Який тип автомобіля найбільш екологічний за методологією LCA?

Дослідники порахували повний екологічний слід автомобіля – від виробництва до утилізації. Результати виявилися цікавішими, ніж прийнято вважати

Коли заходить мова про екологічність електромобілів, дискусія зазвичай зводиться до одного аргументу: «нуль викидів із вихлопної труби». Це правда – але лише частина правди. Автомобіль не існує у вакуумі: він виробляється на заводі, живиться від електромережі, а після завершення служби підлягає утилізації. І на кожному з цих етапів є свій екологічний слід

Саме тому вчені вже кілька десятиліть поспіль використовують методологію оцінки життєвого циклу – Life Cycle Assessment, або скорочено LCA. Це системний підхід, що дозволяє порахувати сукупний екологічний вплив продукту або технології на всіх етапах існування: від видобутку сировини до поводження з відходами. Для оцінки автомобілів вчені враховують усе — від виробництва кузова, двигуна та акумулятора, постачання пального або електроенергії, щоденної експлуатації та, нарешті, до розбирання і утилізації 

Дослідники з RSE – Ricerca Sistema Energetico («Дослідження енергетичних систем», Мілан, Італія) – провели саме таке повноцінне LCA-дослідження, опубліковане у журналі Modern Environmental Science and Engineering ще у 2019 році. У ньому порівняли шість реальних моделей автомобілів у трьох варіантах приводу — електричному, бензиновому та дизельному. Приймали участь досить демократичні Smart Fortwo, Chevrolet Spark, Fiat 500, Volkswagen Golf, Ford Focus і Kia Soul

Методологія: що саме враховували і звідки брали дані? 

Перш ніж переходити до результатів, варто розібратися в тому, що саме вимірювали вчені, і що таке «функціональна одиниця дослідження», або один пасажиро-кілометр. Він означає, що всі викиди та навантаження на довкілля розраховуються на 1 км шляху з урахуванням середнього коефіцієнта завантаження автомобіля – 1,62 пасажира на транспортний засіб. Такий підхід дозволяє коректно порівнювати різні технології між собою, а також із іншими видами транспорту

Дані про витрату пального та енергії для фази експлуатації взяті з бази Агентства з охорони навколишнього середовища США (EPA) – однієї з найбільш уніфікованих та методологічно послідовних баз такого роду у світі. Вона дозволяє порівнювати автомобілі за однаковим міським їздовим циклом, що важливо, оскільки дослідники свідомо зосередилися на міській експлуатації – середовищі, де електромобілі найбільш затребувані

Особливу увагу приділили коректному відображенню енергетичного міксу для зарядки електромобілів. Замість усередненого показника частки відновлюваних джерел в електромережі дослідники використали так зване маргінальне змішування: тобто той набір генеруючих потужностей, який фактично задовольняє додатковий попит у години пік. Для Італії 2014 року цей маргінальний мікс містив значно менше відновлюваної генерації, ніж середньомережевий показник, що робить розрахунки більш консервативними і реалістичними

Термін служби автомобілів у дослідженні диференційовано за класом і типом приводу. Для бензинових малолітражок прийнятий ресурс 150 000 км, 200 000 – для дизельних і 175 000 км – для електричних. Для сімейних автомобілів відповідні показники вищі: 210 000, 240 000 і 230 000 км. Такий підхід точніше відображає реальний ринок, ніж єдиний ресурс для всіх категорій, що використовується в базі даних Ecoinvent v3

В яких сценаріях електромобіль виграє безумовно? 

Найбільш однозначний результат стосується парникових газів. За повним циклом від виробництва до утилізації електромобілі скорочують викиди CO₂-еквіваленту приблизно вдвічі порівняно з аналогічними бензиновими автомобілями. І це при тому, що вчені свідомо обрали консервативний підхід до розрахунку енергетичного міксу – тобто реальна перевага може виявитися ще відчутнішою в регіонах із вищою часткою відновлюваних джерел у електромережі

Важливо, що ця перевага зберігається незалежно від класу автомобіля. І мікролітражка Smart, і сімейний Kia Soul – обидва демонструють суттєво нижчий вуглецевий слід в електричній версії. Це спростовує поширений міф про те, ніби електромобілі виграють в екологічному плані лише в певних сегментах

Схожа картина спостерігається й щодо утворення фотохімічного озону (тропосферного смогу), що виникає внаслідок реакції вихлопних газів із сонячним світлом. У всіх без винятку проаналізованих парах електромобіль показує кращий результат, ніж бензиновий або дизельний аналог

Дрібнодисперсні частинки – інший болючий пункт для традиційних двигунів – також виявляються значно нижчими в електромобілів. Є окремі винятки: наприклад, бензинова Fiat 500 з двомоторним агрегатом TwinAir 0,9 л показує результати, порівнянні з електричною версією, завдяки виняткової ефективності двигуна. Аналогічна ситуація – з електричним Ford Focus зразка 2015 року: він виявився надзвичайно важким для свого класу, що суттєво погіршує його показники при розрахунку на кілометр пробігу

Де переваги не такі однозначні? 

