CC BY
340
УДК 629.331
doi 10.24411/2221-0458-2021-86-60-68
ЭЛЕКТРОМОБИЛИ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
Конгар-оол В.В.
Тувинский государственный университет, г. Кызыл
ELECTRIC VEHICLES AND THEIR ENVIRONMENTAL IMPACT
V.V. Kongar-ool Tuvan State University, Kyzyl
Электромобили были признаны ключевой технологией в сокращении будущих выбросов и энергопотребления в секторе мобильности. В данной статье рассматривается обзор и оценка энергоэффективности и воздействия электромобилей с аккумуляторными батареями на окружающую среду, которые являются единственной технической альтернативой на рынке, доступной сегодня для автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Электроэнергия на борту автомобиля может быть обеспечена либо батареей, либо топливным элементом. Описывается техническая структура, поясняется, что она относительно проста по сравнению с автомобилями с двигателями внутреннего сгорания.
Надвигающийся энергетический кризис - одна из основных причин развития возобновляемых иальтернативных топливных технологий, но с начала 60-х годов именно экологическое лоббинастаивал на этом изменении. Окружающая среда страдает от промышленно развитых стран, поскольку количествовыбросов парниковых газов с каждым годом достигают новых высот. Системы фильтрации и прочего воздухапути детоксикации изучаются, но значительное сокращение производства парниковых газоввносят наиболее существенный вклад в изменение климата. Полностью электрические автомобили утверждают, что у них нет выхлопной трубывыбросов, но это не учитывает выбросы, произведенные в результате производства энергии, используемой заряжать эти автомобили. В этой статье оценивается влияние электромобилей на окружающую среду иэкономическая политика, поощряющая более широкое использование этой технологии.
Ключевые слова: экология; двигатель; батарея; топливо; эффективность.
Electric vehicles have been recognized as a key technology in reducing future emissions and energy consumption in the mobility sector. This article reviews and evaluates the energy efficiency and environmental impact of battery electric vehicles, which are the only technical alternative on
the market available today for combustion engine vehicles. Electricity on board the vehicle can be provided by either a battery or a fuel cell. The technical structure is described, it is explained that it is relatively simple compared to vehicles with internal combustion engines.
The impending energy crisis is one of the main reasons for the development of renewable and alternative fuel technologies, but since the early 60s it was the environmental lobby that pushed for this change. The environment is suffering from industrialized countries as greenhouse gas emissions reach new heights every year. Filtration systems and other air detoxification pathways are being studied, but significant reductions in greenhouse gas production are the most significant contributors to climate change.Fully electric cars claim to have no tailpipe emissions, but this does not take into account the emissions generated from the production of the energy used to charge these cars. This article assesses the environmental impact of electric vehicles and economic policies that encourage wider use of this technology.
Key words: ecology; engine; battery; fuel; efficiency.
Мировой рынок электромобилей значительно продвинулся вперед за последние 10 лет. Согласно последним данным, количество легких
электромобилей (или электромобилей, как
их называют большинство людей) в 20192020 годах превысило 2,2 миллиона единиц, что на 9 процентов больше, чем в 2018 году (рис. 1).
Рис. 1. Парк электромобилей в России
По мере того, как мир восстанавливается после пандемии Covid-19, отраслевые эксперты видят светлое будущее в ближайшие годы.
За последние годы наблюдается, что 58 процентов международных продаж легковых автомобилей будут приходиться на электромобили. Тем не менее, электромобили будут составлять менее 33 процентов от общего количества автомобилей на трассе. Электромобили по-прежнему останутся «автомобилем будущего». Революция электромобилей продолжает развиваться.
Поскольку технология электромобилей имеет ограниченную сложность, за
исключением аккумуляторной батареи, подержанные автомобили также могут быть переведены с горения на электрические. Таким образом,
представляется возможным снизить выбросы в эквиваленте CO2 на 80% (повышение эффективности в 5 раз).
Литий-ионные аккумуляторы хранят энергию для полностью электрических транспортных средств. Литий-ионные аккумуляторы также позволяют транспортному средству проехать до 539 км на одной зарядке, фактический пробег зависит от модели транспортного средства. Теперь они содержат вдвое больше энергии по весу.
