Uvolňování Emisí při Výrobě Baterií do Elektromobilů

Snaha o snižování emisí CO2 i jakýchkoli jiných (zdraví škodlivých látek, částic, hluku atd.) je nepochybně správná a účelná. Jenom jde o to, abychom nevytloukali klín klínem, tedy aby zvolený způsob řešení nezpůsobil v širších souvislostech zhoršení situace.

V elektromobilitě Evropská komise zavedla dvě tvrzení, která povýšila na úroveň axiomů: Za prvé, že elektromobil je bezemisní a za druhé, že elektřina z tzv. obnovitelných zdrojů (OZE) je zelená a tudíž bezemisní. Od těchto dvou tvrzení se za mohutné podpory médií odvíjí celá politika směřující k povinné náhradě vozidel se spalovacími motory novými elektromobily, přičemž je to posvěceno údajnou záchranou planety před globálním oteplováním v důsledku lidmi způsobených emisí skleníkových plynů, hlavně oxidu uhličitého CO2.

Tento článek se zabývá porovnáním dříve publikovaných výpočtů ČVUT pro jednotlivé třídy velikosti vozidel (přepočtených na 240 000 km) s výsledky Green NCAP. Srovnává se tedy jeden konkrétní typ měřený Green NCAP s průměrným zástupcem odpovídající třídy vozidel ve výpočtu ČVUT.

Životní Cyklus Vozidla a Emise CO2

Elektromobil neprodukuje žádné emise za jízdy (opomineme-li například otěr z pneumatik). Jenže před tím, aby mohl jet, se musí nejdříve vyrobit, musí se pro něj vyrobit baterie a nakonec se musí pro jeho provoz vyrábět elektřina, na kterou teprve jezdí. A po skončení životnosti by měl být bezemisně zlikvidován nebo lépe recyklován.

Je tedy nutné posuzovat nejen fázi jízdy, ale celý životní cyklus vozidla (cradle to grave, od kolébky do hrobu) jak elektromobilu, tak i automobilu se spalovacím motorem, tj. od těžby surovin přes výrobu, provoz, výrobu paliva nebo elektřiny, údržbu až po jeho recyklaci.

Čtěte také: Bezpečnostní list a ERC

Green NCAP a Hodnocení Ekologičnosti Vozidel

Green NCAP (New Car Assessment Program) je oficiální evropská nevládní organizace, zabývající se hodnocením ekologičnosti vozidel (odnož známější Euro NCAP, která se zabývá pasivní bezpečností vozidle). Green NCAP je konsorcium veřejných a soukromých organizací, které zahrnují vládní orgány, kluby mobility a spotřebitelské organizace. Má testovací laboratoře v osmi evropských zemích a jejím cílem je přinášet nezávislé informace pro spotřebitele o reálných ekologických dopadech vozidel. Nezastupuje zájmy automobilového průmyslu, dodavatelů komponent, ropný a plynárenský průmysl nebo ekologické agentury.

Základní přístup Green NCAP k hodnocení vozidel spočívá ve využití vlastních komplexních měření. Testy se provádí jak v laboratoři, kde základem je cyklus WLTC, tak na silnici (RDE) i za ztížených podmínek, například ve větších nadmořských výškách a v rozšířeném rozsahu teplot od -7°C do 35°C. Průměrná, nejlepší a nejhorší změřená spotřeba paliva a energie včetně předpovědí změn energetického mixu v různých zemích slouží jako vstupní data pro výpočty a hodnocení celoživotního cyklu LCA.

V letech 2019 až 2021 Green NCAP otestovala 61 v té době vyráběných vozidel všech velikostí a typů s různými pohony - konvenčních vozů se spalovacími motory na benzin anaftu, bateriových elektromobilů i vozidel s hybridním pohonem. Výsledky měření jsou zpracované metodikou vyvinutou Joanneum Research Graz a recenzované renomovaným institutem Paula Scherrera ve Švýcarsku.

