Samochody ekologiczne – czy istnieją?

Wokół samochodów hybrydowych i elektrycznych krąży parę mitów, które miałyby potencjalnych nabywców odstraszyć, a przynajmniej wyśmiać. Mówi się, że dobrymi chęciami jest wybrukowane piekło – i według fanów „starej, dobrej” motoryzacji dokładnie tak wygląda sytuacja z entuzjastami samochodów ekologicznych.

Problem ma leżeć w tym, że nie widzimy wszystkiego. Samochód elektryczny czy też hybrydowy jest ekologiczny tu i teraz, ale czy podczas produkcji i po zakończeniu eksploatacji również?

Spróbujmy ustalić więc, czy w ogólnym rozrachunku samochody ekologiczne są faktycznie bezpieczne dla środowiska.

Produkcja samochodu

Produkcja samochodu z silnikiem spalinowym, a produkcja samochodu elektrycznego i hybrydowego nie różni się zbytnio. W podobnej technice produkuje się przecież karoserię, układ jezdny czy wyposażenie wnętrza. Jeśli porównujemy hybrydę z układem w pełni spalinowym, tutaj również wszystko wygląda podobnie.

Z jedną „małą” różnicą. Akumulator. W samochodzie z silnikiem spalinowym występują tradycyjne akumulatory kwasowo-ołowiowe. W hybrydach też często zobaczymy ten typ pod maską, ale za źródło energii napędowej służą już akumulatory litowo-jonowe.

Do ich produkcji potrzebny jest między innymi lit, nikiel, kobalt i grafit. Choć Elon Musk twierdzi, że użycie litu w akumulatorach Tesli to jak „sól na sałatce”, czyli obecność tego pierwiastka jest w nich znikoma, to jednak nadal potrzebna. A wydobycie kobaltu, niklu i litu to nie jest prosta sprawa.

Lit w naturze występuje jako węglan litu, więc musi zostać jeszcze poddany szeregowi procesów chemicznych, by można było go użyć w produkcji. Ten pierwiastek występuje głównie w suchych, pustynnych terenach, a wydobycie zużywa duże ilości wody. Jeśli w okolicy wydobywany jest lit, dla lokalnej społeczności, flory i fauny oznacza to spore ograniczenie zasobów wody.

Wydobycie niklu wiąże się z kolei z emisją trującego dwutlenku siarki, odpadami ziemnymi pokrytymi rakotwórczym pyłem, rzekami zaczerwienionymi od odpadów. Jest to do tego stopnia szkodliwe, że na Filipinach zamknięto aż 17 kopalni.

Nie jesteśmy w stanie dokładnie określić wpływu produkcji akumulatorów na środowisko – globalnie i lokalnie. Możemy jednak sprowadzić koszty środowiskowe do jednej metryki – emisji CO2 przy produkcji.

Tak więc wyprodukowanie litowo-jonowej baterii wiąże się z emisją od 150 do 200 kg CO2 na każdy 1 kWh pojemności. Przykładowo, nasz Prius Plug-In ma akumulator mieszczący 8,8 kWh. Wyprodukowanie go to więc 1320 kg CO2 więcej niż w przypadku produkcji samochodu napędzanego tylko silnikiem spalinowym.

Koszt jazdy

Mamy więc samochód hybrydowy czy też elektryczny, który już z zerowym przebiegiem niesie za sobą większe obciążenie dla środowiska niż samochód z silnikiem spalinowym. Odpalmy jednak silniki i zacznijmy ich używać.

Porównajmy Priusa Plug-In do Aurisa z dość oszczędnym silnikiem 1.33 Dual VVT-i. Auris emituje 12,8 kg CO2 na każde przejechane 100 km. To jednak emisja pochodząca z układu wydechowego, a przecież samochód potrzebuje do poruszania się paliwa. Wyprodukowanie 1 litra benzyny to koszt 4,22 kg CO2. Przy średnim zużyciu paliwa – według danych technicznych – na poziomie 5,5 l/100 km, każde 100 km jazdy Aurisem oznacza emisję, w ten czy inny sposób, 36 kg CO2 do atmosfery.

