Dla klimatu

Gazy cieplarniane, wytwarzane m.in. przez pojazdy spalinowe, przepuszczają do atmosfery ziemskiej promieniowanie słoneczne, ale nie wypuszczają z niego w wystarczającym stopniu promieniowania cieplnego. W rezultacie średnia temperatura na świecie jest coraz wyższa (o 0,91-0,96°C w porównaniu do temperatury pod koniec XIX w.), a ludzkość stanęła przed wielkim wyzwaniem – walką z efektem cieplarnianym. Wzrost temperatury o więcej niż 2°C znacząco zwiększy ryzyko wystąpienia nieodwracalnych zmian klimatycznych, niosących katastrofalne skutki dla globu. Bez obniżenia poziomu emisji GHG w ciągu najbliższych 80 lat średnia temperatura będzie o 4°C wyższa niż 200 lat temu. Poprzednio do tak dużej zmiany doszło 20 tysięcy lat temu. Wzrost temperatury wywołuje katastrofalne zjawiska klimatyczne. Na skutek topnienia pokrywy lodowej systematycznie podnosi się poziom wody w morzach i oceanach: w latach 1961-2003 wzrastał w tempie 1,8 mm rocznie, a w latach 1993-2003 już 3,1 mm rocznie. Podniesienie się poziomu morza nawet o klika metrów spowoduje zasadnicze zmiany linii brzegowej i zatopienie nisko położonych obszarów. Według prognoz, do 2100 r. powodzie mogą zredukować globalne PKB nawet o 20%, a zagrożenie powodziowe obejmie nawet połowę światowej populacji.

Coraz częściej występują również susze, fale upałów, pożary oraz erozje obszarów nadmorskich i nizinnych. Jednocześnie w wielu regionach zasoby wody zmniejszają się. Poważne straty wywołują m.in. tornada, burze piaskowe, lawiny, osuwiska, ulewy i burze. Wiele gatunków roślin i zwierząt jest zagrożonych wyginięciem. Rozprzestrzeniają się choroby tropikalne. Anomalie mają coraz większy wpływ na codzienne życie i zdrowie ludzi oraz na gospodarkę. Jak wynika z raportu FAO (Organizacji Narodów Zjednoczonych ds. Wyżywienia i Rolnictwa), w ciągu ostatnich 30 lat częstotliwość występowania katastrof naturalnych wzrosła o ok. 50%. W latach 2003-2013 straty ekonomiczne wywołane zjawiskami pogodowymi wyniosły aż 1,5 bln dolarów. W krajach rozwijających się ucierpiało z ich powodu ok. 2 mld ludzi.

Skutki ocieplenia klimatu odczuwa również Polska. Od końca XIX w. w naszym kraju odnotowuje się systematyczny wzrost temperatury powietrza, szczególnie intensywny po roku 1989. Na skutek zmian klimatu możemy spodziewać się m.in. zwiększenia występowania ekstremalnych temperatur, zmniejszenia poziomu opadów w okresie letnim, czy częstszych powodzi i pożarów lasów.

W krajach członkowskich Unii Europejskiej prawie 30% całkowitej emisji CO2 pochodzi z sektora transportu, z czego 72% z transportu drogowego. Samochody osobowe generują 12% łącznej emisji dwutlenku węgla, zaś pojazdy dostawcze – 2,5%. Z kolei pojazdy ciężkie – autobusy i ciężarówki – odpowiadają za ok. 25% emisji CO2 z sektora transportu, tj. za ok. 6% wszystkich unijnych emisji.

W 2019 r. instytucje Unii Europejskiej zaktualizowały cele emisyjne dotyczące sektora transportu. Na podstawie Rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2019/631 z dnia 17 kwietnia 2019 r. od dnia 1 stycznia 2030 r. w odniesieniu do średniego poziomu emisji parku nowych samochodów osobowych docelowy poziom emisji dla unijnego parku pojazdów ma być równy 37,5 % redukcji docelowego poziomu w 2021 r., zaś w odniesieniu do średniego poziomu emisji parku nowych lekkich pojazdów użytkowych – 31 %. Wyznaczono również wartość docelowe od dnia 1 stycznia 2025 r. (15% dla obu kategorii pojazdów).

Wprowadzono ponadto wskaźniki dla pojazdów nisko- oraz zeroemisyjnych, mające zastosowanie od dnia 1 stycznia 2030 r.: 35% udziału parku nowych samochodów osobowych oraz 30% udziału floty lekkich pojazdów użytkowych. Podobne normy zostały wdrożone dla pojazdów ciężkich na podstawie Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2019/1242 z dnia 20 czerwca 2019 r.

