Samochody elektryczne: gdzie nas doprowadzi postęp

(infografika Dariusz Gąszczyk)

Dominacja samochodów napędzanych tradycyjnymi silnikami spalinowymi jest ciągle bezdyskusyjna. Licząc osobowe razem z tzw. dostawczymi, sprzedano ich w 2013 r. w skali globalnej około 80 mln. Drugie miejsce w podziale ze względu na rodzaj napędu zajmują tzw. hybrydy, czyli pojazdy poza głównym, spalinowym wyposażone w dodatkowy silnik elektryczny, służący przede wszystkim do ruszania z miejsca. To tzw. HEV  (hybrid electric vehicles).

Sztandarowym producentem takich modeli jest Toyota z łączną sprzedażą niemal 7 mln sztuk (3,3 mln w Japonii, 2,5 mln w USA, 770 tys. w Europie – co nieco także w Polsce, około 67 tys. w Australii). Popularność modeli HEV Toyoty rośnie bardzo szybko, bowiem licząc od dni premier, w lutym 2011 r. całkowita ich sprzedaż wyniosła 3 mln, a podwojenie do 6 mln nastąpiło już w grudniu 2013 r. Najpopularniejszą hybrydą na świecie jest Toyota Prius, która od 1997 r. do teraz znalazła 3,36 mln nabywców.

Kolejna warta wyróżnienia odmiana to PHEV (plug-in hybrid), czyli hybrydy, których baterie można doładowywać z gniazdka. Przykładem takiego rozwiązania jest Mitsubishi Outlander. Na szczycie drabiny wykluczania paliw płynnych z powszechnego użytku jest dzisiaj BEV (battery electric vehicle), czyli samochód napędzany wyłącznie silnikiem elektrycznym, czerpiącym energię z baterii. Są też EREV (extended range vehicle), FCEV (fuel cell electric vehicle), czyli pojazdy, których wymyślne urządzenia wytwarzają prąd dzięki spalaniu wodoru powstającego w tzw. ogniwach paliwowych (fuel cells). Są też inne jeszcze odmiany i układy, ale to tylko skrócony przewodnik po typach napędów.

Według Electric Drive Transportation Association łączna sprzedaż HEV, PHEV, EREV i BEV wyniosła w 2013 r. w USA 592 tys. sztuk, czyli 3,84 proc. całej sprzedaży samochodów. Samochody w pełni elektryczne (BEV) znalazły tam niemal 97 tys. nabywców. Rekord ten został przekroczony już po 10 miesiącach 2014 r., bowiem sprzedaż BEV zamknęła się w tym czasie liczbą 97,7 tys.

Europa nie nadąża

Podawane tu i ówdzie wielkości całkowitej sprzedaży samochodów elektrycznych w Europie (Nissan Leaf, Renault Zoe, VW E-Up, Mercedes-Benz Smart, Tesla Model S czy BMW i3) nie są ani pewne, ani ścisłe. Powód jest strategiczny. Nabywców jest niewielu, a małe liczby zniechęcają ewentualnych chętnych. Z tym zastrzeżeniem podać można, że według brytyjskiego Automotive Industry Data sprzedaż różnych hybryd oraz aut BEV wyłącznie z silnikiem elektrycznym wyniosła w znacznie ludniejszej od Stanów Europie 38,6 tys. wobec 24,2 tys. w 2012 r., a ich udział w całkowitej sprzedaży wzrósł z 0,21 proc. do 0,34 proc. Najbardziej obiecujący jest w Europie rynek norweski, co jest efektem licznych i silnych zachęt podatkowych. Użytkowników samochodów o napędach ciągle niekonwencjonalnych jest zatem malutko, ale też przybywa ich z każdym rokiem coraz szybciej.

Zielonkawi elektrycy

Doświadczeniami z długiego użytkowania auta napędzanego wyłącznie silnikiem elektrycznym podzieliła się trójka Amerykanów poproszona o to przez „The Wall Street Journal”. 52-letni Andrew Tomko jest profesorem w prowincjonalnym college’u w pobliżu Nowego Jorku i jeździ elektryczną Hondą Fit, którą ma w leasingu. Małżeństwo pani inżynier-elektryk Margaret Burgoon (28 lat) i Aleksa Venza (29-letni konsultant ds. technicznych i fotograf) użytkuje od dwóch lat własnego Nissana Leaf i mieszka w dzikiej części słonecznej Kalifornii, jakieś 30 min jazdy od pustyni Mojave, co ma swoje znaczenie. Skomentował ich osądy profesor Uniwersytetu Michigan John DeCiccio, który udzielał się intensywnie w poprzedniej dekadzie w Environmental Defense Fund (organizacja kontrowersyjnej, zwalczanej przez zdeklarowanych ekologów zatroskanych środowiskiem, bo liberalna i do tego lubiana przez prezydenta Busha młodszego). Prof. DeCiccio jest sceptyczny. Jakąś przyszłość przed samochodami w pełni elektrycznymi widzi, ale całkiem odległą i ograniczoną do automatów bez kierowcy poruszających się po gęsto zaludnionych terenach miejskich. Co na to użytkownicy raczej wiejscy?

