Читатель журнала Smithsonian задал, казалось бы, простой вопрос: экономит ли электромобили энергию?
Кажется, что это не так сложно, верно? Что ж, оказывается, это тот вид инноваций и технологических запросов, который отправляет кураторов в кроличью нору исследований. Позволь мне объяснить.
Электромобили состоят из меньшего количества деталей, чем автомобили с двигателем внутреннего сгорания, однако для создания автомобиля (корпуса, аккумуляторы, двигатели, зарядные устройства и т. д.) требуется значительная производственная энергия. Согласно отчету Аргоннской национальной лаборатории, производство электромобилей требует больше энергии, чем строительство автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Кто знал!
Итак, если для создания электромобиля требуется больше энергии, почему во всем мире существует стремление перейти от проверенной технологии внутреннего сгорания к новомодным электромобилям? Вводят ли нас в заблуждение ученые и политики?
Нет. Оказывается, фокусироваться на энергии, используемой для производства автомобиля, просто неправильная задача. Мало кого волнует, сколько энергии уходит на производство машины, гамбургера или джинсов (на самом деле, все три имеют значительный углеродный след). Вместо этого опасения по поводу изменения климата, вызванного парниковыми газами, заставляют людей беспокоиться о том, сколько энергии требуется для работы транспортного средства и, что более важно, о том, как эта энергия производится.
Опасения по поводу стоимости электромобилей не новы. На заре появления автомобилей было неясно, какой тип двигателя будет приводить в движение автомобили. В течение короткого периода соревновались паровые, электрические автомобили и автомобили с двигателем внутреннего сгорания. В коллекции музея есть три паровых автомобиля и три первых электромобиля. Благодаря большему запасу хода и большей гибкости двигатель внутреннего сгорания стал предпочтительным источником энергии для автомобилей.
По мере увеличения использования автомобилей возрастала озабоченность общественности и правительства по поводу загрязнения воздуха. 26 июля 1943 года на Лос-Анджелес опустилась густая дымка. «Адское облако» в конечном итоге оказалось смогом, исходящим из многих источников, в том числе из выхлопных труб автомобилей. В конечном итоге регулирование произошло как на уровне штата, так и на федеральном уровне. Первые стандарты автомобильных выхлопных газов в Соединенных Штатах были установлены в Калифорнии в 1966 году. На федеральном уровне принятие Закона о чистом воздухе 1970 года значительно расширило регулирование выбросов.
Нефтяное эмбарго 1973–1974 годов с длинными газопроводами вызвало другую неотложность: связанный с этим вопрос энергосбережения. Улучшение технологии двигателей внутреннего сгорания и повышение эффективности использования топлива (предполагавшееся ранее решение проблемы загрязнения воздуха автомобилями) помогло уменьшить беспокойство по поводу зависимости от автомобилей с бензиновым двигателем. Автомобильная промышленность отреагировала на потребительский спрос на энергоэффективные автомобили выпуском небольших компактных автомобилей.
В 1977 году популярная Honda Civic получила удивительный рейтинг EPA: 21 километр на литр на шоссе. Но улучшения топливной экономичности двигателей внутреннего сгорания было недостаточно, чтобы уменьшить воздействие выбросов CO2 из выхлопных газов автомобилей на потепление климата. Эксперты начали продвигать новый подход, который был возрождением старого подхода: внедрение электромобилей.
Эксплуатация электромобиля не производит выбросов выхлопных газов, но это не означает, что он не загрязняет окружающую среду. Электричество приходит откуда-то, и большинство форм производства электроэнергии создают некоторые экологические проблемы. Наиболее опасны угольные генераторы, и усилия по снижению загрязнения воздуха привели к резкому сокращению добычи угля в США. Природный газ популярен для производства электроэнергии, но по-прежнему производит CO2, а технология гидроразрыва пласта, используемая для извлечения газа, вызывает беспокойство у некоторых экологов.