Co zaostrzanie norm oznacza w praktyce? Producenci, którzy nie dostosują się do nowych narażają się na ryzyko kar finansowych, wynoszących 95 euro za każdy dodatkowy gram emisji CO2 samochodów sprzedanych w danym okresie.

Samochody całkowicie elektryczne (BEV) oraz hybrydy typu plug-in poruszające się w trybie elektrycznym (PHEV) są lokalnie zeroemisyjne. Podczas jazdy nie generują dwutlenku węgla, którego zwiększona emisja przyczynia się do powstawania efektu cieplarnianego.

Oceniając, w jakim stopniu samochód wpływa na środowisko, należy wziąć pod uwagę nie tylko emisję podczas jazdy, ale również wszystkie emisje CO2 wytwarzane podczas całego cyklu życia pojazdu. Biorąc pod uwagę miks energetyczny w Europie, BEV i PHEV są znacznie bardziej przyjazne dla środowiska niż pojazdy napędzane benzyną i olejem napędowym.

To, w jakim stopniu samochód elektryczny oddziałuje na środowisko w znacznej mierze zależy od źródła energii pozyskiwanej do jego zasilania. W przypadku, gdy energia pochodzi ze źródeł odnawialnych (OZE), takich jak elektrownie wiatrowe, wodne czy słoneczne, pojazdy elektryczne, w fazie eksploatacyjnej, są całkowicie bezemisyjne. Nie wytwarzają dwutlenku węgla, a także cząstek pyłu zawieszonego, tlenków azotu i siarki, czyli substancji przyczyniających się do powstawania smogu. W Polsce coraz więcej ogólnodostępnych stacji czołowych operatorów jest zasilanych energią pochodząca właśnie z OZE. Co więcej, udział źródeł odnawialnych w ogólnym miksie energetycznym Polski stale rośnie, a wraz z nim wzrasta przewaga ekologiczna samochodów elektrycznych nad ich spalinowymi odpowiednikami.

Obecnie, uwzględniając cały cykl życia pojazdu (produkcja-eksploatacja-utylizacja lub recykling), samochody elektryczne w porównaniu do swoich spalinowych odpowiedników pozwalają na ograniczenie emisji CO2 od 22% do nawet 81%. Koncerny motoryzacyjne starają się minimalizować emisję CO2 powstającą w procesie produkcji EV poprzez pozyskiwanie energii elektrycznej służącej zasilaniu fabryk wyłącznie z odnawialnych źródeł lub poprzez angażowanie się w programy ochrony środowiska. Na rynku pojawiły się już modele elektryczne neutralne w zakresie emisji dwutlenku węgla w całym cyklu życia pojazdu, począwszy od łańcucha dostaw, przez produkcję w fabryce zasilanej wyłącznie energią z odnawialnych źródeł, przez fazę eksploatacji aż po recykling.

Pojazdy elektryczne powstają z ekologicznych materiałów, pochodzących często z odzysku. Niektóre modele BEV podlegają recyklingowi aż w 95%! Z akumulatorów litowo-jonowych odzyskuje się cenne surowce, które mogą być wielokrotnie wykorzystane do produkcji nowych baterii. Z kolei re-using, tzw. drugie życie baterii to możliwość wykorzystania ich w innej roli, po zakończeniu eksploatacji pojazdu elektrycznego. Po dekadzie użytkowania akumulator EV może zachować nawet 70% pierwotnej, fabrycznej pojemności. Pod kątem zastosowania w samochodzie elektrycznym uznaje się go za zużyty, ale nadal dysponuje on wydajnością wystarczającą do funkcjonowania w stacjonarnych magazynach energii. Urządzenia tego typu mogą być instalowane np. w stacjach ładowania, zwiększając dostępną moc lub też służyć do zasilania obiektów (np. uczelni, stadionów, osiedli mieszkaniowych). Jednocześnie, pozwalają na efektywne zagospodarowanie nadwyżek energii pochodzących ze źródeł odnawialnych.

Rozwój elektromobilności sprzyja uniezależnianiu się poszczególnych państwa od importu ropy naftowej. Transport i wydobycie tego surowca często przyczyniają się do poważnych w skutkach katastrof ekologicznych, zaś wahania cen paliw kopalnych na światowych rynkach – do kryzysów ekonomicznych. Według prognoz Międzynarodowej Agencji Energetycznej (IEA), w zależności od scenariusza, rozwój elektromobilności w 2030 r. pozwoli zredukować konsumpcję od 2,5 do 4,2 miliona baryłek produktów ropopochodnych dziennie. To liczba odpowiadająca ok. 1/3 dziennej produkcji ropy w USA w 2018 r.