Andrew Tomko jest przekonań raczej zielonych, ma niewielkiego feblika na tle nowinek technicznych i lubi samochody. Zareagował też jednak na uniwersalne bodźce kosztowe. Najpierw zauważył, że koncern Honda obniżył w 2013 r. w Stanach raty leasingowe na model elektryczny (BEV) Honda Fit. Jako naukowiec otworzył arkusz kalkulacyjny i obliczył koszty poruszania się Volkswagenem Jetta, którym dojeżdżał wtedy na uczelnię (35 mil w jedną stronę). Galon benzyny kosztował wówczas około 4,60 dol. (na początku grudnia 2014 r. średnia krajowa wynosiła 2,76 dol., ale w stanie Nowy Jork, gdzie mieszka prof. Tomko – 3,16 dol./galon). Okazało się, że średnie koszty utrzymania Jetty i jej sprzedaży po 39 miesiącach (tyle trwa umowa leasingowa Hondy) są o 1–3 tys. dol. wyższe od całkowitych kosztów użytkowania Hondy Fit (comiesięczne raty leasingowe, bieżące naprawy i konserwacja, zainstalowanie punktu ładowania baterii w przydomowym garażu).

Ponieważ nie każdy musi ufać zdolnościom kalkulacyjnym profesora anglisty, warto rzucić okiem na zestawienie sporządzone przez serwis edmunds.com, które przedstawia pięcioletnie koszty utrzymania samochodów z różnymi napędami w rejonie Ann Arbor w stanie Michigan.

(infografika Dariusz Gąszczyk)

Margaret Burgoon jest zafascynowaną swoim odziedziczonym po ojcu i dziadku zawodem panią inżynier elektryk. Nic zatem dziwnego, że silniki spalinowe to dla niej zawodna, niewydajna i w dodatku brudna kupa poplątanego żelastwa. Jej mąż stoi mocniej na ziemi i twierdzi, że gdyby nie dotacje w wysokości 10 tys. dol. (federalna na 7,5 tys. dol. i kalifornijska – 2,5 tys. dol.), to nie jeździliby zapewne elektrycznym nissanem.

Pasy dla HOV (high-occupancy vehicles), czyli dla samochodów, w których jedzie kierowca i przynajmniej jeden pasażer, udostępnione gdzieniegdzie w Stanach również dla samochodów BEV, nie są dla Andrew Tomka szczególną zachętą. Profesor życzyłby sobie natomiast dodatkowego finansowanego wsparcia zakupu, tak jak w Kalifornii czy Georgii, przez władze stanowe, a także liczniejszych punktów ładowania. Natomiast Alex Venz docenia dotacje, ale nie sądzi, aby ich dalsze zwiększanie było słuszne. W jego opinii najistotniejsze dla upowszechniania motoryzacji elektrycznej są coraz lepiej zaprojektowane, trwalsze i wszechstronniejsze pojazdy, a także popularyzacja wiedzy na ten temat.

Prof. DeCiccio wtrącił w tym miejscu, że nie jest przeciw samochodom elektrycznym albo spalinowym na gaz ziemny, lecz dotowanie ich zakupu uważa za niesłuszne, bo sprawdzają się one jedynie w dużych miastach. Skuteczniejsze od dotacji byłoby jego zdaniem wprowadzenie w USA limitów emisji CO2 i systematyczne ich zaostrzanie.

Zasięg bez doładowania

Największym zmartwieniem właścicieli elektrycznych samochodów osobowych BEV jest liczba kilometrów do przejechania na baterii. Andrew Tomko jest generalnie zadowolony, bo jego honda zawozi go na uczelnię i z powrotem bez problemów, a jest to razem około 120 km. Pełną piersią odetchnął jednak dopiero wówczas, gdy rektor jego college’u opłacił zamontowanie w szkole dwustanowiskowego punktu ładowania akumulatorów. Ponieważ wydajność baterii spada podczas mrozów, to z punktu widzenia prof. Tomko optymalny zasięg bez doładowania wynosiłby (przy dzisiejszym stanie technologii) 100 mil, tj. około 160 km, niezależnie od warunków atmosferycznych i innych czynników wpływających na wzrost jednostkowego zużycia energii elektrycznej.

