Эссе №1
В сфере деятельности машиностроительного сектора не так давно зародилась новая тенденция — электрификация автомобильной системы посредством замены дизельных и бензиновых двигателей на электрические. Связано это, в первую очередь, с Парижским соглашением о защите окружающей среды, согласно которому страны обязаны к 2050 году свести выбросы углекислого газа СО2 в атмосферу до нуля. Мировые державы уже встали на путь "экологически безопасного" производства транспорта. Например, в Англии в 2040 году будет введён повсеместный запрет на продажу автомобилей, основанных на деятельности дизельных и/или бензиновых двигателей.
Для понимания, вкратце опишу концепт электрокара: принцип работы аккумулятора электромобиля зиждется на химической реакции, возникающей между определенными химическими элементами, наиболее популярные из которых: марганец, кобальт, литий и неодим. Соответственно, ограниченность запасов данных веществ проводит ту самую черту, после которой существование электромобилей не видится возможным. Как только резерв вышеперечисленных химических элементов подойдёт к концу, идея замены дизельных и бензинных двигателей на электрические рухнет. В связи с этим, перед миром встаёт резонный вопрос: как долго мы ещё сможем пользоваться данными металлами? Ричард Херрингтон, руководитель департамента геологических наук в лондонском Музее естественной истории, совместно с другими экспертами провёл исследование, в ходе которого они рассмотрели проблему исчерпаемости природных ресурсов в рамках электрификации машиностроительного сегмента на примере Англии. Авторы пришли к небезынтересным выводам: для того, чтобы Британия смогла полностью к 2050 году отказаться от использования дизельных и бензинных двигателей, стране необходимо будет организовать производство кобальта, превышающее в два раза запасы общемирового производства за год, увеличить практически все мировое производства неодима на 70 % и меди более, чем в 2 раза.
Таким образом, для перехода в Британии к электромобилям на повсеместной основе должно быть выработано:
- 207 900 тон кобальта
- 264 600 тонн карбоната лития
- 7 200 тонн неодима
- 2 362 500 тонн меди
Соответственно, Англия будет вынуждена использовать три четверти мирового производства лития и почти половину мирового производства меди. Также государство должно будет увеличить количество вырабатываемой электроэнергии на 20 % для того, чтобы была возможность оснастить зарядными устройствами 252,5 миллиарда миль, что превышает практически в 4 раза общегодовой объём производства электроэнергии в Британии. А для организации исправного функционирования систем, работающих на солнечной энергии, Англии придётся задействовать редкие сырьевые материалы (галлий, кремний высокой чистоты, индий), находящиеся в дефиците, и увеличить мощность работы с 10 % до 50 %, то есть в пять раз.
Эти расходы рассчитаны лишь на одну страну, а государств, подписавших Парижское соглашение — почти 200. Уже зародились сомнения в верности этого решения?
Дальше — больше. Выходит, что электрификация не настолько экологично безопасный процесс, каким он кажется на первый взгляд. Выработка электричества напрямую сопряжена с добычей угля — деятельностью довольно токсичной: происходит выброс оксида азота и диоксида серы, которые отвечают за кислотные дожди. Кроме того, добыча кремния также сопровождается рядом пагубных последствий: от загрязнения воды, воздуха и почвы до гибели эндемиков и целых популяций (с 1970 года по 2016 мировые популяции рыб, млекопитающих, птиц, амфибий и рептилий сократилось почти на 70%). Хорошо, но есть же альтернативные способы добычи энергии. Однако и тут не все так просто. Для наглядности приведу некоторые статистические данные по зарубежным данным: ветрогенераторы за 2013 год разрубили до 328 тысяч птиц, солнечные батареи за 2016 год только в Калифорнии подожгли до 60 тысяч птиц. Удручающие показатели. Получается своеобразный замкнутый круг: чем больше автомобилей уходят от дизельных и бензиновых двигателей во имя сохранения экологии, тем сильнее страдает окружающая среда.
Важно понимать, что Парижское соглашение свело показатель загрязнения природы к единому коэффициенту — двуокиси углерода. Поэтому, несмотря на низкий показатель именно этого компонента у электромобиля, он имеет множество иных недостатков, о которых было сказано выше. Если будущее за электромобилем-то это будущее с вымирающими популяциями животных, загрязненными экосистемами и незаслуженно страдающей экологией. Миру необходима альтернатива.
Источники:
- Autonews, "Холодное завтра: что будет с автомобилями в 2040 году", 25 сентября 2017
- Ferra.ru, "Во Франции запретят продажу бензиновых и дизельных машин к 2024 году", 7 июля 2017
- KPMG, Индекс готовности стран к использованию автономного транспорта, 2020 год
- "Что такое электромобили и почему все машины еще не электромобили?", сборник статей студенческих научно-практических конференций факультета агротехники и энергообеспечения кафедры инженерной графики и механики 2014-2015г, Страница 34-38
- Natural History Museum, "Leading scientists set out resource challenge of meeting net zero emissions in the UK by 2050", 5 июня 2019
- The Drive, "Tesla Expects EV Battery Shortage Due to Limited Battery Minerals: Report", 4 мая 2019
- Autoweek, "Ford's Lincoln Brand Cancels Electric SUV Planned with Rivian; Here Are Some Likely Reasons", 29 апреля 2020
- Reuters, "Global oil demand under growing threat from electric cars, cleaner fuel", 9 ноября 2018
- Thomson Reuters, "Will electric vehicles really create a cleaner planet?"
