Patikrinkime faktus: Kaip elektromobiliai padeda kovoti su klimato kaita?

Elektromobiliai yra svarbi dalis siekiant pasaulinių klimato kaitos tikslų. Tai yra svarbios klimato kaitos švelninimo priemonės, kuriomis siekiama apriboti klimato atšilimą iki gerokai mažesnio nei 2C arba 1,5C, o tai atitiktų Paryžiaus susitarimo tikslus.

Tačiau nors elektromobiliai tiesiogiai neišskiria šiltnamio efektą sukeliančių dujų, jie varomi elektra, kuri daugelyje pasaulio vietų vis dar gaminama naudojant iškastinį kurą. Energija taip pat naudojama transporto priemonei, ypač akumuliatoriui, gaminti.

Reaguodami į žiniasklaidoje pasirodančius klaidinančius pranešimus šia tema, apžvelgėme elektromobilių poveikį klimatui. Šioje analizėje nustatyta, kad:

• Visoje Europoje elektromobiliai per visą eksploatavimo laikotarpį išmeta gerokai mažiau teršalų nei įprastos (su vidaus degimo varikliais) transporto priemonės.
• Šalyse, kuriose daug elektros energijos gaminama iš anglių, elektromobilių nauda yra mažesnė ir jų eksploatavimo laikotarpiu išmetamų teršalų kiekis gali būti panašus į efektyviausių įprastinių transporto priemonių, pavyzdžiui, hibridinių elektrinių modelių, išmetamų per visą eksploatavimo laikotarpį.
• Tačiau, kai šalys, siekdamos įgyvendinti savo klimato kaitos tikslus, dekarbonizuos elektros energijos gamybą, sumažės esamų elektromobilių ir naujų elektromobilių gamybos išmetamųjų teršalų kiekis.
• Elektromobilių ir įprastinių transporto priemonių palyginimas yra sudėtingas. Jie priklauso nuo transporto priemonių dydžio, naudojamų degalų ekonomijos įverčių tikslumo, nuo to, kaip apskaičiuojamas elektros energijos išmetimas, kokie vairavimo įpročiai ir net nuo oro sąlygų tuose regionuose, kuriuose naudojamos transporto priemonės. Nėra vieno įverčio, kuris tiktų visur.
  

Be to, su elektromobilių baterijų gamyba susijęs išmetamųjų teršalų kiekis yra labai neapibrėžtas, nes skirtinguose tyrimuose pateikiami labai skirtingi skaičiai. Krentant baterijų kainoms ir transporto priemonių gamintojams pradėjus naudoti didesnes baterijas, kurių važiavimo nuotolis yra ilgesnis, baterijų gamybos metu išmetamų teršalų kiekis gali turėti didesnį poveikį elektromobilių teikiamai naudai klimatui.

Maždaug pusę akumuliatorių gamybos metu išmetamų teršalų sudaro elektros energija, naudojama akumuliatoriams gaminti ir surinkti. Gaminant baterijas regionuose, kuriuose elektros energijos gamyba sąlyginai mažina anglies dioksido kiekį, arba gamyklose, kuriose naudojama atsinaujinančioji energija, kaip bus gaminant baterijas, naudojamas geriausiai parduodamame Tesla Model 3 modelyje, galima gerokai sumažinti baterijų išmetamų teršalų kiekį.

Skirtingų tyrimų rezultatai skiriasi

Neseniai Vokietijos ekonominių tyrimų instituto (ifo) tyrėjų grupės parengtame darbo dokumente nustatyta, kad elektromobiliai artimiausiais metais beveik nepadės sumažinti išmetamo CO2 kiekio Vokietijoje. Jame teigiama, kad Vokietijoje baterijomis varomų elektrinių transporto priemonių išmetamas CO2 kiekis geriausiu atveju bus šiek tiek didesnis nei dyzelinio variklio.

