Электрокар или автомобиль на бензине: что наносит больший вред природе
Об экспертах:
- Армен Тадевосян, эксперт нефтегазового сектора, вице-президент ESG бизнес-клуба РАНХиГС, член Координационного комитета проекта «Зеленая инициатива» и Комитета по энергетике Ассоциации европейского бизнеса (АЕБ);
- Артем Васин, ведущий инженер-конструктор компании «НЭТЕР» (ООО «Источники питания»), российского производителя литиевых аккумуляторов;
- Вадим Петров, председатель Общественного совета при Федеральной службе по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (председатель Общественного совета при Росгидромет), статс-секретарь Экологической палаты России, член российской делегации в UNESCO, юрист-международник, мастер государственного управления (MPA);
- Михаил Аким, профессор Высшей школы бизнеса НИУ ВШЭ.
Электромобили — экологичная альтернатива традиционным авто?
В последние годы электромобили завоевывают все большую популярность на рынке. Им отводят важную роль в достижении нулевого уровня выбросов углекислого газа: развитые страны, например, государства ЕС, Япония, США, планируют достичь ее к 2050 году, Россия — не позднее 2060-го.
Электрокары считаются экологически чистой альтернативой традиционному автомобилю, работающему на двигателе внутреннего сгорания или дизеле. Они есть в линейках многих ведущих производителей, в том числе Volvo, Volkswagen, Mercedes Benz, BMW, Audi. Их продажи растут: в 2023 году по всему миру было продано 14 млн электромобилей, что на 35% больше, чем в 2022. По прогнозам, в 2024 году продажи могут вырасти еще на четверть.
На первый взгляд, электрокары экологичнее традиционного автомобиля. У них нет выбросов из выхлопных труб, значит, и углеродный след нулевой. Но есть и противоположное мнение. Ведь сам процесс выработки электроэнергии для зарядки электромобиля загрязняет окружающую среду. Также критики часто говорят о неэкологичном производстве аккумуляторов.
Чтобы сделать вывод, какие автомобили наносят меньший вред окружающей среде, нужно сравнить их на всех этапах жизненного цикла, включая производство, эксплуатацию и утилизацию.
Влияние производства на экологию
Изготовление кузова оказывает примерно одинаковое влияние на экологию независимо от типа автомобиля. Другое дело — производство аккумуляторов. Центральный агрегат электрокара — тяговая аккумуляторная батарея. Это источник энергии, который приводит машину в движение. Большинство современных аккумуляторов — литий-ионные.
Литий добывают, в основном, в шахтах из твердых пород или в подземных резервуарах с рассолом. Большую часть энергии, используемую для извлечения и переработки металла, дает ископаемое топливо, которое выделяет CO2. Особенно велик выброс углекислоты при добыче твердых пород: 15 тонн приходится на каждую тонну добытого лития.
Михаил Аким, профессор Высшей школы Бизнеса НИУ ВШЭ, приводит еще один пример, как добыча металла пагубно влияет на окружающую среду:
«Огромные объемы пресной воды, крайне ценного ресурса, особенно в засушливых регионах, направляются на добычу лития в Чили. Там он добывается путем испарения рассолов, обнаруженных под солончаками на плато Атакама. По сути, это производство уничтожает природу и местное население, оставляет безжизненную пустыню и общины без средств к существованию».
Неэкологичный процесс производства лития вызывает беспокойство экологов и населения. В Сербии в августе 2024 протесты против проекта литиевого рудника Rio Tinto собрали больше 24 тыс. человек.
Кроме лития, для производства батареи нужны и другие металлы, в частности, никель, медь, марганец и кобальт. 60% кобальта добывают в Демократической Республике Конго. Его добыча связана не только с экологическими, но и социальными проблемами, в том числе с активным использованием детского труда.
Еще один аспект, связанный с сырьем, по словам Акима, — это истощение запасов цветных металлов (меди, никеля и др.), которых для производства электромоторов требуется значительно больше, чем для двигателей на ископамом топливе. Производство этих видов сырья — энергоемкий и токсичный процесс.
