Temat pojazdów elektrycznych ostatnimi czasy obrósł w niezliczoną ilość legend, wierzeń i nowoczesnych zabobonów. Pojazd elektryczny (samochód czy motocykl) w obecnie agresywnie lansowanej formie to proste zestawienie niezwykle sprawnego i prostego silnika elektrycznego z zespołem baterii zasilających. O tym, że wcale tak pojazd elektryczny nie musi być skomponowany opowiemy w części trzeciej. Teraz skupimy się na obecnej formie „elektryka”.
Znane w Polsce instytucje mieniące się instytutami od paliw alternatywnych uznają elektryczność za „paliwo alternatywne”. Kiedy zadałem im pytanie dlaczego – odpowiedź była bardzo krótka: to unijne dyrektywy określają, co jest alternatywnym paliwem. W tym wypadku, wskazując na elektryczność… Nie miejmy zatem złudzeń. Niczego tak naprawdę się nie bada a jedynie lansuje to, co nakazują dyrektywy. Koniec nauki to koniec cywilizacji.
Natura pojazdu elektrycznego
Umieszczona na pokładzie samochodu bateria elektryczna (zestaw baterii) nie stanowi źródła energii, lecz jest jej akumulatorem. Akumuluje zatem wytworzoną gdzie indziej energię. Pod tym kątem bateria elektryczna nie różni się niczym od zbiornika ze sprężonym powietrzem czy mechanicznej, nakręconej sprężyny. Analogią do pojazdu spalinowego byłoby zamknięcie w ciśnieniowym zbiorniku rozprężonych podczas spalania poza pojazdem gazów.
Zarówno sprężyna, jak i butla ze sprężonym powietrzem nie są źródłami energii a jedynie jej AKUMULATORAMI. Akumulują więc energię mechaniczną czy sprężonego powietrza wytworzoną gdzie indziej, poza tym systemem – dokładnie tak, jak to ma miejsce w przypadku baterii gromadzących energię elektryczną. W takich przypadkach energia akumulatora czy to mechanicznego, elektrycznego, czy też pneumatycznego jest jedynie pośrednim nośnikiem, nawet bardziej przekaźnikiem. Jest jedynie pośrednim ogniwem łańcucha, na którego początku jest prawdziwe źródło energii wytwarzające to, co akumulujemy w akumulatorach, a na końcu mamy energię kinetyczną, czyli ruchu rozpędzonego pojazdu.
W przypadku silnika spalinowego źródło energii znajduje się w samym jego centrum. Jest to energia wyzwalana w procesie spalania w cylindrze, który de facto jest reaktorem chemicznym. Wyzwalane jest ciepło zamieniające się na ciśnienie przemieszczające tłok w cylindrze i wykonujące pracę mechaniczną. Nie ma tu akumulatora energii! Zbiornik paliwa też nim nie jest. Stanowi tylko zapas substancji chemicznej, z której energia dopiero jest uwalniana.
Proste obliczenia
Teraz kilka konkretnych wyliczeń, które możemy również przeprowadzić sami. Są one niezbędne, by w pełni zrozumieć istotę zagadnienia.
Oto typowe dane najnowszych samochodów elektrycznych:
Baterie: 45 kWh
Moc silnika: 110 kW
Zasięg: 360 km
Wydaje się imponujące! Prawie 150 KM! Mała relatywnie bateria i 360 km jazdy na jednym ładowaniu! To już całkiem przyzwoicie. Ale powoli z tym entuzjazmem. Spójrzmy na wykres oporów ruchu dla samochodu osobowego. Dla wygody na osi pionowej mamy od razu siłę przeliczoną na niezbędną moc w kW.
Do rozwinięcia prędkości 100 km/h potrzebujemy 25 kW (34 KM). Przy całkowitej pojemności baterii wynoszącej 45 kWh daje nam to 1.8 godziny, czyli godzinę i 48 minut jazdy z tą prędkością (stałą!!!)
Skoro jedziemy z prędkością 100 km/h, to w godzinę pokonujemy 100 km, a w 1.8 godziny 180 km. Tyle wynosi nasz zasięg przy tej prędkości.
100 km/h – 1 godz i 48 minut jazdy – zasięg 180 km
Przy 65 km/h pojazd potrzebuje jedynie 11 kW (przy stałej prędkości – bez przyspieszeń!!!). Wówczas wystarczy to nam na (45kWh/11kW) 4.09 godziny jazdy, co przy prędkości 65 km/h przekłada się na dystans 265 km.
65 km/h – 4 godz. i 9 minut jazdy – zasięg 265 km
Przy prędkości 40 km/h pojazd potrzebuje 5 kW. Taką moc bateria może oddawać przez (45/5 = 9) 9 godzin, co przy tej prędkości daje dystans (9×40 = 360 km) 360 km.
