Аккумуляторы для электромобилей

Настало время сменить двигатель внутреннего сгорания (ДВС) на электрический, как в свое время перешли с парового на ДВС. Однако, как говорится, есть и отрицательные нюансы. Увы, но использование электромобилей также приводит к загрязнению окружающей среды. Существует масса публикаций о проблемах электрокаров, иногда явно лоббирующих чьи-то интересы. Давайте непредвзято разберемся в сути вопроса. Сложность при строительстве перерабатывающих заводов - это не только не оправдывающие себя затраты, которые могли бы быть скомпенсированы государственным субсидированием, но и тот факт, что на данный момент не существует единого стандарта по проектированию литий-ионных батарей и схем их переработки.   Электромобили ничего не сжигают. Казалось бы, вот он прямой путь к решению проблемы транспорта и экологии. Но не все так просто. Даже если электромобиль не делает никаких выбросов в окружающую среду, об экомобиле не может идти речь.

И что там внутри? Блок аккумулятора Tesla в разборе.


Важно проанализировать полный жизненный цикл транспортного средства (изготовление – эксплуатация – утилизация). И не забывать о том, откуда берётся энергия и как она хранится.
В целом, изготовление батарей сопряжено с рядом трудностей и опасностей. В промышленности хлорид лития получают путём выпаривания из соляных озёр, а затем обрабатывают его для производства энергоносителей. Однако, этот процесс требует большого количества воды (около 1,8 миллиона литров на тонну лития), в совокупности с ежегодным ростом спроса на аккумуляторы такое потребление в долгосрочной перспективе может вызвать дефицит воды в засушливых районах, где обычно находятся эти озёра. Также в процессе производства батарей используются такие материалы, как кобальт, никель и графит, добыча которых вызывает загрязнение воды и почвы. Кроме того, использование подобных токсичных веществ оказывает значительное негативное воздействие на центральную нервную систему работников заводов по производству литий-ионных аккумуляторов, делая их работу вдвое вреднее, чем при изготовлении других типов батарей.   Наибольшую опасность для здоровья представляет процесс извлечения сульфата кобальта и солей лития. Таким образом, можно прийти к выводу, что изготовление батареи обходится природе так же дорого, как и создание целого автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Это связано как с экологическими издержками при добыче и транспортировке сырья, так и с выбросами вредных веществ при выработке электричества для производства батарей. Особенно это влияние существенно в странах, где распространены «грязные» источники энергии, которая потребляется при сборке гибридных автомобилей. В таких случаях ущерб от производства может быть сопоставим с вредом, который наносят бензиновые авто за весь свой срок эксплуатации. Производство является не единственной проблемой

При разрушении или повреждении литий-ионных батарей выделяются ионы фтора, которые в свою очередь являются даже более токсичными для человеческого организма, чем свинец. Другим токсичным веществом, испаряемым в атмосферу, является СО. Этот газ оказывает значительное пагубное влияние на мышечные ткани и сосуды человека, снижая его иммунологическую активность, а также изменяет содержание белков плазмы. Огромную аспирационную опасность вызывают такие биологические яды, как бензол, толуол, стирол и фториды водорода. Данные вещества вызывают клеточную мутагенность, обладая острой токсичностью, приводят к разъеданию кожного покрова, а также воздушных путей.

Из-за дегазации литий-ионных батарей и термической утечки выделяется опасная газовая смесь со взрывоопасными и канцерогенными компонентами, оказывающими вредное воздействие не только на живой организм, но и на окружающую среду в целом, вызывая патологии в зародыше. Мало того, что батареи при повреждении несут риск выделения токсичных газов, но и такие основные ингредиенты, как литий и кобальт, являются конечными веществами, а их извлечение из энергоносителя может привести к загрязнению воды и истощению других экологических ресурсов. Большей части этих последствий можно избежать, если отправлять батареи на переработку, но и данный процесс имеет большое количество сложностей.

По данным The Guardian, сейчас в ЕС перерабатывается около 5% от всех литий-ионных батарей. Компания Umicore, вложила 25 миллионов евро в промышленный завод в Антверпене, чтобы перерабатывать литий-ионные батареи, также она заключила сделки с Tesla и Toyota, чтобы использовать плавку для извлечения таких важных металлов, как кобальт и никель. Несмотря на то, что процессы плавки могут легко восстанавливать многие металлы, они не могут непосредственно восстановить жизненно важный литий, который смешан с побочным продуктом. Umicore информирует, что они могут вернуть литий из побочного продукта, но каждый дополнительный процесс увеличивает стоимость. Таким образом, хотя полная утилизация батареи в среднем оценивается всего в 1 евро, стоимость восстановленных материалов составляет лишь треть этой суммы.   Становится очевидным тот факт, что использование гибридных автомобилей всё ещё влечёт за собой большую опасность как для здоровья живого организма, так и для окружающей среды в целом. Сама идея замены стандартных двигателей внутреннего сгорания имеет огромный потенциал для будущего, но для его полного раскрытия необходимо введение общих стандартов на стадии производства, использования и утилизации литий-ионных батарей.

