Комплексна оцінка впливу електромобілів на біосферу

Размещено на http://allbest.ru

Харківський національний автомобільно-дорожній університет

Комплексна оцінка впливу електромобілів на біосферу

Анотація

Метою роботи явилося визначення екологічних наслідків для клімату застосування електродвигунів на транспортних засобах (ТЗ) на прикладі тягачів VOLVO. Визначені позитивні та негативні фактори впливу на довкілля при використанні електродвигунів протягом усього життєвого циклу ТЗ. На прикладі ТЗ VOLVO FE проведено порівняльний аналіз впливу на емісію токсичних речовин та витрати природних ресурсів джерел виробництва електроенергії: гідроенергії та вітряної. Проаналізовано вплив джерел виробництва електроенергії в різних країнах на зменшення емісії СО2. Показано, що з урахуванням LCA-аналізу електромобілі на сучасному етапі не являються екологічно безпечними. Визначені інші напрямки зменшення впливу автотранспорту на оточуюче середовище.

Ключові слова: вуглекислий газ, електромобілі, оксиди азоту

Вступ

На транспорт припадає 15 % світових викидів ПГ та 23 % від загального обсягу викидів CO2, які пов'язані з енергетикою [1]. Кількість автотранспортних засобів, що експлуатуються у світі, ще у 2017 р. перевищила 1,5 млрд одиниць. Автомобілізація стала значним явищем, що впливає на різні аспекти глобального сталого розвитку: соціальні, економічні, екологічні та інші. Автомобілебудування, що прискорено розвивається, вимагає використання значного обсягу природних ресурсів: енергії, води, металів, нафтопродуктів тощо. Крім того, відмічають значну теплову емісію, що надходить в атмосферу від автотранспортних засобів. Але головний негативний вплив автомобілізації на оточуюче середовище (о. с.) пов'язано з емісією забруднюючих речовин у складі відпрацьованих газів (ВГ). Зниження навантаження на довкілля від автомобілізації пов'язують з використанням електромобілів та автомобілів, які оснащених гібридними силовими установками. Головна їх перевага заключається в відсутності ВГ та емісії СО2 у процесі експлуатації автомобіля. Але існує низка проблем, яка пов'язана з виробництвом та утилізацією літій-іонних акумуляторів.

Актуальність роботи обумовлена тим, що автомобільний транспорт на сучасному етапі являється потужним джерелом антропогенних викидів СО ₂ та споживачем природних ресурсів, тому комплексний аналіз впливу на довкілля електромобілів, протягом життєвого циклу ТЗ дозволить оцінити ефективність застосування цього напрямку з позицій захисту довкілля.

Аналіз публікацій та ціль дослідження. Електромобілі визнані однією з ключових технологій у скороченні викидів та енергоспоживання на ТЗ. Відомо, що електромобілі не утворюють емісію СО2 безпосередньо, але це відбувається при їх виробництві. Останнім часом все більше дискусій ведеться про те, наскільки екологічні електрокари.

Оцінка споживання природних ресурсів для volvo fe

Об'єктом наших досліджень являлися базові моделі ТЗ VOLVO FE. Для покращення екологічних показників вантажівок та визначенню шляхів зменшення їх впливу на довкілля у корпорації було створено комп'ютерну програму «Environmental Footprint Calculator» [6]. У корпорації запропоновано різні рішення для відновлюваних джерел палива залежно від транспортних завдань. Газові вантажівки підходять для важких завдань на дальніх відстанях, тоді як електричні вантажівки ідеально підходять у межах міста та між містами.

Оцінку проводили для повного життєвого циклу ТЗ, при річному пробігу ТЗ 100000 км та споживанню 60kWh/100km/ Можливо також визначити масу матеріалів ТЗ, яка підлягає рециклінгу (Мрец).

Ми проаналізували ефективність скорочення впливу на довкілля електромобілів. Технічні аспекти експлуатації електромобілів виходять за рамки цієї статті. Ми сконцентрувалися на оцінці екологічних показників. В корпорації VOLVO виготовляються декілька моделей тягачів, які працюють з електродвигунами при застосуванні літій-іонних акумуляторів. Оцінка була проведена за допомогою екологічного калькулятору для різних країн. На рисунку 1 наведено графік типового аналізу впливу електромобілю на довкілля. транспорт забруднення довкілля електродвигун екологічний

Як видно з рис. 1, наші розрахунки повністю підтверджують думку багатьох авторів про те, що головний вплив на довкілля електромобілів відбувається на етапі виробництва акумуляторних батарей. Видобуток і обробка літію, кобальту і марганцю, необхідних для виробництва автомобільних акумуляторів, є дуже енергоємними. Крім того, застосовуються таки токсичні речовини, як бромистий літій, нікель, сульфат кобальту та інші. Відомо, що до 2030р. у світі може бути накопичено 11 млн. т відпрацьованих літій-іонних батарей. Від'ємне споживання енергії та вуглекислого газу на етапі утилізації мабуть пов'язано з тим, що на сучасному етапі головна частка відпрацьованих літій-іонних батарей накопичується на складах, а та частка, яка утилізується, використовується знову для виробництва енергії.

