Ηλεκτροκίνηση – Ιψάκης: Πλεονεκτήματα και προκλήσεις ηλεκτρικών οχημάτων

Ο δρ Δημήτρης Ιψάκης επίκουρος καθηγητής στην Σχολή Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης στο Πολυτεχνείο Κρήτης, με ειδίκευση στις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας, μας ξεναγεί «στα πλεονεκτήματα των ηλεκτρικών αυτοκινήτων», θέτοντας όμως και το ερώτημα: «Τι θα συμβεί στο ηλεκτρικό δίκτυο αν “Ν” αριθμός ηλεκτρικών αυτοκινήτων θα συνδεθεί ταυτόχρονα και ζητήσει από το δίκτυο τεράστια ποσά ενέργειας;».

Από την συνομιλία μας με τον επίκουρο καθηγητή Δημήτρη Ιψάκη προέκυψαν τα εξής στοιχεία:

Βελτίωση τεχνολογίας

Δημήτρης Ιψάκης: «Το βασικό πλεονέκτημα των ηλεκτρικών αυτοκινήτων είναι η απεξάρτηση από τα συμβατικά/ορυκτά καύσιμα (ως ορυκτά/συμβατικά καύσιμα εννοούμε το αργό πετρέλαιο, το φυσικό αέριο καθώς και τα παράγωγα τους). Με την τρέχουσα γεωπολιτική κατάσταση αυτό το πλεονέκτημα της απεξάρτησης κερδίζει ολοένα και περισσότερο έδαφος, καθώς οι ανεπτυγμένες χώρες αποκτούν μία σχετική ευελιξία σε αυτό το ζήτημα.

»Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα και ειδικότερα οι απαιτητικές μπαταρίες τους, χρησιμοποιούν μία σειρά από μέταλλα όπως λίθιο, κοβάλτιο, νικέλιο και άλλα (π.χ. γραφίτης, μαγγάνιο). Η βάση των μπαταριών (όσον αφορά τα υλικά) είναι το λίθιο (με τιμές >40,000euro/tn, και απαιτούνται 5-8kgλιθίου σε κάθε ηλεκτρικό αμάξι (τα νούμερα αφορούν χωρητικότητες μπαταριών 40-70kWh).

Καθώς βρίσκονται σε εξέλιξη περιβαλλοντικές μελέτες που εκτιμούν τις ισοδύναμες ποσότητες εκπομπών CO2/kWh για την παραγωγή μπαταριών λιθίου σε 70-100CO2-eq/kWh υπάρχουν εντατικές έρευνες στην εφαρμογή και νέου τύπου μπαταριών (όπως η περίπτωση των ιόντων Νατρίου). Άλλωστε οι μπαταρίες λιθίου χρησιμοποιούνται ήδη εδώ και χρόνια στα κινητά και δεν αποκλείεται μία ανάγκη για ραγδαία αλλαγή και σε αυτόν τον τομέα».

Αυξημένη παραγωγή

«Προφανώς και η αυξημένη παραγωγή ηλεκτρικών αυτοκινήτων θα εξαναγκάσει την περαιτέρω ανάγκη της εξόρυξης τους. Με τα τρέχοντα δεδομένα δεν αναμένονται ελλείψεις στα μέταλλα που αναφέρω, αλλά αυτό δεν είναι κάτι που μπορούμε να πούμε με απόλυτη σιγουριά. Σίγουρα δύο θέματα μας εφησυχάζουν:

• Το θέμα της ανακύκλωσης παλαιών μπαταριών που αποτελεί επιτακτική ανάγκη με σκοπό την εξαγωγή υλικών που μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν και
•  Η συνεχής βελτίωση στην τεχνολογία των μπαταριών και η προσδοκόμενη μείωση του βάρους τους με συνεπακόλουθο την ολοένα και μικρότερη ποσότητα μετάλλων σε αυτές».

