Elektromos a jövő? XIV. rész: Környezetvédelmi szempontok és „nullemisszió”

A cikksorozat előző részeiben ismertettem a különféle alternatív hajtások előnyeit, hátrányait, felépítését, működését, most az utolsó részben pedig ideje ezeket összehasonlítani bizonyos környezetvédelmi szempontok szerint, avagy: tényleg nullemissziós az elektromos jármű?

Az alábbiakban négy hajtásláncot hasonlítok össze, ehhez pedig a Volkswagen Golf modelljeit veszem alapul, mivel ez az egyetlen, hazánkban is elérhető (sőt, meglehetősen népszerű) modell, mely elérhető tisztán elektromos (e-Golf), fullhibrid (Golf GTE), CNG-s (Golf TGI), illetve természetesen benzines és dízel változatban. Az LPG-t nem veszem számításba, mivel az működésében nagyon hasonlít a CNG-re, illetve LPG rendszerrel gyárilag nem szerelték a Golfot.

Ahol fogyasztási adatokra van szükség, ott a Spritmonitor.de adatait használom, mivel azok reálisabb képet mutatnak, mint gyári fogyasztási adatok. A Spritmonitor esetében ügyeltem arra, hogy a reprezentatív mintavétel érdekében csak azokat az adatokat emeljem be, amelyek legalább 50 darab, eddig több mint 1500 km-t autózó felhasználó átlaga alapján készültek.

A minél teljesebb kép elérése érdekében ezt követően két másik elektromos autó adatait is megvizsgálom, de ezúttal az Német Autóklub, az ADAC Ecotest adatai alapján, amelyek azért lehetnek relevánsak, mert a fogyasztási adatok mérésénél figyelembe veszik a töltési veszteségeket is.

A CO₂-kibocsátás

A környezetszennyezés legfontosabb mérőszáma napjainkban a szén-dioxid kibocsátás. Természetesen a közlekedés nagyon sokféle emisszióval jár, így például egy lovasszekérnek is van zajkibocsátása, egy nullemissziósnak nevezett elektromos autó is szennyezi még a közvetlen környezetét is zajjal, fénnyel, fék- és gumiporral, és még sorolhatnám. Ha pedig a légszennyezést emelem ki, akkor az ember azóta bocsát ki a puszta létezéséhez szükségesnél (kilégzés CO₂ tartalma) nagyobb mértékben légszennyező anyagokat, amióta az ősember felfedezte a tüzet.

Lokális CO₂ kibocsátás

A következőkben elsőként bemutatom a bevezetőben már említett VW Golf modellek egyes műszaki adatait, melyből a számított CO₂ kibocsátást kell figyelni, a továbbiakban ez lesz a leglényegesebb. Fontos megjegyezni, hogy ez az autó által lokálisan kibocsátott szén-dioxidra vonatkozik, így ez az elektromos verziónál természetesen nulla.

A GTE esetében további számításokra van szükség, ugyanis sem a gyár által megadott, sem pedig a Spritmonitoron olvasható adatok nem adják meg, hogy az autó a mért 100 km-es távból mennyit haladt elektromos hajtással, mivel a GTE plug-in hibrid.

• * Az összehasonlíthatóság megkönnyítése érdekében az általános megadott gramm / kilométeres értéket g / 100 km-re számítottam át
• **A gyári CO₂ kibocsátási és fogyasztási adat arányosítása a Spritmonitor.de fogyasztási adataival
• ***CNG esetében kg / 100 km; elektromos esetében kWh/100 km
• ****Csak 46 felhasználó adata alapján
• *****A gyár által megadott elektromos fogyasztás: 11,4-12 kWh/100km

Lássuk elsőként a Golf GTE problémáját: Az autó elektromos hatótávja a NEDC szabvány szerint mérve 50 km, azaz a 100 km-ből 50-et kell megtennie benzinnel. A gyári adat 1,6 liter ad meg erre az 50 km-re, ami azt jelenti, hogy ha tisztán benzinnel üzemel, hibridüzemmódban, akkor a fogyasztása: 1,6 liter / 50 km, azaz 3,2 liter / 100 km Ez még mindig nagyon kevés, de azt is tudnunk kell, hogy a gyár csak az NEDC ciklus szerinti adatot adja meg, a WLTP-t nem, mivel ezt a modellt újonnan már nem forgalmazzák. Ha beleszámoljuk az NEDC és a WLTP szerinti ciklusok különbségét is, akkor reális lehet a Spritmonitor 3,68 l / 100 km-es adata.

