Udzielenie uczciwej odpowiedzi na tak postawione pytanie jest trudne, bo wymaga punktu odniesienia i ustalenia jakie rozwiązanie uznamy za ekologiczne. W skrajnych przypadkach jedyną w pełni ekologiczną formą przemieszczania sie człowieka jest chodzenie piechotą, bo nawet zeroemisyjny rower musi być wyprodukowany, a produkcja stali to… emisyjny biznes. Tutaj nie będziemy jednak popadać aż w takie skrajności. Kontekst w motoryzacji jest oczywisty, a pytanie powinno brzmieć, czy samochody elektryczne są bardziej ekologiczne od samochodów spalinowych? Ustalmy jedno: odpowiedź brzmi: tak, nawet w najbardziej skrajnym scenariuszu (wysokoemisyjna produkcja stali, miks energetyczny kraju oparty na węglu, energochłonna produkcja akumulatorów etc.), co jednak wcale nie wyklucza problemów jakie stoją przed elektromobilnością, a także sprawia, że silniki spalinowe będą z nami znacznie dłużej niż to się ekologom wydaje. Świat nie jest czarno-biały a transformacja energetyczna to wiele odcieni szarości – przyjrzyjmy się im bazując na ściśle naukowych materiałach i wiedzy inżynierskiej, a nie opiniach różnych guru z fejsbuka.
Czy Green NCAP umie liczyć? Nie bardzo
Zacznijmy od tego, co stało się główną przyczyną rozgorzałej w branży dyskusji nad poziomem emisji generowanym przez samochody elektryczne. Jakiś czas temu brytyjski Auto Express powołując się na testy emisji różnych modeli samochodów przeprowadzane przez Green NCAP poinformował, że różnice w emisji w całym cyklu życia różnych modeli aut są niewielkie. Chodzi o porównanie samochodów z silnikami spalinowymi i silnikami elektrycznymi. Przy czym nie chodzi o testy efektywności energetycznej, emisyjności gazów cieplarnianych czy jakości powietrza – to te wyniki zobaczymy dla poszczególnych modeli, gdy odwiedzimy witrynę Green NCAP, lecz o oszacowania ekspertów Green NCAP dotyczące emisyjności w całym cyklu życia danego produktu (tzw. LCA – Life Cycle Assessment; tu oczywiście mowa o samochodach).
Stosowne oszacowania znajdziemy w dziale LCA Information > European LCA Results. Jeszcze do niedawna, każdy odwiedzający serwis Green NCAP mógł w podanym miejscu zobaczyć w ładnej tabeli zestawienie całkowitej emisyjności oraz energetycznego zapotrzebowania konkretnych modeli pojazdów w całym ich cyklu życia i przekonać się, że modele elektryczne wcale nie są tak “zielone” jak to sugerują np. ich producenci. O ile możemy podejrzewać, że producenci nieco koloryzują marketingowo potencjały swoich produktów (niezależnie od tego, czy mówimy o osiągach, komforcie, emisyjności, zużyciu paliwa czy czymkolwiek jeszcze), to jednak na przekazie Green CAP suchej nitki nie pozostawił Auke Hoekstra, naukowiec z Eindhoven University of Technology, szef programu badawczego NEON Research, specjalizujący się w elektromobilności, zrównoważonym zarządzaniu energią, transformacji energetycznej. Co więcej krytyka publikacji Green NCAP spotkała się z odpowiednią reakcją samego Green NCAP. Gdy dziś odwiedzicie wspomniany dział z wynikami oszacowań emisyjności i energochłonności pojazdów w całym ich cyklu życia, na stronie Green NCAP zobaczycie wiele mówiący wpis:
Jak widać, aktualnie opublikowane są oszacowania LCA, czyli emisyjności gazów cieplarnianych oraz energochłonności konkretnych modeli w całym cyklu życia, wyłącznie dla aut spalinowych. Widoczne wcześniej rezultaty dla samochodów BEV (wyłącznie elektrycznych), PHEV (hybryd plug-in) i FEC (zeroemisyjnych aut elektrycznych zasilanych wodorowymi ogniwami paliwowymi) znikły i – zgodnie z widoczną notką – są obecnie analizowane.
Samochody elektryczne i ich emisje. Co policzono źle?
Na początek zobaczcie tweeta Hoekstry:
W swoim poście na Twitterze Hoekstra odniósł się do konkretnej sytuacji, porównania VW Golfa z silnikiem benzynowym 1.5 TSI z manualną przekładnią oraz w pełni elektrycznego VW ID.3 z napędem elektrycznym o mocy 150 kW. Sam badacz zwraca uwagę, że wg danych Green NCAP całościowe (LCA) emisje w pełni elektrycznego modelu stanowiły aż 74 proc. emisji porównywanego Golfa VIII, ale po korektach obliczeń dokonanych przez naukowca faktyczna emisja LCA stanowi zaledwie 34 proc. emisji VW Golfa. Co poszło nie tak?
