Электромобили: новая эпоха или дань экологической моде?

Глобальное информационное пространство разрывается от новостей и прогнозов, обещающих полный отказ от двигателей внутреннего сгорания в пользу электротяги. Звучат даже реальные сроки, когда государства сделают это, – к 2030 году. Такие пертурбации способны полностью изменить автомобильную отрасль и значительно сказаться на рынке автокомпонентов. Но готовы ли мир и Россия к внедрению электрокаров?

«Зеленые» VS ДВС

Сегодня Франция и Великобритания уверенно шагают в сторону отказа от традиционных двигателей, за ними в «зеленую» очередь выстроились Германия, Норвегия, Индия, Нидерланды и Китай. Ведущие мировые автопроизводители начали инвестировать в этом направлении, обещая серьезный передел всей глобальной индустрии.

Об экологичности электродвигателя заговорили очень давно. А в последние годы голоса «зеленых» становятся все заметнее и агрессивнее. Усилению их веса в немалой степени способствует быстрое развитие технологий, делающих возможным производство электромобилей для массового автомобильного сегмента.

Кстати, в этом году неправительственные организации призывают бойкотировать Международный автосалон во Франкфурте, так как на нем будут представлены новые разработки в традиционном двигателестроении. Организаторы выставки очень серьезно отнеслись к угрозе массовых акций протеста, которые должны начаться в середине сентября под лозунгом «Двигатели внутреннего сгорания – вон! Действовать нужно немедленно!». Все возрастающая активность экологов становится и более радикальной, оказывая влияние на политиков, перенимающих популярные в обществе идеи. 

Дизель будет жить

В направлении электротранспорта смотрит даже канцлер Германии Ангела Меркель. Она считает принципиально важным и правильным отказ в будущем от использования двигателей внутреннего сгорания, однако не готова установить конкретные сроки, как это уже сделали в некоторых странах Европы. Что, кстати, понятно. Немецкие автопроизводители являются глобальными игроками на автомобильном рынке планеты и без боя сдаваться не намерены. Дизельных двигателей Меркель не так категорична – по ее мнению, у них еще есть потенциал для развития.

Подводные камни

Электрические идеи на первый взгляд кажутся весьма логичными, но почему-то энтузиасты умалчивают о серьезных проблемах с утилизацией и переработкой аккумуляторных батарей. Во-первых, утилизация аккумуляторов очень затратна, во-вторых, переработка такого сырья приносит колоссальный вред окружающей среде. Больше того, производство батарей, опять же, не самый безвредный процесс. Да и в случае ДТП они способны воздействовать на природу.

Также существуют исследования, утверждающие, что станции, которые будут вырабатывать энергию для электротранспорта, навредят экологии куда сильнее, чем выхлопы современных авто. Не стоит забывать о том, что огромное количество вредных выбросов обеспечивают речные и морские суда, а также самолеты. Правда, и в этом направлении у экологов есть свои планы.

Отечественная специфика

Наша страна не стоит на задворках мирового прогресса и в свою очередь тоже пытается решить проблему с выбросами вредных веществ в атмосферу. Но путь у нас, как водится, свой. На государственном уровне звучат предложения отказаться от сжигания жидкого топлива, но не в пользу электромобилей. А отдать предпочтение газу, тем более что именно он является нашим национальным достоянием, а Запад постепенно снижает закупки этого топлива. Радужные перспективы электрокаров поставил под сомнение сам замминистра Минпромторга Александр Морозов. По его мнению, транспорт на природном газе для нашей страны является более перспективным и требует меньших инвестиций для внедрения. В результате нулевые пошлины на ввозимые электромобили отменят, а инвестиции будут перенаправлены в новое газовое русло.

Такое решение представитель Минпромторга обосновывает исследованиями двух немецких институтов, которые доказали превосходство эффективности газовых двигателей над электрическими. При этом важным условием расчетов стало то, что электричество для электромобилей вырабатывается электростанциями, работающими на природном газе.

Главный посыл – от турбины электростанции до аккумуляторов электромобиля энергия проходит большой путь, во время которого ее часть теряется, в том числе в виде тепла. Речь идет о 28% вырабатываемой электростанциями энергии. Вывод – газ выгоднее хранить и сжигать прямо в автомобилях.

Критики идеи говорят о том, что газ портит двигатель и в целом небезопасен для применения в транспорте. К тому же отказ от электрификации транспорта вынесет Россию на обочину технологического прогресса, но, как говорится, покажет время.

Чистые электростанции

А вот канадские ученые не хотят отказываться от электрификации транспорта и разработали технологию, которая могла бы решить проблемы утилизации литий-ионных батарей, с одной стороны, и проблему выбросов электростанций – с другой.