Ennél érdekesebb, hogy erre az 50 km-re a gyár 11,7 kWh-s fogyasztási adatot ad, ami 100 km-re vetítve 23,4 kWh lenne, ami meglehetősen magas. Fontos, hogy az elektromos hatótávolságot a fogyasztással ellentétben utólag vizsgálták WLTP szerint is, és ez 50 helyett csak 37 km lett.

Szumma CO₂ kibocsátás

Ugyancsak lényeges, hogy amint már korábban kifejtettem, az elektromos autók kibocsátása sem nulla, hiszen az elektromos áramot is elő kell állítani. Itt most a szállítási és töltési veszteségekkel nem számolok, hiszen, ha ezt tenném, akkor a fosszilis tüzelőanyagoknál is indokolt lenne a kőolajkutak, a tartályhajók, finomítók, a szállító tartálykocsik, a benzinkutak, sőt, a munkába járó benzinkutas saját autójának, és még sok egyéb tényezőnek a szén-dioxid kibocsátását is tekintetbe venni.

Hazánk energiamixéből adódóan 1 kWh elektromos áram előállítása 317,0834 gramm szén-dioxid kibocsátással jár (forrás: Electricity Information 201. és World Energy Statistics 2019 – International Energy Agency). Ez egyébként egy jó közepes érték, Norvégiában ez mindössze 16,6943 g, míg Németországban 460,8882, Hollandiában 414,8527, Görögországban 718,2638, Észtországban pedig 1014,1421 gramm.

Tehát az elektromos fogyasztás CO₂ kibocsátását is ily módon beleszámolva a Golf GTE kibocsátása 100 km-en hazánkban valójában

11,7 kWh * 317,0834 g + 8740 = 3709,88 g + 8740 g = 12 449,88 gramm,

ami több, mint a CNG-s változat 11 036 grammos értéke.

Ezek után adódik a lehetőség, hogy kikalkuláljuk a tisztán elektromos változat kibocsátását is: a fogyasztása a Spritmonitoros adatok alapján 14,14 kWh / 100 km, így

14,14 kWh * 317,0834 g = 4483,56 gramm.

Ez még mindig jóval alacsonyabb, mint bármelyik másik modellváltozaté, de semmiképpen sem nulla.

Az előző ábra kiegészítve a fenti adatokkal tehát így fest:

Érdekességképpen vizsgáljuk meg, hogy néhány európai országban hogyan alakulna az e-Golf CO₂ kibocsátása, az ottani energiamix adatait figyelembe véve. Viszonyítási alapként a CNG-s Golf TGI adatát benne hagyom a diagramban.

Természetesen azt azért érdemes megjegyezni, hogy a fenti listában nem azért szerepelnek alacsony értékkel bizonyos országok, mert energiatermelésük oly nagy mértékben hasznosítaná a megújuló forrásokat, hanem azért, mert az energiaigény nagy részét atomerőművekkel fedezik, amelyek CO₂-t ugyan nem, de atomhulladékot nagyon is termelnek.

A másik módszer

Vizsgáljuk meg most két másik elektromos autó fogyasztási adatait, amelyeket ezúttal az ADAC Ecotest adatai alapján adunk meg. Az ADAC Ecotest során az elektromos járművek fogyasztását a töltési veszteséggel együtt adják meg, így a kapott adatok a gyártó által közölteknél reálisabbak:

• Hyundai IONIQ Electro Style: 14,7 kWh / 100 km
• Audi e-tron 55 Quattro: 25,8 kWh / 100 km

A Hyundai hazánkban így 100 km-en 4661 gramm, míg az Audi 8181 gramm szén-dioxid kibocsátásáért felelős.