Šį tyrimą perėmė tarptautinė žiniasklaida: Wall Street Journal išspausdino redakcinį straipsnį, pavadintą Purvini ekologiški automobiliai Vokietijoje. Jis taip pat sulaukė elektrinių transporto priemonių šalininkų reakcijos – straipsniai išspausdinti žurnaluose Jalopnik ir Autoblog ir atskiri mokslininkai paneigė šį teiginį. Kitų neseniai Vokietijoje atliktų elektromobilių tyrimų išvados buvo priešingos. Viename tyrime nustatyta, kad elektromobilių išmetamų teršalų kiekis yra iki 43 % mažesnis nei dyzelinių transporto priemonių. Kitame buvo nurodyta, kad visais nagrinėtais atvejais elektromobilių poveikis klimatui per visą eksploatavimo laikotarpį yra mažesnis nei automobilių su vidaus degimo varikliais.

Šie skirtumai atsiranda dėl tyrėjų naudojamų prielaidų. Prof. Jeremy Michalek, Carnegie Mellon universiteto Transporto priemonių elektrifikavimo grupės direktorius, teigia, kad kuri technologija bus geriausia, priklauso nuo daugelio dalykų. Pavyzdžiui, kokios konkrečios transporto priemonės yra lyginamos, koks elektros tinklų derinys, ar naudojamas ribinis, ar vidutinis elektros energijos išmetimo kiekis, kokie vairavimo įpročiai ir net oro sąlygos.

Toliau pateiktame paveikslėlyje, parengtame pagal Tarptautinės švaraus transporto tarybos (ICCT) atliktą analizę, pavaizduotas tipinio Europos automobilio (su vidaus degimo varikliu), hibridinio automobilio, kurio degalų sąnaudos yra geriausios (2019 m. Toyota Prius Eco), ir elektromobilio Nissan Leaf išmetamųjų teršalų kiekio per visą gyvavimo ciklą įvertinimas įvairiose šalyse, taip pat ES vidurkis. [2018 m. Leaf buvo geriausiai parduodamas elektrinis automobilis Europoje.]

Į diagramą įtrauktas išmetamųjų dujų kiekis (pilka spalva), degalų ciklo (oranžinė spalva), kuris apima naftos gavybą, transportavimą, perdirbimą ir elektros energijos gamybą, išmetamųjų teršalų kiekis, susidarantis gaminant su baterija nesusijusius transporto priemonės komponentus (tamsiai mėlyna spalva), ir konservatyviai įvertintas išmetamųjų teršalų kiekis, susidarantis gaminant bateriją (šviesiai mėlyna spalva).

Įprastų ir elektrinių transporto priemonių (pagal šalis) per visą gyvavimo ciklą išmetamų šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekis, išreikštas CO2 ekvivalento gramais kilometrui, darant prielaidą, kad per transporto priemonės eksploatavimo laikotarpį nuvažiuojama 150 000 kilometrų. Parengta pagal Hall ir Lutsey 2018 m. pateiktą schemą. Diagrama parengta Carbon Brief naudojant Highcharts.

Daugumoje šalių tiek elektrinių, tiek įprastinių transporto priemonių gyvavimo laikotarpiu didžioji dalis išmetamųjų teršalų susidaro ne dėl transporto priemonės gamybos, o dėl transporto priemonės eksploatavimo – išmetamųjų dujų ir degalų ciklo. Išimtis yra šalys, pavyzdžiui, Norvegija arba Prancūzija, kuriose beveik visa elektros energija gaminama iš beveik nulinio anglies dioksido kiekio šaltinių, pavyzdžiui, hidroelektrinių arba branduolinių elektrinių.

Tačiau nors anglies dioksido, išmetamo sudeginant benzino ar dyzelino galoną, neįmanoma sumažinti, tai negalioja elektros energijai. Elektromobilių gyvavimo ciklo metu išmetamų teršalų kiekis yra daug mažesnis tokiose šalyse kaip Prancūzija (kuri didžiąją dalį elektros energijos gauna iš branduolinių šaltinių) arba Norvegija (iš atsinaujinančiųjų energijos šaltinių).