Рис. 1. Використання природних ресурсів та емісія забруднюючих речовин протягом життєвого циклу вантажівки VOLVO FE

У таблиці 1 наведено оцінку впливу на довкілля VOLVO FE.

Таблиця 1

Споживання ресурсів протягом життєвого циклу вантажівки VOLVO FE

Як видно з таблиці 1, споживання енергії на етапі експлуатації у 1,2 рази менше за етап виробництва. Емісія СО2 на етапі виробництва у 26 разів більша за етап експлуатації. Але при оцінці впливу електромобілів на довкілля та їх переваг етап виробництва часто взагалі не враховується.

Розподіл електроенергії за джерелами постачання для різних країн, емісія токсичних речовин та споживання природних ресурсів для типового електромобілю Volvo FE Electric наведено згідно [7] у таблиці 2. При розрахунках вважалося, що при зарядці акумулятору споживаються усереднену за джерелами виробництва електроенергію для країн ЄС.

Таблиця 2

Для Volvo FE Electric. Споживання природних ресурсів для різних країн (Fuel consump. - 60Wh\100km. Hydro power battery 4

Також у таблиці 2 наведено долю виробництва електроенергії на теплоелектростанціях (ТЕС), атомних електростанціях (АЕС) та нових поновлюваних джерел енергії (НПДЕ), причому останні включають також і електроенергію, яка виробляється на гідроелектростанціях (ГЕС) і також не супроводжується емісією токсичних речовин у атмосферу.

Як видно з таблиці 2, результати значно відрізняються для різних країн. Такий розбіг в значенням емісії СО₂ пов'язаний з тим, яким чином у країні отримують електроенергію. Чим більше частка електроенергії, яка виробляється на ТЕС, тим більша емісія СО2 від електромобілів. До таких країн відносяться: Турція, Нідерланди, Польща, Італія, Німеччина, Чеська республіка, Болгарія. Найменші значення емісії вуглекислого газу спостерігаються для Норвегії в якої частка електроенергії, яка виробляється ТЕС не перевищує 2 %.

У таких країнах, як Великобрітанія, Бельгія, Данія теж досить велика частка ТЕС у виробництві електроенергії, але при цьому емісія СО₂ значно менша за вище названи країни. Наприкдад у Данії та Іспанії доля ТЕС у виробництві електроенергії практично однакова (приблизно 42 %), але емісія СО₂ в Данії у 1,4 рази менша за таку у Іспанії. Вирогідно це пов'язано з кращіми екологічними характеристиками роботи ТЕС у Данії: більш ефективне газоочисне обладнання, сучасні конструкції енергетичних агрегатів, технології спалювання, якості підготовки вугілля то що. Ций приклад може бути показовим для України в якої доля ТЕС менша, але на них застосовуються застаріли технології спалювання і газоочисного обладнання і тому емісія вуглекислого газу у 1,6 раз (на 65 %) більша за Данію та у 1,2 раза за Іспанію. Провідне значення сучасних технологій

очиски викидів забруднюючих речовин при роботі ТЕС також добре видно, якщо порівняти емісію СО₂ для України (43000 kg CO₂ EQ) та Бельгії (24000 kg CO2 EQ). Як видно, в Україні вона у 1,8 рази більша, при чому доля ТЕС та АЄС у ціх країах практично однакова. До того ж, емісія NOx в Україні також в 2.3 рази більша за Бельгію. Таким чином, наша країна має багати резерви для зменшення емісії шляхом модернізації роботи ТЕС. Найменша емісія СО2 спостерігаєтьс ядля Норвегії у якої доля НПДЕ (переважно ГЕС) складає 97,5 %.

Зокрема слід відмітити Францію, де доля АЕС складає 69,9 %, (найбільша у світі) а разом з НПДЕ - 89 %. Як бачимо, у цій країні також спостерігаються мали значення емісії СО2 у порівнянні з усіма іншими країнами. Як свідчать отримані нами данні, емісія СО2 при експлуатації електромобілів напряму залежить від джерела виробництва електроенергії та ефективності роботи ТЕС. Для визначення цього ми порівняли емісію речовин та споживання природних ресурсів, якщо електроенергія виробляється на ГЕС та вітряних електростанціях (ВЕС) на прикладі Volvo-FM Electric. Результати наведені у таблиці 3. Як видно, при споживанні електромобілем електроенергії, яка вироблена на ГЕС спостерігається трохи менша емісія СО2, але більше споживання енергії. Емісія оксидів азоту практично однакова. Таким чином, суттєвої різниці між двома джерелами, які відносятся до НПДЕ не спостерігається.