Pro objektivní srovnání je u všech vozidel uvažována stejná životnost 16 let a nájezd 240 000 km a u elektrických vozidel průměrný mix zdrojů elektřiny z 27 evropských zemí a Spojeného království.

V dubnu a květnu 2022 Green NCAP zveřejnila výsledky hodnocení životního cyklu vozidel LCA se zaměřením na různé typy pohonných jednotek, spotřebu primární energie, hmotnost vozidel, podmínky používání vozidel a vliv energetického mixu.

Čtěte také: Výzvy spojené s uvolňováním CO2

Vliv Různých Druhů Pohonu

Green NCAP uvádí příklady celkových emisí CO2-eq, vozidel s různým druhem pohonu a s podobnou velikostí a hmotností: Elektromobilu VW ID.3, BMW 1 Series s benzinovým motorem, Škody Octavia Combi s 2,0 dieselem, Seatu Ibiza 1,0 s motorem na zemní plyn a plug-in hybridu Toyota Prius 1,8.

Je zřejmé, že u vozidel se spalovacími motory rozhodující část emisí vzniká při jízdě, tj. při spalování paliva a část při výrobě paliva i vozidla. U elektromobilu je provozní složka nulová, ale emise při výrobě vozidla a baterie jsou v porovnání s vozidly se spalovacími motory zhruba dvojnásobné. Rovněž emise při výrobě elektrické energie při uvažování průměrného evropského mixu jsou u elektromobilu výrazně vyšší než emise ze zajištění paliva pro spalovací motory.

Z hlediska celkových emisí CO2-eq, po ujetí 240 000 km za 16 let provozu vychází nejlépe elektromobil, s poměrně malým odstupem následován plug-in hybridem, CNG a dieselovým pohonem. Nejhůře vychází benzinový pohon. U elektrického pohonu není uvažována výměna baterie, což je při tomto nájezdu a stáří vozidla problémové, obvyklá záruka na baterii je totiž 8 let nebo 160 000 km.

V případě, že by došlo k výměně baterie, byly by emise elektromobilu zcela srovnatelné s plug-in hybridem, CNG i dieselem! Proto se mediální tažení proti dieselu z hlediska emisí CO2-eq, nejeví jako logické.

Výpočet ČVUT se netýká konkrétních vozidel, ale rozlišuje mezi několika kategoriemi, z nichž byly pro porovnání s měřenými vozy vybrány kategorie SUV, nižší střední třídy a malých vozidel. Do spotřeby energie na materiál baterie je započtena i spotřeba tepla pro metalurgii, přepočtená také na emise CO2-eq, ovšem se zvážením vyššího využití paliva pro uvolnění pouhého tepla. Ztráty při nabíjení, činící v průměru 15% podle statistik ADAC, jsou zahrnuty do spotřeby samotného vozidla, protože emisní faktor spotřebované elektrické energie se vztahuje právě na vstup do nabíječky, nikoli na samotnou energii v baterii uloženou.

Čtěte také: Malé spalovací zařízení a emise

Emisní náklady elektromobilů v různých zemích

Studie zkoumala emisní náklady vozidel pro Českou republiku a další tři země V4: Slovensko, Maďarsko a Polsko. Výhodou vozu Hyudai Kona, který studie použila pro srovnání, je, že nabízí všechny typy pohonů: benzinový motor, naftový motor, hybridní pohon i čistě elektrický pohon