Transport spalinowy ma negatywny wpływ nie tylko na klimat, ale również na nasze zdrowie. Spaliny zawierają szereg szkodliwych substancji, takich jak tlenki azotu, tlenki siarki, ołów i jego związki, lotne związki organiczne oraz cząstki stałe. Pojazdy z silnikami benzynowymi i Diesla przyczyniają się do powstawania smogu, zjawiska będącego coraz poważniejszym problemem dla wielu miast na całym świecie. Spaliny z rur wydechowych w połączeniu z emisją z pieców spalających paliwa stałe tworzą mieszankę zabójczą zarówno dla ludzi, jak i zwierząt. Wpływ tzw. niskiej emisji na nasze zdrowie przejawia się w problemach układu oddechowego, naczyniowo-sercowego oraz nerwowego, a w przypadku ciężarnych kobiet prowadzi do poronień i przedwczesnych urodzeń.

Zanieczyszczenia powietrza (w tym składniki klasycznego smogu) wywołują w układzie oddechowym tzw. stres oksydacyjny i nitrozacyjny, skutkujący bezpośrednio reakcją zapalną. W ten sposób dochodzi do zwiększenia ryzyka infekcji i alergizacji. Ekspozycja na cząstki pyłu zawieszonego w Polsce skraca średnią długość życia o ponad rok!

Szczególnie niebezpieczne są cząsteczki spalin emitowane przez wysokoprężne silniki Diesla – DEP (ang. Diesel-exhausted particles). Przenikają do krwi, działają prozapalnie i rakotwórczo. Ekspozycja na te cząstki jest m.in. czynnikiem ryzyka rozwoju astmy oskrzelowej i innych chorób alergicznych.

Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem (International Agency for Research on Cancer – IARC) uznała zanieczyszczenia powietrza, w tym cząstki zawieszone (PM10 i PM2,5) i spaliny emitowane przez silniki Diesla za substancje o udowodnionym działaniu rakotwórczym. Oszacowano, że zapadalność na raka płuca zwiększa się o 9% wraz ze wzrostem długookresowego narażenia populacji na PM2,5 o każde 10 μg/m3. Oznacza to, że w polskich miejscowościach, na obszarze których notuje się najwyższe stężenia pyłów w powietrzu, ryzyko wystąpienia raka płuca może być wyższe o 20-40%. IARC uznała zanieczyszczenia powietrza za czynnik odpowiedzialny również za zwiększone ryzyko zachorowania na raka pęcherza moczowego. Narażenie na składowe zanieczyszczenia powietrza (m.in. PM, węglowodory aromatyczne, spaliny silników Diesla, tlenki azotu) wiąże się także z wieloma innymi typami nowotworów.

Zanieczyszczenia powietrza wywierają również negatywny wpływ na układ nerwowy człowieka, zarówno pośrednio – przez upośledzenie czynności układów krążenia i oddechowego, jak i bezpośrednio. Narażenie prenatalne na WWA, tlenki azotu i PM może skutkować u dzieci m.in. obniżeniem ilorazu inteligencji, słabszym rozwojem psychomotorycznym, nadpobudliwością, trudnościami w koncentracji, a także odgrywać znaczącą rolę w patogenezie autyzmu. Istnieją poważne przesłanki wskazujące na negatywny wpływ zanieczyszczeń powietrza na funkcję układu nerwowego u młodzieży i osób starszych (np. upośledzenie inteligencji, pamięci i wystąpienie przedwczesnej demencji).

Stwierdzono także, że zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego zwiększają częstość występowania wewnątrzmacicznego obumarcia płodu i zmniejszenia wagi urodzeniowej, mogą także upośledzać płodność kobiet i mężczyzn.

Emisje z sektora transportu pochodzą nie tylko z układów wydechowych. Obejmują również pyły uwalniane w wyniku tarcia o siebie części samochodu, ścierania się opon i nawierzchni dróg. W wyniku ścierania się klocków, tarcz, zacisków i elementów wspomagających układu hamulcowego dochodzi do emisji znacznej ilości szkodliwych pyłów będących dużym zagrożeniem dla zdrowia.

