Изследване: Електрическите автомобили не са по-енергийно ефективни

Автор: obektivno.bg

Ново американско изследване проверява дали са верни твърденията, че електрическите автомобили трябва да заменят автомобилите с двигатели с вътрешно горене, за да се намалят въглеродните емисии. Изчисленията показват, че целият процес на производство на електромобили генерира повече въглеродни емисии и те не са по-енергийно ефективни, твърди изследване на Goehring & Rozencwajg. Те прилагат следните изчисления:

„Нашето изследване показва, че електромобилите ще се борят да се наложат на пазара въпреки огромните субсидии и нарастващата заплаха от забрана на двигателите с вътрешно горене (ДВГ). След внимателно проучване на историята на енергетиката все още не сме намерили пример, при който нова технология с по-ниска енергийна ефективност да е заменила съществуваща, по-ефективна. Въпреки твърденията за обратното, нашето изследване показва, че електромобилите са по-малко енергийно ефективни от автомобилите с двигатели с вътрешно горене. В резултат на това те няма да успеят да се наложат масово на пазара.

Твърдението ни е спорно; повечето експерти настояват, че електромобилите са много по-ефективни. Вярваме, че автомобилите с двигатели с вътрешно горене (ДВГ) са победителят, след като се вземат предвид енергийните разходи както за батерията, така и за възобновяемата енергия, необходима за производството на „безвъглеродни“ електромобили.

Въпреки че правителствата могат да насърчат електромобилите чрез субсидии или забрани за ДВГ, тези мерки вероятно ще се провалят, тъй като потребителите в крайна сметка ще откажат да приемат нова технология, която има по-ниска енергийна ефективност. Добри примери за това са решенията на Ford и Hertz драстично да намалят своите инициативи за производство на електрически автомобили заради по-ниския от очакваното интерес на потребителите.

Намаляването на въглеродните емисии е от основно значение за електрическите превозни средства. Защитниците твърдят, че замяната на изкопаемите горива с източници на зелена енергия е от съществено значение за ограничаване на глобалното затопляне. Не сме съгласни. Замяната на ДВГ с електрически превозни средства ще увеличи съществено въглеродните емисии и може да влоши проблема.

Производството на електрическо превозно средство консумира много повече енергия от ДВГ. По-голямата част от тази допълнителна енергия се изразходва за добив на материали и производство на гигантска литиево-йонна батерия на електромобила. Минните компании използват енергоемки камиони, трошачки и мелници, за да извличат никела, кобалта, лития и медта на всяка батерия. Производственият процес също консумира огромни количества енергия. Много анализатори с нетърпение изтъкват икономиите на въглерод от изместените изкопаеми горива, без адекватно да отчитат увеличеното потребление на енергия за производство на батерии. След като тези корекции бъдат направени, повечето, ако не цялото „въглеродно“ предимство на електромобилите изчезва.

Ако нашите модели са правилни, електромобилите ще се провалят на два фронта: те са по-малко енергийно ефективни от ДВГ, които се опитват да заменят, и тяхното приемане няма да направи много за смекчаване на въглеродните емисии.

Опитът в Норвегия

Политиците често изтъкват Норвегия като най-добрия пример на успеха на електромобилите. Благодарение на огромните субсидии, електромобилите съставляват 80% от всички продажби на нови автомобили в Норвегия през 2022 г. и в момента представляват 20% от общия автомобилен парк. Политиците се надяват, че всички развити страни в крайна сметка ще възприемат модела на Норвегия. Въпреки това, при по-внимателно вглеждане, опитът на Норвегия може да се разглежда повече като предупреждение за недостатъците на електрическите превозни средства, отколкото защита за тяхното приемане.