• Výroba elektrického vozidla v České republice vyprodukuje o 40-70 % více emisí než srovnatelný benzinový vůz. Rozdíl souvisí především s baterií a její kapacitou. Zatímco u samotného automobilu je emisní náročnost 4 kg CO₂eq/kg vozu, u baterií je to 80 kg CO₂eq/kg.
• Nicméně i tak elektrické auto u nás vyrovná své výrobní emise s benzínem po ujetí 32 tisíc kilometrů (u varianty s baterií 64 kWh) nebo 18 tisíc kilometrů (u baterie 39 kWh). I v Polsku s vysokým emisním faktorem zaviněným specifickým energetickým mixem se tento dluh vyrovná do 50 tisíc najetých kilometrů.
• Za vyššími emisemi u elektromobilů tedy stojí zejména výroba baterie, především těžba a doprava primárních surovin. Rozdíl mezi elektromobily a spalovacími vozy se ale v budoucnu zmenší díky zkrácení dopravních řetězců a většímu využití recyklovaných materiálů při výrobě baterií.
• Obavy z vyšších emisí a nákladů kvůli nutnosti vyměnit degradovanou baterii nejsou opodstatněné. Životnost i menší baterie s kapacitou 39 kWh několikanásobně překročí průměrný nájezd vozidel. K výměně baterie dochází u elektromobilů jen výjimečně, třeba při vadné výrobní sérii nebo špatném zacházení.
• Česko a Polsko produkují při výrobě elektřiny pro elektromobily výrazně více emisí než při výrobě paliv pro spalovací vozy. Maďarsko a zvláště Slovensko naopak vyrábí elektřinu s nižšími emisemi než paliva. I tak ale elektromobily v Polsku sníží celkové emise skleníkových plynů skoro o 29 procent proti benzinovým autům. Důvodem jsou nižší emise z výroby elektřiny oproti součtu emisí z výroby paliv a jejich spalování.

Porovnání emisí z výroby a provozu různých vozů v České republice. Benzinový vůz vyprodukuje za svoji životnost nejvíce emisí skleníkových plynů, 38 tun CO₂. Následuje naftový vůz s 34 t, hybridní vůz s 30 t, elektromobil s baterií 64 kWh s 21 t a elektromobil s baterií 39 kWh s 18 t. Elektromobil s menší baterií se oproti benzínu a naftě začíná vyplácet už po 20 tisících kilometrech.

• Emise z výroby paliv se v průběhu let snižují jen výjimečně, hlavně při přechodu na paliva s vyšším podílem biosložek. To sice vede ke snížení emisí skleníkových plynů, významně ale roste dopad na využití půdy, potravinovou bezpečnost a ekologii.
• U výroby elektřiny studie očekává významný pokles emisí kvůli přechodu na obnovitelné a nízkoemisní zdroje v Evropské unii. Tento pokles nejvíce ovlivní celkovou ekologickou udržitelnost elektromobilů, protože jejich celkové emise závisejí především na čistotě elektřiny k jejich pohonu.
• Pro všechny země V4 studie počítá s ročním poklesem emisí z výroby elektřiny o 2 %. Především v České republice a Polsku se ale dá očekávat výraznější pokles, což ještě více elektromobily zvýhodní.

Ke snížení emisí z dopravy ale jen přechod na elektromobily nestačí. Zásadní je zlepšení energetického mixu v jednotlivých členských státech EU. Nepříznivá geopolitická situace, jako je konflikt na Ukrajině, může dočasně zvýšit emise z výroby elektřiny a snížit ekologické výhody elektromobilů.

Výpočty u spalovacích motorů pominuly řadu emisních příspěvků kvůli jejich zanedbatelným hodnotám nebo nedostatku dat. Jde například o ztráty paliva, lokální emise dalších výfukových plynů a podobně.

• Výzkumy naznačují, že celkové ztráty z distribuce a zpracování paliv dosahují desetin procenta. Přesná data ale chybí, protože ztracené palivo nepředstavuje z pohledu emisí hlavní ekologický problém. Významnější jsou další výfukové plyny kromě CO₂. Přestože se o lokálních městských emisích spalovacích motorů hodně diskutuje a některá evropská města postupně zakazují naftové vozy kvůli emisím NOx a pevných částic, studie tyto emise nezahrnuje kvůli nedostatku relevantních dat.
• Studie také nezahrnuje emise z údržby vozidel. Auta vyžadují údržbu, která nepřímo přispívá k emisím během jejich životnosti. Nedostatečná údržba navíc narušuje běžný provoz a vede k vyšším výfukovým emisím. Většina studií ale tyto emise zanedbává kvůli nedostatku vstupních dat.
• Poslední část studie sledovala emise z likvidace vozidel na konci životnosti. Hierarchie nakládání s odpady upřednostňuje opětovné využití před recyklací.