Причина, по которой это предпочтительные батареи выбор - их «высокое соотношение мощности к весу, высокая энергоэффективность, хорошие высокотемпературные производительность и низкий саморазряд» Эти факторы делают
литий-ионные аккумуляторы наиболее перспективной формой бортового накопителя энергии и устройства управления для полностью электрических транспортных средств.
В настоящее время проходят испытания различные химические конструкции литий-ионных аккумуляторов.
В МББапЬеаГ и ВМ'^З используется литий-никель-марганцево-кобальтовый аккумулятор, который имеет плотность энергии 140-180 Втч / кг. Проблема в поиске химического макияжа, что позволяет увеличить энергоемкость, сохраняя при этом стабильность при высоких температурах и повторяющиеся циклы зарядки. В новом Тев1аМоёе18 используется оксид лития, никеля, кобальта, алюминия.
ISSN 2077-6896
Применение литий-ионных аккумуляторов выходит далеко за рамки электромобилей. Этот рынок выросла на 73% в период с 2018 по 2020 год.
Цена со временем будет снижаться, чтоможет вызвать новый всплеск производства электромобилей, подобный тому, что наблюдался в 2008 году. Чем больше электромобилей будет на дорогах, тем большее влияние они окажут на выбросы.
200 300 400
Количество циклов
Рис. 3. Жизненный цикл оптимизированного под емкостные литий-ионного элемента при
различных условиях нагрузки
При высоких нагрузках износ абсолютно всех аккумуляторных батарей увеличивается. Но, элементы,
оптимизированные под мощностные
показатели, являются более выносливыми и надежными в случае высоких нагрузок.
Исследователипродолжение испытаний новых материалов для литий-ионных аккумуляторов с целью увеличения
их плотности энергиидля использования на электромобиле, автомобили смогут двигаться дальше на одной зарядке, что заставит их более практично для автовладельцев, которые каждый день ездят на работу 32-80 км.
В мировом масштабе 26% первичной энергии потребляется для транспортных целей, а 23% выбросов парниковых газов связаны с энергетикой. Доля уличного движения в транспортном секторе мира составляет 74% [1].
Автомобили играют особую роль по трем причинам. Во-первых, автомобили доминируют в уличном движении в большинстве стран. Во-вторых, продажи автомобилей демонстрируют самые высокие темпы роста в мире. В-третьих, существуют альтернативные технологии трансмиссии, в отличие, например, от грузовых автомобилей. В то время как небольшие грузовики также могут работать с электричеством в ограниченном диапазоне, большие грузовики зависят от дизельного топлива, которое в будущем можно будет перевести на смесь 80% метана (ископаемого или биогенного).
Автобусы также могут передвигаться на электричестве на ограниченные расстояния; обычно используются автобусы, работающие на сжатом природном газе (метане). В то время как автобусы на топливных элементах уже появились на улицах, небольшие
грузовики, работающие на топливных элементах и Н2, все еще остаются концепциями.
В России автомобили несут ответственность за 60% всех выбросов CO2, связанных с дорожным движением. В будущем ожидается огромный рост трафика во всем мире, особенно в развивающихся странах. Мировой парк автомобилей, составляющий 630 миллионов, может вырасти до одного миллиарда в 2030 году.
Ожидается, что до 2030 года производство автомобилей вырастет с 63 до 100 миллионов автомобилей в год [2]. Помимо выбросов CO2, современные автомобили с двигателями внутреннего сгорания по-прежнему имеют опасные токсичные выбросы. По данным Всемирной организации здравоохранения [3], загрязнение воздуха является серьезным экологическим риском для здоровья и, по оценкам, вызывает около двух миллионов преждевременных смертей во всем мире в год. Поскольку озон, мелкая пыль, NO2 и SO2 были определены Всемирной организацией здравоохранения как наиболее опасные виды, которые в основном или в значительной степени связаны с дорожным движением, дорожное движение будет нести примерно половину этих количественных затрат с точки зрения жизней и здоровья. Токсичные выбросы вызывают большие расходы на здоровье
даже в промышленно развитых странах: почти 25% населения России живут на расстоянии менее 500 м от дороги, по которой ежегодно проходит более трех миллионов транспортных средств. Следовательно, каждый год теряется почти четыре миллиона лет жизни из-за высоких уровней загрязнения.