W Priusie sprawa nie jest jednak tak prosta. W trybie hybrydowym, według deklaracji Toyoty, Prius zużywa 1l/100 km. Obliczając koszt CO2 analogicznie do Aurisa, okaże się więc, że Prius emituje z układu wydechowego 2,3 kg CO2/100 km podczas spalania benzyny, a w sumie 6,52 kg CO2/100 km jest emitowane podczas wytwarzania tej ilości paliwa.

No dobrze, ale przecież może też przejechać 50 km na samym silniku elektrycznym. Czy to oznacza, że w tym trybie jest całkowicie wolny od emisji CO2? Nie do końca – energię elektryczną też trzeba wytworzyć. Według Electricity Map, aktualnie wytworzenie 1 kWh energii emituje do atmosfery 634 g CO2.

Załóżmy, że akumulator Priusa rozładowuje się „do zera”, czyli ładowanie go wymaga poboru pełnych 8,8 kWh. Do tego dochodzą 20-procentowe straty występujące podczas ładowania i przesyłu energii, stąd przejechanie Priusem 50 km na silniku elektrycznym „kosztuje” sieć energetyczną 10,56 kWh. Czyli nawet lokalnie „czysta” jazda w globalnym ujęciu emituje 6,7 kg CO2 na 50 km, czyli 13,4 kg CO2 na 100 km. To jakieś 3 razy mniej niż w przypadku samochodu z silnikiem benzynowym.

A przecież emisja CO2 związana z produkcją benzyny nie ogranicza się jedynie do procesów przetwarzania ropy. Trzeba zbudować całą infrastrukturę wokół rafinerii, transportować benzynę do stacji benzynowych, trzeba też przecież dojechać swoim samochodem na stację. Jazda na silniku elektrycznym będzie więc jeszcze bardziej ekologiczna – przynajmniej patrząc przez pryzmat dwutlenku węgla.

Kiedy poziom emisji zaczyna działać na korzyść samochodu elektrycznego?

W scenariuszu, w którym porównywalibyśmy samochód z silnikiem benzynowym z autem wyłącznie elektrycznym, ile musielibyśmy pokonać kilometrów, by wyjść „na plus” z emisją CO2?

Znów posłużmy się przykładem Toyoty – w końcu może podróżować wyłącznie na silniku elektrycznym. Prius Plug-in wyjeżdża z fabryki z bagażem 1320 kg wyemitowanego CO2. Później, uwzględniając wcześniejsze obliczenia, wytworzenie prądu potrzebnego do naładowania baterii do pełna będzie związane z emisją około 13,4 kg CO2 na 100 km.

Samochód z silnikiem benzynowym, przykładowo wspomniany wcześniej Auris, będzie w tym czasie emitował do atmosfery 36 kg CO2 na 100 km. Mimo prawie trzykrotnie mniejszej emisji CO2 „elektryka”, okaże się on bardziej ekologiczny dopiero po przejechaniu 6000 km.

Tyle że samochody w pełni elektryczne mają o wiele większe akumulatory niż Prius – Tesla ma na przykład aż 100 kWh pojemności. Wyjeżdża więc z fabryki z aż 15-tonowym obciążeniem atmosfery dwutlenkiem węgla. Nawet jeśli zużywa mniej prądu niż Toyota, na przykład 15 kWh/100 km i stąd globalnie emituje 9,5 kg CO2/100 km, względem przykładowego Aurisa, jej negatywny wpływ na środowisko będzie mniejszy dopiero po przejechaniu 60 000 km.

Czy wszystko sprowadza się do emisji dwutlenku węgla?

To by było zbyt proste. Choć dwutlenek węgla w nadmiernym stężeniu jest  szkodliwy dla środowiska i przyczynia się do ocieplenia klimatu, to jednak dla człowieka bezpośrednim zagrożeniem są pyły zawieszone. To też i pyły są związane z widocznym w Polsce smogiem.

Tlenki azotu, które zawarte są w spalinach mają w nich swój udział, jednak wedle badań Wspólnotowego Centrum Badawczego Komisji Europejskiej, około połowę pyłów zawieszonych występujących w miastach stanowią elementy ścierające się podczas eksploatacji samochodów.