“Καθαρή” λειτουργία

«Ένα ακόμη μεγάλο πλεονέκτημα είναι η “καθαρή” τους λειτουργία, καθώς τα αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα δεν εκπέμπουν αέρια που μολύνουν την ατμόσφαιρα. Ως αέριες εκπομπές εννοούμε τα καυσαέρια που εκλύονται από την εξάτμιση του οχήματος και περιλαμβάνει τα στοιχεία CO2, CO, NOx, SOx και άκαυστους υδρογονάνθρακες. Αυτές οι αέριες εκπομπές είναι πιο έντονες στην πόλη λόγω της κυκλοφοριακής συμφόρησης.

Συνολικά, ο τομέας των μεταφορών ευθύνεται για το 20-25% των αερίων του θερμοκηπίου (κυρίως δηλαδή του CO2) σύμφωνα με πρόσφατες μελέτες για την Ευρώπη. Προφανώς και ένα ηλεκτρικό όχημα που δεν κινείται από υγρά ή αέρια καύσιμα με βάση τους υδρογονάνθρακες, δεν εμφανίζει τις παραπάνω εκπομπές κατά την κίνηση του. Η λειτουργία των ηλεκτρικών οχημάτων είναι αθόρυβη ενώ κρίνονται και αρκετά αξιόπιστα σε θέματα τελικής ταχύτητας».

Οδηγική συμπεριφορά

«Ας περάσουμε όμως και σε μερικές προκλήσεις: Τα ηλεκτρικά οχήματα δημιουργούν μία μεγάλη αλλαγή στην καθώς η φόρτιση τους γίνεται πιο τακτική (σχεδόν καθημερινή) ενώ ένα ταξίδι άνω των 500χλμ μπορεί να διαρκέσει έως και 1-2 ώρες παραπάνω εξαιτίας του χρόνου φόρτισης. Ειδικότερα, ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο με χωρητικότητα μπαταρίας 40kWh χρειάζεται τουλάχιστον 1 ώρα πλήρους φόρτισης εφόσον διατίθενται ταχυφορτιστές, ενώ χρειάζεται περίπου 5-6 ώρες με τους κλασικούς φορτιστές (αυτή είναι η τρέχουσα κατάσταση με τους φορτιστές, δηλαδή δεν υπάρχουν αρκετοί ταχυφορτιστές που να υποστηρίζουν την φόρτιση ηλεκτρικών οχημάτων).

Εδώ πρέπει να αναφέρουμε πως όσο μεγαλύτερη χωρητικότητα έχει μία μπαταρία τόσο μεγαλύτερη αυτονομία διαθέτει. Για παράδειγμα, ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο (με μπαταρία 40kWhκαι ιπποδύναμη 140-150Hp) που διανύει μία απόσταση 250-300χλμ απαιτεί σίγουρα μία πλήρη φόρτιση, ενώ με τα συμβατικά αυτοκίνητα (diesel, βενζίνη, υγραέριο) η αυτονομία είναι 50-70% περισσότερη. Άρα, το “μάτι” του οδηγού πρέπει να είναι συνεχώς στις ενδείξεις. Δύο ακόμη ερωτήματα γεννιούνται για το μέλλον:

• Ανάγκες για εξειδικευμένα συνεργεία σε ηλεκτρικά αυτοκίνητα (ο κινητήρας πλέον είναι ηλεκτρικός και όχι συμβατικός) και
• Ανάγκες σε αντικατάσταση μπαταριών ανά 150,000χλμ (το κόστος μπορεί να κυμανθεί από 4,000-8,000 ευρώ καθώς είναι ανάλογο της χωρητικότητας της μπαταρίας)».

