Samochód elektryczny to ślepa uliczka? Naukowiec pokazał wyliczenia

Samochód elektryczny, spalinowy czy hybrydowy? Naukowiec mówi o regule 1-6-90

Samochód elektryczny, spalinowy, hybryda czy hybryda plug-in lub ogniwa paliwowe, produkujące prąd na bieżąco z wodoru? Która technologia zwycięży? Co zrobić jeśli zabraknie litu do baterii? Z pytaniami zmierzył się dr Gill Pratt, szef Toyota Research Institute i dyrektor naukowy w japońskim koncernie, który wcześniej pracował m.in. w Massachusetts Institute of Technology, czyli najbardziej prestiżowej politechnice świata. Główkował też dla amerykańskiego Departamentu Obrony.

Naukowiec uważa, że aby dekarbonizacja branży motoryzacyjnej przyniosła jak najlepsze efekty dla klimatu, trzeba możliwie szybko zelektryfikować globalny park samochodów, ale nie trzeba tego robić tylko w jeden sposób. Tym bardziej, że problemem staje się niedobór zasobów, takich jak lit, kobalt czy metale ziem rzadkich. Stąd mówi o regule 1-6-90. O co chodzi?

Zapotrzebowanie na lit do baterii radykalnie wzrośnie do 2040 roku

Gill Pratt powołuje się na analizy londyńskiej agencji Benchmark Minerals Intelligence, z których wynika, że na początku przyszłej dekady dostawy litu staną się zbyt małe, by zaspokoić zapotrzebowanie producentów baterii. Deficyt będzie rósł i w 2040 roku osiągnie poziom około 1,8 megatony rocznie. Raport analityków BMI opiera się na planach wydobycia litu z uwzględnieniem kopalni, które powstaną do końca lat 30. Uczony przekonuje, że problem ten trzeba już dziś uwzględnić w strategiach rozwoju motoryzacji neutralnej klimatycznie. Bateryjne samochody elektryczne poruszają się bezemisyjnie, ale generują bardzo wysokie zużycie litu. Hybrydy i hybrydy plug-in również potrzebują tego pierwiastka, ale znacznie mniej.

– Musimy zrobić to, co najlepsze dla środowiska, czyli dopilnować, aby każde ogniwo baterii zainstalowane w samochodzie przełożyło się na największą możliwą redukcję emisji CO₂. Dlatego trzeba jak najwięcej aut spalinowych zastąpić zelektryfikowanymi pojazdami. Kierujemy się prostą zasadą, że naszym przeciwnikiem jest dwutlenek węgla, a nie taki czy inny napęd – mówi Pratt i zauważa, że bateryjne samochody elektryczne poruszają się wyłącznie na prądzie, ale pochłaniają bardzo dużo litu. Tu naukowiec pokazuje wyliczania i porównanie trzech sposobów obniżenia emisyjności floty 100 samochodów spalinowych przy użyciu tej samej liczby ogniw bateryjnych o łącznej pojemności 100 kWh.

– Warto zwrócić uwagę, że taka ilość baterii nie wystarczy do elektryfikacji wszystkich 100 samochodów. Dlatego bez względu na to, czy włączymy do floty samochody elektryczne, hybrydy plug-in czy hybrydy, w każdym z tych wariantów zawsze część z pojazdów zostanie wymieniona na nowe auta z konwencjonalnym silnikiem – wskazuje.

Reguła 1-6-90. Wyliczenia naukowca. Jeden samochód elektryczny wiosny nie czyni?

Pratt zauważa, że typowa średnia emisja CO₂ samochodu spalinowego w ciągu cyklu życia wynosi ok. 250 g/km. Wybór napędu elektrycznego sprawi, że cała bateria 100 kWh, którą dysponujemy w tym eksperymencie, trafi tylko do jednego bezemisyjnego auta. Pozostałe 99 pojazdów zostanie wymienionych na spalinowe emitujące 250 g/km CO₂, a średnia emisyjność całej floty zmniejszy się o 1 proc.

W przypadku zakupu do floty aut hybrydowych plug-in (ładowanych z gniazdka) z baterią 18 kWh, ogniwa o pojemności 100 kWh wystarczą do produkcji 6 takich samochodów o średniej emisji CO₂ 150 g/km. Średnia emisyjność nowej floty złożonej z 94 aut spalinowych i 6 hybryd plug-in wyniesie 244 g/km, co oznacza redukcję o 2,4 proc.