Количество CO2, выделяемое при изготовлении аккумуляторов, отличается в зависимости от источников и типов энергии, применяемых при производстве. Большую часть литий-ионных батарей, около 77% мировых поставок, производят в Китае. Основной источник энергии там уголь. Он выделяет примерно в два раза больше парниковых газов по сравнению с природным газом, который также используют при высокотемпературном производстве.
Традиционный автомобиль тоже не обходится без аккумулятора, который выдает ток, чтобы запустить двигатель. Обычно это свинцово-кислотная батарея (АКБ). Она состоит из двух электродов, погруженных в раствор серной кислоты.
При производстве литиевой батареи выделяется в среднем в 1,7 раза больше CO2, чем при изготовлении свинцово-кислотной (12,5 т против 7,5 т). Таковы результаты исследования, которое опубликовала компания Bloomberg NEF в 2024 году. По словам авторов работы, эта разница может быть еще выше — все зависит от источников энергии, применяемых при производстве.
Вред в процессе эксплуатации
Некоммерческая организация «Союз заинтересованных ученых» из США сравнила углеродный след двух типов машин в процессе их производства и эксплуатации. Исследователи пришли к выводу, что сумма выбросов CO2 электрокарами окажется на 52–27% ниже, чем выбросы традиционных автомобилей.
На этапе изготовления количество выбросов от электромобилей выше — дело в производстве литий-ионных батарей. Но этот «углеродный долг» окупается в долгосрочной перспективе. Основные выбросы CO2происходят при эксплуатации транспортных средств, как бензиновых, так и электрических. И здесь электрические машины оказываются чище. К тому же батареи в них более долговечны.
Артем Васин, ведущий инженер-конструктор компании «НЭТЕР», объясняет, что у аккумуляторов есть ресурс — количество циклов «заряд–разряд» определяющих срок их службы. Литий-ионные батареи выдерживают больше циклов заряда-разряда, чем свинцово-кислотные. В итоге аккумулятор в электромобиле служит примерно в два раза дольше — 8–10 лет, чем батарея в бензиновом.
Как отмечает Михаил Аким, экологичность использования электромобиля напрямую зависит от региона использования. В различных регионах и странах используют разные ресурсы для генерации электроэнергии, на которой работает электрокар. Например, в скандинавских странах или в Калифорнии это, в основном, возобновляемые источники энергии (гидроэнергия, солнечные батареи, ветряные станции) и природный газ, а в Китае большая часть электричества производится на угле. То есть эксплуатация электромобилей в этих регионах в 2–3 раза экологичнее, чем в Китае.
В России на ископаемые источники энергии в начале 2024 года приходилось 65% генерации в энергобалансе страны. Около половины этой доли занимает природный газ, который считается относительно чистым сырьем. На уголь, более проблемный для экологии источник энергии, приходится всего 12–13%. При сжигании угля происходят значительные выбросы углекислого газа, а при его добыче выделяется еще один парниковый газ — метан.
Доля наиболее чистой низкоуглеродной энергии (ветровая, солнечная, гидроэнергия, атомная энергия), в России составляет, соответственно, 35%. По данным Ассоциации развития возобновляемой энергетики (АРВЭ), в России за последние пять лет удвоилась совокупная установленная мощность возобновляемых источников энергии.
Выбросы электромобилем CO2 зависят от типа энергии, которая используется для его зарядки. Бензиновый автомобиль выделяет углекислый газ на протяжении всего времени работы двигателя, независимо от того, в какой части света он ездит. Выброс парниковых газов электрокара Tesla Model X в США составляют 88 г/км, а новый бензиновый автомобиль в среднем создает выбросы CO2 в размере 256 г/км.
В пользу электрокаров говорит и факт, что при движении автомобиля в небольшом количестве (до 10%) выделяются не только CO2, но и другие вредные вещества, такие как оксиды азота, закись азота, оксид углерода и твердые частицы. Диоксид азота способен вызывать респираторные и сердечно-сосудистые заболевания, а отравление угарным газом (оксид углерода вообще смертельно. Выбросы закиси азота влияют на глобальное потепление в 265 раз больше, чем выделения углекислого газа. А твердые частицы, такие как сажа и пыль, — это канцерогены.
