Насколько электромобили действительно загрязняют окружающую среду, даже без выхлопных труб?

Персональные автомобили дали сотням миллионов людей роскошь удобного и комфортного вида транспорта.

Но невозможно избежать того, что производство этих автомобилей, их эксплуатация в течение 10 лет и более, а затем утилизация приводят к загрязнению окружающей среды, которое имеет широкий спектр негативных последствий.

Поскольку сторонники и правительства некоторых стран настаивают на внедрении электромобилей с подключаемым двигателем, возникает резонный вопрос: каково общее воздействие выбросов при вождении автомобиля, который подключается к электросети для получения энергии?

За последние пять лет электромобили стали мишенью для тех, кто не уверен, что они приведут к меньшему загрязнению окружающей среды.

Необходимо учитывать два различных типа выбросов. Во-первых, это диоксид углерода (CO2), газ, влияющий на изменение климата.

Во-вторых, это то, что EPA называет критериальными загрязнителями: другие токсичные вещества, которые выходят из выхлопных труб автомобилей с двигателями внутреннего сгорания и из дымовых труб любой электростанции, сжигающей любое углеводородное топливо.

На вопрос о CO2 ответить проще. Исследования многочисленных групп показывают, что электромобили, заряжаемые от большинства североамериканских электросетей, как минимум, чище, чем почти любой бензиновый или дизельный автомобиль.

Союз обеспокоенных ученых составил красивую карту, на которой изображен полный углеродный след электромобилей, заряжающихся от скважин до колес, в различных региональных сетях Северной Америки.

На карте хорошо видно, что электромобили выбрасывают значительно меньше CO2, чем автомобили с бензиновым двигателем.

Исключением является случай, когда электромобиль заряжается от сети с большим содержанием угля – все более редкое обстоятельство, поскольку угольные электростанции выводятся из эксплуатации или переоборудуются под природный газ – и сравнивается с наиболее экономичными автомобилями, продаваемыми сегодня, такими как Toyota Prius с расходом топлива 52 миль в час.

. Другими словами, электромобиль Nissan Leaf, заряженный сегодня в Канзасе или Оклахоме, выбрасывает немного больше углерода, чем Prius на дорогах Канзас-Сити.

Однако в местах, где продается больше всего электромобилей, – в Калифорнии и на северо-востоке – это даже не близко.

Электромобиль выигрывает, с чем бы вы его ни сравнивали.

Другие исследования показывают другие цифры, но приходят примерно к такому же выводу.

Но выбросы CO2 – не единственный вид выбросов, о которых следует беспокоиться, поэтому мы вернемся к критериальным загрязнителям.

Оксиды азота (NOx), оксиды серы (SOx), угарный газ (CO), летучие органические компоненты (VOC) и твердые частицы (PM2.5) – все они представляют собой алфавитный суп из выбросов в атмосферу, которые вредят здоровью человека, наносят вред окружающей среде и повреждают имущество.

Так лучше или хуже электромобили по выбросам критериальных загрязнителей, чем традиционные бензиновые или дизельные автомобили?

Чтобы ответить на этот вопрос, мы использовали три основных инструмента и источника данных.

Данные Агентства энергетической информации (EIA) по региональным сетям

Аргоннская национальная лаборатория создала модель GREET, которая рассматривает выбросы в течение жизненного цикла автомобиля как от скважины до колес, так и от колыбели до могилы

Оценка EPA экологического ущерба от критериальных загрязнителей

Эти три части были объединены для анализа относительного экологического ущерба от подключаемых электромобилей, заряжающихся от сети, по сравнению с автомобилями, работающими на ископаемом топливе

.

Результаты показаны на рисунке выше.

Отметим, что все транспортные средства моделируются в GREET с топливным циклом, который включает в себя общее потребление ресурсов: (энергия в возобновляемой и невозобновляемой форме), нефть, уголь, природный газ и вода.

