Bilans CO2 samochodów elektrycznych

Bilans CO2 samochodów elektrycznych

Triumfu elektromobilności nie da się już zatrzymać. W ciągu ostatnich kilku tygodni i miesięcy kilku dużych producentów samochodów określiło zmianę kursu. Przede wszystkim potężna Grupa VW, która do 2030 r. chce przestawić połowę swojej gamy modelowej na samochody elektryczne i dąży do całkowicie zrównoważonego bilansu CO2 w całej grupie do 2050 r. Rywal Renault jest jeszcze bardziej ambitny: Francuzi chcą do końca dekady zaoferować dziewięć na dziesięć nowych samochodów z napędem wyłącznie elektrycznym. Ambicję transformacyjną podsyca polityka: Komisja Europejska przedstawiła właśnie długo oczekiwany pakiet klimatyczny „Fit for 55”. Ich propozycje mają stanowić plan działania prowadzący do osiągnięcia celu, jakim jest ograniczenie emisji gazów cieplarnianych o co najmniej 55 procent do 2030 r. w porównaniu z 1990 r. Część z nich koncentruje się na przemyśle motoryzacyjnym: nowe samochody nie powinny już emitować CO2 od 2035 r. Ale na ile przyjazne dla środowiska są samochody elektryczne, a co za tym idzie, cała elektromobilność?

Ślad węglowy: to coś więcej niż tylko operacje

Czy pojazdy elektryczne rzeczywiście są bardziej przyjazne dla środowiska niż nowoczesne silniki spalinowe, niezależnie od tego, czy są to pojazdy benzynowe, czy diesla? Eksperci również się na ten temat spierają. Ostatecznie należy wziąć pod uwagę nie tylko (nieistniejącą) emisję podczas jazdy, ale także zanieczyszczenia wytwarzane przez cały okres użytkowania samochodu. „Samochody elektryczne jeżdżą lokalnie bezemisyjnie. Nie oznacza to, że jeżdżą również bez emisji CO2, ponieważ należy wziąć pod uwagę wytwarzanie energii elektrycznej” – wyjaśnia w gościnnym artykule w magazynie „Auto Motor Sport” prof. Martin Doppelbauer z Instytutu Technologii w Karlsruhe (KIT), gdzie jest profesorem w dziedzinie hybrydowych pojazdów elektrycznych. 

Na kwestię przyjazności dla środowiska, czyli rzeczywistego śladu CO2 pojazdów elektrycznych, można odpowiedzieć jedynie za pomocą kompleksowego bilansu środowiskowego. Pod uwagę brany jest cały cykl życia pojazdów: od produkcji wszystkich komponentów, w tym akumulatora, poprzez eksploatację pojazdu i wymaganą do tego energię, a także nakłady na konserwację, aż do utylizacji samochodu. Niemieckie Federalne Ministerstwo Środowiska, Ochrony Przyrody i Bezpieczeństwa Jądrowego (BMU) sporządziło taką całościową ocenę. Efektem jest badanie „Jak przyjazne dla środowiska są samochody elektryczne?” 

Dlaczego tak wiele badań wprowadza w błąd

Wyjaśnia również, dlaczego istnieje tak wiele różnych, czasami wprowadzających w błąd lub sprzecznych raportów na temat przyjazności dla środowiska samochodów elektrycznych: Według BMU najczęstsze przyczyny takiego stanu rzeczy obejmują porównanie różnych cech pojazdów (np. klas, silników i rozmiarów akumulatorów), uwzględnienie różnych sekcji bilansu (np. samej produkcji pojazdów) oraz różne założenia dotyczące koszyka elektroenergetycznego w produkcji i użytkowaniu samochodów elektrycznych. Ponadto czasami wykorzystywane są nieaktualne dane, szczególnie w przypadku akumulatorów. A skoro już o akumulatorach mowa: założenia dotyczące żywotności akumulatora do samochodów elektrycznych często bardzo się od siebie różnią w różnych badaniach. Krótko mówiąc, jabłka często porównuje się z pomarańczami i czasami wykorzystuje się nieprawidłowe lub co najmniej nieaktualne dane.

Samochód elektryczny CO2: miks energii elektrycznej ma kluczowe znaczenie

Miks energii elektrycznej przede wszystkim określa, czy pojazd elektryczny radzi sobie lepiej pod względem śladu węglowego niż silnik spalinowy. Chociaż taki pojazd działa bezemisyjnie, elektrownie z pewnością emitują gazy cieplarniane podczas dostarczania prądu ładowania, przynajmniej jeśli wykorzystywane są paliwa kopalne. 

