В тази публикация в блога ще разгледаме защо електрическите превозни средства са предопределени да станат централни за бъдещето от екологична, технологична и политическа гледна точка.

Сравнение на бензинови/дизелови автомобили и електрически превозни средства

Наскоро в САЩ се случи необикновено събитие, когато цената на акциите на определен автомобилен производител скочи с над 1,000%. Въпросната компания е „Tesla“, производител на електрически превозни средства, основан от Илон Мъск – известен като съосновател на PayPal – заедно с четирима негови колеги инженери. Мъск е начело на нова тенденция на автомобилния пазар, като вдъхва живот на автомобила, задвижван от батерии, който някога е бил само плод на въображението. Не само че глобалната загриженост за замърсяването на околната среда нараства, но от гледна точка на потребителя разходите за поддръжка на електрическите превозни средства са много ниски, което води до рязко увеличение на търсенето им. Като доказателство за това има прогнози, че електрическите превозни средства ще представляват приблизително 20% от общия автомобилен пазар до 2025 г. Предвид тази ситуация, не е преувеличено да се каже, че електрическите превозни средства са се превърнали в основен избор за автомобилните производители.
Всъщност, необходимостта от електрически превозни средства е призната отдавна. Тъй като екологичните проблеми, причинени от глобалното затопляне и емисиите от превозните средства, станаха все по-очевидни, нуждата от електрически превозни средства се очерта като решение; комерсиализацията обаче беше трудна поради проблеми със захранването на батерията и времето за зареждане. Напоследък обаче напредъкът в технологиите за електронни устройства, включително смартфоните, подобри ефективността на батериите, което направи масовото производство на модели електрически превозни средства осъществимо. В тази статия ще разгледаме принципите на електрическите превозни средства в сравнение с конвенционалните бензинови и дизелови превозни средства, а също така ще обсъдим бъдещата посока на технологията на батериите.

Как работят бензиновите и дизеловите превозни средства

Повечето превозни средства със задно задвижване следват основната структура, установена от френския инженер „Панар-Левасор“ през 1891 г. Автомобилът се състои от приблизително 30 000 части и е общо взето разделен на каросерия и шаси. Шасито е компонентът, който генерира мощността, необходима за задвижването на превозното средство, и е допълнително разделен на двигател, силов агрегат и колела. При автомобилите с бензинов двигател газът под високо налягане и висока температура, произведен от изгарянето на гориво и кислород вътре в цилиндрите, се разширява, задвижвайки буталата. Този процес се състои от четиритактов цикъл – всмукване, компресия, мощност и изпускане – а отработените газове, отделяни в атмосферата по време на изпускателния такт, са основна причина за замърсяване на околната среда.
Дизеловите превозни средства работят по подобен начин на бензиновите превозни средства, но методът на запалване на горивото се различава. Дизеловите двигатели предлагат по-висока горивна ефективност и по-голям въртящ момент от бензиновите двигатели, но са изправени пред предизвикателства, свързани с регулациите за емисиите и шума. Дизеловите двигатели се отличават с по-висока топлинна ефективност чрез изгаряне на гориво под високо налягане, но са необходими технически подобрения за справяне с проблемите с отработените газове, включително фин прах и азотни оксиди.

Как работят електрическите превозни средства

За разлика от тях, електрическите превозни средства се захранват с електричество, което задвижва електрически двигател. За разлика от бензиновите и дизеловите превозни средства, те не изискват бутален двигател, което прави структурата им по-проста и води до практически липса на шум от двигателя. Електрическите превозни средства се категоризират в няколко вида въз основа на техния източник на енергия. Първият е превозно средство с водородни горивни клетки (FCEV). Това превозно средство използва водород като гориво за генериране на електричество в горивна клетка. Водородът и кислородът претърпяват химическа реакция в горивната клетка, за да произведат електричество, и тъй като единственият страничен продукт е водата, то е изключително екологично. Тъй като обаче инфраструктурата, като например станциите за зареждане с водород, все още е слабо развита, се очаква да отнеме време, преди тези превозни средства да станат широко достъпни.
Вторият вид са електрическите превозни средства с батерии (BEV). Тези превозни средства зареждат електричество във вградена батерия и използват това електричество за захранване на двигателя. Тъй като работят единствено на електричество, те се наричат ​​още „чисто електрически превозни средства“. Моделите, произвеждани предимно от Tesla, попадат в тази категория. Електрическите превозни средства с батерии обаче се зареждат много време и имат ограничения в производителността на батерията. Изразени са и опасения относно използването на изкопаеми горива в процеса на производство на батерии, което оспорва репутацията им на зелена технология.
Третият тип е хибридното електрическо превозно средство (HEV), което използва малък двигател с вътрешно горене, за да компенсира ограничения капацитет за съхранение на батерията. Тъй като може да шофира, докато зарежда батерията с двигателя с вътрешно горене, то се счита за преходна технология между електрическите превозни средства с батерии и конвенционалните бензинови превозни средства.