Názory odborníků a studie ČVUT

Dva přední čeští experti na dopravní mobilitu ve svém odborném článku podrobili kritickému průzkumu emise CO₂ u celého životního cyklu elektromobilů a vozidel se spalovacími motory. Dle jejich zjištění nejsou elektromobily v tomto směru tak výhodné, jak se často prezentuje, a např. Prof. Ing. Jan Macek, DrSc., a Ing. Josef Morkus, CSc., z Centra vozidel udržitelné mobility při Fakultě strojní ČVUT provedli detailní analýzu životního cyklu (LCA) pro model Hyundai Kona v šesti variantách pohonu - 1,0 GDi, 1,6 T-GDi, hybrid, diesel, BEV 39 kWh (elektromobil s nízkým dojezdem) a BEV 64 kWh (elektromobil s vysokým dojezdem).

• Reálné provozní emise elektrických vozidel jsou dle nich ve skutečnosti o 30-50 % vyšší než deklarované hodnoty, které neberou v potaz ztráty při nabíjení, topení či rekuperaci.
• Studie hodnotila množství emisí různých typů pohonů po ujetí 150 000 kilometrů. Autoři zjistili, že při průměrném evropském emisním mixu elektřiny (očekávaném pro rok 2028) je elektromobil Kona s větší 64kWh baterií emisně srovnatelný s hybridní verzí a jen o 11 % lepší než moderní diesel. Verze s 39kWh baterií je o 32 % lepší než diesel.
• Navíc česká studie poznamenává, že pokud je elektromobil provozován v Polsku, kde je emisní faktor kvůli velkému počtu uhelných elektráren dvojnásobný oproti průměru EU, výsledky jsou tristní, bez ohledu na sílu baterie. Jak „nafťák“, tak hybrid mají i po ujetí 150 000 kilometrů vždy podstatně nižší uhlíkovou stopu než elektromobil, a to o 30 % (velká baterie) a 45 % (menší baterie).

Naopak na Slovensku, kde pochází velká většina elektřiny z jaderných a vodních elektráren, by byl elektromobil emisně daleko výhodnější.

„Zatímco nejméně úsporný pohon s předimenzovaným benzinovým motorem 1,6 T-GDI by dosáhl v ČR vyrovnání emisí s 39kWh elektromobilem již po 70 000 km a s naftovým motorem po 90 000 km, jsou další kritické nájezdy pro vyrovnání emisí větší než 100 000 km, u hybridu dokonce více než 150 000 km.

Studie ukazuje, že emisní výhodnost elektromobilu dramaticky závisí na tom, kde byla vyrobena jeho baterie a kde jezdí. Autoři nepopírají výhody elektromobilů v městském provozu, ale varují před „přehnaným očekáváním od plošného nasazení“ bateriových vozidel.

• Autoři dle výsledků navrhují i několik řešení, jak emisní stopu elektromobilů snížit. Prvním jsou menší baterie, které sice mají kratší dojezd, ale také nižší emisní dluh. Dalším je dekarbonizace výroby elektřiny v podobě přechodu na stabilní, nízkouhlíkové zdroje, konkrétně jadernou energetiku. Autoři studie přitom poukazují na rozdíl mezi Německem a Francií.
• „Německo, přestože má již instalovanou kapacitu solárních a větrných elektráren násobně převyšující spotřebu, mělo v období 11/2023 - 10/2024 průměrný emisní faktor z hrubé výroby elektřiny 462 g CO2eq./kWh.

Emise a výroba elektromobilů

V předcházejícím článku jsme vypočítali, kolik emisí CO2 přináší jízda s elektromobilem. Do kompletního hodnocení ekologického přínosu je však potřeba připočítat i emise z jejich výroby.