Чтобы удовлетворить будущие потребности в мобильности, снизить выбросы, связанные с климатом и здоровьем, и постепенно избавиться от зависимости от нефти («пиковая нефть»), сегодняшние двигательные технологии должны быть заменены более эффективными и экологически
безопасными альтернативами. При переходе к устойчивому обществу во всем мире необходимы особенно эффективные мобильные технологии. Электромобили были признаны такой технологией [4]. Параллельно с этим несколько стран (например, Германия, Дания и Швеция) решили переключить производство электроэнергии с ископаемого топлива на возобновляемые источники, что еще больше повысило экологичность электромобилей по сравнению с автомобилями с двигателями внутреннего сгорания.
Электромобили помогают спасти климат и человеческие жизни. В настоящее время транспорт представляет собой крупнейший источник загрязнения
окружающей среды в Соединенных Штатах и во многих частях мира. Чтобы решить эту проблему, автомобили на дорогах должны быть как можно более чистыми. Точно так же выбросы транспортных средств наносят вред не только планете, но и здоровью людей. Загрязнители воздуха, содержащиеся в бензине, могут вызывать такие проблемы со здоровьем, как астма, рак и респираторные заболевания. С другой стороны, у электромобилей нет выхлопных газов.
Новые исследования выявили доказательства того, что переход на электромобили имеет большое значение для глобальной окружающей среды. Это означает улучшение общего качества воздуха и сокращение выбросов углерода. Электромобили по сравнению с электромобилями, работающими на дизельном или бензиновом двигателе, производят меньше выбросов в течение жизненного цикла, чем традиционные автомобили. Причина в том, что большинство выбросов ниже, чем у бензина и дизельного топлива. Владельцы электромобилей могут еще больше сократить свои выбросы за счет электроэнергии, получаемой из возобновляемых источников, не загрязняющих воздух, таких как ветер и солнце.
До сих пор электромобили постепенно набирали обороты на рынке. В то же время все больше потребителей стали
тянуться к электромобилям. Только в 2017 году автомобили, работающие на альтернативном топливе, в частности электромобили, составили более 4 процентов новых регистраций. Между тем, эти новые автомобили получили распространение в транспортном секторе из-за возросшего спроса на легкие и экономичные автомобили.
Электромобили содержат меньше движущихся компонентов или деталей, чем бензиновые и дизельные автомобили. Без дорогостоящих выхлопных систем требуется небольшое обслуживание. Точно так же пользователям электромобилей не нужно покупать системы впрыска топлива и стартеры. Единственная необходимая движущаяся часть - это ротор с минимальным обслуживанием шин, поломок и подвески. Большинство производителей автомобилей устанавливают восьмилетнюю гарантию на аккумуляторы электромобилей.
Библиографический список
1. Чернова, Р. К. Экологический мониторинг почв : учебно-методическое пособие / Р. К. Чернова, Л. М. Козлова, Г. М. Белолипцева ; Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского, Институт дополнительного профессионального
образования. - Саратов : Издательство Саратовского университета, 2008. - 69 с. : граф., табл. - Библиогр.: с. 62. - Текст : непосредственный.
И последнее, но не менее важное: автомобилисты откроют для себя три очевидных преимущества вождения электромобилей. Во-первых, мгновенный крутящий момент или вращение электродвигателя обеспечивает более высокое и быстрое ускорение. Во-вторых, система рекуперативного торможения при уменьшении ускорения возвращает энергию аккумулятору и повышает эффективность. В-третьих, вес и низкий центр тяжести делают вождение более безопасным и комфортным.
Несмотря на скептическое отношение к электромобилям, все больше людей рассматривают возможность перехода на эти прототипы. Помимо положительного воздействия на окружающую среду, к другим причинам относятся доступность и недорогое обслуживание. Учитывая эти факторы, можно ожидать резкого роста отрасли при «новой норме».
2. Гальперин, А. М. Техногенные массивы и охрана природных ресурсов : Man-Made Massies and Natural Resources Protection : учебное пособие для вузов. В 2 томах / А. М. Гальперин, В. Ферстер, Х.-Ю. Шеф ; Московский государственный городской университет. - Москва : Издательство Московского государственного горного университета, 2006. - (Высшее горное образование). - Т. 2 : Старые техногенные
нагрузки и наземные свалки. - 258 с.: ил. -Текст : непосредственный.
