CC BY
19Экономические системы. 2022. Том 15, № 1 (56). С. 255-262. Economic Systems. 2022;15(1(56)):255-262.
НАУЧНЫЙ ВЗГЛЯД БУДУЩИХ УЧЕНЫХ
Научная статья УДК 338.45
DOI 10.29030/2309-2076-2022-15-1-255-262
ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ В XXI ВЕКЕ - НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИЛИ ПУТЬ В НИКУДА?
Алексей Петрович Рябчикш, Наталия Олеговна Курдюкова2 (научный руководитель)
1 2 Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации, Москва, Россия
1 Ryabchik.alex@yandex.ru
2 kurdyukovano@gmail.com
Аннотация. В данной статье рассмотрены основные преимущества и недостатки перехода автомобилей с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) на электромобили к 2030-2050 году. Проанализированы динамика изменения объема продаж электромобилей и объемов выбросов диоксида углерода в атмосферу, рассмотрены вопросы экологичности электромобилей при использовании энергии от ТЭС, проблемы переработки и утилизации литий-ионных батарей.
Ключевые слова: электромобиль, автомобили с ДВС, выбросы двуокиси углерода, ТЭС, возобновляемые источники энергии
Для цитирования: РябчикА.П. Проблемы и перспективы использования электромобилей в XXI веке - новые возможности или путь в никуда? // Экономические системы. 2022. Том 15, № 1 (56). С. 255-262. DOI 10.29030/2309-2076-2022-15-1-255-262.
SCIENTIFIC VIEW OF FUTURE SCIENTISTS
Original article
CHALLENGES AND OPPORTUNITIES OF ELECTRIC VEHICLES IN THE XXI CENTURY - NEW OPPORTUNITIES OR THE ROAD TO NOWHERE?
© Рябчик А.П., 2022
Aleksey P. Ryabchik1H, Natalia О. Kurdyukova2 (scientific supervisor)
1 2 Financial University under the Government of the Russian Federation, Moscow, Russia
1 Ryabchik.alex@yandex.ru
2 kurdyukovano@gmail.com
Abstract. This article considers the main advantages and disadvantages of the transition from cars with internal combustion engines to electric cars by 2030-2050. The article analyzes the dynamics of shifts in the volume of sales of electric cars and the magnitude of carbon dioxide emissions into the atmosphere, considers the issues of environmental safety of electric cars when using energy from TPP, and the problems of recycling and disposal of Li-Ion batteries.
Keywords: electric vehicle, vehicle with the ICE, emissions of carbon dioxide, TPP (The thermal power plants), renewable sources of energy
For citation: Ryabchik A.P. Challenges and opportunities of electric vehicles in the xxi century -new opportunities or the road to nowhere? Economic Systems. 2022;15(1(56)):255-262. (In Russ.). DOI 10.29030/2309-2076-2022-15-1-255-262.
Введение
В настоящее время вопрос экологии стал особенно актуален, так как многие ученые высказывают мнение о том, что точка невозврата наступит именно в XXI в., хотя раньше (в XIX-XX вв.) мало кто задумывался о нанесении непоправимого вреда планете из-за ухудшения экологии. Поэтому сегодня многие страны мира уже настроены на отказ от автомобилей с ДВС и массовый переход на гибриды или электрокары. Оправдан ли этот шаг?
Прежде всего, проведем анализ динамики мировых продаж электромобилей за 2011-2020 гг. (рис. 1).
На конец 2020 г. в мире насчитывалось более 1,4 млрд автомобилей с ДВС, а электромобилей - 11,2 млн [1]. Основным местом их распространения является Европа, в которой Великобритания, Германия и другие страны уже приняли решения об отказе от автомобилей с ДВС в пользу электрокаров.
Самым важным отличием стран Европы от других регионов является создание инфраструктуры - сети заправок для такого типа автомобилей, что повышает их привлекательность.
За период с 2011 по 2020 г. количество ежегодных продаж выросло в 57,5 раза, однако в последние три года данный рост замедлился, составив в среднем 110% в год. Причиной тому стал рост продаж гибридов (PHEV), которые более пригодны для дальних поездок и не требуют частой зарядки аккумуляторов.
Мировые продажи ВЕУ
3,5
3 »
2,5 / \
_ гп П П
2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021
(ПЛ)
I Мирпиир продажи электромобилей (млн шт) Динамика роста (%)
Рис. 1. Динамика мировых продаж ВЕУ (электромобилей) за 2011-2020 гг. Источник: составлено автором по [12].
Основная часть
Учитывая впечатляющий рост парка электромобилей и различные точки зрения на их роль в решении экологических проблем, далее будут освещены вопросы, возникающие при оценке эффективности и целесообразности массового использования электромобилей:
1. Есть ли возможность к 2030 г. успеть реконструировать и построить необходимую сеть заправок электромобилей во всех регионах?