Вадим Петров, председатель Общественного совета при Росгидромете, также обращает внимание на проблему, которая касается и обычных машин, и электрических: «Износ шин приводит к выделению частиц микропластика. Они могут попадать в почву и водоемы, оказывать негативное воздействие на экосистемы и здоровье человека. Решение проблемы требует разработки новых материалов для шин и улучшения технологий их переработки».
Также автомобили загрязняют окружающую среду при торможении. Традиционные ТС используют механические тормоза, которые тоже выделяют пылевые частицы. В отличие от них, электромобили могут использовать электродвигатель для торможения (рекуперативное торможение). Такой метод уменьшает износ механических частей и вредные выбросы, а также сохраняет энергию, возвращая ее в аккумулятор для последующего использования. Рекуперативное торможение не только помогает уменьшить негативное воздействие на окружающую среду и увеличить запас хода.
Переработка отработанных батарей
Последний этап жизненного цикла любого автомобиля, который влияет на окружающую среду, — его утилизация. Это использование ресурсов, которые уже не могут применяться по прямому назначению.
Наиболее опасный компонент ТС — батарея. В России действует Федеральный классификационный каталог отходов, согласно которому аккумуляторы относят ко II классу опасности — они считаются высокоопасными. Это значит, что их нужно специально перерабатывать, чтобы не нанести ущерб окружающей среде.
Переработка свинцово-кислотных аккумуляторов, которые сейчас используются практически во всех бензиновых автомобилях, — относительно простой процесс. Батарея состоит из свинца, его оксида и электролита, то есть серной кислоты. Компоненты легко разделяются в процессе переработки.
В итоге получаются отработанный электролит, пластмассовые гранулы, стальной лом, свинец и медь. Лом, свинец и медь отправляют в переплавку, а затем используют для производства новых автомобильных аккумуляторов. Электролит либо нейтрализуют, либо восстанавливают и снова получают серную кислоту.
В развитых странах перерабатывают 98% всех выпускаемых свинцово-кислотных аккумуляторов.
В России каждый год образуется около 317 тыс. т батарей, которые вышли из строя. Из них производится 200 тыс. т вторичного свинца. Аккумуляторы перерабатывают специализированные заводы, например, тюменский «Экоресурс», «Экорусметалл» из Ленинградской области, московский завод «МЕТКОМ ГРУПП» и другие.
Переработка литий-ионных аккумуляторов пока развита слабо. Они значительно мощнее свинцовых и сложнее. Литиевые батареи содержат различные сложные химические соединения. Это затрудняет отделение компонентов. По словам Армена Тадевосяна, вице-президента бизнес-клуба РАНХиГС, только 5–10% литий-ионных аккумуляторов правильно перерабатывается.
При переработке сначала отделяют корпус и отключают повторно используемые электронные блоки. Затем измельчают все в шредере. Измельченную массу делят на компоненты: медь и алюминий, редкие металлы (кобальт, никель, литий, марганец) и пластик. Из них можно производить новые аккумуляторы.
Количество площадок для переработки литий-ионных батарей ограничено, а само законодательство в этой сфере находится в стадии становления. Но примеры уже есть: как отмечает Вадим Петров, «в Европейском союзе действует Регламент о батареях и отработанных батареях, Директива по батареям, которые регулируют сбор и переработку использованных аккумуляторов». Производители, а в некоторых странах и импортеры (например, в Австрии), несут ответственность за этот процесс.
В России действует национальный проект «Экология». Одна из его приоритетных задач — создать условия для обращения с отходами I—II классов опасности. Пока такая инфраструктура развита слабо.
«Сейчас в России существует несколько предприятий, перерабатывающих батареи, — рассказывает Тадевосян. — Но объемы небольшие и, прежде всего, это касается бытовых аккумуляторов. По сути, всего лишь одно предприятие в Челябинске занимается переработкой батарей электрокаров».
