Светкавици озаряват бъдещето на пътния транспорт

През идните десетилетия автомобилите и камионите ще минат на ток, но пътят дотам е каменист

"Имаме технологията да превърнем чистия пътен транспорт в реалност, а днес доказахме, че имаме волята да направим това в следващото десетилетие." Това са думи на Найджъл Топинг, главен климатичен експерт на Обединеното кралство към ООН, по повод споразумението за производство на беземисионни автомобили, сключено на конференцията в Глазгоу по-рано този месец. Дори това да е амбицията на въпросното споразумение, по същество то казва друго. В срок до 2040 г. 6-те водещи автомобилни производителя и 30 държави ще ограничат продажбите на нови автомобили само до такива, които не произвеждат емисии.

Сред подписалите са Ford, Mercedes-Benz, General Motors и Volvo, 19 европейски държави, включително Полша, както и Турция, Канада, Австралия и Индия. Прави впечатление отсъствието на Toyota и Volkswagen, както и на правителствата на САЩ и Китай. Факт е обаче, че дори неподписалите правят заявки за електрификация на транспортния си флот. България също не се е включила в споразумението. Независимо от това страната ни е обвързана с европейското климатично законодателство. В момента то търпи реформа в посока нулеви емисии от нови автомобили до 2035 г.

По данни на климатичния мозъчен тръст BloombergNEF през 2021 г. се очаква броят новозакупени електромобили да достигне 5.6 милиона, което е двоен ръст в сравнение с миналата година и се равнява на 8% от всички продажби в сектора.

Заключението от всичко това е, че електрификацията на пътния транспорт е неизбежна, но най-вероятно ще отнеме повече от едно десетилетие. Колко точно време ще е нужно за тази трансформация зависи не само от политическата воля, но и от способността на транспортния сектор да се справи с предизвикателствата, които създават най-вече източниците на енергия. Става въпрос за разширяването на капацитета и удължаване на трайността на батериите, както и за изграждане на инфраструктура от зарядни станции, която да компенсира първите две.

Все по-строгите емисионни стандарти вещаят бъдеще, захранено от електроенергия, и за тежкотоварните камиони, които са ключова брънка във веригата за пренос на стоки. При тях обаче се изискват мощности, които по-трудно могат да бъдат генерирани от батерия. Водородните клетки са потенциална алтернатива, но те все още са далеч на хоризонта.

Заблуждаващо просто решение

Въпреки че през последното десетилетие литиевойонните батерии, които захранват електромобилите, стават енергийно все по-ефективни, те още изостават от двигателите с вътрешно горене. Пробегът между две зареждания на повечето електромобили не надхвърля 480 км, самото зареждане отнема около час, а и батериите губят близо ⅓ от капацитета си в първите 10 години на употреба. Съвременните батерии създават и рискове за здравето, тъй като съдържат лесно запалими вещества.

Решението на тези проблеми се знае от 40 години и е базирано на една заблуждаващо проста идея. Течният електролит, който пренася литиевите йони между двата полюса на батерията, трябва да се замени с твърд, а минусовият ѝ полюс да бъде направен от чист литий. Само по себе си това ще изстреля енергийната ефективност на батериите в Космоса, ще създаде възможност за ултрабързо зареждане (в рамките на няколко минути) и ще елиминира риска от пожари.

Причината "твърдите" литиевойонни батерии все още да не са на пазара е, че те представляват сложни взаимосвързани системи и промяната във всеки техен елемент води до множество последици. Разковничето е в разработката на точния твърд материал, който да оптимизира преноса на частици между двата полюса на батерията. Това изисква систематичното тестване на различни материали, изключително времеемък и скъп процес.

Светлина в тунела на енергийната ефективност

При все това през август миналата година потайният стартъп QuantumScape обяви данни, които сочат, че е разрешил пъзела на твърдите литиевойонни батерии. Според тестовите резултати, цитирани от Wired, батерията на QuantumScape се зарежда 80% за 15 мин., запазва 80% от капацитета си след 800 цикъла на зареждане, не е избухлива и има 2 пъти по-добра енергийна ефективност от най-добрите литиевойонни батерии на пазара.

Изпълнителният директор на QuantumScape Джангдеп Синг определя батерията като стъпка в посока масовизацията на електромобилите. Най-големият инвеститор в компанията е Volkswagen, които възнамеряват да използват батериите на QuantumScape за своите електромобили от 2025 г.

QuantumScape и Volkswagen не са единствените участници в надпреварата за "твърдите" литиевойонни батерии. Toyota разработва собствена батерия, която по план трябва да захранва нови електромобили също от 2025 г., но се бави заради проблеми с трайността на устройството. QuantumScape също са изправени пред някои предизвикателства. Проучванията им са базирани на миниатюрни батерии, така че тепърва трябва да решат потенциалните проблеми за сглобяване на батерия с достатъчен капацитет да задвижи автомобил.