Összehasonlításként a belsőégésű motorral szerelt Audi Q5 45 TFSI Quattro S tronic 172-162 g CO₂-t (azaz átlagban 167 g-ot) bocsát ki kilométerenként, ami 100 km-en 16 700 grammot jelent.

A Hyundai esetében az összehasonlítás még érdekesebb, hiszen az IONIQ modellből az tisztán elektromos mellett létezik hibrid, és plug-in hibrid változat is. A hibrid CO₂ kibocsátása 100 g / km, azaz 10 000 g / 100 km.

A plug-in hibrid kibocsátásához ismernünk kell az IONIQ elektromos fogyasztását is, mivel a gyártó csak a benzinmotor CO₂ kibocsátását adja meg, az elektromos üzemmódét nem, sőt az elektromos üzemmódra vonatkozóan még fogyasztási adat sem áll rendelkezésre. Tisztán benzines üzemben az autó 4,8 litert fogyaszt a kombinált mérés szerint 100 km-en, míg ha az elektromos hatótávolságot is igénybe vesszük, akkor ez az adat 1,14 liter / 100 km.

A benzines üzemmódból visszaszámítható, hogy 1 liter benzin felhasználásával 20,83 km-t megy el az autó, így 1,14 literrel ez a távolság 23,75 km. Ha 100 km-ból levonjuk a 23,75-öt, akkor 76,25-öt kapunk, ez az a távolság, amit tisztán elektromosan képes megtenni az IONIQ PHEV. Az autóba a gyártó 8,9 kWh-s akkumulátort szerel, így ebből kiszámítható, hogy az elektromos fogyasztás 11,67 kWh / 100 km. Ha 10 %-os töltési veszteséget is hozzáadunk ehhez az értékhez, akkor 12,84 kWh / 100 km-es fogyasztási értéket kapunk. Ez 4071,35 g szén-dioxidot jelent, melyhez, ha hozzáadjuk a benzines üzemhez tartozó 2630 g-ot, akkor végeredményként megkapjuk, hogy a plug-in hibrid verzió 6701,35 g CO₂-t bocsát ki 100 km-en. Ez lényegesen jobb érték, mint a Golf GTE-jé.

A jelen pontban ismertetett állítások alapján tehát kijelenthető, hogy az elektromos autók szén-dioxid kibocsátása közel sem nulla, sőt – bár alacsonyabb, de – összemérhető a belső égésű motorral (is) szerelt járművekkel.

Azt is érdemes lehet megvizsgálni, hogy a hazánkban legelterjedtebb elektromos típusok mekkora CO₂ kibocsátással rendelkeznek. A fogyasztási adatok a Spritmontor alapján, kWh/100km-ben vannak megadva:

• Nissan Leaf: 15,42
• BMW i3: 14,93
• Volkswagen e-Up!: 13,91
• Volkswagen e-Golf: 14,14
• Nissan e-NV200: 22,19
• Fiat 500e: 13,96
• Renault Zoe: 15,95
• Tesla Model S: 20,36
• Citroen C-Zero: 14,92
• Peugeot iOn: 13,9

A gyártás CO₂ kibocsátása

A Li-ion akkumulátorok gyártása rendkívül energiaigényes feladat, már maga a lítium és az ötvözőanyag kobalt bányászata is jelentős mennyiségű szén-dioxid kibocsátással jár. Az elektromos autógyártás, és az akkumulátorgyártás ún. szürke energiaigényű folyamat. A szürke energia az az energiabefektetés, amely nem az üzemeltetéskor, hanem a gyártáskor merül fel, és az emiatt (illetve a gyártási folyamatokban keletkező) szén-dioxid kibocsátás az ún. indirekt kibocsátás. Az, hogy ez az indirekt kibocsátás megtérül-e, attól függ, hogy mekkora maga az indirekt kibocsátás, illetve az előállított termék teljes életciklusa során mennyi szén-dioxidot „spórol meg”, az életciklus végén pedig az újrahasznosításnak mekkora az energiaigénye és a kibocsátása.