Te same ogniwa o pojemności 100 kWh wystarczą do produkcji 90 klasycznych hybryd z baterią 1,1 kWh o średniej emisji CO₂ 200 g/km. W efekcie powstanie flota złożona z 90 hybryd oraz 10 aut spalinowych, której średnia emisyjność wyniesie 205 g/km, to o 18 proc. mniej niż przed wymianą.

– Choć indywidualny wynik auta hybrydowego nie jest tak dobry jak elektrycznego, łączny wynik całej floty pokazuje, że hybrydy wykorzystują dostępną, ograniczoną ilość ogniw bateryjnych bardziej efektywnie – zauważa ekspert. Reguła 1-6-90, o której mówi Pratt oznacza, że z tej samej ilości surowców można wyprodukować jedną baterię auta elektrycznego albo 6 baterii hybryd plug-in lub 90 baterii dla klasycznych hybryd HEV.

Toyota nie chce ograniczać elektryfikacji do hybryd. W drodze 3,5 mln samochodów elektrycznych

– Chcę podkreślić, że Toyota nie postuluje, żeby ograniczyć elektryfikację tylko do hybryd. Planujemy osiągnąć produkcję 3,5 mln bateryjnych samochodów elektrycznych rocznie do 2030 roku. Ale uważamy, że w określonych rejonach świata, gdzie infrastruktura nie jest jeszcze tak rozwinięta i ekologiczna jak w Europie, a ludzie nie mają łatwego dostępu do sieci ładowania, inne warianty elektryfikacji jeszcze przez pewien czas będą bardziej odpowiednie – ocenia Gill Pratt. – Dajmy ludziom możliwości, aby korzystali z najbardziej niskoemisyjnych opcji, jakie faktycznie są dla nich dostępne – dodaje.

Toyota stworzyła silnik spalinowy na wodór, jest alternatywa na niedobór litu do baterii

Jako alternatywne rozwiązanie problemu niedoborów litu Gill Pratt wskuje także napędy wodorowe, które postrzega jako technologię dobrą dla większych pojazdów. Tu atutem ma być krótki czas tankowania i niska masa w porównaniu z wagą baterii potrzebnej do zasilania ciężarówki czy autobusu. Wskazał, że Toyota pracuje obecnie nad dwoma rozwiązaniami – elektrycznym napędem na ogniwa paliwowe i wodorowym silnikiem spalinowym.

W pierwszym przypadku wodór służy do produkcji prądu w ogniwach. Drugie rozwiązanie to rozwój silnika 1.6 o zapłonie iskrowym, który dostarcza mocy ze spalania wodoru zamiast benzyny. Wykorzystuje ją m.in. Corolla Cross, Corolla startująca w wyścigach czy rajdowy GR Yaris.

Pratt zauważa, że wodór już dziś jest szeroko wykorzystywany w przemyśle, a jego produkcja i tak musi zostać zdekarbonizowana. Stąd branżę wodorową czekają duże inwestycje oraz intensywny rozwój technologii. Motoryzacja może na tym skorzystać, podobnie jak transport kolejowy czy morski.

Recykling samochodów i baterii. Toyota robi to w odwrotnej kolejności

Naukowiec wskazuje też na recykling baterii jako jeden z dodatkowych sposobów pozyskania litu. Jednak jego zdaniem jeszcze długo nie będzie to główne źródło tego pierwiastka, ponieważ liczba zelektryfikowanych samochodów wykorzystywanych obecnie jest wielokrotnie mniejsza od poziomu ich produkcji w przyszłości. Przypomniał jednocześnie, że Toyota zrezygnowała z tradycyjnej metody złomowania, która polega na sprasowaniu całego samochodu, rozdrobnieniu go i oddzieleniu od siebie drobinek różnych materiałów. Zamiast tego wprowadziła procedurę demontażu pojazdu w odwrotnej kolejności do jego montażu.

– Takie podejście ma kilka zalet. Po pierwsze, rozebranie auta na części pozwala ponownie wykorzystać jeszcze sprawne komponenty, a w przypadku samochodów elektrycznych wiele elementów ma znacznie większą żywotność niż całe auto. Po drugie, ułatwia sortowanie poszczególnych materiałów i ogranicza zużycie energii w całym procesie – skwitował Gill Pratt.