Четыре главных препятствия для массового перехода на электромобили

На дорогах по всему миру все чаще появляются электромобили. Продажи таких автомобилей постоянно растут, и на рынке появляется все больше доступных моделей. Сегодня почти все производители автомобилей заинтересованы в будущем электромобилей. Кроме того, власти рекламируют транспортные средства как способ борьбы с изменением климата и уменьшения загрязнения воздуха в городах. Европейский Союз хочет, чтобы к 2030 году на дорогах было не менее 30 миллионов электромобилей. В то же время Соединенные Штаты стремятся, чтобы половина легковых автомобилей, проданных в стране, были электрическими, тогда как Китай задался целью 40%.

• Когда не хочется возиться с зарядкой: 10 лучших гибридных автомобилей, если вам не подходит plug-in

Детали

Однако массовое использование электромобилей все еще сталкивается с серьезными препятствиями. Хотя высокую стоимость электромобилей, отсутствие зарядной инфраструктуры и ограниченную автономность часто называют самыми большими проблемами, есть и другие, связанные с тем, как производятся такие авто. На самом деле именно эти проблемы являются первоочередными для решения, если мы хотим видеть полный переход на нулевые выбросы автотранспорта.

Графит

Фото: Hyundai Motor Group/Unsplash

В литий-ионных батареях электромобилей анод изготовлен из графита – одной из форм, в которых в природе встречается углерод. Это единственный материал, используемый для этой цели. Углерод – это материал, который не выглядит очень критическим. Его очень много в земной коре. Проблема с аккумуляторами состоит в том, что графит для них нужно обрабатывать, а большинство перерабатывающих заводов расположены в Китае. Вот почему Европейский Союз включил графит в список критических материалов вместе с литием, кобальтом, никелем и марганцем, которые также являются компонентами аккумуляторов электромобилей.

Графит также является самым тяжёлым материалом для литий-ионной батареи. Его вес колеблется от 45 до 100 кг. Это означает, что на каждые 10 миллионов производимых электромобилей необходимо от 500 000 до одного миллиона тонн графита. И сейчас глобальное производство графита (для всех его применений) имеет мощность только для обработки одного миллиона тонн.

Исследователи ведут поиски путей увеличения производства, но добиться этого очень сложно. Другой вариант – заменить графит, но это тоже нелегко. Если альтернатива будет найдена, нужно будет менять всю отрасль и переводить электрический транспорт на новый материал, что очень трудно.

Литий

Фото: Sean Gallup/Getty Images

Аккумуляторы для электромобилей производятся из лития, который, в отличие от графита, содержится в очень малых количествах. Литий – это элемент, который не очень распространен в земной коре, поэтому количество материала, которое можно получить для производства электромобилей, ограничено.

По оценкам геолога Ханны Ричи из Оксфордского университета в Великобритании, на Земле имеется 88 миллионов тонн лития, но только 22 миллиона из них можно добыть. По словам Ричи, с этими запасами можно изготовить 2,8 миллиарда электрических батарей.

В мире насчитывается около 20 миллионов электромобилей, однако, с каждым годом продажи электрокаров растут безумными темпами. При этом в мире около 1,2-1,4 миллиарда автомобилей и большинство из них с ДВС. На замену этих автомобилей уйдет половина мировых запасов лития. Это не оставляет места для доступности автомобилей большему количеству людей. Более того, литий имеет другие применения, то есть запасы не будут использоваться только для электромобилей.

Другая проблема с литием заключается в том, что это очень реактивный элемент. После того как батарея полностью разрядилась, ее очень трудно восстановить. Сейчас также проводятся исследования замены этого материала и главными претендентами являются натрий или калий. У них была бы меньшая способность накапливать энергию, но их легче восстановить и их запасов больше.

Переработка аккумуляторов

Фото: Morris MacMatzen/Getty Images

Также важно помнить, что аккумулятор электромобиля занимает все шасси автомобиля. И это длится всего около 10 лет. Когда приходит время сменить его, начинается проблема переработки. Феликс Антонио Лопес, исследователь из Национального исследовательского совета Испании (CSIC), указывает на ключевой факт: на заводе по переработке батареи разбирают вручную, поскольку до сих пор нет автоматизированных процессов.

Проблема в том, что разделить пластмассу, медь, никель, кобальт, марганец, литий, фосфор и фтор и восстановить эти материалы из аккумулятора очень сложно. Это также очень дорого из-за отсутствия автоматизации.

Лопес отмечает, что расширить переработку сложно. Исследователь подсчитал, что в течение 5-6 лет может появиться производительная технология, которую можно будет передать компаниям. С этого момента ее нужно было бы подтолкнуть к промышленным масштабам, что тоже требует времени.

Энергоснабжение

Фото: CHUTTERSNAP/Unsplash

Массовое внедрение электромобилей также выдвигает большие требования к электрической сети. По этому сценарию Антонио Гомес Экспосито, профессор кафедры электротехники Университета Севильи в Испании, говорит, что важно различать два фактора: энергию, которая должна производиться на электростанциях, и мощность, представляющая скорость, с которой подается электроэнергия.

Во многих странах существует инфраструктура, чтобы производить больше энергии, чем потребляет страна. Сложность основывается на мощности электрической сети. По словам Экспосито, если каждый будет заряжать свой автомобиль на пик потребления днем, что было бы логично, возникнет большая проблема как транспортной сети, так и сети распределения. Чтобы избежать этого, нужно побуждать людей заряжать автомобили ночью.

Несмотря на это, в сценарии с миллионами электромобилей можно было бы ожидать проблем в распределительной сети, включающей среднее и низкое напряжение. Когда электроэнергия производится на электростанции, она посылается на подстанцию ​​высокого напряжения, а оттуда поступает в центры преобразования энергии среднего напряжения, которые распределяют электроэнергию через низковольтную проводку в дома и предприятия. Экспосито объясняет:

Центр трансформации обычно может обслуживать от 100 до 300 клиентов. Если бы из этих 300 клиентов все, кто имел электромобиль, заряжали транспортное средство одновременно — даже если они делали это ночью — низковольтную распределительную сеть, достигающую многоэтажек, нужно усилить.

Координация крупномасштабной зарядки электромобилей и модернизация части электрической сети еще два препятствия для массового внедрения электромобилей. Все эти трудности станут очевидны со временем, когда использование электромобилей станет более распространенным.

Ранее мы сообщали, что японский производитель автомобилей Toyota активно противостоит переходу на электромобили и забвению ДВС, несмотря на то, что преуспевает в производстве авто с нулевыми выбросами. Ученые Toyota заявляют, что в мире не хватает ресурсов для быстрого перехода на электромобили.