Również kalifornijskie małżeństwo ma ten problem stale na uwadze. Przed zakupem założyli, że ich auto elektryczne służyło będzie do codziennego poruszania się w ich sprawach prywatnych i zawodowych, ale wyłącznie po okolicy. Ze spełnieniem tego założenia nie było kłopotu, póki podczas powrotu „z miasta” pani Burgoon zauważyła, że pali się lampka ostrzegająca o wyczerpywaniu się baterii. Zadzwoniła do serwisu Nissana, który odholował auto do domu, ale po późniejszym ściągnięciu danych z pokładowego układu komputerowego okazało się, że alarm był przedwczesny, bo spokojnie dojechałaby do domu. W jej ocenie istotne zalety jej Nissana Leaf (podobnie jak wszystkich elektrycznych) to brak konieczności używania skrzyni biegów, bo są to pojazdy „jednobiegowe”, oraz dostępność całej mocy niezależnie od obrotów silnika.

Alex Venz przypomina, że mieszkają z żoną blisko pustyni, gdzie zimą temperatura potrafi spaść rano lub wieczorem dobrze poniżej zera, a to oznacza, że również pod słońcem Kalifornii daje o sobie znać zjawisko stopniowego zmniejszania się pojemności baterii pod wpływem niższych temperatur i wraz z upływem czasu. Na podstawie danych ustalił, że przez dwa lata użytkowania akumulator ich nissana stracił 18 proc. pierwotnej pojemności.

Prof. DeCiccio dodał w tym miejscu, że oczekiwanie na przełom w zakresie magazynowania energii elektrycznej, w tym na potrzeby motoryzacji, są raczej nieuprawnione. Podał w uzasadnieniu, że z prowadzonych pod auspicjami amerykańskiej Narodowej Akademii Nauk badań wynika, że nawet do 2050 r. nie powstaną akumulatory zdolne zasilać wszystkie wielkości używanych dziś samochodów osobowych na oczekiwanych przez kierowców dystansach.

Fani wierzą wbrew sceptykom

Przepytana przez „The Wall Street Journal” trójka nie traci jednak ochoty na kontynuowanie przygody z samochodami elektrycznymi. Profesor anglista twierdzi, że nie widzi już siebie za kierownicą auta napędzanego wyłącznie silnikiem spalinowym. Jego umowa leasingowa kończy się w 2016 r., a do tego czasu – jak wierzy wbrew opiniom cytowanym przez Johna DeCiccio – zasięg elektrycznych będzie dłuższy, a liczba modeli do wyboru większa. Pan Venz wskazuje, że jego Nissan Leaf ma swoje wady, ale wypowiada się identycznie jak leasingobiorca Hondy Fit.

Ludzie, w tym niżej podpisany, przejawiają często skłonność do widzenia przyszłości głównie w jasnych barwach, zwłaszcza jeśli chodzi o lata nieco dalsze. Trzy lata temu wieszczyłem zatem tych łamach szybki zmierzch tradycyjnej motoryzacji opartej na silniku spalinowym. Myliłem się, bo nie pójdzie ani szybko, ani gładko.

Najważniejszym osiągnięciem w dziedzinie akumulatorów jest dziś bateria litowo-jonowa. Zasila ona telefony, laptopy i tablety i liczne inne cuda techniki, ale także Hondy Fit i Nissany Leaf. Wydajnością przebija ona wszystko, co mieliśmy do dyspozycji 10 czy 20 lat temu, ale to ciągle za mało. Ostatnio dr Yi Cui ze Stanfordu i noblista z fizyki Steven Chu (do niedawna minister energii u prezydenta Baracka Obamy) donieśli, że gdyby zamiast grafitowej jej anoda była z litu, a katoda z siarki, to każdy kilogram takiego akumulatora byłby w stanie gromadzić (wyzwalać) pięć razy więcej energii niż obecne baterie litowo-jonowe. Inne zespoły widzą przyszłość w zastosowaniu grubych na jeden atom „płacht” węglowych, tj. grafenu, który ciągle ma jednak formę industrialnej zjawy.

Życie pokazuje, że nadmierny optymizm nazbyt często rujnuje reputację wieszczów. Tym razem ograniczę się więc do takiej oto uwagi: rozwój następuje i gdzieś nas zaprowadzi. Nie można wszakże wykluczyć, że na końcu tej drogi zobaczymy muzeum i że będzie to muzeum niespełnionych nadziei, a w nim wystawa… samochodów elektrycznych.

(infografika Dariusz Gąszczyk)

Poprzednie zdjęcie> Następne zdjęcie Zamknij pokaz zdjęć