Spalinowe czy elektryczne?
W naszym cyklu tym razem o ekologii. Konkretnie o tym, które pojazdy są bardziej ekologiczne, tj. pozwalają na niższe zużycie energii, niższą emisję CO2 i pozostawiają mniejszy ślad węglowy. Spalinowe czy elektryczne? Odpowiedź wydaje się oczywista. Jednak czy zawsze jest tak, jak nam się na pozór wydaje? W cyklu „Zapytaj inżyniera” pytamy o to dr. inż. Rafała Setlaka z Wydziału Elektrycznego Politechniki Śląskiej.
Naukowiec z grupą swoich studentów porównywał wiele modeli samochodów. – Bardzo łatwo porównuje się pojazdy spalinowe, które mają swoje odpowiedniki z napędem elektrycznym. Jest kilka takich modeli dostępnych na naszym krajowym rynku np. bardzo popularny model miejski Peugeot 208 lub Opel Corsa. Są też „trojaczki”, czyli pojazdy spalinowe z odpowiednikiem elektrycznym i tym z napędem hybrydowym; przykładem jest Hyundai Kona. Ułatwienie polega na tym, że większość komponentów tych „bliźniaków” czy „trojaczków” jest taka sama, niezależnie od rodzaju napędu, zatem wiarygodność wyników wzrasta. Dodatkowo może być też tak, że są one produkowane na tej samej linii montażowej, co znów korzystnie wpływa na wiarygodność wyników – tłumaczył Rafał Setlak.
W analizie pojazdów spalinowych bez odpowiedników elektrycznych lub hybrydowych należy tak dobierać samochody, by miały one podobną masę i należały do tej samej klasy. – Porównanie dużego pojazdu z małym miejskim samochodem spalinowym da mało zrozumiałe wyniki, chociaż widziałem interesujące porównanie trzech różnych pojazdów: Tesla S, spalinowego BMW 750 i małego Mitsubishi Space Star. Wyniki wykazały, że małe miejskie auto spalinowe wyemituje w całym cyklu życia czy podczas samej produkcji, mniej CO2 niż duży pojazd, nawet elektryczny, o dużym samochodzie spalinowym nie mówiąc – powiedział nasz rozmówca.
W swoich badaniach grupa pod kierunkiem Rafała Setlaka zastosowała metodę LCA (Life Cycle Assessment). To analiza wpływu na środowisko w całym cyklu życia danego produktu lub usługi. – Czasem mówi się, że to taka analiza „od kołyski po grób”. Analizujemy, ile energii zużyto do pozyskania surowców, w procesie wytwarzania danego produktu, później w czasie eksploatacji i na końcu – w procesie utylizacji lub ponownego zagospodarowania. Do tego oczywiście dolicza się emisję CO2 związaną z tymi fazami życia – tłumaczył badacz.
Dla uproszczenia przyjmijmy trzy etapy „życia” samochodu: produkcja, eksploatacja i utylizacja.
Jeśli chodzi o samą produkcję, z obliczeń badaczy dla różnych par pojazdów wynika, że dla wyprodukowania pojazdu elektrycznego z baterią zużywa się około 1,6 razy więcej energii niż jego spalinowego odpowiednika. – Dobrze jednak dodać konkretne wartości liczbowe. Przykładowo dla naszych analizowanych aut miejskich tzw. energia szara (czyli ta wykorzystana do produkcji materiałów i ich montażu w fabryce) to około 30 MWh dla pojazdu spalinowego i 48 MWh dla elektrycznego. Czy 18 MWh różnicy to dużo? Jeśli porówna się to z faktem, że do ogrzania typowego domu jednorodzinnego zbudowanego przed rokiem 2000 zużywa się nie mniej niż 10 MWh na sezon, to widać, że nie za bardzo. Kierowca pojazdu spalinowego zużywającego 6,5l benzyny na 100km taką ilość energii zużyje na dystansie zaledwie 27 tys. km, czyli np. w rok – tłumaczył badacz i popularyzator nauki.
Na etapie produkcji samochód elektryczny jest więc mniej ekologiczny od spalinowego. Idźmy jednak dalej. Kolejny etap to eksploatacja. Tutaj na prowadzenie wychodzi pojazd elektryczny, ponieważ – jak wynika z badań – na tej samej trasie co spalinowy zazwyczaj zużywa 3-4 razy mniej energii.
Trzecia faza to utylizacja/ponowne zagospodarowanie.