Κόστος φόρτισης

«Να αναφέρουμε τώρα και το τρέχον πλεονέκτημα του κόστους φόρτισης. Ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο με μπαταρίες χωρητικότητας 40kWh θα χρειαστεί περίπου 6-8ευρώ ανά φόρτιση ή με άλλα λόγια περίπου 6-8ευρώ ανά 300χλμ(η σύγκριση με τα συμβατικά καύσιμα δίνει για ένα αυτοκίνητο βενζίνης με κατανάλωση 6lt/100km και με τιμή βενζίνης 1.8ευρώ/ltένα κόστος της τάξεως των 30-35ευρώ).Εδώ πρέπει να συμπληρώσουμε κάτι σημαντικό: Εφόσον η ηλεκτρική ενέργεια προέρχεται από 100% ΑΠΕ τότε ναι, η χρήση τους θεωρείται περιβαλλοντικά φιλική».

Υπερφόρτωση δικτύου

«Δεδομένου ότι η σταδιακή αύξηση των ηλεκτρικών αυτοκινήτων συντελείται, αυτό συνεπάγεται πως οι ανάγκες σε ηλεκτρική ενέργεια αυξάνουν. Επομένως, απαιτούνται μεγαλύτερες εγκαταστάσεις ηλεκτροπαραγωγής (π.χ. φωτοβολταϊκά πάρκα, αιολικά πάρκα, υδροηλεκτρικά εργοστάσια). Επίσης, η φόρτιση αυτοκινήτων δεν πρέπει να διαταράσσει το δίκτυο (να το υπερφορτώνει). Για παράδειγμα, τους καλοκαιρινούς μήνες με την χρήση κλιματιστικών και άλλων ενεργοβόρων συσκευών παρατηρούνται κατά περιοχές, διακοπές ρεύματος.

Επομένως, η μαζική χρήση ηλεκτρικών οχημάτων με σκοπό την ταυτόχρονη φόρτιση τους θα πρέπει να μην οδηγεί σε τέτοια φαινόμενα. Π.χ. τι θα συμβεί στο ηλεκτρικό δίκτυο αν “Ν” αριθμός ηλεκτρικών αυτοκινήτων θα συνδεθεί ταυτόχρονα και ζητήσει από το δίκτυο τεράστια ποσά ενέργειας; Το δίκτυο θα καταρρεύσει; Προφανώς και οποιοσδήποτε συνωστισμός θα προκαλέσει προβλήματα».

Τιμές ηλεκτρικών

«Οι τιμές των ηλεκτρικών οχημάτων κυμαίνονται σε περίπου 50% υψηλότερες των συμβατικών για αντίστοιχες κατηγορίες αυτοκινήτων. Μία ενδιάμεση λύση (μεταξύ των πλήρως ηλεκτρικών και των καθαρά συμβατικών) αποτελούν ήδη τα υβριδικά οχήματα. Σε αυτά υπάρχει συνδυασμός ηλεκτρικής ενέργειας (με χρήση μπαταριών για χαμηλές ταχύτητες εντός πόλης κυρίως) και συμβατικών καυσίμων (κυρίως βενζίνης). Μία τέτοια λύση σαφώς και αποτελεί γέφυρα μετάβασης για τις αλλαγές κινητήρων έως το 2035.

Τέτοια οχήματα δεν απαιτούν φόρτιση αλλά χρήση συμβατικών πρατηρίων για το κύριο καύσιμο κίνησης και οι τιμές τους επικαιροποιούνται συνεχώς). Οριζόντια σύγκριση ηλεκτρικών οχημάτων και οχημάτων συμβατικών καυσίμων δεν μπορεί να γίνει εύκολα. Αν θεωρήσουμε ως βάση την ιπποδύναμη (π.χ. σε ΗP) και δούμε την αυτονομία ή κατανάλωση καυσίμου έχουμε για αντίστοιχες κατηγορίες οχημάτων:

• Συμβατικό όχημα: Aυτονομία 500-600χλμ, κόστος 16,000-18,000ευρώ.
• Υβριδικό όχημα: Αυτονομία 600-700χλμ, κόστος 27,000-32,000ευρώ,Μέγεθος δεξαμενής καυσίμου 42lt, χωρητικότητα μπαταρίας 9kWh.
• Ηλεκτρικό όχημα: Aυτονομία 300-320χλμ, κόστος 26,000-30,000ευρώ, Χωρητικότητα μπαταρίας 40kWh».