3. Трифонова, Т. А. Прикладная экология : учебное пособие для вузов / Т. А. Трифонова, Н. В. Селиванова, Н. В. Мищенко. - Москва : Академический Проект : Традиция, 2005. 381 с.: табл., рис. -Текст : непосредственный.
4. Доклад о состоянии окружающей среды города Саратова в 2003 году / Ком.охраны окружающей среды и природ. ресурсов г. Саратова ; главный редактор В. Н. Еремин. -Саратов : Водолей-94, 2004. - 207 с. - Текст : непосредственный.
5. Гольдфейн, М. Д. Основы экологии, безопасности жизнедеятельности и охраны окружающей среды : учебное пособие для студентов всех специальностей / М. Д. Гольдфейн, Н. В. Кожевников, Н. И. Кожевникова ; под общей редакцией М. Д. Гольдфейна ; Саратовский институт Московского государственного университета коммерции. - Саратов : Издательство Саратовского университета, 2000. - 220 с.: ил. - Текст : непосредственный.
6. Молостовский, Э. А. Метод экспрессной оценки загрязнения почв и грунтов подземными техногенными скоплениями углеводородов / Э. А. Молостовский, И. Ю. Фролов. - Текст : непосредственный // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. - 2005. - № 6. - С. 560-564.
References
1. Chernov R.K., Kozlova L.M., Beloliptseva G.M. Jekologicheskij monitoring pochv : uchebno-
metodicheskoe posobie [Environmental monitoring of soils: textbook - method.manual]. Saratov State University named after N.G. Chernyshevsky. Saratov, Saratov University Publishing House. University, 2008. 69, p. 62. (In Russian)
2. Galperin A.M. and Förster Kh. Yu. Tehnogennye massivy i ohrana prirodnyh resursov. Man-Made Massies and Natural Resources Protection : uchebnoe posobie dlja vuzov. V 2 tomah [Technogenic massifs and protection of natural resources : textbook. manual for universities: in 2 volumes]. Moscow State Mining University. Moscow, Moscow State Mining University, 2006. (Higher Mining Education). Vol. 2, Old man-made loads and landfills. 258, [6] p. (In Russian)
3. Trifonova T.A., Selivanova N. V. and Mishchenko N. V. Prikladnaja jekologija : uchebnoe posobie dlja vuzov [Applied ecology: textbook. Textbook for universities]. Moscow, Acad. Project Tradition Publ., 2005. 381, [3] pp. (In Russian)
4. Doklad o sostojanii okruzhajushhej sredy goroda
Saratova v 2003 godu [Report on the state of the environment of the city of Saratov in 2003]. Committee for Protection of the Environment and Natural Resources, Saratov, chief ed. V.N. Eremin. Saratov, Vodolei-94 Publ., 2004. 207 p. (In Russian)
5. Goldfein M.D., Kozhevnikov N. V. and Kozhevnikova N. I. Osnovy jekologii, bezopasnosti zhiznedejatel'nosti i ohrany okruzhajushhej sredy : uchebnoe posobie dlja studentov vseh special'nostej [Fundamentals of ecology, life safety and environmental
protection: textbook for students of all specialties]. Saratov Institute, Moscow State University of Commerce. Saratov, Saratov University Publ., 2000. 220 p (In Russian)
skoplenijami uglevodorodov [Method of rapid assessment of soil and ground contamination by underground technogenic accumulations of hydrocarbons]. Geoecology. Engineering geology. Hydrogeology. Geocryology. 2005. No. 6. P. 560-564. (In Russian)
6. Molostovsky E. A. and Frolov I.Yu. Metod jekspressnoj ocenki zagrjaznenija pochv i gruntov podzemnymi tehnogennymi
Конгар-оол Валерия Вячеславовна - ассистент кафедры транспортно-технологических средств Тувинского государственного университета, г. Кызыл, e-mail: ondar4645@mail.ru
Valeriya V. Kongar-ool - Assistant at the Department of Transport and Technological Means, Tuvan State University, Kyzyl, Russia, e-mail: ondar4645@mail.ru
Статья поступила в редакцию 27.10.2021