Обычный автомобиль имеет двигатель внутреннего сгорания больших размеров и многоступенчатую трансмиссию, позволяющую ему эффективнее передавать энергию на ведущую ось. Поскольку в электромоторе отсутствует сгорание, то он меньше нагревается при работе и, соответственно, меньше рассеивает энергию в окружающую среду. По причине отсутствия возвратно-поступательного движения деталей его можно раскручивать до значительно больших оборотов. Таким образом при равных с ДВС габаритах он будет в разы мощнее и экономичнее. Электрический мотор в сочетании микропроцесорными системами управления хорошо «тянет» во всем диапазоне оборотов, так что ему достаточно простой и компактной одноступенчатой трансмиссии.

Средние значения КПД электрической силовой установки составляет 88-95% в отличие от 22-42% у двигателей внутреннего сгорания. Соответственно электрические силовые установки однозначно более экономичнее установок работающих на бензине, дизеле или на газу. Да и динамика набора скорости у электрокара выше, чем у конкурентов. Это также обусловлено высоким КПД, отличной характеристикой электродвигателя и отсутствием коробки передач. Он с первой секунды применяет всю мощность, если это требуется.   Блок мотор-трансмиссия у электромобиля так мал, что его можно устанавливать непосредственно на ведущую ось. Ему не нужно выделять много места под капотом, отчего при той же общей длине машины электромобиль всегда будет выходить просторнее обычного. Да, аккумулятор электромобиля намного больше бензобака. Зато батарею можно сделать такой плоской, что она поместится в плоскость днища машины, практически не отбирая места у салона и понижая общий центр тяжести, сто немаловажно для повышения устойчивости.

Характеристики таких автомобилей постоянно улучшаются, а их цена постепенно снижается. Да и стоимость их заправки значительно ниже и не зависит от импортеров топлива. Законодательство большинства стран благосклонно относится к стремлению своих граждан владеть именно такими автомобилями. Такая политика обусловлена снижением вреда для экологии, понижения уровня фонового шума, уменьшения экономической зависимости от топлива, повышенный уровень безопасности. Модельный ряд электрокаров постоянно увеличивается.     Эффективнее расходует энергию: автомобиль с ДВС или электрический автомобиль?   Основной накал в спорах возникает, когда вспоминают, что электромобили, несмотря на «чистый выхлоп», заряжаются энергией, которую вырабатывают неэкологичные электростанции работающие на ископаемом топливе.   Хороший ответ на это утверждение в пользу электрокаров дает недавнее исследование ЕС. Оно показало, что электрический автомобиль, использующий энергию топливной электростанции расходует только две трети энергии бензинового автомобиля проезжающего такое же расстояние   В цифрах это выглядит следующим образом:   100 км на бензиновом авто 100 км на электрическом авто Требуют 26 Мдж, чтобы получить топливо из земли и доставить его к автомобилю. Сам топливный автомобиль использует 142 Мдж чтобы преодолеть указанное расстояние. Требуют 74 Мдж для выработки и транспортировки электричества к автомобилю. Сам электрокар требует только 38 Мдж для своего передвижения. В глобальном масштабе электрокары сжигают гораздо меньше ископаемого топлива хотя в целом и продолжают его потреблять.

Тут же снова можно сделать оговорку о том, что выброс парниковых газов остается, но с распространением электрокаров он снижается в местах их массового использования, оставляя «углеродный след» только в локациях добычи топлива и генерации энергии, то есть за пределами городов. Похвастаться тем же самым, автомобили с ДВС не могут, так как давно доказано, что в пределах городских агломераций именно они главные виновники загрязнений воздуха и формирования парникового эффекта.

P.S. (продолжение следует) вместо эпилога   В целом электрокары несколько отдаляют нас от глобального потепления и всемирного потопа, но технологии их производства все еще весьма далеки от совершенства. Остается надеяться, что к 2040 году, когда минимум 35% новых автомобилей смогут подключаться к розетке, внутри у них будут совсем другие средства сохранения энергии. Причем не только дешевые и эффективные, но и экологичные.
 

Автор: Макаренко Николай

Источник : 
naukatehnika.com