2. Не будут ли электромобили «грязнее», чем автомобили с ДВС, так как большая часть энергии в мире производится на теплоэлектростанциях (ТЭС), а рост спроса на электроэнергию повысит риски загрязнения атмосферы. Также остается проблема загрязнения окружающей среды при стирании тормозных колодок о тормозной диск и дальнейшей утилизации резины.
3. Как утилизировать литий-ионные батареи, если в настоящее время нет способа сделать это без выброса опасных веществ в окружающую среду?
Прежде всего, ответим на вопрос: почему электромобили большинство специалистов считает «спасителями» от экологической катастрофы?
Одна из причин - утверждение о том, что электромобили не оставляют углеродного следа при использовании. При этом забывается, что треть электроэнергии мира сегодня вырабатывается за счет ТЭС [3].
Есть, конечно, и безусловные плюсы электромобилей - их более высокая безопасность при опрокидывании во время ДТП, так как из-за отсутствия двигателя и трансмиссии центр тяжести находится ниже, чем у автомобилей с ДВС.
Другой плюс - это экономия на обслуживании автомобиля, так как в нем нет такого количества деталей, как в автомобилях с ДВС.
Сегодня заряжать электромобиль можно бесплатно. Однако не известно, будет ли эта опция действовать при массовом внедрении электромобилей, так как сегодня в США один кВт-ч стоит 0,153 долл., в России - 6,17 руб. [4].
Но, невзирая на положительные аспекты использования электромобилей, их массовое внедрение приведет к росту энергопотребления, повышая актуальность вопроса: могут ли растущие потребности в электроэнергии быть удовлетворены исключительно за счет возобновляемых источников энергии (ВИЭ), и не приведет ли это к необходимости наращивать выработку электроэнергии на ТЭС, а следовательно, и к более широкому использованию ископаемого топлива в электроэнергетике (рис. 2).
Рис. 2. Динамика выбросов С02 с 2011 по 2021 г. [11]
В 2021 г. после масштабного локдауна выбросы диоксида углерода в августе превысили на 5% доковидные показатели в мире, но в США, Японии, Южной Корее и странах ЕС этого не произошло. Китай и другие развивающиеся страны, наоборот, увеличили долю угольных мощностей (Китай - с 50 до 53%) [5]. Из рис. 2 видно, что рост уровня выбросов диоксида углерода продолжался до 2018 г., однако с началом активного развития «зеленой» энергетики и масштабных планов о переходе с угля на газ или на ВИЭ в Европе и США величина выбросов снизилась до 31,5 Гт. Но уже в первой половине 2020 г доля угля в мировом энергобалансе превысила значение 2019 г Такой рост потребления угля вызван наращиванием угольных мощностей в странах Азии (Китае, Индии и др.). Еще одним фактором стало снижение в энергобалансе доли газа, ядерного топлива, энергии от гидроэлектростанций (ГЭС), биомасс и других источников.
Но даже страны ЕС, которые развивают ВИЭ, с 2020 г. увеличили поставки «неэкологичной» электроэнергии из-за рубежа. Какой вывод из этого можно сделать? ВИЭ не могут обеспечить растущий спрос на электроэнергию при массовом внедрении электромобилей, а значит, страны будут наращивать долю угольной промышленности, что приведет к негативным последствиям для экологии. Важно заметить, что США пытается перевести некоторые мощности на газ, однако с нынешней конъюнктурой цен на газ расширение мощностей с его использованием приведет к росту тарифов за электроэнергию, и тогда многие плюсы электромобилей утратятся.
Известно, что при производстве 1 киловатт-часа энергии в результате работы ТЭС, которые в мире вырабатывают треть электроэнергии, в атмосферу выбрасывается до 490 г двуокиси углерода [6]. Для заправки одного из самых распространенных электрокаров в России - Tesla Model S - требуется 100 кВтч электроэнергии, т. е. при каждой зарядке выбрасывается 49 кг двуокиси углерода (если электроэнергия выработана ТЭС). При пробеге в 250 тыс. км Tesla Model S придется заряжать 421 раз (если брать данные о запасе хода производителя), при этом выбросы двуокиси углерода составят 20,7 т. Получается, что при использовании для заправки электроэнергии, полученной при сгорании угля, электрокар оставляет в разы меньше углеродного следа, чем автомобили с ДВС при выбросах за тот же пробег в размере 62,5 т (на бензиновом двигателе) и 65,1 т (на дизельном двигателе) [6].
