Dokle je automobil stigao sa elektrifikacijom?

Da li je auto industrija spremna za 2030. godinu kada će početi zabrane prodaje vozila sa SUS motorima

Odbrojavanje je počelo do 2030. godine kada mnoge evropske zemlje najavljuju zabranu prodaje novih vozila sa SUS motorima. Na samo devet godina od danas, iz salona neće moći više da se izveze automobil ili dostavno vozilo sa dizelom ili benzincem. Tako su odlučili političari, ne pitajući previše inženjere da li je auto industrija stvarno spremna za drastičnu promenu više od 100 godina starog načina transporta. Sasvim logično pitanje je: dokle je današnja tehnologija elektro pogona vozila stigla i da li će biti spremna za 2030.?

Iz perspektive samog vozila, najveća glavobolja je još uvek baterija, skupa, teška, prljava i nedovoljno efikasna. Da li u narednih devet godina može da doraste zadatku? Činjenica je da se baterije unapređuju, i što više novca i znanja bude uloženo u „rezervoar“ struje, brže će napredovati. Međutim, po osnovnoj karakteristici, gustini snage, napredak je zapravo mali. Povećavanje autonomije vozila postiže se zapravo unapređivanjem pakovanjem samih ćelija, hlađenjem sistema, i softverima koji upravljaju pražnjenjem, punjenjem i rekuperacijom energije pri kočenju. Činjenica je da litijum jonska, danas jedina, tehnologija baterija ima svoje mane koje će teško biti prevaziđene, a to su dimenzije, masa i cena. Ništa menju problem je vreme potrebno za punjenje koje se, doduše, skraćuje ultra brzim punjačima sa visokim naponom od 800V, ali je to proces koji sa druge strane izaziva probleme elektrodistribuciji. Jedino rešenje koje se vidi na horizontu elektrifikacije su čvrste baterije, kod kojih elektrolit nije u tečnom stanju kao litijum-jonskih. Beneficija je dvostruko veći kapacitet u odnosu na masu i dimenzije i mnogo brže punjenje. Samo, čvrste baterije su daleko od primenjivosti u komercijalnoj upotrebi, a ima onih koji čvrstu bateriju nazivaju svetim gralom elektro mobilnosti, ironično ukazujući da će put do baterije koja će stvarno promeniti stvari dug, težak i neizvestan.

Smatra se da je Toyota najdalje stigla u razvoju čvrste baterije, obzirom da već skoro 10 godina radi na ovoj tehnologiji. Prema onome što navodi Nikkei Asia, Toyotina baterija udvostručiti autonomiju, a vreme punjenja skratiti na 10 minuta. Šta više, Toyota je za ovu godinu najavila premijeru svog vozila sa čvrstom baterijom. Toyota nije usamljena. Svio ostali proizvođači rade u sličnom pravcu, i u narednih pet, mada neki kažu i 10 godina, pojaviće se baterija koja će litijum-jonsku poslati u penziju, i promeniti elektro automobil iz osnove.
Kao alternativa baterijama pominje se tehnologija ultrakondenzatora. Dobre strane ove tehnologije su da u sebe brzo prima energiju i isto tako brzo može da je isporuči potrošaču, što znači da je odlična za trenutno povećanje snage. Sa druge strane, velika mana je mali kapacitet za pohranjivanje električne energije, koji nije ni blizu aktuelnim litijum jonskim baterijama.
Drugim rečima, narednih barem pet, a možda i više godina, litijum jonska tehnologija baterija biće „rezervoar“ struje za vozila, i svakako ima prostora za napredak. Iako će sama gustina snage (odnos mase i kapaciteta) teško značajno napredovati, brzina punjenja sigurno hoće. Takođe, veća autonomija vožnje tražiće se u manjoj masi celog vozila, ali i iskorišćenju toplote koja se oslobađa u motorima, baterijama, inverterima, provodnicima i kontrolnim jedinicama, čije pretvaranje u električnu energiju umesto bacanja u atmosferu, može pripomoć manjkavostima same baterije.
Koliko su efikasni današnji elektromotori i kontrolna elektronika?

Za sve one kojima se elektro mobilnost ne dopada, treba glasno reći da je elektromotor neuporedivo efikasniji od SUS motora. Današnja generacija elektromotora bez četkica, koji rade na naizmeničnu struju ima efikasnost od čak 95%. Čak 95% energije koja se dopremi u elektromotor pretvara se u obrtni moment, a samo 5% gubi na toploti. Energetski rastrošni SUS motori jedva su dohvatili u idealnom slučaju 30%, a Mercedes se na sav glas hvalio da je u bolidu Formule 1 postigao efikasnost od 51%. Pored samih elektromotora, i inverteri koji istosmernu struju pretvaraju u naizmeničnu su vrlo efikasni. Samo 5% energije pretvara se u toplotu, a preostalih 95% energije ostaje upotrebljivo za pogon, i to u najgorem slučaju. To znači da pogonski i sistem neophodne konverzije struje teško mogu biti efikasniji, mada se uveliko radi na unapređenjima u smanjivanju mase i još manjim toplotnim gubicima.
Jedna od ozbiljnih barijera pred električnim automobilima je autonomija, i strah od ostanka na putu prazne baterije. Iako na papiru električna vozila autonomijom polako sustižu svoje pandane koji u rezervoarima imaju tečno gorivo, činjenica je da u vožnji autoputem, kada nema rekuperacije, EV gubi bitku, iako u gradskoj vožnji trenutne autonomije od 350 do 500 kilometara zadovoljavaju. Sa druge strane, svako povećanje autonomije kroz bateriju većeg kapaciteta podrazumeva i značajno povećanje cene vozila. Dobra vest je da cena baterija drastično pada. Od 2010. prosečna cena baterija pala je za čitavih 89%, a predviđa se i nastavak trenda pada cene najskupljeg dela električnog vozila. Procene kažu da bi već 2023. cena baterije trebala pasti na 84 evra po kilovatu, a koja se smatra za granicu nakon koje će se električna vozila cenom izjednačiti sa svojim SUS pandanima. Sa druge strane, broj stanica za punjenje eksponencijalno raste, pa će i će i problem dopunjavanja vremenom smanjivati, mada ne i nestati. Alternativa će narednih dosta godina biti samopuneći hibridi, odnosno pogon kakav danas nude hibridna vozila, koja sama sebi proizvode struju, uz pomoć SUS motora.

