy emisji gazów cieplarnianych – na czele z dwutlenkiem węgla stanowiącym efekt uboczny spalania ropy czy gazu – nasza planeta zmieni się nie do poznania. I nie będzie to zmiana na lepsze.

Na razie emisja CO2 nadal rośnie – w 2022 r. wyniosła rekordowe 36,8 mld ton po wzroście rok do roku o 0,9 proc., co i tak nie było złą wiadomością, bo obawiano się znacznie większego wzrostu w związku z popandemicznym ożywieniem gospodarki. Transport globalnie odpowiada za 14–16 proc. tych emisji, ale już np. w USA jest najpoważniejszym źródłem emisji gazów cieplarnianych (28 proc.), a w UE odpowiada za czwartą część emisji gazów cieplarnianych. Co więcej, z danych Europejskiej Agencji Środowiska wynika, że za aż 60,6 proc. gazów cieplarnianych emitowanych przez transport w Unii odpowiadają właśnie samochody osobowe. Dla porównania samoloty odpowiadają za 13,4 proc. emisji, których źródłem jest transport, a np. kolej – za 0,4 proc. Globalnie te proporcje wyglądają podobnie – serwis Our World in Data (Świat w liczbach) podaje, że transport odpowiada za 16,2 proc. emisji na świecie, z czego transport drogowy stanowi aż 73,5 proc. tejże.

Mało tego, o ile – jak podaje Międzynarodowa Agencja Energetyczna w raporcie z marca 2023 r. – emisje generowane przez przemysł w wymiarze globalnym spadają, o tyle te generowane przez transport rosną (w 2022 r. o 254 mln ton). W UE w latach 1990–2019 emisja gazów cieplarnianych generowanych przez transport wzrosła o 33,5 proc.

Panaceum ma być właśnie rozwój elektromobilności. W 2022 r. liczba sprzedanych samochodów elektrycznych po raz pierwszy przekroczyła 10 mln, co oznacza, że stanowiły 14 proc. wszystkich nowych sprzedanych aut. Mimo tego osiągnięcia elektromobilność nadal jakby nie wyszła z wieku niemowlęcego – dość powiedzieć, że na świecie jeździ po drogach 26 mln samochodów elektrycznych – i ponad 1,4 mld spalinowych. Tylko w Polsce zarejestrowanych jest tyle samochodów spalinowych, ile samochodów elektrycznych jeździ po drogach na całym świecie. Samochód elektryczny nadal jest bardziej ciekawostką niż realną alternatywą dla spalinowego.

Czytaj więcej

Plus Minus

Gdy strach napędza inflację

Wydawałoby się, że za wzrost cen odpowiada brak produktów, niedostępność usług lub rosnące koszty ich wytworzenia czy dostarczenia, jak choćby drożejąca energia. Ale czasami stoją za tym też społeczne lęki, to czego się najbardziej boimy.

Czekanie na niższe emisje

Czy e-auta naprawdę zmniejszają emisję CO2? Krótka odpowiedź brzmi: tak. Opatrzona musi być jednak gwiazdką i przypisami. Wprawdzie mitem jest powtarzane przez niektórych stwierdzenie, że samochody elektryczne w rzeczywistości wiążą się z pozostawianiem większego śladu węglowego niż samochody spalinowe, ale prawdą jest, że na starcie opatrzone są większym „ciężarem” dla środowiska. Dlaczego? Powodem jest proces produkcyjny, zwłaszcza produkcja dużych akumulatorów litowo-jonowych, która wiąże się z dużą emisją dwutlenku węgla.

Do ich wytworzenia potrzeba wspomnianych metali – litu, kobaltu i niklu, które najpierw trzeba wydobyć (co również generuje emisję dwutlenku węgla) oraz poddać obróbce termicznej. Eksperci z Massachusetts Institute of Technology (MIT) wyliczyli, że do produkcji akumulatora o pojemności 80,5 kWH, który wykorzystywany jest w Tesli Model 3, potrzeba od 2,5 do nawet 16 ton CO2 (w zależności od tego, jak „czysta” jest energia używana przy wydobyciu metali i ich obróbce). W efekcie produkcja akumulatora do auta elektrycznego generuje nawet do 80 proc. dwutlenku węgla więcej niż budowa porównywalnego samochodu spalinowego.