W krajach takich jak Niemcy i Austria do wytwarzania energii elektrycznej wykorzystuje się coraz więcej energii odnawialnych. Na przykład w 2019 r. ich udział w Niemczech wyniósł około 41 proc., a w Austrii w tym samym roku aż 75,1 proc. – wynika z bilansu energetycznego Urzędu Statystycznego Austrii. Dla porównania średnia unijna wynosi 34,1%. W każdym razie tendencja nadal rośnie; w Niemczech wkrótce po raz pierwszy ponad połowa energii elektrycznej będzie pochodzić ze źródeł odnawialnych. Jednak przy obecnym niemieckim koszyku elektroenergetycznym samochody elektryczne są znacznie bardziej przyjazne dla klimatu niż pojazdy spalinowe.  

Potwierdza to prof. Doppelbauer z KIT: Jak wyjaśnia, nowy samochód (wszystkie rodzaje napędu) w UE emitował średnio około 140 gramów CO2 na kilometr w 2020 r. Rosnąca liczba pojazdów PHEV i pojazdów elektrycznych już znacznie zmniejszyłaby tę wartość w porównaniu z 2019 r. Samochody elektryczne oczywiście zużywają energię elektryczną podczas jazdy. Według eksperta typowa wartość uwzględniająca straty ładowania wyniosłaby 22 kWh/100 km. Federalna Agencja Środowiska (UBA) wie, ile CO2 zostało dotychczas wyemitowanych podczas produkcji jednej kWh. Na swojej stronie internetowej podaje wartość 366 g CO2/kWh w 2020 r. 

Doppelbauer oblicza teraz: „Emisja CO2 powstająca podczas jazdy samochodem elektrycznym jest wówczas niewielka od reguły trzech: 22 kWh/100 km x 366 g (CO2)/kWh = 8052 g (CO2)/100 km. Odpowiada to 80,5 g/km. Oszczędności w porównaniu do przeciętnego nowego samochodu (a jak powiedziałem, w tej mieszance jest już znaczna liczba samochodów elektrycznych) i hybrydy typu plug-in): dobre 42 procent.” 

Baterie mają negatywny wpływ na równowagę ekologiczną

Ale co z energochłonną produkcją akumulatorów i jak to wpływa na ogólny bilans? To z góry prawdziwy zabójca nastroju, jeśli chodzi o e-mobilność! Ze względu na złożoną i energochłonną produkcję akumulatorów, cała produkcja, konserwacja i utylizacja pojazdów mają większy udział w bilansie klimatycznym niż cała operacja jazdy. A także znacznie więcej niż porównywalne pojazdy z silnikami spalinowymi (patrz grafika).

Niemniej jednak, według badania BMU dotyczącego samochodów elektrycznych, ogólny bilans jest nadal dodatni, ponieważ eksploatacja jest o wiele bardziej przyjazna dla środowiska. „Emisja gazów cieplarnianych współczesnego kompaktowego pojazdu elektrycznego jest niższa w całym okresie jego użytkowania w porównaniu z porównywalnymi pojazdami z silnikami spalinowymi. W porównaniu z silnikiem benzynowym wytwarza on około 30 procent mniej gazów cieplarnianych. W porównaniu z porównywalnym silnikiem wysokoprężnym jest to około 23 procent mniej” – wynika z badania przeprowadzonego przez BMU, które obliczyło te wartości na podstawie danych Ifeu (Instytut Badań nad Energią i Środowiskiem w Heidelbergu).

Werdykt Jürgena Stockmara jest znacznie bardziej krytyczny. Doświadczony ekspert ds. rozwoju motoryzacji w swojej karierze pracował na stanowiskach kierowniczych m.in. w Magna, Steyr Daimler Puch, Opel i Audi. Dziś doradza firmom z branży motoryzacyjnej i wykłada na Politechnice Wrocławskiej w Wiedniu. Oczywiście Stockmar w swoich obliczeniach wykorzystuje Audi e-tron, a zatem luksusowy SUV. Według Stockmara produkcja akumulatora litowo-jonowego powoduje wyemitowanie 165 kg CO2 na kWh pojemności akumulatora. Do wyprodukowania akumulatora o pojemności 95 kWh w Audi e-tron zużyto 15 675 kg CO2. Pojazd z silnikiem spalinowym o prawnie dopuszczalnej emisji CO2 wynoszącej 95 g na kilometr przejechałby zatem 165 000 kilometrów. I nawet wtedy pojazd elektryczny nie byłby tego wart, ponieważ podczas pracy nadal zużywa energię elektryczną.  