Газ - еще одна альтернатива топлива. Автомобиль на газовом оборудовании выбрасывает меньше, чем бензиновые и дизельные авто, но не сравнится с электромобилями и даже гибридами, так как за пробег 250 тыс. км выбрасывает в атмосферу 53,9 т двуокиси углерода. Важно отметить, что гибрид BMW i8 за пробег в 250 тыс. км выбрасывает 12,25 т двуокиси углерода, а доступная Toyota Prius - 19,25 т. Получается, что гибриды более экологичны, чем электромобиль.
Другой минус электромобилей - проблемы переработки использованных аккумуляторов (рис. 3).
Отсутствие единого стандарта по производству аккамуляторов (габариты, состав, строение конструкции)
1 Невозможность перерабатывать некоторые элементы (например, литий)
Отсутствие единой эффективной технологии по переработке аккумуляторов, так как ни одна из них так и не доказала эффективность
Рис. 3. Проблемы утилизации аккумуляторов
Рассмотрим переработку самой распространенной генерации аккумуляторов - литий-ионных. Компания NHA - один из крупнейших переработчиков аккумуляторов в Европе. Она использует самый эффективный на данное время метод переработки - пирометаллургическую обработку. Благодаря этому методу была повышена эффективность переработки до 74,5%, однако остается одна важная проблема - отсутствие восстановления лития [7]. Результатом всех процессов является повторное получение никеля, кобальта, меди, алюминия, железа, а оставшиеся элементы отправляются на свалку, в том числе и литий, который относится к отходам второго класса опасности. Эти отходы после переработки утилизируются в виде жидкости, которая при повреждении упаковки может попасть в почву и подземные воды, нанеся непоправимый ущерб природе и человеку.
Отсутствие надежных способов переработки лития, а также неготовность отрасли к эффективной утилизации большого количества отслуживших батарей приведут к серьезным экологическим последствиям. К 2030 г количество таких батарей может составить более 11 миллионов, если учитывать только электромобили (BEV), а если добавить гибриды (PHEV, REX и др.), которые в своей конструкции используют электродвигатель с литий-ионным аккумулятором, то количество батарей, вышедших из строя, может достигнуть сотни миллионов. Кто их будет утилизировать?
Еще важно подчеркнуть, что литий - это невозобновляемое полезное ископаемое, поэтому масштабный переход на электромобили с литий-ионными батареями истощит его запасы, что сделает невозможным дальнейшее массовое производство батарей такого типа. Также отсутствует возможность восстанавливать литий при утилизации батарей, так как на данный момент такой технологии не существует. Получается, что литий, используемый при производстве одной батареи, бесследно исчезает. Например, для производства батареи для Tesla Model S требуется 63 кг лития. Допустим, к 2035 г. будет произведено 700 млн электромобилей, что является половиной сегодняшнего парка автомобилей с ДВС. Тогда для их производства потребуется 44,1 млн т лития, что больше половины ныне располагаемых запасов лития (около 80 млн т). Стоит учитывать, что литий используется и в других отраслях производства, например в химической отрасли для производства полимеров. Поэтому остро стоит проблема поиска нового типа батарей. На сегодняшний день самой перспективной разработкой является графеновый тип аккумуляторов, однако пока трудно говорить о его перспективах, так как внедрение идет медленными темпами.
Заключение
Подведем итоги. Несомненно, электромобили - один из вариантов сокращения объемов вредных выбросов в атмосферу, но при условии использования энергии, полученной ВИЭ или АЭС. Тогда такие выбросы будут минимальны, останутся лишь выбросы от стирания покрышек и тормозных колодок. Но остается вопрос:
«Решит ли переход на электромобили экологическую проблему?» Или нужно искать и другие варианты. Так, из недавнего исследования выяснилось, что 90% выбросов (угарного газа) от автомобилей совершают 25% легковых и грузовых авто, которые не соответствуют современным стандартам Евро 5,6 и даже местным аналогам [8]. То есть можно существенно сократить выбросы благодаря утилизации этих автомобилей, а владельцам взамен выдать соответствующие экологическим стандартам автомобили. Также важно отметить, что автомобили с ДВС ответственны лишь за 9% вредных выбросов, а 87,5% приходится на долю электроэнергетики [9]. Может быть, повсеместный переход на электромобили не нужен?
Список источников
1. К 2030 году в мире будет 145 млн электромобилей. URL: https://www.kommersant.ru/ doc/4799230 (дата обращения: 27.10.2021).
2. Правительство утвердило Концепцию по развитию производства электрического автотранспорта : распоряжение Правительства РФ от 23.08.2021 № 2290-р. URL: http://government. ru/docs/43060 (дата обращения: 27.10.2021).
3. «Зеленые» электростанции обошли атомные по производству электричества. URL: https:// www.rbc.ru/business/17/06/2020/5ee9e8b59a79471013e3c5f0 (дата обращения: 27.10.2021).