Ale to jeszcze nie koniec – bo gdy samochód elektryczny ruszy na trasę, nadal pozostawia za sobą ślad węglowy. Tak, tak, choć z jego rury wydechowej nie wydobywają się kłęby dymu, to jednak energia, którą jest zasilany, musi zostać w jakiś sposób wyprodukowana. I w tym momencie wszystko zależy od miksu energetycznego w danym miejscu. Na początku 2022 roku głośno było o raporcie grupy doradztwa badawczego Radiant Energy Group, z którego wynikało, że w Polsce i Kosowie, ze względu na oparciu energetyki niemal wyłącznie na paliwach kopalnych, korzystanie z pojazdu elektrycznego wiąże się z większą emisją CO2 niż spalinowego. I choć eksperci szybko zakwestionowali dane, na których oparli się autorzy tego raportu – mieli oni przyjąć, że Polska większość energii uzyskuje ze spalania węgla brunatnego, a ponadto mieli zaniżać koszty środowiskowe samochodów spalinowych – to jednak ziarno prawdy w tym raporcie jest: samochód elektryczny będzie tym bardziej ekologiczny, im bardziej zielona jest produkcja energii w danym kraju.

Naukowcy z MIT w badaniu z 2019 r. wyliczyli, że o ile samochód spalinowy emituje średnio w całym cyklu użytkowania 350 gramów CO2 na każdą przejechaną milę (ok. 1,6 km), o tyle analogiczny pojazd hybrydowy emituje 260 gramów CO2 na milę, a samochód elektryczny – 200 gramów CO2.

Co więcej – samochody elektryczne mają przed sobą perspektywę dalszego spadku emisji. – Na MIT szacuje się, że do 2050 roku emisja CO2 związana z ich użytkowaniem może spaść nawet do 50 gramów na milę (dużo zależy od tempa rozwoju zielonych źródeł energii).

Podobne wnioski płynęły z analizy w serwisie CNET opartej na danych amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA). Autor porównania zestawił ze sobą Teslę Model 3 z BMW M340i xDrive. Porównanie wykazało, że Tesla, pokonując milę, emitowała 210 gramów CO2 (to nie tylko koszt zużytej energii, ale też emisja związana z jej przesyłem), podczas gdy spalinowe BMW – 336 gramów. Biorąc pod uwagę, że ślad węglowy przy produkcji Tesli jest wyższy niż przy produkcji BMW, Tesla „zrównuje się” emisją z BMW M340i xDrive po przejechaniu ok. 76 tys. kilometrów, po czym z każdym przejechanym kilometrem staje się ekologiczniejsza. Ergo – samochód elektryczny to zmniejszenie emisji, ale nie w krótkiej perspektywie – musimy brać pod uwagę cały cykl użytkowania.

– Emisje przy użyciu samochodów BEV (w pełni elektrycznych – red.) są drastycznie niższe niż w przypadku samochodów spalinowych do tego stopnia, że do zrównania (śladu węglowego – red.) dochodzi po ok. półtora roku użytkowania przy sedanie, nieco ponad półtora roku przy półciężarówce i niespełna dwóch latach przy SUV-ie, biorąc pod uwagę uśredniony miks energetyczny dla USA i średnią liczbę pokonywanych mil – mówi w rozmowie z „Plusem Minusem” prof. Gregory A. Keoleian z Uniwersytetu Michigan, który specjalizuje się w tematyce zrównoważonego rozwoju. Dodaje, że w całym swoim cyklu życia pojazd elektryczny emituje średnio o 57 proc. gazów cieplarnianych mniej niż spalinowy.

Co z tym litem (i kobaltem)

Jeśli jesteśmy przy ekologicznych aspektach związanych z samochodami elektrycznymi, to nie sposób pominąć kwestii metali niezbędnych do produkcji akumulatorów tychże pojazdów. Najistotniejszą rolę spełniają dwa. Po pierwsze, lit, którego właściwości pozwalają na magazynowanie dużej ilości energii na małej przestrzeni, po drugie, kobalt zapewniający integralność strukturalną katod akumulatora.

W związku ze wzrostem produkcji samochodów elektrycznych szacuje się, że popyt na lit może wzrosnąć do 2040 roku 40-krotnie, a na kobalt – 20-krotnie. Niestety, wydobycie obu tych surowców jest nieco problematyczne. Największe pokłady litu znajdują się na terenach w Ameryce Południowej (Chile, Argentyna i Boliwia), gdzie wydobywa się go z podziemnych solanek, z których woda jest wypompowywana, a następnie odparowywana, by wyodrębnić z niej surowiec. Taki sposób wydobycia doprowadza do pogłębienia deficytu wody w rejonie, który i bez tego boryka się z jej brakiem. Dochodzi tam do obniżenia poziomu wód gruntowych, co może mieć tragiczne konsekwencje dla rolnictwa krajów „trójkąta litowego”. Tym bardziej że do wyprodukowania jednej tony litu potrzeba aż 2,2 mln litrów wody. Niewiele lepiej wygląda to w Australii, gdzie lit wydobywa się z kruszonych skał – proces ten jest niezwykle energochłonny, co oczywiście wiąże się z emisjami CO2 przy produkcji energii. Ponadto w jego trakcie używa się chemikaliów, które nie są rzecz jasna obojętne dla środowiska.