ПРИМЕЧАНИЕ РЕДАКТОРА: Чтобы прояснить детали модели после того, как несколько читателей задались вопросом, сравнивает ли она яблоки с яблоками, мы добавили следующее объяснение:

Модель включает выбросы парниковых газов, эквивалентных CO2, в основном углекислого газа (CO2), метана (CH4) и оксидов азота (NOx). Она также учитывает семь различных критериальных загрязнителей, связанных с топливным путем.

GREET моделирует 100 различных топливных путей, при которых топливо может быть преобразовано в энергию для питания автомобиля. Эти методы обеспечивают реальное сравнение автомобилей с двигателем внутреннего сгорания с электромобилями.

В частности, учитываются выбросы, связанные с добычей, переработкой и транспортировкой ископаемого топлива, а также потери в сети и эффективность зарядки аккумуляторов в случае электромобилей.

Наш анализ показывает, что зарядка электромобиля от электросети в среднем наносит ущерб окружающей среде в размере 2,6¢/миля.

Это немного больше, чем ущерб, наносимый дизельными, бензиновыми или гибридными автомобилями.

Но детали указывают на более интересный результат, чем этот единственный, общий, общенациональный вывод.

По прогнозам, в регионах с очень чистой сетью и большим количеством электромобилей, как в Калифорнии, ущерб окружающей среде будет меньше, чем от автомобилей, работающих на ископаемом бензине или дизельном топливе.

Это в основном результат того, что в Калифорнии в структуре генерации менее 1% угля. Более чистые электросети в таких регионах, как Новая Англия, Нью-Йорк и Восточно-Южно-Центральный регион, также делают подключаемые автомобили достаточно чистыми.

Обратная сторона заключается в том, что электросети на Среднем Западе с их высокой долей угля сегодня могут означать большее загрязнение, если большое количество людей в этом регионе быстро перейдут на электромобили.

Таким образом, даже если они равны или лучше по выбросам CO2, что решает проблему изменения климата, они могут быть немного хуже по другим выбросам, которые влияют на здоровье населения.

По мере того, как электросеть становится чище – а именно это она и делает, благодаря переходу от угля к природному газу и возобновляемым источникам – электромобили становятся чище.

Выбросы критериев из выхлопных труб автомобилей, работающих на ископаемом топливе, радикально сократились с 1970-х годов, в 100 и более раз. Однако возможности для дальнейшего совершенствования в этом направлении ограничены и, вероятно, будут очень дорогими.

Как ясно из анализа, электромобили представляют собой огромную возможность для более чистого транспорта.

Дальнейшее изучение данных показывает, что выбросы SOx при производстве электроэнергии, предположительно на угольных электростанциях, являются самым большим фактором в цифрах экологического ущерба. 

В западно-северо-центральном регионе выбросы SOx составляют 60 процентов от всего расчетного ущерба.

Еще один интригующий результат анализа: из примерно 1,8 цента на милю экологического ущерба, нанесенного электромобилем в таких штатах с более чистыми сетями, как Калифорния, более половины – 1,1 цента на милю – приходится на производство самого автомобиля.

Питание заводов по производству деталей и сборке на возобновляемых источниках энергии, как заявляет производитель электромобилей Tesla Motors, который планирует сделать для своего гигафабрики по производству батарей, позволяет потенциально значительно снизить общий экологический ущерб от производства, вождения и утилизации автомобиля.

Хотя тот же общий принцип применим как к выбросам CO2, так и к критериальным загрязнителям – по мере того, как сеть становится чище, выбросы снижаются – наш анализ показывает одно большое различие между этими двумя показателями.

Электромобили уже имеют более низкий углеродный след от скважины до колес, чем дизельные, бензиновые или гибридные автомобили сегодня, за некоторыми исключениями.

И домовладельцы могут снизить этот след значительно больше, установив фотоэлектрические солнечные панели для зарядки своих автомобилей.

