U ovom blog postu istražit ćemo zašto će električna vozila postati središnja tema budućnosti s ekološke, tehnološke i političke perspektive.
Usporedba automobila na benzin/dizel i električnih vozila
Nedavno se u SAD-u dogodio izvanredan događaj kada je cijena dionica određenog proizvođača automobila porasla za više od 1,000%. Dotična tvrtka je „Tesla“, proizvođač električnih vozila koju je osnovao Elon Musk - poznat kao suosnivač PayPala - zajedno s još četiri kolege inženjera. Musk predvodi novi trend na automobilskom tržištu oživljavajući automobil na baterije koji je nekoć bio samo plod mašte. Ne samo da raste globalna zabrinutost zbog onečišćenja okoliša, već su iz perspektive potrošača troškovi održavanja električnih vozila vrlo niski, što dovodi do porasta potražnje za njima. Kao dokaz tome, postoje projekcije da će električna vozila do 2025. godine činiti otprilike 20% ukupnog automobilskog tržišta. S obzirom na ovu situaciju, nije pretjerano reći da su električna vozila postala neizostavan izbor za proizvođače automobila.
Zapravo, potreba za električnim vozilima prepoznata je već dugo vremena. Kako su ekološki problemi uzrokovani globalnim zagrijavanjem i emisijama vozila postajali sve izraženiji, potreba za električnim vozilima pojavila se kao rješenje; međutim, komercijalizacija je bila otežana zbog problema s snagom baterije i vremenom punjenja. Međutim, nedavno je napredak u tehnologiji elektroničkih uređaja, uključujući pametne telefone, poboljšao učinkovitost baterija, čineći masovnu proizvodnju modela električnih vozila izvedivom. U ovom ćemo članku ispitati principe električnih vozila u usporedbi s konvencionalnim benzinskim i dizelskim vozilima, a također ćemo raspravljati o budućem smjeru tehnologije baterija.
Kako rade benzinska i dizelska vozila
Većina vozila sa stražnjim pogonom slijedi osnovnu strukturu koju je 1891. godine uspostavio francuski inženjer „Panhard-Levassor“. Automobil se sastoji od otprilike 30 000 dijelova i grubo je podijeljen na karoseriju i šasiju. Šasija je komponenta koja generira snagu potrebnu za pogon vozila, a dalje se dijeli na motor, pogonski sklop i kotače. U automobilima s benzinskim motorom, plin pod visokim tlakom i visokom temperaturom, nastao izgaranjem goriva i kisika unutar cilindara, širi se, pokrećući klipove. Ovaj proces sastoji se od četverotaktnog ciklusa - usis, kompresija, snaga i ispuh - a ispušni plinovi koji se ispuštaju u atmosferu tijekom ispušnog takta glavni su uzrok onečišćenja okoliša.
Dizelska vozila rade na sličan način kao i benzinska vozila, ali se način paljenja goriva razlikuje. Dizelski motori nude veću učinkovitost goriva i veći okretni moment od benzinskih motora, ali se suočavaju s izazovima vezanim uz propise o emisijama i buku. Dizelski motori imaju veću toplinsku učinkovitost izgaranjem goriva pod visokim tlakom, ali potrebna su tehnička poboljšanja kako bi se riješili problemi s ispušnim plinovima, uključujući finu prašinu i dušikove okside.
Kako rade električna vozila
Nasuprot tome, električna vozila pokreću struja koja pokreće elektromotor. Za razliku od benzinskih i dizelskih vozila, ne zahtijevaju klipni motor, što njihovu strukturu čini jednostavnijom i rezultira praktički bez buke motora. Električna vozila kategoriziraju se u nekoliko vrsta na temelju izvora energije. Prva je vozilo s vodikovim gorivnim ćelijama (FCEV). Ovo vozilo koristi vodik kao gorivo za proizvodnju električne energije u gorivnoj ćeliji. Vodik i kisik kemijski reagiraju u gorivnoj ćeliji kako bi proizveli električnu energiju, a budući da je jedini nusprodukt voda, vrlo je ekološki prihvatljivo. Međutim, budući da je infrastruktura, poput stanica za punjenje vodikom, još uvijek nerazvijena, očekuje se da će trebati vremena da ova vozila postanu široko dostupna.