Pirmiau pateiktoje diagramoje elektrinių transporto priemonių išmetamų teršalų kiekis pagrįstas dabartiniu kiekvienos šalies elektros tinklų deriniu. Tačiau jei bus pasiekti Paryžiaus susitarime nustatyti klimato tikslai, elektros energijos gamybai reikės gerokai mažiau anglies dioksido, o tai dar labiau padidins elektromobilių pranašumą prieš įprastines transporto priemones. Su baterijų gamyba susijęs išmetamųjų teršalų kiekis paimtas iš Švedijos aplinkos tyrimų instituto IVL įverčių. Analizuojamame Nissan Leaf yra 40 kilovatvalandžių (kWh) akumuliatorius, o Tesla Model 3 –50 kWh arba 75 kWh (anksčiau buvo siūlomas 62 kWh akumuliatorius, tačiau jo nebeliko).

Toliau pateiktame paveikslėlyje parodytas apskaičiuotas Model 3 gyvavimo ciklo metu išmetamų teršalų kiekis, jei akumuliatorius būtų pagamintas Azijoje, kurioje didelė dalis elektros energijos gaminama iš anglies, kaip ir Nissan Leaf akumuliatorių atveju. Šiai analizei naudojamas ilgo nuotolio 75 kWh modelis, kad būtų imituojamas Ifo tyrimo metodas. Vidutinio nuotolio 50 kWh modelio akumuliatoriaus gamybos metu išmetamų teršalų kiekis būtų maždaug trečdaliu mažesnis.

Įprastinių ir elektrinių transporto priemonių (pagal šalis) per visą gyvavimo ciklą išmetamų šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekis, išreikštas CO2 ekvivalento gramais kilometrui, darant prielaidą, kad per transporto priemonės eksploatavimo laikotarpį nuvažiuojama 150 000 kilometrų. Toks pat kaip ir ankstesnis skaičius, tačiau naudojant 75 kWh, o ne 40 kWh bateriją. Diagrama parengta Carbon Brief naudojant Highcharts.

Remiantis šiomis prielaidomis, Tesla Model 3 išmetamų šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekis per visą gyvavimo ciklą būtų didesnis nei geriausiai įvertintas įprastinis automobilis Vokietijoje, tačiau jis vis tiek būtų palankesnis klimatui nei vidutinė transporto priemonė. Kitose šalyse net ir ilgo nuotolio Tesla Model 3 išmetamų šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekis būtų mažesnis nei bet kurios benzininės transporto priemonės.

Tačiau tai, kad Tesla akumuliatoriai iš tikrųjų gaminami Nevadoje, labai keičia šį skaičiavimą. JAV pagamintų akumuliatorių gyvavimo ciklo išmetamųjų teršalų kiekio įverčiai paprastai yra gerokai žemesni nei Azijoje pagamintų akumuliatorių, kaip aptariama toliau šiame straipsnyje.

Apie 50 % baterijų gyvavimo ciklo metu išmetamų teršalų susidaro dėl baterijų gamybai ir surinkimui naudojamos elektros energijos, todėl baterijų gamyba gamykloje, naudojančioje atsinaujinančiąją energiją (kaip bus Tesla gamykloje), gerokai sumažina gyvavimo ciklo metu išmetamų teršalų kiekį. Toliau pateiktame paveikslėlyje pavaizduotas Carbon Brief apskaičiuotas Tesla Model 3 su akumuliatoriais, pagamintais Tesla Gigafactory gamykloje, gyvavimo ciklo metu išmetamų teršalų kiekis.

Įprastinių ir elektrinių transporto priemonių (pagal šalis) per visą gyvavimo ciklą išmetamų šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekis, išreikštas CO2 ekvivalento gramais kilometrui, darant prielaidą, kad per transporto priemonės eksploatavimo laikotarpį nuvažiuojama 150 000 kilometrų. Toks pat kaip ir ankstesnis skaičius, tačiau darant prielaidą, kad baterijų gamybos metu išmetama 61 kg, o ne 100 kg CO2 ekvivalento vienai kWh. Diagrama parengta Carbon Brief naudojant Highcharts.