40 km/h – 9 godz. jazdy – zasięg 360 km
Mamy więc podany przez producenta zasięg pojazdu – pod warunkiem, że pojedziemy ze stałą prędkością wynoszącą 40 km/h.
Przy prędkości 145 km/h zapotrzebowanie na moc wynosi 50 kW. Bateria o pojemności 45 kWh może oddawać taką moc przez 0.9 h czyli przez 54 minuty. W tym czasie na pełnej baterii pokonamy 130 km i stajemy w polu.
145 km/h – 54 minut jazdy – zasięg 130 km
Silnik spalinowy przy tej prędkości zużyje około 10–13 litrów na 100 km. Jednostkowe zużycie paliwa dla silników benzynowych wynosi w przybliżeniu 270g/kWh; na generowanie 50 kW przez godzinę potrzeba zatem 13.5 litra benzyny.
Gęstość energii w bateriach Li-Ion wynosi od 110 do 160 Wh/kg czyli 0,11 – 0,16 kWh/kg. Bateria o pojemności 50 kWh będzie zatem ważyć od 312 kg do 454 kg. Średnio 383 kg.
z jednej strony mamy 383 kg baterii,
a z drugiej 9,45 kg benzyny.
Stosunek zgromadzonej energii do masy wynosi więc w zaokrągleniu 1:40 na korzyść benzyny.
Teraz jeśli wciśniemy „gaz” do końca i pozwolimy silnikowi rozwinąć 110 kW, bateria nasza będzie zdolna dostarczać taką energię do silnika zaledwie przez 0.4h, czyli przez 24 minuty! Po tym czasie bateria jest pusta!
Auto podobnej mocy z silnikiem spalinowym, zatankowane do pełna, może rozwijać pełną moc przez 6–7 godzin!
Podobne cechy do dzisiejszych samochodów elektrycznych w aucie benzynowym uzyskalibyśmy, gdyby zbiornik paliwa o wadze 336 kg miał pojemność 12 litrów a tankowanie odbywałoby się przez wlew o średnicy mniejszej niż ucho igielne.
Warto zastanowić się nad tym
- „Ekologia” procesu wytwarzania baterii. Jak podają niektóre źródła, podczas produkcji jednego zestawu baterii Li-Ion do samochodu emituje się tyle CO2, co podczas ośmiu lat eksploatacji auta z silnikiem Diesla (!).
- Trwałość baterii określa się na 5 lat, lecz znane są przypadki, że po roku odmawiają posłuszeństwa. Zależne to jest od sposobu eksploatacji.
- Wrażliwość na uszkodzenia. Przy najdrobniejszym uszkodzeniu podwozia samochodu zaleca się całkowitą kasację pojazdu (!). Aby zrekompensować poniesione straty UE dopłaca właścicielowi do zakupu kolejnego auta. Tymczasem proces recyklingu tychże baterii choć jest możliwy, to jest mało opłacalny, a dodatkowo nikt nie oszacował jego wpływu na środowisko. Do niedawna na terenie USA znajdowała się tylko jedna firma zajmująca się tym zagadnieniem (!). Sprawia to, że rosną sterty wycofanych z ruchu pojazdów elektrycznych i kwitnie produkcja nowych, mających je zastąpić. Czy tak w UE rozumie się ekologię?
- Pożar baterii. Bateriom litowo-jonowym zdarza się czasem wybuch pożaru. Wyobraźmy sobie, że dzieje się to, kiedy jedziemy z całą rodziną! Pożar taki rozprzestrzenia się szybko i jest niemal niemożliwy do ugaszenia! Czy jest to bezpieczny środek transportu?
- Bezpieczeństwo w podróży. Kiedy staniemy w korku na autostradzie zimą, ogrzewanie bardzo szybko wyczerpie nam baterie. Czy pomoc drogowa dowiezie nam prąd do „zatankowania”?
- Ładowanie. Kilkugodzinny czas ładowania baterii sprawia, że elektryk jest antytezą samochodu. Możliwe jest i krótsze ładowanie, ale znacznie skraca żywotność baterii, a więc jest nie ekologiczne!
- Czas podróży. Na pokonanie trasy z Krakowa do Wrocławia nadal potrzeba kilku dni – jeśli nie chcemy jechać z prędkością 40 km/h.
- Przywileje. Czy to fair wobec podatników, że pojazdy elektryczne, których właściciele nie płacą przecież podatku drogowego doliczanego do paliwa, otrzymują przywileje, jak choćby bezpłatne korzystanie z autostrad? Gdzie jest równość wobec prawa? Czy zatem zachęcony przywilejami nabywca postępuje rozsądnie, skoro przywileje te można anulować równie szybko jak się je obecnie rozdaje, a bez nich samochód elektryczny jest mniej przydatny niż narty na plaży?