W podziale na zakładany przebieg wynoszący 150 000, e-tron w przykładzie obliczeniowym Stockmara generuje 104,5 g CO2 na kilometr w wyniku samej produkcji akumulatorów. Według Stockmara, przy zużyciu pojazdu wynoszącym 15 kWh na 100 kilometrów, obecny niemiecki koszyk dostaw energii elektrycznej powoduje dodatkowe 50 g CO2 na kilometr. Latem oznacza to całkowitą emisję (przy produkcji akumulatorów i bieżącej eksploatacji) na poziomie około 150 g CO2/km. „Ta emisja CO2 znacznie przekracza ustawowy limit emisji wynoszący 95 g CO2/km” – stwierdził Stockmar podczas wydarzenia internetowego zorganizowanego przez MPKA (Motor Presse Klub Austria) na początku 2022 r. Dodatek: „Ten pojazd nie spełnia dzisiejszych przepisów rejestracyjnych!” Niezrozumiałe jest, dlaczego emisje spowodowane produkcją akumulatorów są po prostu ignorowane przez prawodawców w UE. Nie wspominając o energii potrzebnej do recyklingu akumulatorów, którą również pominął w swoich obliczeniach. W rzeczywistości należałoby uwzględnić ocenę cyklu życia pojazdu w całym cyklu życia. 

Odnawialne źródła energii rosną

Elektromobilności oczywiście sprzyja jedno: jak już wspomniano, udział energii odnawialnych w niemieckim miksie elektroenergetycznym będzie nadal rósł – do co najmniej 65 procent do 2030 roku, zgodnie z celem rządu federalnego. Ponadto można spodziewać się ulepszeń w produkcji akumulatorów, zarówno pod względem efektywności materiałowej, jak i zużycia energii. „Jeśli do produkcji wykorzystywana jest energia odnawialna, plecak dwutlenku węgla z akumulatora zmniejsza się o około połowę” – czytamy w artykule BMU. Choć w obliczeniach wzięto pod uwagę fakt, że silniki benzynowe i wysokoprężne również stają się coraz bardziej ekonomiczne, rozwój porównywalny z rozwojem samochodów elektrycznych jest mało prawdopodobny.

Oprócz rosnącego udziału energii odnawialnych, badanie oparto na następujących założeniach: Zakłada się, że produkcja w Europie przeznaczona jest do produkcji pojazdów, natomiast produkcja akumulatorów jest brana pod uwagę w obecnej sytuacji zgodnie z obecnym zestawieniem krajów produkujących. Perspektywa na rok 2030 zakładała wówczas europejską produkcję akumulatorów. Wydaje się to rozsądne, biorąc pod uwagę, że obecnie obserwuje się ogromny wzrost liczby... Rozwój produkcji akumulatorów w Europie jest inwestowane. Sam VW ma tutaj ambitne plany.

W obliczeniach uwzględniono także dodatek biopaliw do oleju napędowego i benzyny zgodnie z celami krajowymi i przepisami europejskimi. Do zużycia energii elektrycznej i paliwa wykorzystywane są realistyczne dane z typowych przykładowych pojazdów z ADAC EcoTest, które są znacznie wyższe niż oficjalne informacje producenta. Nie uwzględniono średnich wartości floty. Aby umożliwić, jak to się nazywa, „uczciwe porównanie różnych rodzajów użytkowania”, całkowitą emisję obliczono na podstawie średniego przebiegu w całym okresie użytkowania wynoszącego 150 000 kilometrów.

Samochód elektryczny: zużycie CO2 mniejsze o 40 procent 

Przy wszystkich tych założeniach przewaga samochodu elektrycznego w 2030 roku nad silnikiem benzynowym w kalkulacji modelu BMU wzrośnie do 42 proc., a nad dieslem do 37 proc. I to pomimo energochłonnej produkcji. 

A skoro mowa o energochłonnych paliwach: szeroko omawiane alternatywy, zwłaszcza e-paliwa forsowane przez branżę, mają tę wadę: „Produkcja tych paliw wymaga więcej energii, niż jest później dostępna w postaci paliwa” – podsumowują eksperci BMU. Jednocześnie jego zastosowanie w pojazdach z silnikami spalinowymi jest znacznie mniej wydajne w porównaniu z silnikami elektrycznymi. Profesor KIT Doppelbauer zgadza się z tym: „Jeśli uczciwie obliczyć obecne zużycie paliwa na poziomie 7,3 litra na 100 km, to paliwa syntetyczne wymagają ponad 10 razy więcej energii elektrycznej niż samochody elektryczne”.  

W przypadku samochodów elektrycznych koszty surowców są wyższe

Dalsza analiza przeprowadzona przez BMU potwierdza podejrzenie wynikające ze stosunkowo wysokiego poziomu emisji w produkcji pojazdów: pod względem skumulowanych wydatków na surowce pojazdy elektryczne radzą sobie dziś jeszcze gorzej niż pojazdy z silnikiem spalinowym. „Do produkcji podzespołów pojazdów potrzeba po prostu więcej surowców. Wykorzystuje się wiele materiałów wymagających intensywnej produkcji, zwłaszcza do produkcji akumulatorów”. To z kolei wpływa również na równowagę ekologiczną. 

