MOTO 2030 to piątkowy cykl Gazeta.pl, w którym poruszamy najważniejsze tematy dotyczące przyszłości motoryzacji, transportu i technologii. Nie zabraknie tu także ciekawych historii konstruktorów oraz opisu dziejów firm, których przeszłość ma wpływ na to, jak będzie wyglądała motoryzacja przyszłości. Samochody, drogi i miasta na naszych oczach bardzo dynamicznie się zmieniają. Co piątek dziennikarze Moto.pl będą o tych zmianach pisać. Tutaj znajdują się wszystkie artykuły z cyklu MOTO 2030.
Samochody elektryczne są zdecydowanie bardziej przyjazne dla środowiska od spalinowych, ale trochę brakuje im do ideału. W trakcie jazdy zachowują się wzorowo, bo nie emitują gazów cieplarnianych i szkodliwych związków. Problemy pojawiają się na etapach: produkcji aut oraz powstawania energii, która służy do ich rozpędzania. Na to skąd kierowcy wezmą prąd, firmy samochodowe mają ograniczony wpływ, ale z pierwszym kłopotem chcą poradzić sobie w ciągu kilku lat.
Dlaczego wytwarzanie samochodów elektrycznych wiąże się ze zdecydowanie wyższym poziomem zanieczyszczeń oraz emisji gazów cieplarnianych niż w przypadku aut z silnikami spalinowymi? Chodzi przede wszystkim o ich akumulatory trakcyjne zwane potocznie bateriami, a w drugiej kolejności o silniki elektryczne. Produkcja baterii jest nie tylko wyjątkowo kosztowna (wciąż stanowią około połowy wartości takiego auta), ale dość toksyczna. Poza tym wymaga dużo energii. A gdzie jest potrzebna energia, tam pojawia się problem emisji CO2.
Końcowy bilans samochodów elektrycznych jest bardziej atrakcyjny niż tych na benzynę i olej napędowy, ale wkrótce będzie jeszcze lepszy. Firmy motoryzacyjne mają pomysły jak go poprawić oraz sprawić, żeby auta na prąd były jeszcze bardziej przyjazne dla natury. Oto najciekawsze z nich.
Aptera to podobno najbardziej opływowy samochód świata fot. Aptera
Nowe silniki elektryczne będą neutralne dla środowiska
Do produkcji akumulatorów i większości silników elektrycznych potrzeba dużej ilości metali ziem rzadkich oraz innych, które wymagają wydobycia z wnętrza Ziemi. Nazwa "metale ziem rzadkich" może być myląca, bo większym problemem niż ich dostępna ilość jest koszt środowiskowy pozyskania i przetwarzania. To procesy, które zatruwają naszą planetę.
O jakie pierwiastki chodzi? Do współczesnych akumulatorów litowo-jonowych potrzebny jest lit, ale również kobalt, nikiel, mangan oraz inne materiały. Ich całkowita liczba może sięgać 20 różnych metali. Do silników synchronicznych z magnesami trwałymi przede wszystkim neodym. Jak się pozbyć powiązania produkcji z wydobyciem, żeby nie wpaść w podobną pułapkę, jak w przypadku paliw kopalnych?
Można zmienić konstrukcję jednych i drugich. To już się dzieje. Zwłaszcza jeśli chodzi o napęd, producenci osiągają dobre rezultaty. BMW praktycznie wyeliminowało ze swoich silników elektrycznych metale ziem rzadkich. Zamiast silników z magnesami trwałymi w nowych modelach iX oraz i4 stosuje indukcyjne (asynchroniczne).
Renault opracowało razem z firmą Whylot innowacyjny silnik tarczowy, który będzie stosować w swoich autach. Wymaga użycia magnesów trwałych, ale ze względu na większą wydajność i kompaktowe rozmiary udział neodymu może być zmniejszony. Inni producenci również zmierzają w kierunku przynajmniej ograniczenia liczby silników z takimi magnesami.
Projekt Renault: inteligentna wyspa Porto Santo fot. Renault
Stały elektrolit wciąż budzi mnóstwo emocji. Kiedy powstaną nowe akumulatory?
Z toksycznym aspektem produkcji akumulatorów firmy chcą sobie w przyszłości poradzić, przestawiając się na ogniwa ze stałych elektrolitem. Taka konstrukcja w teorii, w czasie testów i eksperymentów ma wiele zalet. Należą do nich: wyższa pojemność wolumetryczna i grawimetryczna (więcej kilowatogodzin mieści się w tej samej objętości lub masie), o wiele szybsze ładowanie, większa trwałość i sprawność (mniej energii marnuje się na ciepło) oraz właśnie ograniczenie udziału lub zupełne pozbycie się metali ziem rzadkich. Są też bezpieczne w czasie wypadków, bo ryzyko zapłonu po ich rozszczelnieniu (przebiciu, zgnieceniu) i przy skokach napięcia jest praktycznie zerowe.
Niestety mają też potencjalne wady. Należy do nich konieczność utrzymywania wysokiej temperatury pracy (podgrzewanie wymaga energii) w celu obniżenia rezystancji elektrolitu, wysoki koszt produkcji oraz fakt, że nikt jeszcze nie wyszedł poza fazę badawczą.
