Комментарий: Повышение экологичности электромобилей

Электромобили (EVS) становятся все более популярным решением для устойчивого транспорта, предлагая такие потенциальные преимущества, как снижение выбросов и эксплуатационных расходов по сравнению с традиционными автомобилями с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Однако воздействие электромобилей на окружающую среду распространяется не только на выбросы выхлопных газов.

Жизненный цикл аккумуляторов EV, особенно их производство, утилизация и вторичное использование, обусловлен экологическими соображениями, которые требуют постоянных исследований и разработок для улучшения, что подчеркивает динамичный характер этой области.

Производство и эксплуатационные характеристики

В то время как электромобили отличаются нулевым уровнем выбросов из выхлопных труб по сравнению с автомобилями ДВС, их косвенные выбросы в процессе производства требуют постоянных усилий по их сокращению. Основным препятствием является производство литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) большой емкости для электромобилей, что оказывает заметное влияние на выбросы углекислого газа, связанные с их производством.

Согласно исследованиям McKinsey, на этот этап приходится 40-60% от общего объема производства электромобилей. Учитывая, что каждая аккумуляторная батарея EV потенциально ответственна за выброс более 7 тонн CO2 в процессе производства, а также учитывая, что транспортировка генерирует примерно 20 процентов мировых выбросов CO2 от ископаемого топлива, такой быстрый рост требует сосредоточения усилий на минимизации воздействия производства аккумуляторов на окружающую среду.

Проблемы в холодную погоду

Поскольку оптимальный диапазон рабочих температур электромобиля составляет 15-45 градусов по Цельсию (59-113 градусов по Фаренгейту), холодная погода усложняет ситуацию, сокращая запас хода и ускоряя износ батареи из-за ее воздействия на химический состав. Владельцы электромобилей сталкиваются с общей проблемой: сокращается запас хода в холодную погоду. Это не мелкое неудобство, а серьезная проблема, влияющая на практичность электромобилей в определенных регионах, где холодная погода является обычным явлением.

Низкие температуры снижают эффективность ЛИА, влияя на их способность обеспечивать питание. С химической точки зрения, низкие температуры замедляют внутренние химические реакции в батарее, что приводит к снижению выходной мощности.

Кроме того, в электромобилях требуется обогрев салона. В большинстве случаев электромобили используют энергию аккумуляторной батареи для обогрева салона, что приводит к увеличению энергопотребления, сокращению пробега и более частой зарядке по сравнению с электромобилями, эксплуатируемыми в более теплом климате. Например, анализ 12 популярных моделей электромобилей показал, что зимний запас хода Volkswagen ID.4 сокращается на 46 процентов, что составляет около 130 миль при полной зарядке. У Tesla Model Y, Model 3 и Model X запас хода сократился на 24 процента, в то время как у Model S - на 28 процентов.

В современных электромобилях используются различные типы аккумуляторов, наиболее распространенными из которых являются литий-железо-фосфатные (LFP) в Китае и никель-кобальт-марганцевые (NCM) в остальном мире.

У каждого из них есть свои преимущества и недостатки. Что касается работы в зимнее время, тесты показывают, что термостойкость аккумуляторов NMC относительно сбалансирована, что позволяет им нормально работать как при низких, так и при высоких температурах окружающей среды. Аккумуляторы LFP лучше выдерживают высокие температуры по сравнению с аккумуляторами NMC, но, наоборот, их производительность снижается при низких температурах. При температуре 0 градусов по Цельсию (32 градуса по Фаренгейту) производительность аккумуляторов LFP может снизиться на 10-20 процентов, а при температуре минус 20 градусов по Цельсию (минус 4 градуса по Фаренгейту) она составляет всего около 60 процентов от первоначальной производительности.

Решение проблем, связанных с устойчивым развитием в будущем

Проблемы, связанные с аккумуляторами для электромобилей в зимнее время, поднимают важный вопрос: как их производительность в холодную погоду влияет на общее воздействие на окружающую среду по сравнению с автомобилями с ДВС?