Първият проблем е финансов

Норвежкото правителство предлага на потребителите огромни субсидии за закупуване на електромобил. Новите превозни средства са освободени от обременяващи данъци и 25% ДДС. Средно голям нов автомобил с двигател с вътрешно горене ще бъде обложен с 27 000 долара различни данъци; за електрически електромобил няма да се плати нищо. На следващо място, Норвегия освобождава електромобилите от всякакви пътни или фериботни такси и им позволява да използват бус ленти, предлага безплатно паркиране и таксуване в общинските райони и осигурява „права за таксуване“ в жилищни сгради. Въпреки че Норвегия отмени някои от тези оперативни субсидии от 2017 г., за жителите на Осло може да се очаква тези ползи да възлизат на 8 000 долара годишно.

Норвегия е една от най-богатите страни в света, с БВП на глава от населението от 106 000 долара през 2022 година. Въпреки впечатляващото си богатство, правителството все още трябва да стимулира финансово своите граждани да купуват електромобили.

Ползите започват да оказват своето влияние върху финансите на Норвегия. С близо 4 милиарда долара годишно Норвегия харчи толкова за субсидии за електромобили, колкото и за обща поддръжка на магистрали и обществена инфраструктура. Програмата също така повдигна значителни въпроси около равенството в Норвегия. Субсидиите за електромобили облагодетелстват гражданите с високи доходи, които се възползват от безплатните пътни такси, паркирането и таксуването и избягват тежкия данък върху по-големите луксозни превозни средства. Няколко политически групи с популистки уклон в Норвегия превърнаха така наречените „елитарни“ субсидии за електромобили във фокусна точка на своята платформа.

На фона на нарастващия контрол правителството активно се стреми да намали няколко субсидии. Общинският паркинг вече не е безплатен, а пътниците (макар и не самите превозни средства) подлежат на определени тол такси. Правителството също така въведе частичен данък върху покупките на нови електромобили. Поддръжниците предупредиха, че всяко връщане на субсидиите със сигурност ще навреди на проникването на електромобили и предлагат Швеция като казус, където през 2022 г. премахването на няколко субсидии доведе до 20% спад в продажбите на електрически превозни средства.

По-важното е, че електромобилите в Норвегия не са повлияли на търсенето на изкопаеми горива или на въглеродните емисии, както се очакваше. Въпреки че търсенето на петрол и въглеродните емисии са намалели с 15% от 2010 г. насам, по-голямата част от това не е свързано с продажбите на електромобили. През периода общото търсене на петрол е спаднало само с 34 000 барела на ден, като бензинът и дизелът съставляват едва 10% от спада. По-голямата част от спада идва от търсенето на отопление, осветление и нефтохимикали, което според нас се е сринало с повече от една трета. Въпреки че 20% от всички превозни средства по пътищата сега са електрически, търсенето на бензин и дизел в Норвегия е спаднало само с 4%.

Нашите данни показват, че норвежците не са склонни да се откажат от своите превозни средства с ДВГ дори след закупуване на електромобил. Ние изчисляваме, че две трети от домакинствата на електромобили в Норвегия притежават поне едно превозно средство с ДВГ. От 2010 г. до 2022 г. Норвегия добави 550 000 електромобила, но броят на превозните средства с ДВГ на пътя, вместо да намалява, се увеличи с 32 630. Докато населението е нараснало с 11%, общият брой на леките автомобили е нараснал с 25%. Когато едно домакинство с електромобил предпочита да избегне пътна или фериботна такса, да има достъп до безплатен паркинг или зареждане, или да избегне задръстванията чрез използване на бус ленти, те използват своя електромобил. Когато обаче посещават планината, те използват своя автомобил с двигател с вътрешно горене. Въздействието е толкова съществено, че защитниците лобират за финансирана от правителството програма за бракуване на автомобилите с двигатели с вътрешно горене – друга завоалирана субсидия за електромобилите.