Również w tym przypadku produkcja baterii jest największym psuciem: na przykład technologia litowo-jonowa wymaga znacznych ilości kobaltu, co jest również krytykowane ze względu na problematyczne pod względem społecznym i etycznym warunki finansowania, a także duży wpływ na środowisko. Tutaj jest większa koncentracja Łańcuchy dostaw i obowiązki należytej staranności przedsiębiorstwa zdaniem BMU jest to obiecujące podejście do zwalczania skarg, które promuje również rozwój procesów recyklingu nowych komponentów. A to wyraża następującą nadzieję: „Dalszy rozwój produkcji, efektywności materiałowej i technologii magazynowania najprawdopodobniej znacząco poprawi bilans”. 

Niemniej jednak dwa główne stwierdzenia niemieckiego badania można podsumować w następujący sposób: Pod względem całkowitego zużycia surowców pojazdy z silnikami spalinowymi nadal mają obecnie przewagę. Jednak pod względem całkowitego zapotrzebowania na energię, a tym samym emisji CO2 w całym cyklu życia – a o tym jest ten artykuł – pojazdy elektryczne już teraz wyraźnie wyprzedzają swoją wysoką wydajnością. 

Wiele innych badań obecnie również daje samochodom elektrycznym lepszą ocenę w porównaniu do pojazdów spalinowych, co wynika głównie z wysokiej wydajności silnika. Bilans ADAC pokazuje, że wada emisji CO2 samochodów akumulatorowych jest rekompensowana przy przejechaniu od 50 000 do 100 000 kilometrów. 

Czy jest w ogóle wystarczająco dużo (zielonej) energii elektrycznej? 

Ale czy rzeczywiście będzie wystarczająco dużo energii elektrycznej, a przede wszystkim zielonej energii, jeśli wdrożone zostaną ambitne plany elektryfikacji UE i głównych europejskich producentów samochodów? „Gdyby prawie wszystkie samochody w Niemczech były elektryczne, potrzebowalibyśmy od 20 do 25 procent więcej energii elektrycznej” – mówi Doppelbauer. Oczywiście jeszcze co najmniej 10 lat dzieli nas od powszechnego zakończenia sprzedaży samochodów spalinowych. Następnie zwykle mija kolejne 15 lat, zanim flota samochodowa zostanie w znacznym stopniu przekształcona. „Jesteśmy optymistami, że nie będziemy w stanie w pełni wygenerować dodatkowej produkcji energii elektrycznej najwcześniej za 25 lat. Innymi słowy: potrzebujemy jedynie prawie 1 procent dodatkowej produkcji energii elektrycznej rocznie, aby wchłonąć dodatkowe zapotrzebowanie samochodów elektrycznych”.  

Zdaniem eksperta prawdziwe wyzwania elektromobilności leżą gdzie indziej: w stworzeniu wygodnych możliwości ładowania dla wielu milionów ludzi, którzy nie mają własnego domu ani miejsca parkingowego. A także w tworzeniu konkurencyjnych samochodów, które nie są tylko przerobionymi silnikami spalinowymi. I wreszcie, aby przyspieszyć rozwój i produkcję nowych technologii, zoptymalizować je i obniżyć koszty.

Niemiecki „papież samochodowy” prof. Ferdinand Dudenhöffer podczas swojej lotniczej wizyty w Austrii na początku lata 2022 r. podkreślał, że jeśli chodzi o bilans CO2 samochodów elektrycznych, można spierać się na wszystkie strony: „Możesz przygotować wyniki tak, jak chcesz, stosując różne założenia, na przykład dotyczące przyszłego miksu elektroenergetycznego”. przesyła apel: „Nie powinniśmy niszczyć e-mobilności poprzez okropne założenia!” 

Sam Dudenhöffer okazuje się być fanem elektromobilności i mówi: „Przyszłość jest elektryczna. Nie powinniśmy rujnować e-mobilności strasznymi założeniami!” Szacuje, że do 2030 roku dwie trzecie wszystkich nowych samochodów sprzedawanych w Niemczech będą autami elektrycznymi. Oczywiście w rezultacie nastąpi eksplozja zapotrzebowania na energię elektryczną, dlatego zdaniem Dudenhöffera nie ma mowy o energetyce jądrowej. „Nie powinniśmy zamykać się na dyskusję o energetyce jądrowej” – powiedział w rozmowach z branżą motoryzacyjną, odejście Niemiec od energetyki jądrowej jest naiwne. Cóż, UE i tak przyznała już energii jądrowej zieloną etykietę. Ale to też oczywiście można podyskutować.