Sajnos jelenleg nem áll rendelkezésre olyan tanulmány, amely megbízható módon tudná megmutatni, hogy egy elektromos autó gyártásának (beleértve az akkut is) mekkora a CO₂ kibocsátása, mivel ahány kutatócsoport foglalkozott ezzel a kérdéssel, annyiféle választ adtak, és az egyes számok között esetenként nagyságrendi különbségek is vannak. Ha csak az akkumulátor gyártását vizsgáljuk, akkor az valahol 53 és 200 kg / kWh között lehet reális.

A továbbiakban a két szám átlagával, azaz 126,5 kg/kWh-val, és a korábbi fejezetekben már felhasznált Volkswagen e-Golffal, valamint a hazai energiatermelés 317,0834 g / kWh értékével számolok.

Az e-Golf akkumulátorának nagysága 35,8 kWh, ennek előállításához tehát

35,8 kWh * 126 500 g / kWh = 4 528 700 g, azaz 4528,7 kg

CO₂ kibocsátás tartozik.

A következő táblázatban összefoglalom, hogy az egyes modellekhez képest hány kilométer alatt „dolgozza le” az akkugyártás miatti hátrányát az e-Golf.

A fenti kalkulációval azonban van egy hatalmas probléma: abból indul ki, hogy az e-Golf ugyanazokból az alkatrészekből épül fel, mint a többi változat, csak van mellette egy akkumulátora is. Ez azonban egyáltalán nem igaz, hiszen sem belsőégésű motorja, sem tüzelőanyagellátó rendszere nincs, márpedig a kalkuláció akkor lenne helytálló, ha ezen alkatrészek indirekt kibocsátását levonnánk. Az azonban, hogy ez mekkora mennyiségű CO₂-t jelent nem tudható.

Ha teljesen pontosak akarnánk lenni, akkor a számításba bele kellene kalkulálni az elektromos oldalon a korábban már említett szállítási és töltési veszteséget, a kevésbé elhasználódó fékeket, és az elektromos plusz alkatrészek (motorok, inverter, az elektromos klímakompresszor, az elektromos klímakompresszor által megkövetelt speciális kompresszorolaj, stb.) indirekt kibocsátását és még sok minden mást; a belsőégésű oldalon pedig a tüzelőanyag előállításának és szállításának indirekt kibocsátását, az idővel elhasználódó motor, a motorolaj és egyéb üzemanyagok cseréjének fokozott kibocsátását és még sok minden mást. Azaz a helyzet annyira bonyolult, hogy hiteles számítást elvégezni szinte lehetetlen.

Az akkumulátorok újrafeldolgozhatósága

A Li-ion akkumulátorok elterjedéséhez az autóipar jelentősen hozzájárul, és így természetesen a hulladékká váló akkuk nagy része is hamarosan a járművekből kerül majd ki.

Az újrafeldolgozás előtt azonban még van egy lépcső, ez pedig az újrahasznosítás. A járművek hajtására már nem használható, 70 % alatti kapacitású akkukat otthoni energiatárolásra lehet használni, ez többek között a már kereskedelmi forgalomban is kapható Tesla Powerwallnak is az alapja, mely nappal a napelemek által megtermelt energiával feltöltődik, majd azt éjjel leadja.

Amennyiben már erre sem alkalmas az akku, akkor viszont nem marad más út, mint a tényleges újrafeldolgozás, amely napjainkban sajnos még gyerekcipőben jár. A használt akkumulátorokból lehetséges újra lítium-szulfátot előállítani, mely új akkukhoz felhasználható, ám ez egy meglehetősen költséges és nagyon energiaigényes folyamat. Ennél egyszerűbb a többi fémet, elsősorban a kobaltot és a nikkelt kinyerni, ezek ugyanis egyszerű olvasztással visszanyerhetők. Mindazonáltal az összes visszanyert anyag ára alig haladja meg az újrafeldolgozás költségeinek harmadát, így a folyamat kormányzati, vagy autógyártói oldalról jövő támogatások nélkül jelenleg életképtelen.