Они предложили использовать литий-кислородные батареи. По их расчетам, такая батарея выдерживает больше 150 циклов подзарядки, а ее кулоновская эффективность достигает 100%. Ученые заменили органический электролит более стабильным неорганическим расплавом солей, а вместо пористого катода установили бифункциональный металлооксидный катализатор. Вместо пероксида лития выделился компонент, отличающийся большей стабильностью, – оксид лития.

Еще одной победой ученых стало повышение емкости литий-воздушного аккумулятора на 50%.

В теории такой агрегат позволяет создавать гигантские батареи и эффективно запасать электроэнергию из возобновляемых источников, решая проблему загрязнения окружающей среды углеродными электростанциями.

Но на деле проект показывал впечатляющие результаты только в лаборатории и, скорее всего, будет доработан. На рынке технология не прижилась из-за недолговечности – литий-воздушные батареи выходят из строя буквально после нескольких циклов подзарядки. Такие батареи громоздкие, работают при высоких температурах (150 градусов).

К тому же они могут быть задействованы только в качестве накопителей электроэнергии от возобновляемых источников – солнечных панелей или ветрогенераторов, которые в России не особо популярны.

Следовать мировой моде

И все же идеи электротранспорта не похоронены совсем. В Москве активно используются электробусы отечественного производства, работают над электротягой на КАМАЗе, ГАЗе и АвтоВАЗе. Есть даже уазик с гибридной силовой установкой.

Первый серийный

Больше того, уже в этом году в нашей стране может появиться первый серийный отечественный электромобиль с заявленной стоимостью 450 тысяч рублей. Компания Zetta, тольяттинский производитель комплектующих, анонсировала запуск одноименного электрокара к грядущему декабрю.

Представлять собой он будет трехдверный электромобиль, рассчитанный на четырех пассажиров. Платформа, разработанная с нуля, получит адаптированную подвеску на основе компонентов Lada-2108 и Lada-2110.

Машину можно будет приобрести в трех версиях. В базовой комплектации будут асинхронные мотор-колеса на передней оси (мощность каждого – 24,5 л.с.) и литий-ионный аккумулятор емкостью 10 кВт·ч. Среднюю комплектацию оснастят батареей на 32 кВт·ч, а топовому варианту добавят еще два мотор-колеса на заднюю ось.

Правда, сейчас проект Zetta находится на стадии опытно-промышленного производства и ожидает процедуры сертификации. Но мы надеемся на его перспективность.

Железо, медь и математика

Но если Zetta с технологической точки зрения следует мировому мейнстриму, то иные отечественные компании берутся за создание ноу-хау вопреки мировым тенденциям, например делают электродвигатели.

Весь мир идет прямой дорогой, а мы заново изобретаем свой вариант, отказываясь от постоянных магнитов и заменяя их медными катушками. Идея, кажется, не нова и на Западе не пошла. Почему же у нас на нее делают ставку? Ответ прост: такой двигатель дешевле и требует меньшего расхода энергии.

Специалисты компании «Электротранспортные технологии» разработали такой агрегат и строят планы на производство собственных беспилотных грузовичков, оснащенных этими моторами.

Основанием для заявлений о жизнеспособности проекта стала дешевизна двигателя с медной катушкой вместо магнита. Он обойдется в 80 тысяч рублей вместо 300 тысяч за классический аналог иностранного производства.

Следующий заявленный профит – снижение энергозатрат на 15 процентов: за счет более высокого КПД. Постоянные магниты, которых в нем нет, смещаясь относительно проводника, создают обратнонаправленную силу, которая съедает часть мощности двигателя, а при перегреве магнит вовсе теряет свои свойства.

Из-за отсутствия этих проблем «новый» двигатель способен проехать на 15% большее расстояние, чем его магнитные конкуренты. Разумеется, есть и свои недостатки у такой конструкции, но цена позволяет авторам проекта не вспоминать о них. В любом случае успех или провал проекта покажет время.

Неперспективная технология

Но не будем забывать о проблеме, без решения которой массовое появление электромобилей маловероятно. Речь идет о недорогих и безопасных аккумуляторах.

При создании автомобиля с электрической силовой установкой используются в основном литий-ионные батареи. Они славятся высокой стоимостью из-за использования в них дорогих металлов, да и к тому же срок их службы невелик, всего 10 лет, при этом емкость батареи в процессе работы снижается. Зарядка таких аккумуляторов тоже дело небыстрое.

И хотя китайцы клянутся, что научились получать литий по 2000 долларов за тонну, а не по 12–20, как сейчас, но даже если серьезно удешевить производство АКБ, оставшиеся проблемы не позволят совершить технологического прорыва.