Dobra wiadomość jest taka, że oba ostatnie problemy da się rozwiązać za jednym zamachem. Jeśli ruszy produkcja seryjna akumulatorów ze stałym elektrolitem, szybko spadnie ich koszt. Złe wieści są następujące: to nie będzie proste.
Mimo to obietnice składa wiele koncernów na czele z Toyotą. Największy producent aut na świecie ma zamiar powiązać początek masowej produkcji ogniw ze stałym elektrolitem z szykowaną ofensywą swoich elektrycznych samochodów. W tej chwili pracuje nad takim rozwiązaniem z Panasonikiem. Obie firmy stworzyły spółkę joint venture Prime Planet Energy & Solutions. Zobaczymy, jakie urodzi owoce, ale oczekiwania względem tej firmy są duże.
Koncepcyjna Toyota LQ fot. Toyota
Podobne, ale mniej ambitne przyrzeczenia składają inne koncerny: Volkswagen pracuje razem z firmą QuantumScape, Ford i BMW z Solid Power, alians Renault-Nissan-Mitsubishi z Ionic Materials. Mówi o tym większość liderów elektryfikacji poza Teslą. W firmie Elona Muska panuje przeświadczenie, że stały elektrolit to "fałszywa nadzieja".
Zdaniem twórcy sukcesu Tesli takie akumulatory jeszcze długo nie wyjdą poza eksperymentalną fazę, a nawet jeśli, będą zbyt drogie do masowej produkcji. Musk uważa, że w tej chwili jest najważniejsze obniżenie kosztu 1 kWh, bo bez tego nie można mówić o wykładniczym wzroście sprzedaży. A bez upowszechnienia elektryków, skala ich rażenia będzie zbyt mała, żeby coś zmienić.
Dlatego Tesla w najbliższych latach chce wyciskać z istniejącej technologii ostatnie soki. Pierwszym krokiem było stworzenie dużych ogniw litowo-jonowych 4680 (46 mm x 80 mm) z krzemową anodą, za to bez wystającej przekładki odprowadzającej ładunek.
Produkcja prądu dla fabryk i aut ma podstawowe znaczenie
Dodatkowo wszyscy przestawiają fabryki na zasilanie energią ze zrównoważonych źródeł. Chodzi o wszystkie etapy produkcji, poczynając od powstawania stali. Energia zużywana w fabrykach to często pomijany aspekt produkcji samochodów elektrycznych. Niesłusznie, bo emisja w fazie produkcji w dużym stopniu zależy właśnie od tego.
Kolejny pomysł to stosowanie ogniw fotowoltaicznych w samochodach, na przykład w przeszklonym dachu. Ich wydajność rośnie z roku na rok, a cena spada, chociaż nie skokowo. Wyposażone w nie auta mogą mieć większy zasięg lub mniejsze akumulatory przy zachowaniu takiego samego dystansu. Poza tym pozwolą się przynajmniej częściowo uniezależnić od zewnętrznych źródeł prądu nieznanego pochodzenia. Temat baterii słonecznych do samochodów bada Aptera, Sono Motors, Lightyear One i kilka innych firm.
Sion Sono Motors to 'jeżdżace ogniwo fotowoltaiczne' fot. Sono Motors
Haru Oni. Samochody spalinowe nieprędko znikną z powierzchni Ziemi
Na koniec trzeba wspomnieć o e-paliwach. Nie dotyczą bezpośrednio samochodów elektrycznych, ale mogą sprawić, że przejściowa faza motoryzacji będzie bardziej przyjazna dla środowiska. Porsche wspólnie z Siemens Energy oraz innymi firmami rozpoczęło projekt "Haru Oni".
Firmy zbudują fabrykę syntetycznej benzyny w Patagonii. Powstanie chilijskim Punta Arenas, jednym z najdalej wysuniętych na południe miast świata. Energia z elektrowni wiatrowych będzie używana do pozyskania w procesie elektrolizy wodoru, a z niego powstanie syntetyczny metanol, który nadaje się do spalania przez współczesne silniki z zapłonem iskrowym.
Nawet po rozpoczęciu przemysłowej produkcji e-paliwa przyszłości pozostanie problem jego wysokiej ceny oraz sprawnej dystrybucji, ale to rozwiązanie przyda się przede wszystkim do obniżenia śladu węglowego milionów samochodów spalinowych, które już są i jeszcze długo będą jeździć po świecie.
Dążenie do redukcji emisji przede wszystkim w fazie produkcji nowych samochodów (bo tam jest najwyższa) sprawi, że zaczną znikać kolejne wątpliwości dotyczące przyjazności dla środowiska elektrycznych aut. Ale zmieni się nie tylko. Elektryczne samochody z 2030 roku będą wyglądać i działać zupełnie inaczej, niż te, z którymi mamy do czynienia w tej chwili. Po prawie stu latach stagnacji w świecie elektryków przyszedł czas na fundamentalne zmiany.
Projekt fabryki 'Haru Oni' fot. Porsche