Такого эквивалента для автомобилей, работающих на ископаемом топливе, просто нет. У вас нет возможности вырабатывать бензин или дизельное топливо в домашних условиях.

Так на чем же должен ездить экологически чистый автомобилист, озабоченный общим уровнем выбросов.

С точки зрения выбросов CO2, электромобили уже значительно лучше – за некоторыми исключениями, как тот Prius в Канзас-Сити, которые могут испариться по мере того, как все сети станут чище. 

Что касается критериальных загрязнителей, автомобили, подключаемые к электросети, уже меньше загрязняют окружающую среду во многих местах. Если вы живете в одном из таких районов, электромобили и там выигрывают.

Но если вы живете в районе, где электромобили выбрасывают больше критериальных загрязнителей из-за состава топлива в вашей электросети, решение о том, на чем ездить, может оказаться более сложным.

Даже если у вас хорошие показатели по CO2, критериальные загрязнители, особенно SOx, скорее всего, будут выше.

. Но перемены нужно с чего-то начинать, поэтому, возможно, покупка электромобиля и установка солнечных батарей или сотрудничество с группами защитников и правительственными агентствами для очистки сети – это лучший выбор.

Не случайно, что сеть чище в Калифорнии, где в июне было продано больше электромобилей, чем во всей стране вместе взятой.

В течение более 50 лет штат работал над снижением критериальных загрязняющих веществ как от автомобилей, так и от электростанций. Эти усилия сейчас приносят дополнительные дивиденды, поскольку жители штата начинают переходить на электромобили.

Калифорния может стать моделью для оказания давления на штаты с грязными сетями, чтобы они приложили такие же усилия, вместо того, чтобы считать, что сеть должна навсегда остаться такой же грязной, как сегодня. Прогресс приходит только постепенно и при постоянных усилиях.

Ниже приведены детали нашего исследования, которые мы сгруппировали здесь для тех, кто заинтересован в более глубоком изучении нашей методологии.

Представленный здесь анализ жизненного цикла обязательно включает в себя множество предположений, которые оставляют его открытым для обсуждения, что совершенно справедливо.

В данном конкретном анализе была предпринята попытка использовать опыт трех различных организаций и их ученых и аналитиков.

Это Аргоннская национальная лаборатория, которая создала модель GREET, а также специалисты Агентства энергетической информации США, которые предоставляют информацию о сетевом комплексе, и специалисты Агентства по охране окружающей среды США. Это Аргоннская национальная лаборатория, которая создала модель GREET, а также сотрудники Агентства энергетической информации США, которые предоставляют информацию о структуре энергосистемы, и специалисты Агентства по охране окружающей среды США, которые оценили ущерб, нанесенный окружающей среде различными критериями загрязнения.

Не было предпринято никаких попыток исказить результаты в определенную сторону; это была честная попытка получить хорошие ответы на важные вопросы. Мы признаем, однако, что трудно исключить неверные допущения как в анализе, так и в данных, использованных в нем.

Получение ответов требует понимания не только загрязняющих веществ, выбрасываемых автомобилем, но и предшествующих загрязняющих веществ, связанных с производством и переработкой автомобильного топлива или электроэнергии для зарядки автомобиля, а также загрязняющих веществ, связанных с производством автомобиля. 

Получение такого понимания – сложный процесс.

В анализе было сделано одно существенное отклонение от стандартной модели GREET: в нем используются данные из состава энергосистемы за декабрь 2015 года, которые значительно чище, чем более старые данные, используемые в других анализах. Это было признано необходимым в связи с быстрым переходом в структуре энергосистемы США от угля к природному газу.

Второе отклонение заключалось в изменении предположения GREET о том, что вес электромобиля составляет 4270 фунтов. Это предположение было изменено на 3256 фунтов веса Nissan Leaf, самого продаваемого электромобиля в мире, что уменьшает количество загрязняющих веществ, связанных с его производством.

