Дизель или электромобиль. Сравнение экологии и климатического баланса

Три немецких автора, среди которых популярный экономист, профессор Ханс-Вернер Зинн (Hans-Werner Sinn) опубликовали исследование по экологии транспорта, которое вызвало скандал. Исследование было опубликовано на сайте ifo-института (Ifo Institute for Economic Research), в котором Зинн раньше работал президентом.

Авторы пришли к выводу, что в деле борьбы с глобальным потеплением электромобиль – это «шаг назад по сравнению с современным дизельным мотором». «С учётом затрат энергии на производство аккумуляторов и при современной структуре генерации электроэнергии в Германии выброс CO2 электромобиля только в наиболее благоприятном случае сопоставим с показателем дизельного двигателя», — сказано в их небольшом докладе. В самом же плохом случае электромобиль, по расчётам авторов, выбрасывает на 28% больше, чем дизельный.

Известно и подтверждается даже в рассматриваемой работе ifo-института, что выбросы в процессе эксплуатации электромобиля в течение срока службы ниже, чем у бензиновых и дизельных машин, даже при той структуре выработки электроэнергии, которая сегодня существует в ФРГ. Однако немецкие исследователи утверждают, что выбросы в процессе производства литий-ионных аккумуляторов настолько высоки, что они (опять же в условиях германской структуры генерации) съедают все экологические эксплуатационные преимущества электромобилей.

Работа вызвала действительно большой резонанс, и авторам даже пришлось «оправдываться», выпустить к ней дополнительные разъяснения на сайте профессора Зинна.

Некоторые наши комментаторы в блогосфере назвали исследование «авторитетным», хотя таковым оно, конечно, не является. Это «нерецензированное мнение непрофессионалов», которые обладают определенным авторитетом в, скажем, экономической науке, как профессор Зинн, но не являются специалистами в автомобилестроении. Заведующий кафедрой автомобильной техники в Техническом университете Мюнхена профессор Маркус Линкамп (Markus Lienkamp) считает, что исследование «проведено ненаучно», «использует неуместные предположения» и «игнорирует некоторые аспекты». Итак, это ненаучное исследование, которое отражает частное мнение авторов — неспециалистов. Тем не менее, поскольку ifo-институт — это довольно-таки известная организация в области экономических исследований, доклад заметили и стали обсуждать.

Выводы Зинна и компании противоречат выводам, содержащимся в недавних других исследованиях по той же теме. Например, доклад Fraunhofer ISI, 2019 год (тоже ФРГ): «выбросы парниковых газов сопоставимых электрических авто на 28 процентов меньше, чем у дизеля класса люкс, и до 42 процентов меньше, чем у небольших бензиновых автомобилей. Тот, кто сегодня покупает электромобиль [имеющий только электрический двигатель] и использует его в Германии в среднем 13 лет, выбрасывает значительно меньше CO2 и других газов, влияющих на климат, чем при покупке автомобиля с двигателем внутреннего сгорания».

Также в 2019 году вышел объемный 68-страничный доклад немецкого Института исследований в области энергетики и окружающей среды Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg (ifeu) «Климатический баланс электромобилей». Его вывод: «электромобили уже имеют преимущество перед автомобилями с ДВС, иногда больше, иногда меньше. И преимущество будет расти».

Доклад ICCT, 2018 год: «Электромобили намного чище, чем автомобили с двигателем внутреннего сгорания в течение срока их службы. Мы обнаружили, что типичный электрический автомобиль сегодня производит только половину выбросов парниковых газов среднего европейского легкового автомобиля. Кроме того, электрический автомобиль, использующий среднюю европейскую электроэнергию, почти на 30% чище в течение своего жизненного цикла по сравнению с даже самым эффективным автомобилем с двигателем внутреннего сгорания на рынке сегодня… На рынках с очень низкоуглеродным электричеством, таких как Норвегия или Франция, электромобили производят менее трети выбросов в течение жизненного цикла среднего транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания». 

Посмотрим на детали скандального доклада ifo-института. Авторы сравнивают выбросы («углеродный баланс») дизельного Mercedes C 220 d и Tesla 3. Они, разумеется, не сами придумывают данные и не занимаются измерениями, а выдергивают нужные им цифры из разных источников.

Начнём с производства аккумуляторов. Показатель выбросов при производстве батарей берётся Зинном и компанией из «шведского исследования» 2017 года «Потребление энергии и выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла литий-ионных батарей», о котором мы писали. Достоверность результатов этого исследования неоднократно подвергалась сомнению, и с момента его выхода было опубликовано множество более свежих работ, часть из которых я назвал выше, содержащих более актуальные данные.

Производство аккумуляторов является менее энергоемким, и в расчётах следует учитывать конкретную структуру энергоснабжения для каждого предприятия. Например, если мы говорим о модели Tesla 3, то следует учитывать, что производство аккумуляторов на фабрике Tesla является практически безуглеродным, соответственно, удельные выбросы составляют не 145-195 кг СО2 на киловатт-час батареи, как считают Зинн сотоварищи, а в разы меньше.

Это кардинальным образом меняет общий углеродный баланс жизненного цикла электромобиля.