Odpowiedź znajdziemy w obszernym artykule opublikowanym na łamach bardzo cenionego periodyku naukowego Joule wydawanego przez CellPress (w portfolio wydawnictwa jest także pismo “Cell” – bodaj najbardziej uznany w świecie nauki magazyn recenzowany, publikujący artykuły z dziedziny biologii doświadczalnej, molekularnej, genetyki etc.). W artykule pt. The Underestimated Potential of Battery Electric Vehicles to Reduce Emissions Hoekstra wyraźnie punktuje problemy wynikające z niedoszacowania potencjału aut BEV w bardzo wielu opracowaniach porównujących emisyjność pojazdów z różnym napędem. Naukowiec zwraca uwagę m.in. na przeszacowywanie produkcji baterii, niedoszacowanie jej żywotności, zakładanie niezmiennego koszyka energetycznego przez cały cykl życia auta (!), który trwa przecież wiele lat. Mało? Hoekstra zwraca też uwagę na istotny błąd przeprowadzenia testów zużycia energii, z uwzględnieniem kosztu emisyjnego produkcji aut i akumulatorów, ale… z całkowitym pominięciem emisji przemysłu naftowego. Ten brak myślenia systemowego i holistycznego podejścia do kwestii całkowitej energochłonności i emisyjności jakiegokolwiek produktu powoduje powstawanie takich absurdalnych porównań jak publikacje (na szczęście już zdjęte) Green NCAP.
Samochody elektryczne, a faktyczne problemy z emisyjnością
Warto nadmienić, że w swojej krytyce Hoekstra jest jednak daleki od uprawiania greenwashingu, czyli manipulowania danymi na korzyść pojazdów elektrycznych. Sam badacz zwraca uwagę na piętę achillesową elektromobilności, jaką są emisje gazów cieplarnianych podczas produkcji akumulatorów trakcyjnych, podając także przypadki, kiedy emisje w cyklu życia auta elektrycznego są przesadnie zaniżone (ten błąd popełniło Renewable Future). Poniżej pochodząca z artykułu Hoekstry tabela porównawcza emisyjności Mercedesa C 220d (z silnikiem wysokoprężnym) oraz Tesli Model 3 z akumulatorem 75 kWh typu NCA (litowo-jonowe ogniwa niklowo-kobaltowo-aluminiowe) z danymi opublikowanymi przez niemiecki zespół badawczy kierowany przez Christopha Buchala, fizyka z Uniwersytetu w Kolonii (błędne oszacowanie – wg którego diesel jest mniej emisyjny niż samochód elektryczny!), danymi obliczonymi przez zespół Hoekstry oraz hiperentuzjastyczne (w kontekście aut elektrycznych i również przesadzone przy obecnym miksie energetycznym) dane opublikowane przez Renewable Future. Może dokładniej: dane Renewable Future są nie tyle manipulacją, co oszacowaniem spekulatywnym, przy nierealistycznym dziś założeniu, że gospodarka energetyczna świata jest zrównoważona energetycznie.
Największe różnice dotyczą emisji gazów cieplarnianych na etapie produkcji akumulatorów. Istotnie, najbardziej emisyjnym procesem jest wydobycie i rafinacja surowców. Według starszych badań, emisje na tym etapie wynosiły pomiędzy 48, a 216 kg gazów cieplarnianych na każdą kWh akumulatora. Nowsze badania rozróżniają już dywersyfikację miejsca, wydobycia i technologii produkcji. W efekcie np. realne emisje podczas produkcji akumulatorów NCA (takich, jak w porównywanej Tesli Model 3) w Stanach Zjednoczonych wynoszą 43 kg gazów cieplarnianych na każdą kWh. Ten sam typ baterii produkowanej w Chinach, to już emisje 82 kg gazów cieplarnianych na kWh, ale wartość przekraczająca 200 kg / kWh nie jest już dziś nigdzie spotykana, bo technologia produkcji akumulatorów też stale ewoluuje.