Предположения GREET по умолчанию для дизельных, бензиновых и гибридных автомобилей были сохранены, что привело к средним показателям пробега на галлон 35,9, 25,6 и 36,1 соответственно. 

Было соблазнительно увеличить эти цифры, основываясь на результатах реальной экономии топлива, полученных с помощью толпы, где дизельные автомобили находятся на уровне 40 с небольшим, а гибриды Prius – на уровне 40 с большим, но они остались нетронутыми. Эффективность электромобилей также была немного занижена – 95,8 MPGe, но это было принято как разумное приближение.

Самыми сложными для оценки предположениями были данные EPA об экологическом ущербе от различных критериальных загрязнителей.  Согласно анализу агентства, летучие органические соединения наносят ущерб всего в 1300 долларов на тонну, а твердые частицы PM2.5 наносят колоссальный ущерб в 300 000 долларов на тонну – более чем в 230 раз больше.

Эти численные оценки значительно отличаются в разных источниках, поэтому было принято решение использовать значения EPA.  Однако очевидно, что цена выбросов SOx, составляющая $32 000 за тонну, является критическим фактором в расчетах экологического ущерба для электромобилей, поэтому если эта величина изменится, то и анализ изменится соответствующим образом.

Хотя детали могут и должны обсуждаться, мы пришли к выводу, что общие тенденции, изложенные в статье, соответствуют действительности.

Эта статья была написана по мотивам сообщения Лорена Марса, сертифицированного консультирующего метеоролога, который любезно объяснил свою методологию по электронной почте.

Данные по составу генерации за декабрь 2015 года были взяты из Агентства энергетической информации (EIA) для девяти различных регионов США, хотя данные по штатам также доступны..

Использовалась модель GREET (GREET1_2015.xlsm) Национальной лаборатории Аргонна.

Состав электроэнергии был установлен на User Defined Mix (раздел 10.2 вкладки Inputs). Данные для смеси были введены на вкладке Fuel_Prod_TS в разделах Electricity Generation Mixes и Share of Technologies for Other Power Plants.

Загрязняющие вещества (CO, CO2, NOX и т.д.), образующиеся в результате эксплуатации электромобиля на данном энергобалансе, показаны на вкладке Результаты GREET в разделе Электромобиль (ячейка 1993).

Модель GREET оценивает выбросы загрязняющих веществ, связанные с эксплуатацией электромобиля, в граммах/милю в течение ожидаемого срока службы автомобиля в 160 000 миль.

Стандартный вес 4270 фунтов GREET для EV был уменьшен до веса 3256 фунтов Nissan LEA (самый популярный EV, продаваемый в США) для целей расчета выбросов от производства EV.

. В GREET были использованы значения по умолчанию, за исключением опции 2016 в выпадающем меню раздела 1.1, а также инфраструктура скважин в разделах 3.7 и 4.6, и выбрано да для разделов 8.6 и 10.6, чтобы включить все сопутствующие выбросы при строительстве соответствующего оборудования.

Эталонные дизельные, бензиновые и гибридные автомобили были выбраны из ранее существовавших моделей GREET под названием  Автомобиль CIDI: Обычный дизель и дизель LS  Автомобиль SIDI: Низкоуровневая смесь EtOH с бензином (E10, кукуруза)  Независимый от сети SI HEV: низкоуровневая смесь EtOH с бензином (E10, кукуруза)Соответственно.

Дизельные, бензиновые и гибридные автомобили имели значения mpg 35,9, 25,6 и 36,1, что соответствует стандартным значениям GREET. Электромобиль имел КПД 95,8 mpge, что также соответствует стандарту GREET.

Масса дизельного и бензинового автомобилей составляла 2980 фунтов, а гибрида – 3220 фунтов, все значения по умолчанию GREET

Критериальные загрязняющие вещества были рассчитаны по данным EPA Draft Regulatory Impact Analysis Table 7.1.

_______________________________________

Оставьте комментарий