Według danych z rynku USA, 55% masy cząstek niegazowych PM10 pochodzących z ruchu drogowego – poza spalinami – to szkodliwe substancje z klocków i tarcz hamulcowych. Stanowią one 21% całkowitej masy zanieczyszczeń, przy czym z tego 50-70% stanowią cząstki małe, czyli PM2.5 lub mniejsze. Są to również cząstki ultradrobne (nanocząsteczki), które odpowiadają w tej grupie za aż 33% masy. To one są najbardziej szkodliwe. Rodzaj substancji emitowanych do powietrza zależy od składu zastosowanych klocków i tarcz. Mogą to być stal, szkło, kevlar, miedź, żelazo, mangan, cynk, kadm, tytan, ołów, molibden, bar, magnez, nikiel, antymon, aluminium, potas, rtęć i chrom. Co istotne, samochody hamują w bezpośredniej bliskości przejść dla pieszych i to tam dochodzi do najwyższych poziomów emisji szkodliwych substancji.

Również i w tym zakresie elektryczne wykazują znaczną przewagę ekologiczną nad pojazdami spalinowymi. Dzięki systemom rekuperacji, pozwalającym odzyskiwać energię elektryczną podczas hamowania, samochody elektryczne wyraźnie zwalniają po odjęciu gazu, co często pozwala nawet na całkowite zatrzymanie pojazdu. W rezultacie elementy układu hamulcowego zużywają się znacznie wolniej niż w porównywalnych modelach o napędzie spalinowym. Hamowanie rekuperacyjne zdecydowanie ogranicza emisję szkodliwych pyłów.

Ok. 65% mieszkańców Europy jest narażonych na poziomy hałasu przekraczające dopuszczalne normy za dnia, a prawie 20% na stwarzające zagrożenie dla zdrowia natężenie hałasu także w nocy. Ma to szczególnie negatywny wpływ na osoby najmłodsze. Dzieci przewlekle poddane ekspozycji na hałas mają kłopoty m.in. ze skupieniem uwagi i pamięcią.

Europejska Agencja Środowiska (EEA) informuje, że narażenie na nadmierny hałas powoduje w Europie 12 tys. przedwczesnych zgonów rocznie i przyczynia się do 48 tys. przypadków choroby niedokrwiennej serca. Szacuje się również, że z powodu hałasu 22 mln ludzi cierpi na chroniczną irytację, a 6,5 mln na przewlekłe zaburzenia snu.

To poważny problem również w Polsce. Według danych Głównego Inspektoratu Ochrony Środowiska, w 2018 r. aż 92 % przebadanych odcinków dróg w Polsce charakteryzowało się poziomem emisji hałasu przekraczającym 60 dB w porze dnia! Z kolei w nocy na 85% odcinkach dróg objętych badaniami odnotowano natężenie hałasu ponad 55 dB.

Elektromobilność pozwala na redukcję hałasu. Atutem pojazdów z napędem elektrycznym (BEV oraz PHEV w trybie zeroemisyjnym) jest wyjątkowo cicha praca układu napędowego. Samochody elektryczne emitują średnio od 3 do 20 dB mniej niż porównywalne pojazdy spalinowe. W praktyce przekłada się to nawet na 50—procentową redukcję poziomu hałasu i komfort kierowcy, pasażerów oraz osób postronnych przebywających w miastach i w pobliżu ruchliwych dróg. Elektryczne samochody użytkowe mogą z powodzeniem realizować dostawy lub świadczyć usługi komunalne również w nocy, nie zakłócając spokoju okolicznych mieszkańców.

Energia słoneczna, wiatrowa, wodna i geotermalna przyczyniają się do ochrony środowiska, zwiększenia bezpieczeństwa energetycznego, a także uniezależnienia się poszczególnych państw od importu paliw kopalnych, przede wszystkim ropy naftowej, gazu ziemnego i węgla. OZE to także oszczędności finansowe oraz dostęp do energii na obszarach pozbawionych dostępu do sieci przesyłowych.

Udział OZE w łącznym, końcowym zużyciu energii w państwach członkowskich Unii Europejskiej uległ podwojeniu od 2005 r. Według danych Europejskiej Agencji Środowiska (EEA) wyniósł 18% w 2018 r. Według danych Urzędu Regulacji Energetyki (URE), moc zainstalowana instalacji wytwarzających energię ze źródeł odnawialnych rośnie również w Polsce. Warto też pamiętać, że energia słoneczna czy wiatrowa to w zasadzie niewyczerpalne źródła energii dla człowieka.

Efektywne wykorzystanie OZE rodzi szereg wyzwań. Przykładowo, energia wiatrowa i słoneczna cechują się niestabilnością procesu ich wytwarzania i brakiem ciągłości jej dostaw. Ilość energii generowanej przez panele fotowoltaiczne ulega znacznym wahaniom zarówno w cyklu dobowym, jak i w zależności od pory roku i stopnia nasłonecznienia. Z kolei wydajność farm wiatrowych jest uzależniona od warunków pogodowych. Konieczne jest więc odpowiednie zarządzanie produkcją z OZE w celu pokrycia popytu ze strony odbiorców energii w możliwe najwyższym stopniu.

