С каждым годом все больше водителей отказываются от автомобилей с двигателями внутреннего сгорания в пользу электрических. Причины очевидны: электромобили проще и дешевле в эксплуатации. Кроме того, сказываются факторы роста цен на топливо, ограниченность углеводородных ресурсов и суровые экологические нормы. Массовые выбросы CO₂, напрямую связанные с автотранспортом на ДВС, вынудили правительства стран активнее продвигать «зеленую» повестку.
Эти тенденции сформировали основу для бурного роста рынка и инфраструктуры электромобилей. Может даже показаться, что за электромобилями будущее. Но специалисты компании UST Inc. провели комплексную оценку удельной энергоэффективности современных автомобилей и уверены, что не все так просто.
По данным агентства Rho Motion, в 2023 году в мире было продано 13,6 млн электрических и гибридных автомобилей — это 15,8 % от общего количества всех продаж, составивших 85,9 млн единиц. Аналитика основана на отчетах таких компаний, как LMC Automotive, Jato и Focus2move. Прогнозы выглядят еще амбициознее: по данным Международного энергетического агентства (IEA) и крупнейших автоконцернов, к 2025 году доля продаж электромобилей достигнет 25 %, а к 2030 году — уже 41 % от мирового рынка.
Хотя первыми серьезно занялись электрификацией автопарка США, именно Европа долгое время лидировала по госпрограммам поддержки. Причина — высокая стоимость и ограниченная доступность углеводородного топлива на фоне общей зависимости от импорта энергоносителей. Особенно ярко это проявилось в 2022 году — на фоне энергетического кризиса и военных конфликтов, усиливших курс на декарбонизацию. Европейский транспортный сектор жестко ориентирован на достижение углеродной нейтральности, включая запрет на дизельные авто и стимулы к переходу на «зеленую» энергетику.
Белорусские ученые рассказали о будущем электромобилей – иллюстрация к материалу на Naked Science
Рельсовый беспилотник Юникар U4-430 на тестах в ЭкоТехноПарке в Марьиной Горке (Беларусь) / © Unitsky String Technologies Inc.
Но в 2023 году все резко изменилось. Согласно отчету Gartner от 9 марта, рост цен на электроэнергию в Европе сделал эксплуатацию электротранспорта менее выгодной. В некоторых странах (Великобритания, Швейцария, Австралия) начали вводить налоги на электромобили. Одновременно, по оценке Центра автомобильных исследований (CAR), замена ДВС на электропривод в Германии может привести к потере около 125 тыс. рабочих мест — так как для производства электромобилей требуется значительно меньше сотрудников: 709 тысяч против текущих 834 тысяч.
Китай тоже пересмотрел подход: с начала 2023 года прекращено субсидирование электрокаров. Удорожание сырья — в первую очередь лития и никеля — добавило проблем, как и хронически слабая сеть зарядных станций, и низкое качество сервисного обслуживания. В результате себестоимость производства и эксплуатации электромобилей выросла.
Агентство Ricardo приводит показательные цифры: производство автомобиля с ДВС сопровождается выбросом в среднем 5,6 тонн эквивалента CO₂. Для электромобиля этот показатель достигает 8,8 тонн — на 57 % больше, в основном, из-за энергоемкого производства аккумуляторов. Это выравнивается и компенсируется только спустя годы эксплуатации транспорта.
Электромобили уже завоевали репутацию «зеленой» альтернативы машинам с двигателями внутреннего сгорания. Но стоит копнуть чуть глубже, и становится ясно: вопрос об их экологичности и энергоэффективности не так уж однозначен. Особенно если сравнивать их с другим электрическим транспортом — тем, что передвигается по рельсам.
Рассмотрим два подхода: персональную мобильность на электромобилях и общественный рельсовый транспорт — от трамваев до высокоскоростных поездов и комплексов uST с рельсовыми беспилотниками в качестве подвижного состава. Удивительно, но в этой гонке «чистой энергии» электромобили вовсе не лидеры.
Сколько энергии нужно, чтобы сдвинуть с места тонну груза?
Когда мы говорим об энергоэффективности, самое простое — рассматривать транспорт как машину для «перемещения массы». И здесь все решает физика: сколько энергии нужно, чтобы переместить тонну груза на километр? Удобный и наглядный показатель, если сравнивать транспорт с разными принципами движения.
Белорусские ученые рассказали о будущем электромобилей – иллюстрация к материалу на Naked Science
Рельсовый беспилотник юнибус U4-210 во время испытаний / © Unitsky String Technologies Inc.
Электромобили вроде Tesla Model 3 или Nissan Leaf демонстрируют расход в пределах 0,15–0,20 кВт·ч на километр пути. Но это на одну легковушку весом около 1,6–2 тонн, включая водителя и немного багажа. То есть в пересчете на одну тонну — выходит от 0,08 до 0,125 кВт·ч/т·км.
Теперь взглянем на поезда. Пассажирский электропоезд в среднем тратит 0,015–0,030 кВт·ч/т·км, а грузовой — и того меньше, около 0,005–0,015. Получается, рельсовый транспорт в 3–10 раз эффективнее, чем электромобили. Как такое возможно?
Секрет – в сопротивлении движению. Шины на асфальте создают гораздо больше трения, чем стальные колеса на стальных рельсах. Добавим к этому аэродинамику и экономию от движения по прямому маршруту без светофоров — и получим почти идеальные условия для экономии энергии.
Есть менее очевидный фактор — инфраструктурная нагрузка. Чтобы электромобиль поехал, ему нужна дорога, парковка, зарядка. В городах это означает километры асфальта, сотни квадратных метров стоянок и километры проводки, встроенной в улицы. Все это требует энергии, материалов и пространства — то есть ресурсов и выбросов.
А теперь взглянем на рельсовый транспорт. Особенно — на современные надземные системы, такие, как струнный транспорт; они строятся компактно, часто над землей, и занимают минимум площади, не мешают пешеходам, не требуют массовой вырубки деревьев под расширение дорог. Это не только экономия, но и сохранение среды — как экологической, так и социальной. К тому же один комплекс uST способен перевезти больше пассажиров, чем несколько полос автодороги, забитых даже самыми «зелеными» электромобилями.
У электромобилей нет будущего?
Использование электроэнергии в транспорте дает только один элемент энергоэффективности, первый шаг, если рассматривать «зеленую» энергетику в комплексе — с учетом не только двигателя, но и всей экосистемы транспорта, экологический транспорт будущего в виде надземных рельсовых систем выглядят перспективнее:
- по энергоэффективности: стальные колеса на рельсах экономичнее, чем резина на асфальте;
- по экологичности: меньше вредных выбросов, меньше стройматериалов, меньше вмешательства в экологию;
- по организации пространства: компактные, безопасные, не мешают пешеходам и природе;
- по потенциалу масштабирования: легко внедряются в разные климатические зоны и могут работать автономно на солнечной энергии.
Электромобили — отличное решение сегодня для переходного периода. Но если говорить о долгосрочной стратегии, то транспорт скорее будет передвигаться по рельсам и над землей, чем по шоссе.