Не е изненадващо, че търсенето на електроенергия нарасна, тъй като Норвегия премина от изкопаеми горива към електричество за транспорт, отопление и осветление. От 2010 г. насам търсенето на електроенергия в Норвегия е нараснало с впечатляващите 20%. Общото първично търсене на всички форми на енергия се е увеличило с 5%. Данните показват, че мсовото преминаване към електромобили не е допринесло много за намаляване на общото потребление на енергия, въпреки твърденията, че те са много по-ефективни.

Преминаването от изкопаеми горива към електричество е намалило въглеродния диоксид в Норвегия с впечатляващите 16%, постижение, възхвалявано в пресата. Далеч по-малко обсъждано обаче е как САЩ са намалили емисиите си с 16% за същия период, като са преминали от въглища към природен газ при производството на електроенергия.

Използването на Норвегия като модел за намаляване на CO2 би било грешка. Много повече от всяка друга страна в света, Норвегия се възползва от огромния си хидроложки потенциал, който генерира почти 92% от цялата електроенергия без въглерод. Следователно, преминаването от изкопаеми горива към електричество значително ще повлияе на въглеродните емисии на Норвегия повече от където и да било другаде на Земята.

Освен това Норвегия внася всички местни електромобили. Както обсъдихме вече, производството на електромобили е невероятно енергоемко, главно за производство на батерията. В случая с Норвегия нито един от тези допълнителни енергийни източници не е отразен в данните за вътрешното им търсене. Китай произвежда повечето литиево-йонни батерии и 80% от всички електромобили. Въглищата представляват 60% от общото им енергийно снабдяване.

Ние изчисляваме, че средният електромобил консумира 60 MWh за производство, от които батерията представлява половината. Следователно производството на 579 000 електромобила в Норвегия (всички електромобили по пътищата днес в Норвегия) изисква 35 twh, което се равнява на 25% от общото годишно търсене на електроенергия в Норвегия. Като се има предвид, че Китай отделя 600 грама CO2 на киловатчас (Китай е мястото, където се произвеждат почти всички батерии за електромобили на Норевгия), изчисляваме, че автопаркът на Норвегия ще отделя 21 милиона метрически тона CO2. Потреблението на бензин и дизел в Норвегия е спаднало с оскъдните 3200 барела на ден или 50 милиона метрически галона годишно. Ако приемем 9 кг CO2 на галон бензин или дизел, целият автопарк на Норвегия от електромобили намалява само с 450 000 тона въглеродният диоксид годишно, в сравнение с емисиите от 21 мм тона. С други думи, ще са необходими четиридесет и пет години икономии на CO2 от намаления разход на бензин и дизел, за да се компенсират първоначалните емисии от производството на превозните средства.

Тъй като батерията на електромобилите има полезен живот от само десет до петнадесет години, е ясно, че въвеждането на електромобили в Норвегия е увеличило драстично общите емисии на CO2 през целия жизнен цикъл. Невероятно, но това е вярно, въпреки че Норвегия има най-ниската въглеродна водноелектрическа енергия в света. Дори ако Китай постигне прекалено амбициозните си цели за вятърна, слънчева и ядрена енергия до 2035 г., ние изчисляваме, че въглеродната „възвръщаемост“ все още ще надхвърли двадесет години. Реалистично погледнато, единственият начин за електромобилите да намалят въглеродните емисии през целия жизнен цикъл би бил с широко разпространено преминаване към безвъглеродна енергия в производството на електромобили. Повечето защитници на електромобилите се надяват, че възобновяемата енергия ще бъде решението. За съжаление, ние не вярваме, че това ще се окаже осъществимо поради тяхната по-ниска енергийна ефективност.

Вместо да служи като модел, програмата на Норвегия трябва да предупреди за непредвидените последици от широкомащабната употреба на електромобили, особено когато потребителите купуват електромобил в допълнение към автомобил с двигател с вътрешно горене.

