Готовы ли мы к электромобилям?

Владислав Юдин, 15 июля 2022

Автомобили – источник парниковых газов. Многие считают справедливой информацию о том, что транспорт является лидером в выработке CO2 в атмосферу. Однако на деле ситуация обстоит иначе. Выбросы машин составляют лишь часть общего списка источников загрязнения нашей планеты. Но также будет неверным считать, что лишь автомобили работают на нефти и другом топливе. На базе этих ресурсов осуществляют свою деятельность и такие, может быть, неожиданные предприятия, как электростанции. Безусловно, никто не отрицает наличие экологичных способов получения энергии, таких как ветрогенераторы и солнечные фермы. Однако какую часть составляют экологичные источники производства? Почему современные электромобили нельзя считать спасением человечества от экологических проблем? Давайте во всем разберемся.

Начнем с неочевидных вещей. На четвертом месте после угля, нефти и газа выступает цементная промышленность. В адрес этого довольно неочевидного производственного элемента редко выступают с критикой. В статье информационного портала Lenta.ru сказано об инициативе экологической организации Greenpeace против сжигания мусора для функционирования цементного завода. Правительство России решило заменить отходами традиционное топливо для производства, что озадачило защитников природы. Инициатива действительно благая, однако цементные заводы сами по себе производят большое количество CO2, на которое эко-активисты не обращают внимание. Возможно, это связано с необходимостью функционирования данной отрасли. Но почему тогда автомобили всегда находятся под критикой?

Мы выяснили, автомобили лишь часть от всех выбросов. Но кто идет в лидерах? Ответ прост – уголь. От сжигания угля выбросы за 2019 год составили 14,62 миллиарда тонн углекислого газа. Для сравнения: нефтяные предприятия за тот же период времени загрязнили атмосферу на 12,25 миллиардов тонн. Сложно сказать, что вторая цифра значительно уступает первой. Но об отказе от угольной промышленности приходится слышать реже, чем от автомобильной, которая составляет лишь процент от общей суммы отходов. Но перейдем к электромобилям. Если отбросить тот факт, что электростанции работают за счет топливной промышленности, то всегда можно найти решение в возобновляемых источниках энергии. Около 15% от всей вырабатываемой энергии в мире составляет экологические способы ее получения. Половина от этого числа принадлежит гидроэлектростанциям (ГЭС). Но, как мы все знаем, от них также начинают постепенно отказываться. Все дело в последствиях строительства дамбы. Происходят затопления пахотных земель, что приводит к изменению микроклимата и нарушению обогащения почвы полезными веществами. Также нарушается миграция рыб, перемещения которых учитывается не во всех электростанциях. Но сконцентрируемся на других возобновляемые источниках энергии.

Сезонность – это то, что отличает экологические способы получения энергии. Ветрогенераторы и солнечные фермы напрямую зависят от природных условий. Штиль и облачность, конечно, не снижают до нуля коэффициент полезного действия, или КПД, станций, но делают его максимально низким в сравнении с благоприятными условиями. Получается, что постоянство, которое имеется на других электростанциях, отсутствует в этом способе получении энергии. Безусловно, нельзя говорить о том, что человек потребляет определенное количество энергии постоянно. Всегда есть процент, который варьируется то в большую, то в меньшую стороны. Это выгодно выделяет традиционные виды электростанций, которые в ручном режиме можно настроить на выработку нужного количества ресурса. Получаем, что нестабильные экологическими станции проигрывают привычной добычи энергии не только за счет количества выработки, но и благодаря функционалу, в котором можно подстроится под нужды общества. Существуют инициативы по созданию хранилищ электроэнергии для грамотного распоряжения ресурсами экологической выработки. Однако наработка выглядит непривлекательно для рядового потребителя за счет своей дороговизны. Цена производства, размещения и налаживания инфраструктуры стоит значительных финансовых затрат, которые будут возмещаться за счет потребителей. Получается, что дешевле получать энергию из традиционных источников. В противном случае затраты на производства возрастают, и обычные люди не заинтересованы в увеличении собственных счетов. А компании рассматривают переход на возобновляемую энергию не только из благих намерений, но и в маркетинговых целях для популяризации бизнеса и привлечения новых инвесторов.