Odpowiedzią na te wyzwania jest m.in. rozwój elektromobilności. EV mają potencjał, by wydatnie przyczynić się do zwiększenia udziału energii ze źródeł odnawialnych, a dzięki nowym technologiom stosowanych w samochodach z napędem elektrycznym, takim jaki Vehicle-to-Grid (V2G), OZE mogą być wykorzystywane w znacznie bardziej efektywny sposób. Jednocześnie źródła odnawialne zasilające stacje ładowania przyczyniają się do podniesienia stopnia ekologiczności pojazdów z napędem elektrycznym.

Samochody całkowicie elektryczne (BEV) oraz hybrydy typu plug-in poruszające się w trybie elektrycznym (PHEV) są lokalnie zeroemisyjne. Podczas jazdy nie generują dwutlenku węgla, którego zwiększona emisja przyczynia się do powstawania efektu cieplarnianego. Stopień ekologiczności EV w fazie eksploatacji zależy jednak również od rodzaju źródła energii elektrycznej, służącej do ich ładowania. W Polsce zdecydowana większość energii jest generowana przez elektrownie węglowe. Nie oznacza to jednak, że samochody elektryczne muszą być zasilane ze źródeł wykorzystujących paliwa kopalne.

Czołowi operatorzy infrastruktury ładowania w Polsce wdrażają do swoich sieci ładowarki zasilane w 100% energią z OZE. Ładując pojazd elektryczny na takiej stacji mamy pewność, że akumulator zostanie naładowany energią ze źródeł odnawialnych, wytwarzanych zazwyczaj w elektrowniach wodnych i farmach wiatrowych. Co więcej, pojazdy elektryczne są wyposażane w technologię pozwalającą na tzw. inteligentne ładowanie. Dzięki systemom tego rodzaju możliwa jest dywersyfikacja źródeł energii służącej do zasilania pojazdu.

Po wycofaniu pojazdu elektrycznego z eksploatacji, częściowo zużyte akumulatory litowo-jonowe mogą wciąż zachowywać kilkadziesiąt procent pierwotnej pojemności. Mimo że nie dysponują już parametrami pozwalającymi na zasilanie EV, baterie li-ion mogą być nadal stosowane w stacjonarnych magazynach energii. Urządzenia tego typu instaluje się np. w stacjach ładowania, zwiększając dostępną moc lub też uruchamia na potrzeby zasilania obiektów (np. uczelni, stadionów czy osiedli mieszkaniowych). Stacjonarne magazyny energii oparte na akumulatorach litowo-jonowych pozwalają na efektywne zagospodarowanie nadwyżek energii. Mogą być ładowane do maksymalnej pojemności, gdy podaż energii elektrycznej przewyższa popyt ze strony odbiorców, w szczególności w okresach szczytowej produkcji energii z OZE. Magazyny czasowo przechowują energię elektryczną i przekazują ją do sieci w razie wzrostu zapotrzebowania. Pozwala to na optymalizację dostaw energii z lokalnych źródeł odnawialnych do sieci krajowej i ograniczenie kosztów infrastruktury.

Dzięki technologii V2G (ang. Vehicle-to-Grid) pojazdy elektryczne, oprócz funkcji transportowej, mogą pełnić rolę mobilnych magazynów energii zintegrowanych z siecią energetyczną. Dwukierunkowy przepływ energii pozwala na jej pozyskanie w okresach niskiego zapotrzebowania i wyższej generacji z odnawialnych źródeł energii (OZE), a następnie na jej przekazanie z powrotem do sieci np. w godzinach obowiązywania wyższej taryfy i szczytowego zapotrzebowania. Dzięki Vehicle-to-Grid właściciele pojazdów elektrycznych stają się w praktyce aktywnymi uczestnikami rynku energii.

Technologia V2G zwiększa możliwości aplikacyjne pojazdów elektrycznych, które stają się platformą ciągłego i optymalnego zarządzania przepływami energii elektrycznej. Jednocześnie pozwala zrównoważyć niestabilność odnawialnych źródeł, takich jak farmy wiatrowe czy fotowoltaiczne. W konsekwencji, pojazdy elektryczne przyczyniają się nie tylko do ograniczenia szkodliwych emisji w transporcie, ale również do efektywniejszego wykorzystywania OZE.