Автор: Малева Юлия, Журфак МГУ
Эссе №2
Изменят ли электромобили сегодняшнюю индустрию автомобилестроения или же для них ещё слишком рано?
Согласно данным консалтингового агентства Interbrand на ноябрь 2021 года, одним из самых дорогих и перспективных автопроизводителей в мире является Tesla — компания, специализирующаяся исключительно на производстве электромобилей.
У столь высокой популярности есть не очень-то радостная причина. С каждым годом в мире растут выбросы углекислого газа, огромный процент которых производят автомобили с двигателем внутреннего сгорания. В связи с экологической повесткой крупнейшие автоконцерны в мире: Volkswagen, Toyota, General Motors, в срочном порядке стали разрабатывать (а некоторые уже выпускают) собственные электромобили. Однако ни Tesla, ни другие модели "электричек" всё ещё не могут встать в один ряд с бензиновыми машинами по объёмам продаж из-за некоторых важных факторов, среди которых небольшой запас дальности хода, неразвитая инфраструктура зарядок и стоимость базовой комплектации.
Стоит отметить, что устранение этих слабых мест является вопросом ближайших лет. Сегодня ведутся разработки новых типов аккумуляторов и попытки улучшить используемые. Например, в сентябре 2020 года Tesla на мероприятии Battery day представила обновленные ячейки их литий-ионных аккумуляторов. По словам представителей компании, дальность поездки на одном заряде такой батареи увеличится на 54 %, а её стоимость будет наоборот ниже — на целых 56 %.
Несмотря на все улучшения ёмкости и дальности хода, батареи абсолютно всех электромобилей до сих пор являются литий-ионными. Из-за токсичности этого химического элемента на месторождениях и заводах по производству подобных аккумуляторов исчезает почти всё живое, а подземные воды отравляются. При этом производство также загрязнет атмосферу углекислым газом и тяжёлыми металлами. Второй же пугающий факт заключается в том, что в мире до сих пор нет технологии полной утилизации уже отработавших литиевых аккумуляторов, а их производство с каждым годом всё растёт.
Многие крупные компании, среди которых Tesla и Toyota, инвестируют в разработку методов переработки литий-ионных аккумуляторов, а в Европе компании, их производящие, обязывают покрывать затраты на правильное хранение отработавших батарей. Более того, совсем недавно в бельгийском Антверпене открылось новое предприятие по их переработке. В китайской же провинции Хуань находится крупнейший завод, способный за год переработать 120 тысяч тонн отработанных литий-ионных аккумуляторов. Также, стоит отметить существующую альтернативную концепцию, согласно которой кластеры изношенных аккумуляторов электромобилей будут использоваться в качестве домашних и даже промышленных хранилищ энергии.
Так что же в итоге?
Экологически чистые электромобили, призванные остановить глобальное потепление и сократить влияние человека на природу, по итогу, влияют на неё не меньше, чем автомобили с ДВС?
По состоянию на 2021 год мы не можем этого утверждать. Объёмы производства "электричек" всё ещё достаточно малы, а аккумуляторы "молодые". То есть, в большинстве использующихся сегодня электромобилей, батареи ни разу не менялись, а вредные вещества, выделенные при производстве, никак не могут сравнится с теми, которые выбрасываются, например, при производстве аккумуляторов смартфонов.
Чистая альтернатива
На сегодняшний день, самым перспективным материалом, способным в ближайшие 10-20 лет заменить в электромобилях токсичный литий, является графен. Этот искусственный материал был впервые получен в 2004 году и, если сказать по-простому, то графен — это плоскость графита, отделенная от общей структуры материала. Фактически этот материал избавлен от всех недостатков лития: он производится из легкодоступного и дешевого сырья, он легкий, его производство экологически чистое, он обладает повышенной прочностью, водонепроницаемостью и повышенной удельной ёмкостью, которая не снижается из-за частых циклов зарядки-разрядки. Единственным существенным недостатком этого материала является его низкая плотность, поэтому графеновые аккумуляторы будут довольно габаритными.
Пока же ни один крупный автопроизводитель не использует графен в своих электромобилях. Причин несколько: почти все компании, разрабатывающие такие аккумуляторы, являются стартапами, которые требуют очень больших вложений. Также стоит учитывать то, что графен — это далеко не единственный вариант эволюции электромобилей, поэтому пока крупные концерны лишь наблюдают за этими разработками, оценивая их экономический потенциал. Учитывая то, сколько существует подобных идей и разработок, становится понятно, что в ближайшие годы никто не рискнет вложится в непроверенную технологию. Это чертовски грустно, поскольку никто не знает, сколько человечество сможет ещё ждать без видимых последствий.
Источники:
Автор: Козырицкий Олег, Журфак МГУ