Zatímco výpočet emisí vytvořených provozem elektromobilu je snadný, dopátrat se, jak čistá je výroba samotného elektrického vozu není úplně lehký úkol. Automobilky vám samozřejmě neposkytnou údaje, které by je postavily do špatného světla, a místo toho se dočkáte jen marketingových elaborátů o udržitelnosti a solárních panelech na střechách továren.

Je nutné se tak podívat na nezávislé výzkumy, které se sice nikdy přesně neshodnou, ale určitý obrázek o situaci dávají. Pro srovnání je ale nutné vědět, kolik emisí CO2 se vyprodukuje při výrobě spalovacích vozů. Výzkumy na toto téma nejsou tak časté, většina se jich ale shodne na číslech mezi 5 a 10 tunami, v závislosti na velikosti vozu a místa jeho produkce.

Elektromobil versus spalovací auto

Elektromobily jsou často propagovány jako ekologický způsob dopravy. Jsou jedním z hlavních nástrojů boje proti globálnímu oteplování. Mnoho lidí je však ohledně dopadu elektromobilů na životní prostředí hodně skeptických. Na tuto otázku se snažila najít odpověď agentura Reuters, pro kterou vypracovala Argonne National Laboratory analýzu na toto téma. Laboratoř zkoumala celý životní cyklus elektromobilů i vozů se spalovacím motorem. Z analýzy vyšlo najevo, že výroba elektromobilu je opravdu méně ekologická než výroba konvenčního auta. Elektromobil je však ekologičtější při běžném provozu, a proto dokáže náročnost výroby dohnat.

Agentura Reuters uvedla příklad na Modelu 3 s 54kWh baterií. Je však zřejmé, že tento údaj výrazně závisí právě na složení energetického mixu. V USA tvoří uhelné elektrárny přibližně 23 % elektrické energie. Například Norsko však používá téměř výhradně obnovitelné zdroje energie. Proto by se tam Model 3 vyrovnal autu s konvenčním pohonem již po asi 14 000 kilometrech. Na druhou stranu však například v Polsku vyrábí uhelné elektrárny téměř všechnu elektřinu.

Důležitým faktorem je též například velikost baterie nebo efektivita daného elektromobilu. Podle výzkumu se tedy ukazuje, že elektromobily jsou v naprosté většině více ekologické než auta se spalovacím motorem. Někdy je však kvůli tomu nutné ujet značné množství kilometrů.

Studie bohužel nezapočítávala recyklaci použitých baterií, která již v dnešní době proveditelným způsobem snížení emisí při výrobě. Většinu materiálů z článků je totiž možné znovu využít k výrobě nových baterií. Nesmíme také zapomínat na zásadní benefit elektromobilů, nulové lokální emise. Lidé tak ve městech nebudou muset dýchat zdraví ohrožující spaliny z výfuků. Jen tato výhoda sama o sobě je dobrým důvodem, proč je elektromobil vhodnější než spalovací auto. Jednotlivé země se každým rokem při výrobě elektřiny stávají méně závislé na fosilních palivech a začleňují do svých energetických mixů stále více obnovitelných zdrojů.

Emise z celého životního cyklu jsou u elektroaut dramaticky vysoké

Světlo světa spatřila další nezávislá studie, která dokazuje, že elektromobilita bude jen těžko představovat skutečnou klimatickou spásu současné devastované planety. Je sice jasné, že v samotném provozu, a to hlavně ve městech, produkuje elektromobil logicky výrazně méně lokálních emisí, než vozy s klasickými spalovacími motory (i když i zde došlo k výrazným pokrokům), problém však spočívá v tom, že je pro objektivní srovnání nutné zohlednit uvolňování skleníkových plynů během celého životního cyklu - tedy nejen v samotném provozu, ale i během výroby a následné recyklace. A u všech těchto oblastí vyvstávají pro elektroauta velké problémy.

Studie došla k závěru, že elektromobil nižší střední třídy (velikost VW Golf) začne být pro životní prostředí přínosný až po ujetí 127 500 km.