– W naszych badaniach utylizację uwzględniamy już na etapie oceny zużycia energii na produkcję surowców, w tym także akumulatorów. Akurat motoryzacja w tym zakresie może być stawiana za wzór, ponieważ od lat bardzo duży nacisk kładzie się na jak największe użycie materiałów z odzysku lub takie dobieranie materiałów i ich łączenie, aby ten recycling był później możliwy. Czasami te działania producentów doprowadzają do tego, że wygląd tapicerek czy wnętrz pojazdów jest znacząco odmienny od wrażenia, jakie powstało przy płaceniu wysokich kwot za dane auto. Czujemy się jak w tanim aucie rodem z PRL-u, ale to jest właśnie efekt stosowania materiałów z myślą o recyclingu – mówił Rafał Setlak.
W przypadku samochodów elektrycznych słyszy się ponadto głosy, że problematyczna jest bateria – że jej produkcja pochłania dużo energii, konieczna jest częsta wymiana, a utylizacja jest szkodliwa dla środowiska. Czy faktycznie tak jest? – Tak, zgadzam się, że produkcja baterii pochłania stosunkowo dużą ilość energii. Należy dodać przy okazji, że w pojazdach elektrycznych montuje się różne rodzaje akumulatorów litowych: LFP (fosforan litowo-żelazowy), NMC (tlenek litowo-niklowo-kobaltowo-manganowy), LMO (tlenek litowo-manganowy). Już ten czynnik wpływa na różnice w energii potrzebnej do ich wytworzenia. Można przyjąć, że do wyprodukowania 1kWh baterii trzeba zużyć około 140kWh. Pamiętajmy jednak, że w trakcie eksploatacji ta różnica jest szybko niwelowana z uwagi na około 4-5-krotnie mniejsze zużycie energii przez pojazdy elektryczne – powiedział badacz.
W kwestii emisji CO2 podczas produkcji akumulatorów literatura nie podaje jednoznacznych wyników. – Kluczowe jest jednak miejsce produkcji tych akumulatorów. W ubiegłym roku policzyłem, ile energii zużywałoby się na produkcję akumulatorów, gdybyśmy 100% nowo kupowanych samochodów w Polsce mieli elektrycznych. Zestawiłem to z ilością energii, jaką przemysł zużywa na wyprodukowanie smartfonów i laptopów w takim samym okresie, w którym będziemy eksploatowali nasze auta elektryczne. Dane opierałem zawsze na rzetelnych danych sprzedawców sprzętu elektronicznego. I wyszło mi, że zaledwie cztery razy więcej energii zużywa się w przypadku baterii samochodów! Jakie tutaj mamy porównanie: samochód o masie około 1,5 tony względem sprzętu o masie 1-2 kg lub nawet 150g, jeśli mówimy o smartfonie. Często nie widzimy, że takie małe przedmioty są obarczone też sporym długiem środowiskowym, a koncertujemy nasze zarzuty na dużych pojazdach – podkreślił Rafał Setlak.
Warto też zestawić emisję CO2 omawianych typów pojazdów. – Emisja ze spalania paliw węglowodorowych, na przykład benzyny, wynosi 250g CO2/kWh. W Polsce emisyjność prądu elektrycznego wytwarzanego w elektrowniach wynosi w ciągu dnia zazwyczaj poniżej 700g CO2/kWh. W nocy czy w pochmurne i bezwietrzne dni jest niestety wyższa. W krajach UE ta emisyjność jest znacznie niższa niż u nas, nawet dziesięciokrotnie. Pojazd elektryczny na tej samej trasie co spalinowy zazwyczaj zużywa aż 3-4 razy mniej energii. To oznacza, że jeśli system energetyczny pracuje z emisyjnością powyżej 750g CO2/kWh, to nie jest jednoznaczne, który z pojazdów jest bardziej ekologiczny. Jak emisyjność przekroczy 1000g CO2/kWh, to na pewno auto spalinowe jest korzystniejsze. W pozostałych przypadkach to pojazdy elektryczne są mniej obciążające dla środowiska, nawet te ładowane z polskich elektrowni spalających węgiel. W pozostałych krajach Europy pojazdy spalinowe są jednoznacznie mniej ekologiczne – wskazał naukowiec.
Podsumowując: który z pojazdów okazał się bardziej ekologiczny?
– Jeśli porównamy dwa pojazdy – jeden spalinowy, a drugi jego odpowiednik elektryczny – stojące na placu fabrycznym, to pojazd elektryczny ma zaciągnięty większy dług energetyczny i emisji CO2. Natomiast gdy te pojazdy zaczynają jeździć, do czego zostały przecież stworzone, to szybko pojazd elektryczny zaczyna uzyskiwać przewagę. Następuje to już u pierwszego właściciela – podsumował Rafał Setlak.
Dr inż. Rafał Setlak – prodziekan ds. kształcenia Wydziału Elektrycznego Politechniki Śląskiej; pełnomocnik rektora ds. studenckich; aktywny popularyzator nauki.
tekst: Agnieszka Kliks-Pudlik
zdjęcia: mat. Rafał Setlak, istock
Tekst pochodzi z Biuletynu 3 (351) / 2023