4. Тарифы на электроэнергию в 2021 году в Москве и Московской области. URL: https:// mosenergosbyt.info/tarify (дата обращения: 27.10.2021).
5. Мировой уровень выбросов СО2 от электроэнергетики превысил допандемийный. URL: https://trends.rbc.ru/trends/green/612cfc939a794709dfff9dfc (дата обращения: 27.10.2021).
6. Капустин A.A., Раков В.А. Сравнение выбросов загрязняющих веществ от автомобилей и различных энергетических установок // Транспорт на альтернативном топливе. 2017. № 6 (60). С. 53-60.
7. Переработка литий-ионных аккумуляторов. URL: https://rocla.ru/o-kompanii/poleznaya-informaciya/pererabotka-litiy-ionnykh-akkumulyatorov (дата обращения: 27.10.2021).
8. Plume-based analysis of vehicle fleet air pollutant emissions and the contribution from high emitters / J.W. Wang [et al.] // Atmos. Meas. Tech. Discuss. 2015. No. 8. Р. 2881-2912.
9. Экологи составили рейтинг загрязняющих атмосферу автопроизводителей. URL: https:// ria.ru/20190911/1558568605.html (дата обращения: 27.10.2021).
10. ГурковA. Электромобилей все больше, а что с утилизацией батарей? URL: https://www. dw.com/ru/электромобилей-все-больше-а-что-с-утилизацией-батарей/a-51778780 (дата обращения: 27.10.2021).
11. Global energy-related CO2 emissions, 1990-2021. URL: https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/global-energy-related-co2-emissions-1990-2021 (дата обращения: 27.10.2021).
12. Global electric car sales by key markets, 2010-2020. URL: https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/global-electric-car-sales-by-key-markets-2015-2020 (дата обращения: 27.10.2021).
References
1. By 2030 there will be 145 million electric cars in the world. URL: https://www.kommersant.ru/ doc/4799230. (In Russ.).
2. The Government has approved the Concept for the development of the production of electric vehicles : Decree of the Government of the Russian Federation No. 2290-r dated 08/23/2021. URL: http://government.ru/docs/43060. (In Russ.).
3. Green power plants outperform nuclear power plants in electricity generation. URL: https:// www.rbc.ru/business/17/06/2020/5ee9e8b59a79471013e3c5f0. (In Russ.).
4. Electricity tariffs in 2021 in Moscow and the Moscow Region. URL: https://mosenergosbyt. info/tarify. (In Russ.).
5. Global emissions of CO2 from electricity exceeded pre-pandemic levels. URL: https://trends. rbc.ru/trends/green/612cfc939a794709dfff9dfc. (In Russ.).
6. Kapustin A.A., Rakov V.A. Comparison of polluting emissions from cars and various power plants. Transportna al'ternativnom toplive = Transportation on alternative fuel. 2017;(6(60)):53-60. (In Russ.).
7. Recycling of lithium-ion batteries. URL: https://rocla.ru/o-kompanii/poleznaya-informaciya/ pererabotka-litiy-ionnykh-akkumulyatorov. (In Russ.).
8. Wang J.W., Jeong C-H., Zimmerman N., Healy R.M., Wang D.K., Ke F., Evans G.J. Plume-based analysis of vehicle fleet air pollutant emissions and the contribution from high emitters. Atmos. Meas. Tech. Discuss. 2015;(8):2881-2912.
9. Ecologists have prepared a rating of air-polluting car manufacturers. URL: https://ria. ru/20190911/1558568605.html. (In Russ.).
10. Gurkov A. There are more and more electric cars, but what about battery disposal? URL: https:// www.dw.com/ru/электромобилей-все-больше-а-что-с-утилизацией-батарей/a-51778780. (In Russ.).
11. Global energy-related CO2 emissions, 1990-2021. URL: https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/global-energy-related-co2-emissions-1990-2021.
12. Global electric car sales by key markets, 2010-2020. URL: https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/global-electric-car-sales-by-key-markets-2015-2020.
Информация об авторах
А.П. Рябчик - студент 2-го курса факультета экономики и бизнеса;
Н.О. Курдюкова (научный руководитель) - кандидат экономических наук, доцент Департамента отраслевых рынков.
Information about the authors
A.P. Ryabchik - 2nd year student of the faculty of economics and business;
N.O. Kurdyukova (scientific supervisor) - associate professor, Department of industrial markets.
Статья поступила в редакцию 16.02.2022; одобрена после рецензирования 28.02.2022; принята к публикации 10.03.2022.
The article was submitted 16.02.2022; approved after reviewing 28.02.2022; accepted for publication 10.03.2022.