Необходимо постоянно уделять внимание нескольким ключевым областям, чтобы свести к минимуму воздействие электромобилей на окружающую среду на протяжении всего их жизненного цикла. Исследования по повышению производительности аккумуляторов в холодных условиях продолжаются. Важно обеспечить длительный срок службы аккумуляторов и снизить снижение емкости. Кроме того, максимальное использование возобновляемых источников энергии для производства электроэнергии может значительно снизить выбросы углекислого газа, связанные с зарядкой электромобилей, что дает надежду на более устойчивое будущее.

Международное энергетическое агентство (МЭА) в своем недавнем отчете подчеркивает важнейшую роль аккумуляторов. Базирующаяся в Париже организация утверждает, что, по ее оценкам, к 2030 году аккумуляторы будут обеспечивать 80% запасов энергии, а для утроения мощностей по возобновляемой энергетике потребуется 1500 гигаватт. Такой масштабный рост требует значительных усовершенствований в области аккумуляторных технологий, в том числе в таких ключевых областях, как снижение затрат, минимизация рисков повреждения аккумуляторов, повышение энергоэффективности и диверсификация цепочек поставок аккумуляторов. К счастью, в отрасли появляются многообещающие решения.

Использование современных аккумуляторных технологий может оказаться недостаточным. Одним из набирающих популярность решений является внедрение систем с тепловыми насосами. Эти системы, которые уже включены во все новые модели Tesla, обеспечивают повышенную эффективность обогрева и охлаждения аккумуляторной батареи и салона автомобиля.

Тепловые насосы функционируют аналогично холодильникам или кондиционерам, передавая тепло от источника (наружного воздуха) к месту назначения (кабине или аккумуляторной батарее) даже в холодную погоду. Некоторые исследования показывают, что тепловые насосы могут помочь электромобилям сократить запас хода на 3-15 процентов — до 50 миль — в холодную погоду. Несмотря на то, что тепловые насосы улучшили проблему снижения эффективности в зимний период, они не решили ее полностью. Даже с учетом этих новых достижений, холодная погода быстро снижает эффективность теплового насоса.

Еще одно потенциальное решение проблем, с которыми сталкиваются электромобили, связано с использованием инновационных материалов и новых подходов, предлагаемых различными стартапами. Например, люксембургский стартап Voltcore, занимающийся разработкой интеллектуальных материалов, создает отопительные системы или ткани, которые легко интегрируются в различные материалы, такие как композиты и покрытия для батарей. Этот инновационный подход позволяет сократить время предварительного прогрева при отрицательных температурах, продлить срок службы батареи и увеличить запас хода при почти 100-процентной энергоэффективности. Кроме того, Voltcore подчеркивает экологические преимущества своего продукта, такие как возможность вторичной переработки и минимальное влияние веса на массу автомобиля, что позволяет заглянуть в многообещающее будущее электромобилей.

Хотя электромобили имеют явное преимущество перед традиционными автомобилями ДВС с точки зрения выбросов выхлопных газов из выхлопных труб, их воздействие на окружающую среду на протяжении всего жизненного цикла требует постоянного внимания. Достижения в области аккумуляторных технологий, направленные на повышение плотности энергопотребления, сокращение выбросов углекислого газа, связанных с их производством, и использование устойчивых методов переработки, имеют решающее значение для развития электромобилей, которые должны полностью раскрыть свой потенциал в качестве экологически чистых транспортных решений.

Автор: Влад Батхин - профессионал с более чем 15-летним опытом в развитии бизнеса и реализации комплексных капитальных проектов в области новых технологий в химическом бизнесе, основатель и генеральный директор Voltcore, стартапа в области климатических технологий в области материаловедения, базирующегося в Люксембурге.

Источник: https://www.recyclingtoday.com/news/making-electric-vehicles-more-eco-friendly-vlad-batkhin/