Електромобили срещу автомобили с ДВГ: сравнение

Безброй статии твърдят, че електромобилите са много по-енергийно ефективни от превозните средства с ДВГ. Освен това тези автори твърдят, че електромобилите ще бъдат по-ефективни и по-безвъглеродни, след като възобновяемите енергийни източници заменят въглищата и природния газ. Нашият анализ, непопулярен и противоречив, предполага обратното.

Повечето статии определят електромобилите като по-енергийно ефективни между два и три пъти от ДВГ, които заменят.

Основата за това твърдение е, че двигателите с вътрешно горене са само 40% ефективни и че близо 60% от енергията, съдържаща се в бензина или дизеловото гориво, се „губи“ – главно под формата на топлина и триене. От друга страна, електрическият мотор прехвърля близо 90% от електрическата си енергия директно към колелата. Разликата кара мнозина погрешно да заключат, че електромобилът е почти три пъти по-ефективен от автомобила на бензин или дизел.

Този общ аргумент е фундаментално погрешен по три причини.

• Първо, той не успява да улови енергията, необходима за направата на батерията;
• Второ, не прави разлика между топлинна и електрическа енергия;
• Трето, не отчита ниската енергийна ефективност на възобновяемата енергия.

Електромобилът използва 32 kWh електроенергия на 100 изминати мили. Междувременно батерията на автомобила изразходва невероятните 24 MWh за производството си. Ако приемем полезен живот от 120 000 мили, батерията консумира 20 kWh на 100 изминати мили, две трети колкото са самото директно електричество. Повечето анализатори не успяват да включат тази голяма енергийна тежест, когато изтъкват превъзходната ефективност на електромобила.

На следващо място, повечето аргументи за ефективност не успяват да разграничат топлинната и електрическата енергия.

Докато повечето от нас знаят, че енергията е взаимозаменяема, няколко различни форми на енергия имат различна степен на полезност. Колкото по-ентропичен е един енергиен източник, толкова по-малко полезна работа може да извърши. Изгарянето на горива от всякакъв вид винаги има висока ентропия. Електричеството, от друга страна, със своя подреден низ от движещи се електрони, има изключително ниска ентропия. Преминаването от топлинна към електрическа енергия винаги въвежда предсказуема неефективност, основана на основните закони на термодинамиката.

Когато експертите твърдят, че електромобилът е три пъти по-ефективен, те не успяват да направят това разграничение. В двигателя с вътрешно горене  бензинът (висока ентропия) се преобразува в енергия за движение напред с приблизително 40% ефективност. Електричеството (ниска ентропия) задвижва мотор с приблизително 90% ефективност в електрическо превозно средство. Електричеството обаче не съществува в природата, а вместо това трябва да се генерира. Изгарянето на природен газ (висока ентропия) за генериране на електроенергия (ниска ентропия) е само 40-50% ефективно. Електромобилът по своята същност не е по-ефективен; Вместо това неефективното „надграждане“ от топлинна към електрическа енергия се случва извън сцената и удобно се пропуска от повечето анализатори.

 

И накрая, повечето аргументи за ефективност не отчитат производството на енергия на първо място.

Например, както видяхме с Норвегия, единственият начин за намаляване на въглеродните емисии в автомобилостроенето е чрез преминаване към възобновяема енергия както за производството, така и за захранването на превозното средство. За съжаление, възобновяемата енергия е непосилно неефективна. Това може да е изненадващо. В края на краищата, нито вятърът, нито слънчевата „изгарят“ гориво и така не са подложени на неефективността на преминаването от топлинна към електрическа енергия, обсъдена по-рано. Въпреки това, вятърът и слънцето страдат от невероятно ниска енергийна плътност (помислете за топлината от газова печка в сравнение със сковаващия бриз). За да уловят полезни количества енергия, ветрогенераторите трябва да са високи 300 м, а слънчевите паркове трябва да се разпрострат  на хиляди декари. Тези големи инсталации изискват суровини като стомана, цимент, мед, сребро и полисилиций. Тези материали, от своя страна, консумират огромни количества енергия както за добив, така и за самия процес. За сравнение, добивът на нефт и газ е високоефективен.