А ток откъде

За да подкрепи преминаването към електромобили, ЕС иска страните членки да инсталират публични зарядни станции за батерии на не повече от 60 км една от друга. В крайна сметка целта е до 2030 г. да има 3.5 млн. нови станции и 16.3 млн. до 2050 г. в общността До 2025 г. по българските магистрали би следвало да се поставят общо 24 пункта за зареждане на електромобили. Броят им по второстепенните пътища ще е около 20. По данни на отворената платформа "Всичко ток" станциите за зареждане на електромобили в България към този момент са 223. Повечето от тях са разположени в големите населени места. Европейските експерти предвиждат, че ако новите цели бъдат приети, до 2030 г. българската държава ще трябва да инвестира допълнителни 9 млн. евро в инфраструктура за зареждане.

Сблъсък за захранване на електрическите камиони

Освен литиевойонните батерии електричество за захранване на превозните средства би могло да се произвежда и чрез клетки, които преработват водород. Подобно на бензиновите и дизеловите резервоари, тези за водород се пълнят бързо, а процесът по захранване на автомобила е енергийно високоефективен. За сметка на това производството на водород е изключително енергоемко, а употребата му изисква мрежа за разпределение, каквато все още не съществува.

Някои производители на камиони като Toyota, Volvo и Daimler залагат на водородни клетки за бъдещето на транспорта на дълги разстояния. Други като Tesla и Volkswagen, които притежават марките Scania, MAN и Navistar, са се фокусирали върху производството на по-компактни и енергоефективни батерии. Scania планира до няколко години да произведе камион на батерии, способен да пренася 40 тона в продължение на 4 ½ часа и да се зарежда в задължителната 45-минутна почивка на шофьора.

Водородът изостава

Дори да се окажат по-добри от технологична гледна точка, най-вероятно водородните клетки трудно ще намерят пазарна ниша, тъй като разработката им отнема прекалено много време, а батериите се развиват все по-бързо.

Употребата на водородни клетки за най-големите тежкотоварни камиони изостава от тази на батерии с около 10 години по думите на Грег Генет, старши учен към американската компания за тежкотоварен транспорт IHS Markit, цитиран от Wall Street Journal. Според него до 2030 г. електрическите камиони, захранвани от батерии, ще представляват 14% от продажбите на нови камиони в САЩ, докато тези, захранвани от водород, само 1%.

Daimler са дали заявка, че през 2030 г. първите им камиони, захранвани с водород, ще бъдат достъпни за тестване от клиентите им. Междувременно изграждането на инфраструктура за пренос на водорода и зарядни станции тепърва започва. Планът на ЕС за спад в емисиите включва изграждането на станции за зареждане със сгъстен водород на разстояние от 150 км по магистралите на съюза, както и такива за зареждане със втечнен водород на всеки 450 км. Частни компании също ще участват в прокарването на инфраструктурата. Daimler съвместно с British Petroleum планира да инсталира 25 станции за зареждане с водород в Обединеното кралство до 2030 г.

Цената е другото голямо предизвикателство за разпространението на водорода като гориво. Сега тя е около 4 евро на килограм, а трябва да достигне 2 евро, за да бъде горивото конкурентоспособно спрямо наличните алтернативи. Не на последно място е и фактът, че производството на водород наваксва спестените от употребата му като гориво емисии. За да е устойчив моделът, водородът трябва да се прави от зелена енергия, каквито са всъщност амбициите на ЕС. Но това е свързано с огромни инвестиции.

Колко зелени са електромобилите?

Това зависи от 3 основни фактора: как е произведено електричеството, с което се зареждат, как са добити ценните метали, нужни за производството на батериите, и до каква степен се рециклират изтощените батерии.

1) Производството на електромобили е по-енергоемко от това на автомобилите с вътрешно горене заради батериите. За сметка на това електромоторите са енергийно по-ефективни от конвенционалните двигатели. Електрическият Chevrolet Bolt например произвежда средно около 120 г въглерод на километър, докато Toyota Camry, която е с двигател с вътрешно горене - около 250 г. Тази разлика обаче почти става по-малка, ако електричеството за захранване на електромобила е произведено от горене на изкопаеми горива, най-вече въглища.

2) По-голямата част от кобалта и лития, които са ключови за производството на батерии, се добиват от мини в развиващи се страни като Конго, Боливия и Чили. Добивът им често носи вреди за околната среда в районите на мините.

3) Все повече електромобили разчитат литиевойонните батерии, които са енергийно много по-ефективни от оловно-киселинните батерии, използвани в по-ранните модели. 99% от вторите обаче вече се рециклират в Европа. Междувременно ЕК тепърва подготвя директива, с която процентът рециклирани литиевойонни батерии да се увеличи от сегашните около 10% до 70%, и то през 2030 г.