Таблиця 3

Аналіз споживання природних ресурсів при виробництві електроенергії на ГЕС та ВЕС для ТЗ Volvo-FF Electric (ful consamp - 60kWh/100. Батарея - 4.)

В умовах післявоєнної України з урахуванням обмежених фінансових ресурсів, пошкодженої дорожньо-транспортної інфраструктури, великими площами замінованих земель, зруйнованими джерелами постачання електроенергії, на наш погляд, не слід очикувати швидкого впровадження біодизельних палив та електромобілей. В роботі [8] ми визначили вплив на довкілля біодизельного палива 1 покоління з застосуванням LCA-аналізу та показали, що негативний вплив на довкілля спостерігається протягом усього життєвого циклу ТЗ. Українськими фахівцями [9] запропановані заходи підвищення енергетичної та екологічної ефективності транспортних засобів. В Україні вони можуть бути забезпечені завдяки: заходам інформаційного характеру; встановленням обов'язкових до виконання стандартів енергетичної ефективності ТЗ та їх складових; економічному стимулюванню вибору більш енергетично ефективних конструкцій транспортних засобів. Зменшення споживання енергії та викидів СО2, не повинні бути самоціллю і мають узгоджуватися з питаннями розвитку економіки країни, екологічними та іншими аспектами. Стимулювання альтернативних видів моторних палив і джерел енергії (біопалив, електромобілів тощо) має здійснюватися виключно на основі комплексного аналізу їх ефективності з врахуванням всіх складових LCA -аналізу. На наш погляд ці напрямки найбільш прийнятні для України в найближчий перспективі.

Висновки

Аналіз впливу на довкілля тягачів VOLVO з електродвигунами показав, що переважна більшість споживання природних ресурсів та емісія токсичних речовин відбувається на етапі виробництва акумуляторних батарей таких ТЗ.

Встановлено, що емісія СО₂ протягом життєвого циклу електромобілю залежить від способу отримання електроенергії в країні. Найбільша емісія спостерігається в країнах з великою часткою ТЕС, особливо якщо на них застосовуються застаріли технології та не ефективне очисне обладнання.

Проаналізовані комплексні заходи підвищення енергоефективності та скорочення емісії СО2, які найбільш прийнятні в умовах сучасної України.

Список використаних джерел

[1] Energy Technology Perspect. 2020. -- Paris: Internat. Energy Agency, 2020. Вилучено з: https://www.iea.org/reports/energy-technology-perspectives-2020

[2] Sheth R. P., Ranawat N.S., Chakraborty A., Mishra R.P., Khandelwal M. (2023). The Lithium- Ion Battery Recycling Process from a Circular Economy Perspective--A Review and Future Directions. Energies. (16), 3228: https://doi.org/10.3390/en16073228

[3] Darlene S., Ahmad M., Margaret M. (2019). Econ. and Challenges of Li-Ion Battery Recycling from End-of-Life Vehicles, Procedia Manufact., (33), 272-279

[4] Bartlomiejczyk M Modern Technologies in Energy Demand Reducing of Public Transport-Practical Applications: Proceedings of 2017 Zooming Innovation in Consumer Electronics International Conference (ZINC) (pp 64-69). May-June - 2017, Novi Sad, Serbia. IEEE - -

[5] Velazquez-Martinez O., Valio J., Santasalo-Aarnio A., Reuter M., Serna-Guerrero R. A. (2019). Critical Review of Lithium-Ion Battery Recycling Processes from a Circular Economy Perspective. Batteries, 5 (4), 68-75

[6] «Environmental Footprint Calculator» (2023) Вилучено з: https://www.volvotrucks.ru/ru- ru/trucks/volvo-fh/volvo-fh-lng1 .html.

[7] EESEAEC. Мировая энергетика. Вилучено з https://www.eeseaec.org/ energeticeskij- profil-velikobritanii

[8] Volkov V., Vnukova N., Taran I., Pozdnyakova O., Volkova T. (2021). Influence of diesel vehicles on the biosphere. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Univer., (5) Р. 094 - 099: https://doi.org/10.33271/nvngu/2021 -5/094

[9] Редзюк, А. М., Клименко, О. А. (2018). Щодо стратегії підвищення ефективності використання енергії дорожнім транспортом. - Науково-виробничий журнал, 4 (256), 2-10.

Размещено на Allbest.ru