Az újrafeldolgozás logikus akadálya ugyanakkor az is, hogy egy-egy folyamatot kidolgozni, majd az ezt megvalósító üzemet megépíteni évtizedes munka, míg az akkumulátortechnológia évről-évre újabb és újabb megoldásokkal áll elő, így lehet, hogy az újrafeldolgozó üzem, mikorra el tudna kezdeni működni, már idejétmúlttá válik.

Összefoglalás

Jelen cikksorozat alapvető célja az volt, hogy összefoglaló képet nyújtson a napjainkban használatos alternatív hajtásmódokról, azzal a nem titkolt céllal, hogy rávilágítson: nem kizárólag az elektromos autózás lehet a jövő útja, vannak más megoldások is, melyek életképesek lehetnek.

A földgáz alapú közlekedés (CNG, LNG) elterjesztése az utóbbi években háttérbe szorult, csak azért, mert a földgáz fosszilis energiahordozó. Azt azonban hajlamosak vagyunk elfelejteni, hogy egyes típusok még így is környezetkímélőbbek tudnak lenni, mint akár az elektromos autók, mint ahogyan azt is, hogy az így elégetett metán származhat biogázból vagy akár mesterségesen előállított is lehet.

Az elektromos autózásnak is számos előnye van, de számos kockázatot is rejt magában, ráadásul nincs olyan megbízható, egységesen elfogadott kutatási munka, mely megbízhatóan és hitelesen mutatná ki, hogy mennyi egy elektromos autó károsanyagkibocsátása, a teljes életciklusára nézve, és ez vajon jobb vagy rosszabb, mint a hagyományos tüzelőanyaggal hajtott járműveké. A fejlődés azonban ezen a területen töretlen, és egy olyan környezetben, ahol például a Volkswagen ID.3 gyártósora (a marketing anyagok tanulsága szerint legalábbis) karbonsemleges, nem biztos, hogy akár a közeljövőben lesz értelme feltenni az életciklus kibocsátással kapcsolatos kérdéseket.

Ami ennél sokkal lényegesebb, és jóval túlmutat az autózás és a közlekedés szakmai berkein az az elektromos energiatermelés „kizöldítése”. Amíg létezhet olyan, hogy egy elektromos autóba betöltött elektromos energia (és akkor még nem említettem az egyéb hálózati és töltési veszteségeket) több szén-dioxidot juttat a levegőbe egyes országokban, mint amennyi azonos távolságot megtéve egy belsőégésű motor kipufogóján keresztül távozik, addig értelmét veszíti az összes többi kérdés vagy feltevés. A cél tehát jól látható és adott: az elektromos energiatermelést kell korszerűsíteni, nem pedig azt számolgatni, hogy mennyi szén-dioxid jut a levegőbe az akkugyártáskor, vagy hogy mennyire vagy mennyire nem kopnak az e-autók fékjei. Ha ugyanis elektromos áram van, akkor minden van: hidrogén, biogáz, a levegő CO₂ tartalmát megkötő szintetikus gáz, sőt, akár szintetikus benzin és gázolaj is.

Az emberi gondolkodás olyan, hogy egy adott problémára csak egy megoldást akar találni, miközben lehet, hogy a probléma igazi felszámolásához több megoldási mód együttes alkalmazására lenne szükség. Nincs ez másképpen a közlekedésben sem, elképzelhető, hogy a fenntartható, karbonsemleges közlekedés úgy lenne megvalósítható, ha az elektromos, CNG-s, LNG-s, tüzelőanyagcellás és sok más, ma talán még nem is ismert technológiát hasznosító járművek a jövőben egy optimális kombinációban együtt, egy időben működnének.

<— XIII. rész: Töltés és használhatóság