Wydobycie kobaltu, którego największe zasoby znajdują się w Kongu (kraj ten zaspokaja obecnie 70 proc. światowego zapotrzebowania), również nie jest „czystym” procesem, przy czym w tym wypadku najbardziej cierpią wydobywający ten metal, którymi w Afryce często są dzieci. Długotrwała praca przy wydobyciu grozi śmiertelną choroba płuc – kobaltozą. Naukowcy uważają też, że zanieczyszczenie środowiska pochodnymi z wydobycia kobaltu w Katandze (prowincja Konga) zwiększają prawdopodobieństwo przyjścia na świat dzieci z rozszczepieniem podniebienia, kręgosłupa lub wadami kończyn. Dodajmy do tego, że wiele kopalń to tzw. kopalnie rzemieślnicze, w których surowce wydobywa się gołymi rękoma, bez odzieży ochronnej. A jest i mangan, pierwiastek również wykorzystywany w katodach baterii, na który popyt w jednej trzeciej zaspokaja RPA. Tamtejsi górnicy pracujący przy jego wydobyciu skarżą się na utratę pamięci, zaburzenia mowy i inne upośledzenia, które mogą mieć związek z przedostawaniem się do organizmu drobinek metalu. Trudno oprzeć się wrażeniu, że elektromobilność zwiększamy kosztem tych będących zapewne ostatnimi, którzy posiądą samochody elektryczne.

– Społeczne i środowiskowe aspekty pozyskiwania materiałów na akumulatory są ważne. Kwestie związane z pracą i bezpieczeństwem przy wydobywaniu kobaltu są poważnym problemem – przyznaje prof. Keoleian. I dodaje, że branża motoryzacyjna zaczyna stosować technologię litowo-żelazowo-fosforanową, która eliminuje konieczność użycia kobaltu.

Problem z metalami wykorzystywanymi do produkcji baterii litowo-jonowych ma również naturę geostrategiczną. Kontrolę nad ich wydobyciem, a przede wszystkim przetwarzaniem i produkcją baterii sprawują obecnie Chiny. W 2021 roku 79 proc. (!) światowej produkcji baterii litowo-jonowych przypadało na ten kraj, który odpowiadał też za przetwarzanie 95 proc. światowej produkcji manganu, 65 proc. kobaltu i 58 proc. litu. Z jednej strony, oznaczało to, że owe procesy nie były raczej zbyt „czyste”, ponieważ przemysł chiński znany jest z wysokiej emisyjności. Z drugiej strony, w przypadku konfliktu Zachodu z Chinami, który jesteśmy w stanie sobie wyobrazić, mogłoby dojść do gwałtownego zerwania łańcuchów dostaw. Zachód co prawda podejmuje próby zmniejszenia uzależnienia od Chin w tym zakresie, ale jednocześnie Elon Musk niedawno odwiedził Chiny, gdzie rozmawiał m.in. z szefem tamtejszego MSZ, co może zwiastować kolejne inwestycje Tesli w tym kraju.

Jakby tego było mało, rynek recyklingu baterii litowo-jonowych jest w powijakach. Głównie z uwagi na kosztowność tego procesu, zdecydowanie bardziej opłaca się wydobywać lit, niż pozyskiwać go ze zużytych baterii. Obecnie tylko ok. 5 proc. baterii litowo-jonowych jest odzyskiwanych po zużyciu. – Znane są technologie recyklingu baterii, ale problemy dotyczą kwestii ekonomicznych i odpowiednich przepisów – mówi w rozmowie z „Plusem Minusem” dr Sergey Paltsev, specjalista ds. transformacji energetycznej z Massachusetts Institute of Technology.

Czytaj więcej

Plus Minus

Polub swój stary samochód, czyli gospodarka niedoboru wróciła

Być może na naszych oczach kończy się epoka gospodarki opartej na konsumpcyjnym modelu „weź–zużyj–wyrzuć". Proces ten bardzo przyspieszyła pandemia koronawirusa, ale nawet gdy ujarzmimy Covid-19, problem nie zniknie.

Dokąd dojadę autem elektrycznym

Czas zająć się podstawową funkcją samochodu, jaką jest przewożenie kierowcy i pasażerów. Czy pod tym względem samochody elektryczne mogą równać się spalinowym? I tak, i nie. Tak – bo elektryczne osiągają prędkość, przyspieszenie, ba, nawet zasięg zbliżony do spalinowych. Są już modele aut elektrycznych o zasięgu 700 km, które można przejechać na w pełni naładowanym akumulatorze. Ale są to zazwyczaj drogie samochody, te tańsze mają deklarowane zasięgi w granicach 300–400 km, a czasem mniej. I nie, bo wszystko może rozbić się o niezbędną do ładowania akumulatorów infrastrukturę oraz czas tego procesu.