- Zasoby litu i berylu na naszej planecie są bardzo ograniczone. Czy masowa ich eksploatacja w krótkim czasie doprowadzi do ich wyczerpania? Czy wykorzystywanie dzieci do pracy w kopalniach litu oraz głodowe stawki nie powinny nam trochę psuć humoru? Czy dzieci pracujące na wysypiskach w Azji, gdzie wyrzuca się nasze „zabawki” nie zasługują na lepsze życie? Czy śmiecenie w morzu i na lądzie podczas zabawy w ekologię, ale z dala od naszego domu, ma jakieś moralne uzasadnienie?
- Rynek wtórny. Kto będzie chciał odkupić samochód elektryczny? Czy będzie istniał rynek elektrycznych pojazdów używanych? Kilkuletni elektryk może już wymagać wymiany bardzo drogich baterii. Kto kupi używane, kilkuletnie auto przed wymianą baterii? Kto przed sprzedażą zechce takie koszty ponieść i je wymienić? Tymczasem nawet mocno zużyty benzyniak może jeszcze służyć przez lata.
- Zwiększenie zasięgu pojazdu elektrycznego nie jest żadnym innowacyjnym osiągnięciem a polega na dołożeniu zestawu baterii. Rośnie wówczas też ich masa. Zwiększając zasięg o 50% dokłada się do ważących 400 kg baterii kolejne 200 kg. Tyle w tym innowacji to w powiększeniu baku w silniku benzynowym.
- Wszystko to sprawia, że jeśli chcemy być „eco”, to za sterami elektryka nijak w ten sposób nas nazwać nie można.
- Realizacja planu UE, aby do 2035 roku żadne nowe pojazdy spalinowe nie były już produkowane i rejestrowane, to utopia lub droga do pozbawienia nas swobody przemieszczania. Wszystko pod płaszczykiem ochrony naszej planety, której cykle zmiany temperatur, jak donoszą niektórzy naukowcy, związane są ściśle z cyklami słonecznymi, a nie ze znanym powszechnie nawozem dla roślin, czyli CO2, którego nasze powietrze zawiera 0.04%. Skoro jednak teoria o zabójczym CO2, którego potrzebują rośliny by produkować zeń tlen przynosi miliardowe zyski, to czy rozsądne jest rezygnować z takiego biznesu?
Epilog
Kiedy zasiądzie się za sterami pojazdu elektrycznego, można naprawdę zaskoczyć się bardzo pozytywnie! Żadnego rozruchu czy pracy na wolnych obrotach, żadnego rozgrzewania przed ruszeniem. W ciszy wciskamy „gaz” i pojazd dosłownie strzela do przodu! Przyspieszenie wgniata w fotel! To zasługa charakterystyki silnika elektrycznego. Przy tym żadnych wibracji, żadnych dźwięków spod maski prócz cichego jęku przekładni. Czujemy się jak w fantastycznym filmie! Czyż to nie wspaniałe?
Otóż byłoby to wspaniałe, gdyby nie to, że pojazd elektryczny w takiej formie nie jest produktem, który może zastąpić samochód spalinowy! Nie jest nawet produktem, który dojrzał by go w tej formie popularyzować. Czy marzyliście kiedyś by wybrać się wózkiem golfowym na wakacje do Hiszpanii? Samochód osobowy zasilany bateriami z laptopów bez wątpienia jest ślepą uliczką i jego rozwój uderzy w tę samą ścianę co 100 lat temu.
Zainwestowane przez korporacje miliardy muszą jednak się zwrócić. Stąd tak agresywna kampania prowadzona w mediach. Jak wskazuje historia, starzejącą się technikę najlepiej wcisnąć Polakom.
Czy to znaczy, że nie ma przyszłości dla samochodu elektrycznego? Czy samochody spalinowe muszą odejść na zawsze? Otóż tak nie jest. Na zachodzie prowadzi się już badania nad rzeczywistymi paliwami alternatywnymi, które są w stanie uczynić silnik spalinowy wielokrotnie ekologiczniejszym w eksploatacji. Tak wspaniale prosty pojazd elektryczny może stać się rzeczywistą konkurencją dla pojazdów spalinowych przewyższając je wielokrotnie zasięgiem i ekonomią, ale nie zasilany bateriami z laptopów. Istnieje przed nim droga rozwoju i to rozwoju bardzo już zaawansowanego. Po drogach Europy i Azji jeżdżą już gotowe prototypy. O tym wszystkim w kolejnej części.