EV tehnologija ima još loših vesti
Iako se nakon isteka eksploatacionog veka u vozilu velike i teške litijum jonske baterije mogu u drugom životu koristiti za statično skladištenje energije, hemijski i mineralni materijali kao što su litijum, mangan, nikl i kobalt nisu ni jednostavni ni jeftini za reciklažu. Trenutne zakonske regulative EU traže reciklažu do 50% mase baterije, što zapravo pokriva samo oplate, provodnike, plastiku i bakar, ali ne i pomenute elemente, za čiju reciklažu ili odlaganje tek treba naći održivo rešenje. Pri tom, sa fosilnih goriva koja se crpe iz planete zemlje, prelazi se na tehnologiju koja takođe nije održiva i obnovljiva, nego se rude vade iz zemlje. Tehnologija električnih vozila koristi čak 17 manje ili više retkih elemenata čije rezerve na našoj planeti se procenjuju na 120 miliona tona, a čije izvlačenje u rudnicima i prerada podrazumeva toksične procese. Postavlja se i pitanje dostupnosti. Kina ima najveće rezerve potrebnih ruda, ali je 2010. mudro stopirala izvoz, a cene iz ostalih izvora odletele su u nebo. Neodijum je ključni redak elemenat, koji se koristi za proizvodnju permanentnih magneta za elektromotore sa permanentnim magnetom koji su se pokazali kao najoptimalniji velikom snagom i efikasnošću, ali i lakim kontrolisanjem rada.

Iako električni auto sport nema preteran broj pristalica, ispostavlja se da je odlična laboratorija za elektro pogon. Formula E koristi praktično iste baterije, invertere, motore i prenos kao i putnička vozila, samo pomera granice i od svake komponente izvlači ponajbolje. U ovo takmičenje uključeni su najveći u industriji koji unapređuju poluprovodnike, kompjuterske programe kontrolnih jedinica i punjače, a treća generacija bolida Formule E za sezonu 2022/23 biće spektakularno napredna. Po pravilima, koristiće 600 kW brze punjače u pit stopovima, a u modu za napad motori će dogurati do 480KS, a nivo rekuperacije pri kočenju na obe osovine dostići će čak 600 kW. Sve što bude razvijeno za Formulu E biće lako primenjivo u na komercijalna vozila, za razliku od Formule 1 iz koje je direktan transfer tehnologije praktično nemoguć.
Da li postoji alternativa koja bi dovela do nulte emisije?
Planetom zemljom kotrlja se oko 1.4 milijarde vozila. Jedni nači da prestanu da ispuštaju otrove iz svojih izduvnih sistema bio bi da pređu na drugačije gorivo od benzina i dizela. Uz najavljene zabrane prodaje novih vozila sa SUS pogonom, i dalje će još dugi niz godina krstariti drumovima planete, a stvarnih alternativa je malo. Bio goriva i sintetička goriva mogla bi smanjiti emisiju CO2 svako na svoj način. Etanol se koristi decenijama, ali tamo gde ima dovoljno žitarica čijom fermentacijom se dobija alkohol koji se meša sa benzinom. Biodizel nastaje preradom prirodnih ulja i masnoća i takođe se meša sa tradicionalnim dizelom nastalim iz nafte, ali sagorevanjem emituje manje otrova. Iako oba ova goriva smanjuju emisiju, zavisna su od proizvodnje i distribucije, koja bi morala biti na istom nivou emisije, što je teško izvodivo.
Sintetička goriva jesu alternativa. Nastaju kombinovanjem vodonika i ugljenika iz atmosfere ili proizvodnih procesa, čime nastaju sintetičke verzije benzina, dizela i gasa. Međutim, ogromna količina energije koja se mora uložiti u njihovu proizvodnju trenutno ih čini skoro 10 puta skupljim od aktuelnih fosilnih goriva, pa je masovna proizvodnja sintetičkih goriva daleko od stvarnosti.
Da li će hidrogen biti spreman za 2030.?
Toyota, Hyundai i Honda ponajviše, a ostali u tišini alternativu električnim i vozilima sa SUS motorima vide i traže u gorivnim ćelijama i vodoniku kao zameni za fosilna goriva. Da li će serijska vozila sa gorivim ćelijama biti spremna za 2030.? Hoće, ali ne i infrastruktura punionica bez kojih bliske budućnosti hidrogena kao goriva nema.