Atsižvelgiant į gamybos sąlygas, Model 3 su 75 kWh akumuliatoriumi iš Gigafactory gamyklos Nevadoje išmeta gerokai mažiau teršalų, o jo gyvavimo ciklo poveikis klimatui yra panašus į apskaičiuotąjį Nissan Leaf.

Elektros energijos gamybos metu išmetamų teršalų kiekis šalyse taip pat skirsis, nes kai kuriuose regionuose elektros energijos gamyba yra daug švaresnė (ir atitinkamai labiau palanki elektromobiliams) nei kituose.

Pirmiau pateikti skaičiai koreguoja įprastinių ir elektrinių transporto priemonių išmetamųjų teršalų kiekį, kad atspindėtų realias važiavimo sąlygas, o ne bandymų ciklo duomenis. Tai svarbu, nes oficialūs degalų ekonomijos įverčiai gali labai skirtis nuo realių eksploatacinių rodiklių, o tai daro didelį poveikį įprastinių ir elektrinių transporto priemonių palyginimui.

Anglies dioksido skolos grąžinimas

Aukščiau pateiktoje diagramoje pateikta analizė, kurioje lyginami elektromobiliai ir įprastinės transporto priemonės per visą jų eksploatavimo laikotarpį, atsižvelgiant į 150 000 km ridą.

Tačiau taip pat galima palyginti transporto priemones per tam tikrą laiką, kad pamatytume, kiek laiko prireiktų grąžinti pradinę anglies dioksido skolą, susidariusią gaminant daug anglies dioksido į aplinką išskiriantį elektromobilių akumuliatorių bloką.

Pavyzdžiui, kaip jau minėta, 2019 m. Jungtinėje Karalystėje įsigyto naujo Nissan Leaf EV tarša per visą eksploatavimo laikotarpį būtų maždaug tris kartus mažesnė nei vidutinio naujo įprastinio automobilio.

Toliau pateiktame paveikslėlyje matyti, kad, nors gaminant transporto priemonę dėl akumuliatoriaus išmetama daugiau teršalų, ši perteklinė anglies dioksido skola būtų grąžinta po mažiau nei dvejų metų važiavimo.

Skaičiai pateikiami CO2 ekvivalento tonomis per visą eksploatavimo laikotarpį, darant prielaidą, kad per 12 eksploatavimo metų nuvažiuojama 150 000 kilometrų. Diagrama parengta Carbon Brief naudojant Highcharts.

Dideli akumuliatorių išmetamų teršalų skirtumai

2017 m. Švedijos aplinkos tyrimų instituto (IVL) atliktame tyrime išnagrinėti 2010-2016 m. paskelbti tyrimai ir padaryta išvada, kad akumuliatorių gamybos metu išmetamas CO2 kiekis gali būti 150-200 kg CO2 ekvivalentu vienai kWh akumuliatoriaus talpos.

Daugumoje IVL nagrinėtų tyrimų buvo nagrinėjama baterijų gamyba Azijoje, o ne JAV ar Europoje. IVL tyrime taip pat pažymėta, kad akumuliatorių technologija sparčiai vystosi ir kad yra didelis gamybos išmetamųjų teršalų mažinimo potencialas.

IVL tyrimas sulaukė nemažai kritikos, o 2019 m. pabaigoje buvo iš esmės peržiūrėtas. Dabar IVL tyrėjai apskaičiavo, kad akumuliatorių gamybos metu išmetamas teršalų kiekis iš tikrųjų yra nuo 61 iki 106 kg CO2 ekvivalento vienai kWh, o viršutinė riba yra 146 kg. Apatinė 61 kg įverčio riba taikoma tais atvejais, kai akumuliatorių gamybai naudojama energija gaunama iš nulinio anglies dioksido kiekio šaltinių. IVL teigia, kad šį patikslinimą lėmė nauji duomenys apie elementų gamybą, įskaitant realistiškesnius komercinių akumuliatorių gamyklų, kurių mastas ir produkcija pastaraisiais metais gerokai išaugo, energijos suvartojimo matavimus.