К показателю удельных (на киловатт-час) выбросов в немецкой энергосистеме, использованному Зинном и его соавторами (0,55 кг СО2), также есть вопросы. Они на 16% выше, чем в официальных данных немецкого Бюро по охране окружающей среды (Umweltbundesamt). Это отрицательно влияет на общий расчётный объем выбросов как в производстве, так и при эксплуатации электромобиля. Важно учитывать, что структура генерации со временем меняется, становится более чистой. В ФРГ действует закон о ВИЭ (EEG), в котором прямо, в первой главе, сказано, что к 2050 году ВИЭ будут покрывать как минимум 80% потребления электроэнергии в стране. Установлены и соответствующие промежуточные цели. Более того, в соответствии с недавним коалиционным соглашением цель развития возобновляемой энергетики, вероятно, будет повышена, и уже к 2030 году доля ВИЭ в Германии достигнет 65%. Другими словами, динамика изменений структуры выработки электроэнергии очень важна, и в течение жизненного цикла электромобиля в Германии средний удельный выброс составит, конечно, не 0,55 кг на кВт*ч, а существенно меньшую величину.

Каждый электромобиль в течение срока своей службы становится чище по мере очищения структуры выработки электроэнергии. В этом их отличие от дизельных и бензиновых машин, состав и объем выброс которых в целом не меняется в процессе эксплуатации. Этот фактор необходимо учитывать в расчётах жизненного цикла, но в исследовании ifo-института он не учитывается.

Для показателя выбросов дизельного Мерседеса авторы используют лабораторные данные NEDC (New European Driving Cycle). Однако NEDC был заменён на WLTP (Worldwide Harmonized Light Duty Vehicles Test Procedure) ещё в 2017. Результаты этих оценок отличается, известно, что NEDC является менее достоверным и занижает расход топлива и фактические показатели выбросов дизельных машин. Зинн объясняет: для модели Tesla 3 ещё нет теста WLTP, а авторы не могут сравнивать результаты разных тестов. Такое объяснение не очень удовлетворяет, поскольку в действительности дизель выбрасывает на десятки процентов больше, чем указано в NEDC, то есть авторы использовали заведомо некорректные данные. Есть и другой актуальный (достоверный и независимый) источник — это тесты EPA (американского агентства по охране окружающей среде). В ФРГ также есть независимые тесты выбросов — spritmonitor.de. На них почему-то Зинн и коллеги не обратили внимание.

Исследователи под предводительством Зинна в своих расчётах исходят из срока службы блока аккумуляторов в 150 тысяч километров пробега электромобиля. По оценке многих специалистов эти данные занижены чуть ли не в десять раз. Соответственно, существенно завышаются удельные показатели выбросов (чем меньше срок службы в километрах, тем выше удельные выбросы).

Немецкие авторы для сравнения берут автомобиль Тесла 3 с самой большой из предлагаемых батареей 75 кВт*ч (чем больше батарея, тем больше выбросы). При этом Тесла 3 может развивать более 470 лошадиных сил, а Мерседес «всего» 194 лошадки. Такое вот специфическое получается сравнение «одноклассников». Если мы возьмём батарею с 30 или даже 60 кВт*ч, итог по выбросам получится совсем другим.

Зинн и соавторы подчеркивают высокую энергоемкость производства аккумуляторов, но недооценивают энергетические затраты, связанные с производством дизельного автомобиля и дизельного топлива.

В общем, в рассматриваемом исследовании ifo-института довольно много, мягко говоря, «натяжек», возникновение которых хорошо объясняется в статье в немецком журнале Wirtschafts Woche: “тема технически сложна, расчеты содержат многочисленные прогнозы и, следовательно, отличаются. По сути, Зинн применяет к дизелю лучшие сценарии, а к электромобилю — худшие». Такая вот методология. Электромобили выбрасывают больше CO2 только в том случае, если взять, с одной стороны, нереальные (негативные) предположения о выбросах в производстве батарей, сроке службы батарей и в отношении удельных выбросов в электроэнергетике, а, с другой стороны, нереально положительные предположения о выбросах дизельного автомобиля. Что мы и наблюдаем в данном случае.

Все недочёты немецкого исследования попытался свести и откорректировать голландский эксперт Auke Hoekstra. У него получилось, что Тесла 3 выбрасывает в течение своего срока службы (жизненного цикла) не на 11-28% больше, чем дизельный Мерседес, а на 63% меньше. Такое вот расхождение.

Немецкий институт системных и инновационных исследований (Fraunhofer ISI) также опубликовал свои замечания к работе ifo-института. Корректировки выкладок Зинна и его коллег, сделанные специалистами Fraunhofer ISI, привели к тому, что климатический след электромобиля в течение жизненного цикла оказался в четыре-шесть раз ниже, чем у дизельного авто, в зависимости от разных сценариев выбросов в производстве аккумуляторов.

Ну и в заключение повторю ещё раз основное. Развитие электротранспорта должно идти рука об руку с развитием возобновляемой энергетики, что, собственно, сегодня и происходит. Очищение структуры генерации неизбежно ведет к снижению углеродного следа производства чего бы то ни было, в том числе и литий-ионных аккумуляторов. Соответственно, экологические/климатические преимущества электромобилей на всём жизненном цикле становятся всё более явными.