Аналіз виявив дві категорії впливу, де електромобілі поступаються традиційним. Йдеться про евтрофікацію прісних вод (процес надмірного збагачення водойм біогенними елементами (азотом і фосфором), що спричиняє бурхливий розвиток водоростей («цвітіння» води), зниження прозорості та дефіцит кисню) і токсичність для людини

Обидва ці показники безпосередньо пов’язані з виробництвом літій-іонних акумуляторів. Видобуток і переробка матеріалів для батарей – кобальту, нікелю, марганцю, літію – супроводжуються значним екологічним навантаженням в місцях видобутку. Вони провокують потрапляння токсичних речовин у ґрунтові та поверхневі води, а також безпосередньо загрожують здоров’ю людей, зайнятих у гірничодобувній галузі

Такі наслідки здебільшого виникають за межами країн, де електромобілі купуються і використовуються. Так, елементи акумуляторів для VW e-Golf виробляються в Південній Кореї, а більшість сировини надходить з-за меж ЄС

Проте автори дослідження підкреслюють: навіть з огляду на ці недоліки, загальний екологічний баланс електромобілів залишається позитивним у переважній більшості категорій впливу. Проблема токсичності – це виклик для гірничодобувної та переробної галузей, а не вирок для електромобільної технології як такої. Окрім того, зараз усе більше виробників батарей переходять на більш екологічні натрій-іонні (Sodium-ion) та літій-залізо-фосфатні (LiFePO4 або LFP) батареї, які не містять літію та кобальту, більш безпечні та доступні 

Акумулятор і «вуглецевий борг» або скільки часу потрібно на окупність? 

Одне з найбільш обговорюваних питань в контексті екологічності електромобілів – так звана «вуглецева передоплата». Виробництво акумулятора потребує значних ресурсів і супроводжується суттєвими викидами CO₂. Чи встигає електромобіль «відпрацювати» ці витрати протягом свого ресурсу?

Відповідь італьянських дослідників: так, і досить швидко. За їхніми розрахунками, виробництво та утилізація акумулятора VW e-Golf 2016 року (ємністю 24,2 кВт-год, масою 312 кг) генерує близько 1972 кг CO₂-еквіваленту. Питома емісія становить близько 81,5 кг CO₂e на кВт-год ємності

Якщо прийняти середній річний пробіг 15 000 км, цей «вуглецевий борг» перекривається заощадженими викидами приблизно за один рік експлуатації. Іншими словами, вже на другий рік після виходу з заводу електромобіль починає «чисто заробляти» на екологічному рахунку

Деякі інші дослідження називали вищі цифри питомих викидів від виробництва батарей – до 200 кг CO₂e на кВт-год. Автори перевірили і цей сценарій у чутливому аналізі. Навіть у найгіршому разі перевага електромобіля над бензиновим і дизельним аналогами за критерієм кліматичних змін зберігається протягом усього терміну служби. Більш масивні та ємні акумулятори не обов’язково генерують пропорційно більше викидів при виробництві, оскільки їхня маса зростає значно повільніше, ніж ємність: VW e-Golf 2016 з батареєю 24,2 кВт-год важив 312 кг, тоді як версія 2017 року з батареєю 35,8 кВт-год – лише 318 кг

Географічний вимір: де виникає забруднення? 

Дослідники виконали додатковий аналіз для VW Golf – найпоширенішого автомобіля середнього класу у Європі – розподіливши вплив за чотирма географічними зонами: Італія (місце експлуатації), Німеччина (місце виробництва), ЄС загалом і країни за межами ЄС. Такий аналіз виявив цікаву закономірність: якщо оцінювати лише навантаження, що виникають безпосередньо в Італії, де автомобіль їздить, відповідь на питання «електричний чи традиційний?» стає ще виразнішою на користь EV. Пряме забруднення від електромобіля в зоні використання – мінімальне

Водночас за межами ЄС зосереджені значні викиди від виробництва акумуляторних елементів і видобутку сировини. Тобто, повна екологічна оцінка будь-якої технології неможлива без урахування глобального ланцюжка поставок – і що вдосконалення стандартів видобутку та переробки в країнах-постачальниках матеріалів для акумуляторів матиме прямий позитивний ефект на зведений баланс

Що залишилося за межами дослідження? 

Дослідники зазначають кілька обмежень, що відкривають перспективи для майбутніх досліджень

Усі проаналізовані електромобілі були адаптованими версіями бензинових або дизельних платформ, а не спеціально спроєктованими з нуля EV. Це означає, що вони несуть у собі певний надлишковий тягар: маса кузова, компонування та матеріали нерідко успадковані від ДВЗ-платформ і не оптимізовані для електричного приводу. Можна припустити, що автомобілі, розроблені одразу як електричні, з легшим кузовом і більш ефективними рішеннями, матимуть ще кращий екологічний профіль

Крім того, із 2019 року – дати публікації дослідження – ситуація в акумуляторній галузі кардинально змінилася. Питомі викиди від виробництва Li-ion батарей суттєво знизилися завдяки вдосконаленню технологій і зростанню частки відновлюваної енергетики. Також розвивається переробка батарейних матеріалів, що скорочує потребу у первинному видобутку. Усе це означає, що реальні переваги сучасних електромобілів, які виходять із конвеєра сьогодні, ще вищі, ніж показало дослідження 2019 року

Італьянське LCA-дослідження підтвердило те, що давно підозрювали прихильники електромобілів і що досі заперечують деякі скептики: за повним життєвим циклом – від видобутку сировини до утилізації – електромобіль є значно екологічнішим, ніж бензиновий або дизельний аналог

Це справедливо для всіх класів, від мікролітражки до сімейного кросовера, навіть при консервативних припущеннях щодо «зеленості» електромережі. І це справедливо навіть з урахуванням вуглецевого сліду від виробництва акумулятора, який «окупається» вже протягом першого року експлуатації

Водночас є аспекти, де робота ще не завершена: токсичність від видобутку матеріалів для батарей і евтрофікація водойм залишаються реальними проблемами – але це виклик для гірничої та хімічної промисловості, а не привід відмовлятися від електромобілізації. Вирішення цих проблем лежить у площині відповідальнішого видобутку, розвитку переробки і переходу на менш токсичні хімії акумуляторів – наприклад, LFP, яка вже зараз значно скромніша за вмістом кобальту

Наука дала чітку відповідь. Тепер справа за промисловістю, регуляторами та споживачами