Однако отказ от ископаемых источников топлива (нефть, газ и уголь) для производства электроэнергии не обходится без проблем. Ядерные электрические генераторы не загрязняют воздух, но вызывают серьезные проблемы с утилизацией отходов. Использование возобновляемых источников энергии (ветер, солнце и вода) делает электроэнергию более привлекательной, но даже у этих источников есть проблемы. Плотины, которые делают возможной гидроэнергетику, создают хаос для рыб, а ветряки могут визуально агрессивно воздействовать на некоторых людей.
После того, как электричество было стало производиться, заботы не закончились. Передача электроэнергии оказалась несколько неэффективной (около 5% энергии теряется при передаче и распределении). Что еще хуже, площадки для возобновляемых источников энергии неравномерно распределены по Соединенным Штатам, и вырабатываемая ими энергия часто передается на большие расстояния.
Чтобы компенсировать неравномерность спроса и производства, США зависят от паутины высоковольтных кабелей передачи, называемой сетью. Однако высокий спрос может перегрузить сеть, лишив ее возможности передавать достаточно мощности. Хорошие места для ветрогенерации часто находятся далеко от крупных городов (где расположено наибольшее количество электромобилей). В периоды повышенного спроса кабели высокого напряжения перегружаются, и подача электроэнергии невозможна.
Конечно, одной из самых больших проблем для любой системы питания транспортных средств является местная инфраструктура для доставки топлива к автомобилям — вспомните заправочные станции. Когда Х. Нельсон Джексон совершил первое трансконтинентальное автомобильное путешествие, заправочных станций было мало, но его путешествию способствовало наличие керосина, топлива, широко продаваемого для бытового освещения.
Бензин и керосин имеют благоприятное соотношение веса и мощности, поэтому автомобили с двигателем внутреннего сгорания имеют значительный запас хода. Аккумуляторы тяжелые, в результате чего электромобили имеют меньший запас хода. Создать сеть электрических зарядных станций для городских районов и коротких поездок относительно просто. Создание зарядных станций для длительных поездок между штатами является более сложной задачей, что затрудняет широкое внедрение электромобилей. Проблема усугубляется тем, что 5-минутная остановка для заправки лучше 20-минутной остановки для подзарядки.
Обычно существует множество препятствий на пути внедрения любой новой технологии, и у электромобилей есть свои проблемы. В конце концов, электромобили, как правило, дороже, чем автомобили с двигателем внутреннего сгорания. Учитывая плюсы и минусы, всем ли переходить на электромобили? Так думают правительства и производители. Борьба с загрязнением воздуха — не единственная причина перехода на электромобили. Еще одним важным соображением при переходе на электромобили является энергетическая геополитика. Многие страны надеются стать независимыми от импорта нефти, природного газа и угля. Стоимость ведения войн для поддержания дешевого импорта нефти и газа может быть дорогостоящей в деньгах и человеческих жизнях. В конце концов, использование чуть менее эффективного или более дорогого источника энергии для транспорта может быть хорошим решением.
Электромобили становятся популярными. Великобритания и Калифорния запрещают продажу новых автомобилей с двигателями внутреннего сгорания в 2035 году, а General Motors планирует к 2035 году производить только электромобили. Однако переход на новую технологию может вызвать производственные сложности. В будущем смежные отрасли, такие как замена глушителей, могут иметь большие проблемы, поскольку производители автомобилей перейдут с двигателей внутреннего сгорания на электромобили.
В общем, опасений предостаточно. История показывает нам, что разработка и внедрение новых технологий чреваты непредвиденными последствиями, усложняющими принятие решений. Такие вопросы ставит популяризация электромобилей. Одним из главных сюрпризов являются материалы для изготовления батарей. В электромобилях используются высокотехнологичные батареи, изготовленные из таких металлов, как литий, никель и кобальт.
Политические санкции против некоторых стран могут повлиять на доступность никеля в остальном мире — Россия и Китай являются основными производителями никеля. Производство кобальта еще более проблематично. Большая часть мирового предложения кобальта добывается в Демократической Республике Конго, где широко распространены нарушения прав человека, такие как использование детского труда.
В конце концов, решение о покупке и эксплуатации электромобиля — это не просто выбор того, экономят ли они энергию.