«Преимущество двигателя внутреннего сгорания в том, что процесс сжигания энергии не проделывают такой длинный путь, как в случае с электрокарами. Эффективность топливных двигателей в среднем составляет 40 процентов. Но мы не должны забывать, что с точки зрения экологии существует стандарт Евро-6. Это критерий, который регламентирует выбросы твердых частиц с процентным показателем 0,01. Если честно говорить, то это ничто. Да, сейчас мало таких двигателей, так как они выпускаются только с 2016 года. Но почему бы не сделать доступными авто с этой системой? Таким образом и сохранить планету можно. Я вижу будущее за ДВС», – поделился мнением Виталий Куликов, инженер двигателей в аэрокосмической сфере.

Если мы обратимся к цифрам, то проследим полный цикл процесса от сжигания и получения энергии до ее доставки конечному потребителю, в нашем случае до электромобиля. Этот процесс вновь обозначим термином КПД. Мы уже говорили о низкой эффективности электростанций, но даже на традиционных производствах в среднем теряется до 65% энергии на различные побочные процессы. Энергию электромобиль напрямую не получает. Для доставки зарядов используют линии передач высокого напряжения. В ходе транспортировки на большие расстояния ток теряет первоначальный запас энергии. Этот процесс также не является окончательным, так как требуется преобразование напряжение в низкий показатель по вольтам для того, чтобы не перегрузить энергией батарею электромобиля. Для решения этой проблемы используют трансформаторы. Они адаптируют энергию после линий электропередач для повседневного пользования человеком. В противном случае у людей бы возникало постоянное перенапряжение электроприборов, что приводило бы в коротким замыканиям. Этот процесс конвертирования энергии также не проходит бесследно и тратит некоторое количество от общего количества тока, выработанного при сжигании топлива на электростанции. После трансформатора до зарядного устройства электромобиля также теряется некоторое количество энергии. Но на этом цепочка не заканчивается. Сам аккумулятор в электромобиле не имеет стопроцентного коэффициента полезного действия. Даже самый новый образец уже закладывает в себе некоторую погрешность. Это логично, так как в школе на уроках физики при разборе вечного двигателя учитель обращал внимание на то, что это устройство без потерь энергии, даже самых незначительных, которое выдает такой результат, который в него вложили. Даже электроэффективные аккумуляторы спустя время будут лишь увеличивать параметр потерь. Таким образом, полученная энергия из сжигания топлива на производствах, помимо потерь во время доставки и преобразования, может терятся уже после поступления на баланс электромобиля.

Получаем, что весь необходимый для экологичных машин процесс, который мы перечислили выше, заменяется лишь одним двигателем внутреннего сгорания. Весь указанный цикл происходит внутри топливного автомобиля, что снижает потери КПД и дает возможность сохранить большее количество энергии для конечного потребителя. Что касается цифр, то проследим существенную разницу в результатах. Для электромобилей актуален результат в 24% эффективности, в отличие от топливных двигателей, которые работают на 38%.

Подведем итог: электромобили оказались гораздо сложнее при детальном разборе проблемы. Сложно оценить будущую утилизацию отработанных батарей, не говоря о неэффективности экологичных способов получения энергии и потерях тока при транспортировке. Но значит ли это, что человечеству нужно отказаться от идеальной формулы по сохранению Земли? Ответ однозначный – нет. Возможно, стоит поменять подход и не пытаться сделать вечный двигатель. Стоит мыслить рациональнее и сконцентрироваться на энергоэффективных и защищенных эко-стандартом двигателях внутреннего сгорания, которые будут совершать минимальный выхлоп. Сделать такие автомобили доступными, а устаревшие двигатели исключить из всеобщего пользования. Описанные выше риски дают нам картину неидеального будущего с электромобилями. Нам остается самим лишь предполагать, к чему все приведет. Как сказал физик Никола Тесла: «Только через просветления мы осознаем свои ограничения».