Samochody elektryczne: Mity i fakty. Czy E-Auto rozwiąże problemy smogu i klimatu?

W ostatnich latach sektor transportu zmierza w kierunku proekologicznym, a samochód elektryczny jest często przedstawiany jako antidotum na problemy środowiskowe. Nasza analiza pokazuje jednak, iż z powodu silnego uzależnienia od sektora energetycznego (w Polsce od węgla) oraz problemów związanych z produkcją i utylizacją baterii, e-mobilność nie jest w stanie całkowicie wyeliminować problemów z zakresu ochrony środowiska. Niskoemisyjność w miejscu działania to zaleta, ale całościowy ślad węglowy budzi poważne wątpliwości.

Całościowy ślad węglowy: Gdzie ukrywa się emisja CO2 samochodów elektrycznych?

Sektor transportu ściśle związany jest z występowaniem smogu. Powstaje on głównie z emisji rakotwórczych tlenków azotu, węgla, siarki oraz pyłów. Smog jest zanieczyszczeniem powietrza, który wpływa negatywnie zarówno na układ oddechowy, jak i klimat. Z tego powodu państwa kierują się w stronę elektromobliności. Silniki spalinowe, emitujące CO2, osiągnęły szczyty technologiczne, a więc ich emisyjność nie zmieni się już znacząco. Samochody elektryczne stanowią dla nich alternatywę, gdyż, w miejscu działania, nie emitują CO2. Elektrownie: Czy czystsze powietrze w mieście oznacza brudniejsze poza nim? Zwrócenie się ku elektromobliności nie oznacza jednak całkowitego braku emisyjności. Wiąże się ono z większym zapotrzebowaniem na energię elektryczną, której produkcja w Polsce oparta jest w największym stopniu na spalaniu węgla. W 2023 roku udział węgla w krajowym miksie energetycznym wciąż przekraczał 60%. Pomimo zmniejszenia się zanieczyszczenia pochodzącego z samej eksploatacji samochodów elektrycznych, zwiększa się emisyjność elektrowni. Faza wytwarzania energii elektrycznej jest bardzo energochłonna i powoduje ogromną emisję gazów cieplarnianych. Szacuje się, iż samochód elektryczny ładowany prądem z elektrowni węglowej może generować porównywalny (lub choćby wyższy, biorąc pod uwagę produkcję baterii) ślad CO2 w całym cyklu życia niż nowoczesny, oszczędny samochód spalinowy. Brak szybkiej transformacji sektora energetycznego oznacza, iż ekologiczna korzyść z przesiadki na e-auto jest w Polsce tylko iluzoryczna. Popyt na energię elektryczną będzie rósł proporcjonalnie do liczby e-samochodów, wymuszając na systemie energetycznym większą produkcję z dotychczasowych, wysokoemisyjnych źródeł, a tym samym zwiększając zanieczyszczenie na obszarach, gdzie elektrownie są zlokalizowane.

Wprowadzenie samochodów elektrycznych w obecnym systemie:

• Może zmusić polską gospodarkę do rozwoju nowych technologii węglowych lub wykorzystania odnawialnych źródeł energii oraz syntezy energii jądrowej.
• Nie obniży emisji CO2 w skali całego kraju.
• Spowoduje emisję SO2 (którego nie emitują pojazdy spalinowe) na terenach elektrowni.
• Przyczyni się do obniżenia ilości cząstek NO2 w miastach.
• Pomoże w zmniejszeniu importu ropy naftowej, umożliwiając większą samowystarczalność państwa. Choć jest to niewątpliwa korzyść geopolityczna i ekonomiczna, nie rozwiązuje to podstawowego problemu ekologicznego.

Akumulatory – pięta achillesowa e-mobilności. Konkrety, liczby i koszty. Zasięg i ładowanie: Dlaczego elektryk jest (nie)opłacalny w Polsce?