В нашей стране есть общие требования к обращению с отходами I и II классов опасности (закон № 89-ФЗ). Со свинцово-кислотными АКБ процесс налажен. Их принимают у населения в специальных пунктах и даже в автомагазинах, которые отправляют аккумуляторы на переработку. Пункты приема батарей электрокаров найти сложнее, поскольку и перерабатывающих заводов пока мало.
Сейчас правительство разрабатывает проект постановления, устанавливающего нормативы утилизации для батарей электромобилей. Этот документ находится на стадии обсуждения.
Армен Тадевосян:
«За рубежом автопроизводители самостоятельно строят мощности по переработке аккумуляторов на своих заводах. России может пригодится этот опыт, так как важно создать соответствующую инфраструктуру и одновременно с этим предложить коммерчески привлекательные условия для владельцев электромобилей, стимулирующие сдачу аккумуляторов перерабатывающим компаниям».
Сейчас ведется строительство семи экотехнопарков для переработки батарей, в том числе от электротранспорта. Крупнейший из них «Русатом Гринвэй» сейчас строят в Дзержинске Нижегородской области. Этопредприятие будет рассчитано на переработку 50 тыс. т батарей в год — не только литий-ионных, но и никелевых, марганцевых, кобальтовых. Продукты переработки аккумуляторов планируют использовать для повторного производства источников питания.
Артем Васин:
«На 100% экономически эффективного средства и способа утилизации литий-ионных батарей еще нет. Существуют небольшие компании, стартапы, предлагающие различные способы переработки. Есть новые разработки в этом направлении».
Например, ученые Курчатовского института придумали экологичный способ перерабатывать литий-ионные аккумуляторы. Их технология позволяет эффективнее извлекать из отработавших устройств литий, никель и кобальт, которые в дальнейшем используются для производства новых аккумуляторов.
Что в перспективе
В целом, электромобили выигрывают в экологичности перед традиционными машинами, хотя часть «экономии» CO2, достигнутой при эксплуатации ТС на электричестве, компенсируется увеличением выбросов, вызванных его производством и переработкой батареи. Согласно упомянутому исследованию Bloomberg NEF, общий объем выбросов CO2 за весь жизненный цикл электрокара при пробеге 250 тыс. км на 27–71% ниже, чем у автомобиля с обычным двигателем.
И хотя тенденция к росту числа электрокаров налицо, вряд ли они в ближайшем будущем вытеснят остальные ТС.
По мнению Артема Васина, одна из основных проблем — малое количество зарядных станций: «Из-за этого «на трассе есть вероятность встать без возможности дальнейшего движения. С точки зрения обычного человека и окружающей среды более практичным решением будет широкое внедрение гибридов». Гибриды — это машины, которые сочетают работу на электричестве и традиционном топливе.
Действительно, в этом году несколько автопроизводителей, включая General Motors, Ford Motor Co. и Hyundai, объявили о планах сократить производство электрокаров и сосредоточиться на гибридах. Такие ТС выделяют меньше вредных веществ в атмосферу, чем автомобили на бензине и позволяют автовладельцем экономить на ГСМ.
Кроме развития гибридов, альтернативой бензину и электродвигателям может стать развитие других видов топлива.
Вадим Петров:
«Одно из перспективных направлений — использование водородных топливных элементов. Автомобили на них выделяют только воду в качестве выхлопа и могут быть более экологичными при использовании водорода, полученного с помощью солнечной энергии или энергии ветра. Исследования в этой области активно ведутся, и уже есть коммерчески доступные модели водородных автомобилей».
Например, Toyota вместе Subaru и Mazda объявили о планах по совместной разработке двигателей, которые работают на экологичных видах топлива, включая синтетическое, биотопливо и жидкий водород.
Однако индустрия электромобилей наверняка продолжит развиваться: по мере роста доли низкоуглеродных источников энергии переход к электрокарам будет еще активнее.