Напредъкът в технологията на батериите и бъдещето

Един от най-важните фактори за широкото разпространение на електрическите превозни средства е технологията на батериите. В момента повечето електрически превозни средства използват литиево-йонни батерии, които са сравнително ефективни, но имат ниска енергийна плътност, което води до по-кратък пробег с едно зареждане в сравнение с превозните средства с двигатели с вътрешно горене. За да се реши този проблем, в световен мащаб се изследват технологии за батерии от следващо поколение, като например твърдотелни батерии. Твърдотелните батерии привличат вниманието като технология, която използва твърд електролит вместо течен, като по този начин повишава безопасността и енергийната плътност, като същевременно намалява времето за зареждане. Ако тази технология бъде комерсиализирана, се очаква тя значително да реши проблема с пробега на електрическите превозни средства.
Освен това, технологията за рециклиране на батерии се очертава като критичен въпрос. Трябва да се разработят технологии за ефективно рециклиране на литиево-йонни батерии след изтичане на жизнения им цикъл. Ако технологията за рециклиране на батерии бъде успешно внедрена, екологичните ползи от електрическите превозни средства ще се увеличат допълнително.

Предизвикателства пред комерсиализацията на електрическите превозни средства

Предизвикателствата пред комерсиализацията на електрическите превозни средства изискват цялостен подход, включващ не само технологичен напредък, но и разширяване на инфраструктурата и политическа подкрепа. Наскоро в страни по света бяха обявени различни разпоредби и мерки за подкрепа, целящи насърчаване на комерсиализацията на електрическите превозни средства.
В Съединените щати през 2022 г. беше приет Законът за намаляване на инфлацията (IRA), който предоставя предимства на производителите, занимаващи се с електрически превозни средства, а също така се въвеждат нови политики, свързани с по-строги стандарти за емисии на CO₂. Европейският съюз (ЕС) също обяви Регламента на ЕС за батериите през 2023 г., с който засилва правните разпоредби за насърчаване на устойчивото управление и рециклиране на батериите. Тези разпоредби целят да сведат до минимум въздействието върху околната среда през целия жизнен цикъл на батериите и да насърчат кръговата икономика.
Най-големите пречки пред комерсиализацията на електрическите превозни средства са зарядната инфраструктура и производителността на батериите. Държавите инвестират огромни средства за разширяване на зарядната инфраструктура и от 2022 до 2023 г. Европа и Съединените щати прилагат политики, насочени към инсталиране на зарядна инфраструктура. Следователно, технологията на батериите също се развива бързо. Търсенето на литиево-йонни батерии продължава да нараства и през 2023 г. производителността и производителността на батериите се подобриха значително.
Освен това, новите технологии за батерии, като например твърдотелни батерии и литиево-железни фосфатни (LFP) батерии, намаляват разходите за батерии, удължават живота им и повишават конкурентоспособността на електрическите превозни средства. По-специално, очаква се тези батерии да играят ключова роля за устойчивото бъдеще на индустрията за електрически превозни средства, като намаляват употребата на редки метали.
Следователно, макар че предизвикателства като разширяване на инфраструктурата за зареждане, подобряване на производителността на батериите и укрепване на технологията за рециклиране на батерии остават за комерсиализацията на електрическите превозни средства, политическата подкрепа и технологичните иновации от страни по света бързо решават тези проблеми.