Główną wadą samochodów elektrycznych są ich akumulatory. Według Szwedzkiego Instytutu Środowiska produkcja baterii o pojemności 100 kWh emituje aż 17,5 ton CO2. Jest to ponad dwukrotność śladu węglowego pozostawionego przez przeciętnego Polaka w ciągu roku.“Pokonanie 100 km samochodem elektrycznym generuje 20 kg CO2, pochodzącego z produkcji akumulatorów.” – Kulik, 2018
Oprócz kwestii emisji, akumulatory wiążą się z licznymi problemami eksploatacyjnymi, które mają szczególne znaczenie w polskich warunkach. Współczesne pakiety baterii w popularnych modelach osiągają masę od 400 do choćby 700 kg, co drastycznie zwiększa wagę całkowitą pojazdu, wpływając negatywnie na zużycie opon, a co za tym idzie – na generowanie mikrocząsteczek (pyłów nieliniowych).

Wyzwania eksploatacyjne e-aut w Polsce

• Waga i miejsce: Akumulatory są za ciężkie i zajmują za dużo miejsca.
• Ładowanie i zasięg: Są za mało pojemne, przez co ładują się kilka godzin i pokonują nieporównywalnie mniejsze dystanse niż samochody spalinowe. Dla porównania, typowy samochód spalinowy z pełnym bakiem oferuje zasięg 600-900 km, podczas gdy realny zimowy zasięg wielu popularnych e-aut spada poniżej 300 km.
• Geografia: Mała gęstość zaludnienia i duże odległości między znaczącymi ośrodkami miejskimi w Polsce (np. trasa Wrocław-Gdańsk to ponad 430 km) sprawiają, iż używanie samochodów elektrycznych nie jest tak opłacalne, jakby się wydawało (Brodacki, Polaszczyk, 2018).
• Infrastruktura: W Polsce brakuje publicznych punktów do ładowania. Według danych PSPA (Polskie Stowarzyszenie Paliw Alternatywnych) na koniec 2023 roku w Polsce funkcjonowało około 5900 publicznych punktów ładowania, co jest wynikiem rażąco niskim w porównaniu do państw zachodnich i nieproporcjonalnym do potencjalnego wzrostu liczby e-aut.

Samochody elektryczne nadają się najbardziej na krótkie dystanse na terenie miasta. Jednak dalekie podróże są zdecydowanie pożądane przez potencjalnego użytkownika. Im większy dystans, tym większy pakiet akumulatorów jest potrzebny, co wiąże się ze zwiększoną produkcją i emisją zanieczyszczeń. Ponadto, w warunkach polskiej zimy, gdzie temperatura często spada poniżej zera, pojemność baterii litowo-jonowych może spaść choćby o 20-40%, co bezpośrednio przekłada się na konieczność częstszego i dłuższego ładowania. Ten dodatkowy pobór energii, pochodzącej w dużej mierze z węgla, pogarsza bilans CO2 w miesiącach zimowych.

Logistyka szybkiego ładowania: Czas i żywotność baterii

Wady akumulatorów samochodów elektrycznych zwiększają uciążliwość pokonywania dużych dystansów. Postój daje możliwość ich doładowania, jednak:

• Aby naładować do poziomu przynajmniej 60-70% w czasie 30-45 minut, potrzebne są ładowarki o mocy min. 50 kW.
• Taka moc może być wykorzystywana tylko przy dużych pojemnościach pakietu baterii.
• Ładowanie dużym prądem może negatywnie wpłynąć na żywotność baterii, co również prowadzi do zwiększenia się ich produkcji, a więc i wytwarzania zanieczyszczeń.

Według przeprowadzonych badań, samochód elektryczny o dużym zasięgu, w porównaniu do samochodu benzynowego, jest również mniej opłacalny finansowo. Dla przeciętnego nabywcy e-auta są za drogie, więc na występowanie samochodów elektrycznych wpływa zamożność społeczeństwa. Recykling i Lit: Wyczerpywalne zasoby i energetyczny koszt utylizacji

Akumulatory samochodów elektrycznych są litowo-jonowe. Działają na zasadzie przekształcenia energii chemicznej w elektryczną, bez wykorzystania reakcji redoks. Surowce niezbędne do produkcji baterii można pozyskać na dwa sposoby: poprzez wydobycie lub odzysk.