Ние изучаваме общата енергия, необходима за производството на различни форми на енергия, показател, известен като енергийна възвръщаемост на инвестициите (EROI). Докато една единица инвестирана енергия може да генерира петдесет единици (топлинна) енергия през целия живот на производствен петролен кладенец, тя ще генерира само десет единици (електрическа) енергия с вятър или по-малко от шест от слънчев панел. Твърдението, че електромобилът с възобновяема енергия е ефективен, защото двигателят му работи на 90%, не отчита лошата ефективност нагоре по веригата.

Вместо това предприехме съвсем различен подход при изчисляването на автомобилната ефективност: за 100 kWh топлинна енергия колко далече може да се очаква да пътува автомобил с ДВГ в сравнение с електромобил. Ние предпочитаме тази методология, тъй като тя се привежда в съответствие с нашето разбиране за „ефективност“: колко можем да извлечем от една единица енергия. Използвайки този подход, състезанието печели автомобилът с ДВГ.

Ефективният ДВГ може да очаква да постигне 37 мили на галон бензин или 98 kWh топлинна енергия на 100 мили. Компонентите на превозното средство изискват 20 MWh или 15 kWh на 100 мили, когато се амортизират за полезен живот от 170 000 мили – според Argon Labs. ДВГ може да очаква да консумира 112 kWh на 100 мили, от които 90% представляват топлинна енергия под формата на бензин. Извличането на масло се възползва от много висок EROI от 60: 1 в кладенеца. С други думи, 60 единици топлинна енергия, под формата на суров петрол, излиза от кладенеца за всяка инвестирана единица енергия. Транспортирането и рафинирането консумират приблизително 15% от енергията, съдържаща се в суровината, намалявайки EROI до 50. За да бъдем консервативни, ние приемаме краен EROI от 45. Следователно, инвестирането на 1 kWh топлинна енергия ще създаде 45 kWh топлинна енергия, задвижвайки автомобил с ДВГ на 41 мили.

Съвременният електромобил консумира 32 kWh директна електрическа енергия на 100 мили. Батерията изисква допълнителни 24 MWh, което за полезния живот на автомобила от 120 000 мили се равнява на 20 kWh на 100 мили. Останалите компоненти на превозното средство изразходват 27 kWh на 100 мили. Електромобилът може да очаква да консумира 80 kWh на 100 мили, от които 95% е електричество.

Ако приемем, че електроенергията се генерира в електроцентрала, работеща с природен газ, енергийната възвръщаемост на инвестициите е приблизително 25, след като се вземат предвид загубите по преносната мрежа. Започвайки отново с 1 kWh топлинна енергия, бихме очаквали да генерираме 25 kWh електроенергия. Следователно електромобилът ще пътува 32 мили – 20% по-малко от автомобилът с двигател с вътрешно горене. Ако електричеството се генерира с помощта на смес от вятърна и слънчева енергия, енергийната възвръщаемост може да бъде 13. Следователно, 1 kWh енергия ще генерира само 13 kWh електроенергия, задвижвайки електромобила само на 16 мили – над 60% по-малко от автомобила с ДВГ.

Докато правителствата могат да се опитат да принудят шофьорите да купуват електромобили или дори да забранят напълно ДВГ, тези политики в крайна сметка ще се провалят, тъй като потребителите настояват да запазят по-ефективните си превозни средства. Нов пробив в батериите би помогнал да се направят електромобилите по-енергийно ефективни и ние изучаваме пространството много внимателно. Въпреки това не можем да идентифицираме никаква технология на батерията, която би променила съществено този анализ. Дотогава очакваме автомобилите с двигатели с вътрешно горене да продължат да доминират пред електрическите автомобили.“

 

 

Източник: obektivno.bg