Abychom získali objektivní informace o dopadu jednotlivých typů pohonu na životní prostředí, musí se zohledňovat všechny relevantní emise z celého životního cyklu vozu. Hlavním problém elektromobilů je totiž ekologická zátěž při výrobě baterií, s kterou se staví na start ještě předtím, než vůbec ujedou první kilometr v provozu. Tato emisní stopa je tak výrazná, že její amortizace během provozu je pak velmi pomalá. Tím spíše, že i v Německu, kde studie primárně vznikla, je energetický mix (tedy poměr jednotlivých zdrojů výroby elektřiny - od uhelných elektráren po jádro) stále hodně "špinavý", což elektromobilům také nehraje do karet. Tato skutečnost je o to smutnější, že je to právě Německo, které se v Evropě víceméně jako jediné dlouhodobě snaží svou energetiku z hlediska emisí co možná nejvíce očistit. Řešením jsou obnovitelné zdroje.

• Vědci vypočetli, že teprve při použití elektrické energie z obnovitelných zdrojů se emisní bilance elektromobilu oproti ostatním druhům pohonu zásadně zlepší. Ve srovnání s benzinovým motorem bude elektromobil ekologicky přínosný od ujetí 37 500 km, v porovnání s dieselem pak po ujetí 40 500 km. Dokonce byl do porovnání zařazen i vůz poháněný vodíkovými palivovými články (vodík z obnovitelných zdrojů). Ve srovnání s ním by musel elektromobil ujet na elektřinu z obnovitelných zdrojů více než 115 000 km, aby byl vůbec ekologičtější. Pokud by elektřina pocházela ze současného německého elektrického mixu, nevyplatil by se elektromobil oproti vodíkovému autu nikdy.
• Tak či tak má studie překvapivého vítěze, kterým jsou auta poháněná zemním plynem. Ty v současnosti z hlediska emisí skleníkových plynů představují nejlepší řešení.

Informace k použitým datům:

• Zdroj: Joanneum Research, Graz.
• Vozidlo: nižší střední třída,
• Spotřeba Benzin (E5) 6 l (= 0,52 kWh/km), Diesel (B7) 5,2 l (= 0,50 kWh/km), CNG 4,1 kg/100 km (= 0,63 kWh/km), H2 1,02 kg/100 km (= 0,34 kWh/km), Elektřina 0,19 kWh/km.
• Životnost osobního vozu 15 let, roční nájezd 15 000 km, kapacita baterií 40 kWh, ­životnost baterií 150.000 km.
• Ještě je třeba připočítat +25 000 km v neprospěch EV. Je to dáno tím, že výroba EV je méně ekologická než spalovacího auta. Tedy u dieselu se to srovná až po 250 000 km. Teda asi za 20-25 let normálního nájezdu. A spotřeba je na Kč obdobná.

Nedávné studie naznačují, že elektromobily mohou produkovat emise, které jsou pro zdraví škodlivější než emise z naftových motorů. Ačkoli elektromobily během provozu nevypouštějí výfukové plyny, jejich vyšší hmotnost způsobuje zvýšené opotřebení pneumatik a brzd, což vede k uvolňování jemných prachových částic (PM2,5) do ovzduší.

Výzkum také ukazuje, že výroba elektromobilů, zejména jejich baterií, je energeticky náročná a může vést k vyšším emisím skleníkových plynů než výroba vozidel s konvenčními motory. Na druhou stranu, jiné studie poukazují na to, že elektromobily přispívají ke zlepšení kvality ovzduší a snižují výskyt onemocnění, jako je astma.

Je tedy zřejmé, že problematika emisí spojených s elektromobily je komplexní. Zatímco během provozu nevypouštějí škodlivé výfukové plyny, je třeba zvážit emise vznikající při jejich výrobě a opotřebení součástí.

tags: #uvolňování #emisí #při #výrobě #baterií #do

Oblíbené příspěvky:

• Jak funguje recirkulace vzduchu Climatronic?
• Ochrana přírody v ČR: Přehled nevládních organizací
• Petr A. Bílek a populární kultura
• Co je OEES?
• Němečtí filozofové a příroda