Druga vrsta su električna vozila na baterije (BEV). Ova vozila pune električnu energiju u ugrađenu bateriju i koriste tu električnu energiju za napajanje motora. Budući da rade isključivo na struju, nazivaju se i „čisto električnim vozilima“. Modeli koje prvenstveno proizvodi Tesla spadaju u ovu kategoriju. Međutim, električnim vozilima na baterije potrebno je dugo vrijeme za punjenje i imaju ograničenja u performansama baterije. Također je izražena zabrinutost zbog upotrebe fosilnih goriva u procesu proizvodnje baterija, što dovodi u pitanje njihov ugled zelene tehnologije.
Treća vrsta je hibridno električno vozilo (HEV), koje koristi mali motor s unutarnjim izgaranjem kako bi kompenziralo ograničeni kapacitet baterije. Budući da može voziti dok puni bateriju motorom s unutarnjim izgaranjem, smatra se prijelaznom tehnologijom između baterijskih električnih vozila i konvencionalnih benzinskih vozila.
Napredak u tehnologiji baterija i budućnost
Jedan od najvažnijih čimbenika za široko prihvaćanje električnih vozila je tehnologija baterija. Trenutno većina električnih vozila koristi litij-ionske baterije, koje su relativno učinkovite, ali imaju nisku gustoću energije, što rezultira kraćim dometom vožnje po punjenju u usporedbi s vozilima s motorima s unutarnjim izgaranjem. Kako bi se riješio ovaj problem, diljem svijeta se istražuju tehnologije baterija sljedeće generacije, poput baterija u čvrstom stanju. Baterije u čvrstom stanju privlače pozornost kao tehnologija koja koristi čvrsti elektrolit umjesto tekućeg, čime se povećava sigurnost i gustoća energije uz smanjenje vremena punjenja. Ako se ova tehnologija komercijalizira, očekuje se da će značajno riješiti problem dometa vožnje električnih vozila.
Osim toga, tehnologija recikliranja baterija pojavljuje se kao ključno pitanje. Potrebno je razviti tehnologije za učinkovito recikliranje litij-ionskih baterija nakon što im istekne vijek trajanja. Ako se tehnologija recikliranja baterija uspješno primijeni, ekološke prednosti električnih vozila dodatno će se povećati.
Izazovi za komercijalizaciju električnih vozila
Izazovi komercijalizacije električnih vozila zahtijevaju sveobuhvatan pristup koji uključuje ne samo tehnološki napredak već i proširenje infrastrukture i političku podršku. Nedavno su u zemljama diljem svijeta najavljeni razni propisi i mjere potpore za promicanje komercijalizacije električnih vozila.
U Sjedinjenim Američkim Državama, Zakon o smanjenju inflacije (IRA) donesen je 2022. godine, pružajući pogodnosti proizvođačima koji se bave električnim vozilima, a provode se i nove politike vezane uz strože standarde emisije CO₂. Europska unija (EU) također je 2023. godine najavila Uredbu EU o baterijama, jačajući zakonske propise za promicanje održivog upravljanja baterijama i recikliranja. Cilj ovih propisa je smanjiti utjecaj na okoliš tijekom cijelog životnog ciklusa baterija i potaknuti kružno gospodarstvo.
Najveće prepreke komercijalizaciji električnih vozila su infrastruktura za punjenje i performanse baterija. Zemlje ulažu ogromna sredstva u proširenje infrastrukture za punjenje, a od 2022. do 2023. Europa i Sjedinjene Države provode politike usmjerene na instaliranje infrastrukture za punjenje. Posljedično, tehnologija baterija također brzo napreduje. Potražnja za litij-ionskim baterijama i dalje raste, a 2023. godine performanse i produktivnost baterija značajno su se poboljšale.
Nadalje, nove tehnologije baterija poput baterija u čvrstom stanju i litij-željezo-fosfatnih (LFP) baterija smanjuju troškove baterija, produžuju vijek trajanja baterija i povećavaju konkurentnost električnih vozila. Posebno se očekuje da će ove baterije igrati ključnu ulogu u održivoj budućnosti industrije električnih vozila smanjenjem upotrebe rijetkih metala.
Stoga, iako izazovi poput proširenja infrastrukture za punjenje, poboljšanja performansi baterija i jačanja tehnologije recikliranja baterija i dalje postoje za komercijalizaciju električnih vozila, politička podrška i tehnološke inovacije iz zemalja diljem svijeta brzo rješavaju te probleme.