Wyzwania recyklingu baterii:

• Odzysk jest procesem skomplikowanym.
• Zasoby litu cały czas wyczerpują się, zmuszając producentów do opracowania nowych technologii.
• Jednym ze sposobów ponownego wykorzystania jest tworzenie magazynów energii.
• W przyszłości akumulatory przez cały czas będą wymagały utylizacji, aby odciążyć środowisko od zanieczyszczeń spowodowanych ich składowaniem.
• Są źródłem pierwiastków i metali ziem rzadkich, które mogłyby zostać wykorzystane do wytworzenia nowych akumulatorów.
• Proces utylizacji pochłania energię i jest źródłem zanieczyszczeń.

Mimo iż podczas wydobywania surowców również wytwarzane są zanieczyszczenia, źródła metali ziem rzadkich nie są odnawialne, więc utylizacja akumulatorów i tak będzie konieczna.

Korzyści, których nie można pominąć: Smog i Hałas w aglomeracjach miejskich

Dźwięk ciszy: Redukcja hałasu w miastach choćby 5-krotnie

Kolejnym zanieczyszczeniem środowiska, z którym boryka się świat, jest hałas.Według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) przekroczenie hałasu powyżej 55 dB jest niekorzystne dla zdrowia. Powoduje brak koncentracji, zmęczenie, bóle głowy, rozdrażnienie, bezsenność, szumy uszne itp.

Skala problemu hałasu w miastach:

• W dużych miastach poziom hałasu przewyższa wartość 55 dB.
• Szacuje się, iż za dnia jest na poziomie 70 dB, a w nocy 65 dB.
• Ten wysoki poziom związany jest z eksploatacją samochodów o silnikach spalinowych.

Samochody elektryczne a hałas:

• Redukcja tego zanieczyszczenia jest jedną z głównych zalet e-aut.
• Ich eksploatacja obniżyłaby w miastach poziom hałasu od 2 do 5 razy, szczególnie w zakresie niskich prędkości.
• Byłoby to dobre rozwiązanie zważając na znaczne pogorszenie się słuchu społeczeństwa w ostatnich latach.

Jakie są wnioski?

Samochody elektryczne są nazywane przyszłością motoryzacji, gdyż wymuszają wprowadzanie nowych technologii. W miejscu pracy nie emitują spalin, przez co same bezpośrednio nie zanieczyszczają powietrza. Mogą doprowadzić do zmniejszenia importu ropy naftowej oraz zmniejszyć ilości cząstek NO. Znacząco redukują również zanieczyszczenie hałasem.

Jednak spowodują powstanie zanieczyszczeń w trakcie produkcji energii elektrycznej, produkcji baterii i ich utylizacji. Cechują się jednak mniejszą awaryjnością, dłuższą żywotnością i łatwością montażu w porównaniu do samochodów spalinowych.

Kluczowe wady e-aut:

• Nie są najwygodniejsze do długich podróży, gdyż ich akumulatory mają małą ładowność i zasięg.
• Punktów ładowania jest za mało, a proces ładowania zajmuje kilka godzin.

Eksploatacja samochodów elektrycznych będzie miała korzystne skutki jedynie na gęsto zaludnionych terenach. Zmniejszy zanieczyszczenie hałasem i zanieczyszczenie powietrza w miastach, poprawiając zdrowie społeczeństwa. Dlatego też, w kontekście polskiej infrastruktury i struktury miejskiej, priorytetem powinno być wspieranie e-mobilności w aglomeracjach, gdzie korzyści lokalne są największe.
W Polsce należałoby odpowiednio przygotować rynek dla nabywców samochodów elektrycznych, gdyż nie jest on gotowy w kontekście obsługi klientów, ani eksploatacji samochodów, co dotyczy zarówno niewystarczającej liczby stacji szybkiego ładowania, jak i braku odpowiednich systemów zarządzania recyklingiem zużytych akumulatorów. Zwracając uwagę na emisję zanieczyszczeń w procesie produkcji i utylizacji baterii, samochody elektryczne nie są rozwiązaniem na problemy współczesnego świata. Mogą być jedynie przejściowym rozwiązaniem, które na pewno wpłynie pozytywnie, w kontekście ochrony środowiska i ilości emitowanych zanieczyszczeń, na tereny miast, ale nie na cały świat.