Aby samochód elektryczny mógł śmigać po drogach i bezdrożach, potrzebuje stacji ładowania na wzór stacji benzynowych. W Polsce pod koniec 2022 r. takich ogólnodostępnych punktów ładowania było 5016, podczas gdy stacji benzynowych – 7898 (na większości jest oczywiście po kilka dystrybutorów). Przy tym Polska nie jest do końca reprezentatywnym przykładem, ponieważ jeśli chodzi o infrastrukturę dla aut elektrycznych, jesteśmy raczej w ogonie Europy (na całym kontynencie jest ok. 500 tys. punktów ładowania). Niemniej nawet w krajach pod tym względem lepiej rozwiniętych, nie zmienia się czas potrzebny do naładowania baterii. A ten, jeśli podłączymy akumulator do domowego gniazdka, wynieść może dobę, a nawet więcej. Za pomocą domowej stacji ładowania – tzw. wall boxa – auto elektryczne możemy naładować w kilka godzin. Z kolei publicznie dostępne szybkie ładowarki o dużej mocy pozwalają skrócić ten czas do 30 minut. To jednak oznacza, że nawet w tym optymalnym wariancie czas naładowania akumulatora jest kilka razy dłuższy niż czas zatankowania samochodu.

Przy wciąż stosunkowo niewielkiej liczbie samochodów elektrycznych problem ten może wydawać się błahy, ale sytuacja stałaby się znacznie bardziej skomplikowana, gdyby na polskie drogi wyjechało owe zapowiedziane przez premiera Mateusza Morawieckiego milion samochodów elektrycznych. A gdyby wszystkie 26 mln samochodów zarejestrowanych w Polsce stałoby się elektrykami? W samej Warszawie zarejestrowanych jest 1,7 mln aut. Ile ładowarek potrzeba byłoby w mieście, aby kierowcy nie byli zmuszeni do przymusowego wielogodzinnego ładowania samochodu w domu? Obecnie w Warszawie punktów ładowania jest 268.

Drugą istotną kwestią jest równomierne rozmieszczenie takich punktów, tak abyśmy mogli bezpiecznie pokonywać dłuższe dystanse bez ryzyka, że akumulator rozładuje się w szczerym polu. Z tym zaś może być różnie. Jak pisaliśmy w „Rzeczpospolitej”, w 2022 r., w przetargach dotyczących 56 miejsc obsługi podróżnych (MOP) przy polskich drogach szybkiego ruchu udało się wyłonić dzierżawców tylko w 14 lokalizacjach. Jednym z powodów były właśnie wymogi dotyczące elektromobilności – od 2025 roku na autostradach i drogach ekspresowych ma znaleźć się przynajmniej jedna stacja ładowania co 60 km, która na dodatek musi dysponować mocą co najmniej 400 kW i posiadać chociaż jedną szybką ładowarkę o mocy co najmniej 150 kW. To zaś oznacza konieczność zabezpieczenia przyłącza energetycznego dużej mocy, co – zwłaszcza w dużej odległości od miast – wiąże się ze znacznymi kosztami. Na ten problem zwraca się uwagę również np. w USA, gdzie postawienie stacji szybkiego ładowania na środku pustyni w Nevadzie może być nie do obrony z ekonomicznego punktu widzenia. Samochody elektryczne są zatem znakomitą alternatywą dla aut spalinowych w dużych miastach i ich pobliżu, lecz wraz z oddalaniem się od nich zaczynają tracić na atrakcyjności.

Wreszcie mamy problem ze wzrostem poboru mocy w związku z ładowaniem pojazdów elektrycznych. Mimo wciąż niewielkiej liczby samochodów elektrycznych w Wielkiej Brytanii już teraz domowe ładowarki do nich są domyślnie ustawione tak, aby nie pobierać prądu w godzinach szczytu (8–11, 16–22), choć użytkownik może ręcznie zmienić te ustawienia. W USA Instytut Energii na Uniwersytecie Teksasu oszacował, że gdyby wszystkie pojazdy spalinowe zamieniono w USA na elektryczne, wówczas zapotrzebowanie na energię wzrosłoby od 17 proc. (stan Wyoming) do 55 proc. (Maine). W większości stanów byłby to wzrost rzędu 20–30 proc., co wymagałoby zwiększenia przepustowości sieci, a także budowy nowych elektrowni.