Do tych elementów należą klocki i tarcze hamulcowe, opony, sprzęgła, a także nawierzchnia dróg. Smog powstaje też na wskutek wzbijania w powietrze kurzu zalegającego na drogach – to też jest związane z transportem. Już samo zużywanie się elementów układu hamulcowego może stanowić od 16 do 55% zawartości pyłów PM10 w miastach.

Stąd wynikałoby, że ekologiczny samochód w zasadzie… nie istnieje. Najbardziej ekologicznym rozwiązaniem jest chodzenie na piechotę. Chociaż… gumowe podeszwy butów też się ścierają…

Badania Komisji Europejskiej pokazują, że egzystencja człowieka w dzisiejszych czasach jest ściśle związana z zanieczyszczaniem środowiska, którego nie jesteśmy w stanie uniknąć. Możemy jednak minimalizować straty.

Recykling

Dochodzimy do punktu, w którym musimy się z samochodem – lub samym akumulatorem – pożegnać. I znowu – złomowanie samochodu z silnikiem spalinowym a z elektrycznym lub napędem hybrydowym prawie wcale się nie różni. Pytanie jednak co zrobić ze zużytą lub zepsutą baterią?

Problematyczny recykling akumulatorów hybryd jest już przeszłością. Samochody wykorzystujące baterie niklowo-metalowo-wodorowe są już na rynku na tyle długo, że powstało już wiele sposobów ich recyklingu i firm chętnych podjąć się odzyskiwania metali ziem rzadkich ze zużytych jednostek. Nie zawsze też te akumulatory są poddawane recyklingowi – Toyota na przykład naprawia uszkodzone ogniwa, a następnie wykorzystuje je do zasilania maszyn stacjonarnych w swoich fabrykach.

Schody zaczynają się jednak w przypadku recyklingu baterii litowo-jonowych, czyli takich, jak w testowanym przez nas Priusie Plug-In czy samochodach elektrycznych. W każdym ogniwie znajduje się wiele metali w formie proszku, który powleka metalową folię – a podczas recyklingu należy oddzielić od siebie poszczególne pierwiastki. I takich ogniw w jednym akumulatorze może być 100 lub nawet 5000, jeśli mówimy o Tesli. Samo wymontowanie akumulatora z samochodu jest też problematyczne.

Baterie litowo-jonowe zasilają samochody dopiero od jakichś 8 lat, a w dodatku są dość żywotne, przez co skala recyklingu nie jest jeszcze duża. Przedsiębiorstwa, które zajmują się recyklingiem, nie zaprojektowały więc jeszcze odpowiednio dopracowanych procesów i nie dysponują odpowiednio dużą ilością egzemplarzy, by zgłębić temat recyklingu baterii litowo-jonowych. Na pewno mogliby wspomóc się recyklingiem mniejszych baterii, które przecież są powszechnie dostępne w całej elektronice użytkowej. Być może udałoby się też wykorzystać recykling akumulatorów do produkcji nowych – i ograniczyć tym samym szkodliwy dla środowiska proces wydobycia.

Nie bądźmy krótkowzroczni

Czytając powyższą analizę, można byłoby dojść do wniosku, że samochody elektryczne i hybrydowe jednak nie są zbytnio ekologiczne i obciążają środowisko. Trochę tak jest, ale w spojrzeniu krótkowzrocznym.

Znaczną przewagą samochodów elektrycznych jest wykorzystanie do napędzania odnawialnych źródeł energii. Energia elektryczna pozostanie energią elektryczną, ale sposób jej pozyskania może z czasem stawać się coraz bardziej i bardziej przyjazny dla środowiska. Prąd możemy pozyskiwać z wiatru, energii słonecznej, z elektrowni atomowych, czy odzyskując energię podczas hamowania – a paliwa kopalne w końcu się skończą.

Obecnie najbardziej ekologiczne są właśnie hybrydy typu plug-in. Zużywają niewiele benzyny, jak i mają dość małe akumulatory – a dzięki temu ich produkcja nie obciąża w takim stopniu środowiska, jak produkcja dużego akumulatora do samochodu w pełni elektrycznego.

Wbrew pozorom transformacja motoryzacji w kierunku napędów elektrycznych jest uzasadniona – ale będzie miała tym więcej sensu, im bardziej rozwiniemy sposoby jej pozyskiwania. Jej zasoby są jednak niewyczerpane – a ropy już tak.