На основе кремния

В поисках альтернативы использования лития перебираются все возможные варианты. В 2011 году бывший сотрудник Tesla Джин Бердичевский вместе с Алексом Джейкобсом и Глебом Юшиным основал компанию Sila Nanotechnologies.

Ими было решено взять за основу кремний как наиболее перспективный материал для создания аккумуляторной батареи. Но эта идея не увенчалась успехом, все эксперименты с применением кремния были провалены, так как аккумуляторы попросту раздувались в процессе зарядки.

На основе углерода

Несколькими годами позже инженер-разработчик в Netscape Стивен Воллер основал компанию ZapGo, занимающуюся разработкой аккумуляторов на основе углерода. Заявления разработчиков были сенсационными. По их задумке, эти аккумуляторы должны заряжаться так же быстро, как суперконденсаторы, сохранять заряд так же долго, как литий-ионные аккумуляторы.

Некоторые ученые считают, что объединение суперконденсаторов с аккумуляторами может стать решением всех проблем. Но на сегодня этим аккумуляторам не хватает мощности, чтобы питать смартфон, что тут говорить о такой внушительной технике, как автомобиль. Но создатели не теряют надежды и планируют решить эту проблему к 2020 году.

Графен взамен

В ответ на это компании Graphenano и Grabat Energy разработали аккумулятор, способный заряжаться за восемь минут, обеспечивая электромобилю запас хода в 1000 километров.

Звучит впечатляюще, а с учетом того, что стоимость аккумулятора заявляется на 77% меньше, чем стоимость литий-ионного аналога, благодаря использованию дешевого графена вместо лития, прорыв в индустрии возможен.

Волшебный порошок

Но так или иначе любые перспективные технологии в производстве аккумуляторных батарей либо еще сырые, либо требуют огромных финансовых вложений в создание новой системы производства АКБ. Что не ускорит их появления на рынке.

Поэтому появление информации о чудо-порошке, который придет на смену литию в твердотельных аккумуляторных батареях, было воспринято специалистами хоть и не без скепсиса, но с энтузиазмом.

Основатели стартапа Echion Technology утверждают, что создали материал мечты для литий-ионных аккумуляторов будущего. Батареи будут заряжаться за шесть минут, причем это будет верно не только для смартфонов, но и для электрокаров. Стоимость продукта после выхода на промышленные масштабы будет невысокой. А главное, Echion обещает перейти к масштабному производству продукции уже в следующем году, давая рынку по 1000 тонн порошка в год.

Глава стартапа – выходец из Кембриджа, доктор физических наук Жан Де Ла Вельпилье, специалист в области нанотехнологий. По его словам, команда разработала некий недорогой порошковый материал, которым можно просто заменить графит в нынешних литий-ионных батареях. И все! Без перестройки технологических цепочек.

Если заявления ученых окажутся правдой, то массовое внедрение электромобилей окажется ближе, чем мы думаем.

Преодоление проблем инфраструктуры

С другой стороны, если представить, что проблема с аккумуляторными батареями будет быстро и эффективно решена, как будут обстоять дела с эксплуатацией электрокаров в условиях отсутствия инфраструктуры? Разумеется, ее создать можно, но прокладка огромного количества силовых кабелей в условиях плотной городской застройки – дело дорогое. Не говоря уже о возрастающей нагрузке на существующие сети и станции генерации электроэнергии.

В ответ на это немецкая компания ME Energy представила проект удобной и недорогой станции зарядки электроавтомобилей. Правда, парадокс в том, что электроэнергию будет вырабатывать всем ненавистный ДВС-генератор. С другой стороны, он не будет потреблять продукты нефтепереработки, только метанол, сделанный из биоразлагаемого мусора и растений. Аппарат не потребует каких-либо коммуникаций и окажется по итогу на 150 000 евро дешевле, чем обычная электрозарядная станция. В комплектации с 1500-литровым топливным баком и мощностью в 150 кВт, автономная зарядная станция обойдется в 80 тысяч евро. Серийное производство зарядных станций нового образца должно стартовать к концу 2020 года.

Но остается вопрос. Если такая технология действительно экологична и безопасна, почему бы ее сразу не применить при производстве автомобилей? Тем более что проблема биоразлагаемого мусора во многих странах не решена.

Электрореволюция случится не скоро

В любом случае, даже несмотря на стремительное развитие технологий и огромные инвестиции автопроизводителей и производителей автокомпонентов, электромобили появятся еще не скоро и в первое время будут прерогативой крупных городов.

Большинство игроков автомобильной отрасли сходятся во мнении, что ДВС точно проживет еще лет 30, а электрокары начнут теснить традиционные машины не раньше чем через 10 лет, и то в развитых странах. При этом беспилотные автомобили вытеснят людей из-за баранки гораздо быстрее, и в нашей стране тоже.