Błędne szacowanie żywotności aut elektrycznych
Kolejną kwestią jest błędne szacowanie żywotności aut (dokładniej: akumulatorów) elektrycznych. Niemiecki zespół pod kier. prof. Buchala założył przebieg 150 tys. km i konieczność wymiany akumulatorów. Nietrudno zauważyć, że to błędne podejście, bo już dziś po drogach jeżdżą samochody elektryczne o większych przebiegach i absolutnie ich akumulatory nie wybierają się do recyklingu, czy na złomowisko. Dla diesla przyjęty resurs to 300 tys. km przed poważnym remontem. Uczciwe byłoby przynajmniej zrównanie tych zakładanych przebiegów, co właśnie zrobił Hoekstra i jego zespół.
Kolejnym błędem jaki zrobili niemieccy naukowcy forsując tezę, że diesel (Mercedes 220d) jest mniej emisyjny od elektryka (Tesli Model 3 75 kWh) były założenia dotyczące zużycia paliwa. Zespół Buchala przyjął zużycie 4,5 l/100 km, wykorzystując…najniższą wartość z cyklu NEDC dla danego modelu. NEDC notorycznie zaniża faktyczne zużycie, tymczasem rozsądniejsze jest skorzystanie ze znacznie lepszego źródła, albo wartości EPA (są realniejsze), lub WLTP (również bliższe rzeczywistemu zużyciu), ale jeszcze lepiej wykorzystać średnią z 3000 testów drogowych dla konkretnego modelu auta, które to dane można wydobyć z niemieckiej bazy spritmonitor.de, którą prof. Buchal jako Niemiec z całą pewnością zna. Wg danych z tej bazy Mercedes 220d pali średnio 6,9 l/100 km, co w przeliczeniu na emisje daje wymienione we wcześniejszej tabeli 217 g/km z jazdy (pozycja “Driving”).
Samochody elektryczne, emisje, a miks energetyczny
Oczywiście uczciwie jest również urealnić faktyczne zużycie pojazdu elektrycznego oraz oparcie wyliczeń emisji o konkretny miks energetyczny. Miks ten ma olbrzymie znaczenie, bo o ile auto elektryczne podczas jazdy nie emituje ani grama gazów cieplarnianych, to musi być ładowane energią elektryczną, która jest produkowana w różny sposób. W efekcie średnie emisje z jazdy elektrykiem przy ogólnoeuropejskim miksie będą niższe od średnich emisji z jazdy tym samym elektrykiem, przy niemieckim miksie energetycznym, a te z kolei wciąż będą niższe od średnich emisji wciąż tego samego auta elektrycznego “tankowanego” polskim prądem.
Jednak uwzględnienie realiów miksu energetycznego w miejscu eksploatacji pojazdu to jedno. Hoekstra zwraca uwagę na bardzo istotny szczegół pomijany w wielu analizach emisyjności pojazdu w całym cyklu życia. Otóż analizując emisyjność w dłuższym okresie (a za taki należy uznać wieloletni cykl życia pojazdu, bez względu na jego napęd), nie można pomijać dynamiki transformacji samego sektora energetycznego! Emisje ze spalenia litra ropy naftowej będą bardzo podobne dziś i za 20 lat. Ale czy emisje z tytułu produkcji energii elektrycznej będą identyczne? Nie. Już dziś w skali całej UE emisyjność miksu energetycznego maleje. W 2013 średnia emisyjność sektora energetycznego UE wynosiła 447 g/kWh, w 2019 roku spadła już poniżej 400 g/kWh, a w 2030 roku ma wynieść zaledwie 153 g/kWh. Dla nas zła wiadomość jest taka, że wg oszacowań think tanku klimatycznego EMBER, polski miks energetyczny będzie najbardziej emisyjny w Europie w 2030 roku: 566 g/kWh. Oznacza to, że auto elektryczne w Polsce pod koniec bieżącej dekady będzie zauważalnie bardziej emisyjne niż identyczny model eksploatowany np. we Francji (szacunki EMBER mówią o emisyjności miksu energetycznego Francji w 2030 roku na poziomie zaledwie 22 g/kWh).
Wnioski końcowe
Nie ulega wątpliwości, że samochody elektryczne pozwolą nam obniżyć emisje z transportu. Efektywne technologie korzystniejsze emisyjnie od spalinowej motoryzacji istnieją już dziś. Na dodatek wraz z transformacją miksu energetycznego świata, emisje zarówno z energetyki, jak i z elektromobilności będą per capita maleć. Jednak tak fajnie jest tylko w kontekście aut osobowych. Elektryfikacja dużych i ciężkich pojazdów drogowych idzie opornie i z tym mamy problem. I będziemy mieli, przynajmniej dopóki nie zwiększymy znacząco gęstości energetycznej nośników energii dla aut elektrycznych, co doskonale pokazuje poniższe wideo z kanału Engineering Explained, do którego obejrzenia Was zachęcam.
Przeczytaj też: Ogniwa Solid State? To skomplikowane