Toliau pateiktame paveikslėlyje pateikti 17 skirtingų tyrimų duomenys, įskaitant septynis, paskelbtus po 2017 m. IVL įverčio. Jame tyrimai suskirstyti pagal regioną, kuriame baterijos buvo pagamintos: Azijos (raudona spalva), Europos (šviesiai mėlyna), JAV (tamsiai mėlyna) ir apžvelgiamos ataskaitos, kuriose nagrinėjami keli regionai (pilka).

Diagrama parengta Carbon Brief naudojant Highcharts.

Svarbu, kaip ir kada gaminama elektros energija

Elektromobilių nauda klimatui priklauso ne tik nuo šalies, kurioje naudojamas elektromobilis, bet ir nuo to, kokiame šalies regione jis naudojamas. Pavyzdžiui, JAV labai skiriasi elektros energijos gamybos būdai: Kalifornijoje ar Niujorke gaminama daug švaresnė elektra nei vidurinėje šalies dalyje.

Svarbu ir tai, kaip apskaičiuojamas elektros energijos gamybos metu išmetamų teršalų kiekis. Nors daugelyje analizių, įskaitant ir anksčiau šiame straipsnyje pateiktas, naudojamas vidutinis elektros energijos gamybos metu išmetamų teršalų kiekis, Michalek teigia, kad naudojant šias vertes galima gauti šiek tiek klaidinančius rezultatus.

Jis sako, kad tiksliau būtų naudoti ribinį išmetamųjų teršalų kiekį. Tai atspindi išmetamųjų teršalų kiekį, kurį išmeta elektrinės, įjungtos siekiant patenkinti naują paklausą dėl elektromobilių įkrovimo.

Tačiau ribinis išmetamųjų teršalų kiekis yra trumpalaikis EV poveikio įvertinimas. Kai į tinklą pateks daugiau elektromobilių, šiuo metu nenaudojami dujų ir anglies ištekliai gali padidėti, tačiau ilgainiui bus įjungti papildomi gamybos šaltiniai.

Michalek aiškina, kad elektromobilių diegimo įtaka būsimų elektrinių statybai yra aktyviai tiriama sritis.

Elektromobiliai nėra panacėja be anglies dioksido išmetimo mažinimo

Tiek JAV, tiek Europoje elektromobilių gyvavimo ciklo metu išmetamų šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekis gerokai sumažėja, palyginti su vidutine įprastine transporto priemone. Tai nuosekli išvada, padaryta daugumoje nagrinėtų tyrimų.

Kadangi elektros energijos gamybai reikia mažiau anglies dioksido, elektrinės transporto priemonės taps pranašesnės už visas įprastines transporto priemones beveik visais atvejais. Benzininių ir dyzelinių transporto priemonių efektyvumas iš esmės ribotas, o naudojant mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančią elektros energiją ir didinant akumuliatorių gamybos efektyvumą galima sumažinti didžiąją dalį gamyboje išmetamų teršalų ir beveik visą elektra varomų transporto priemonių išmetamą teršalų kiekį.

Perėjimas nuo įprastinių benzininių ir dyzelinių transporto priemonių prie elektromobilių yra labai reikšmingas klimato kaitos švelninimo būdas, kuriuo ribojamas klimato atšilimas, kad būtų pasiekti Paryžiaus susitarimo tikslai. Tačiau, kad šis perėjimas būtų veiksmingas, jis priklauso nuo spartaus elektros energijos gamybos dekarbonizavimo. Jei šalys neiškeis anglies ir, kiek mažiau, dujų, tuomet elektrinės transporto priemonės vis dar bus toli nuo nulinės taršos.

Šaltinis: carbonbrief.org