Αυτοκίνητα υδρογόνου

«Μία άλλη πρωτοποριακή τεχνολογία οχημάτων αποτελούν τα αυτοκίνητα υδρογόνου. Η τεχνολογία τους είναι ώριμη, πλην όμως ελάχιστες αυτοκινητοβιομηχανίες έχουν προχωρήσει σε ολοκληρωμένες εκδόσεις. Η τεχνολογία των οχημάτων υδρογόνου βασίζεται σε ηλεκτρικούς κινητήρες (αθόρυβους) με χρήση κυψελών καυσίμου. Κύριο καύσιμο είναι το υδρογόνο το οποίο με χρήση αέρα παράγει μόνο νερό (καθαρό ως προς το περιβάλλον) και την ηλεκτρική ενέργεια που κινεί το όχημα. Ένα από αυτά τα οχήματα υδρογόνου μπορεί να παρέχει ονομαστική ισχύ 155HP και κοστίζει 45,000-50,000ευρώ.

Η μπαταρία χρησιμοποιείται με παρόμοιο τρόπο όπως στα συμβατικά αυτοκίνητα ενώ η δεξαμενή υδρογόνου (δηλαδή το κοινό μας ντεπόζιτο) μπορεί να αποθηκεύσει έως και 5kg υδρογόνου σε πίεση 700bar για να παρέχει αυτονομία μεγαλύτερη από 500km. Το κόστος πλήρης αυτονομίας (φουλάρισμα με υδρογόνο) ανέρχεται σε περίπου 70-80ευρώ. Στην Ευρώπη υπάρχουν περισσότεροι από 90 σταθμοί ανεφοδιασμού οχημάτων υδρογόνου (κυρίως στην Κεντρική Ευρώπη).

Σχετικά με την σύγκριση οχημάτων υδρογόνου και ηλεκτρικών οχημάτων, αναφέρουμε ότι τα οχήματα υδρογόνου δεν θα πρέπει να ανταγωνίζονται τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα και αντίστροφα, αλλά θα πρέπει να θεωρούνται ως συνεργαζόμενες λύσεις για ένα πράσινο περιβάλλον. Ωστόσο, είναι σημαντικό να παρέχουμε μια σύγκριση:

• Για μια απόσταση 500 χλμ. ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο θα πρέπει να φορτίζει μεταξύ 2-3 φορές με διάρκεια 30-45 λεπτά, ενώ ένα όχημα υδρογόνου απαιτεί μία μόνο φόρτιση που διαρκεί έως και 5 λεπτά.
• Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα είναι φθηνότερα από τα οχήματα υδρογόνου και υπάρχει μεγαλύτερη γκάμα επιλογών.
• Τόσο τα ηλεκτρικά όσο και τα αυτοκίνητα υδρογόνου προσφέρουν μια φθηνή λύση σχετικά με το κόστος καυσίμου ανά έτος (σε σχέση με τα συμβατικά καύσιμα και τις τρέχουσες τιμές».

Απαγόρευση πώλησης

«Η ΕΕ προχωράει στην απαγόρευση πώλησης νέων αυτοκινήτων με (θερμικούς) κινητήρες συμβατικών καυσίμων (βενζίνη, diesel). Προφανώς και υπάρχουν εξαιρέσεις που αφορούν την υπάρχουσα χρήση οχημάτων και όχι νέων και επομένως αναγκάζει τις αυτοκινητοβιομηχανίες να τροποποιήσουν τους κινητήρες τους ώστε να λειτουργούν με εναλλακτικές μορφές ενέργειας (π.χ. ηλεκτρική ενέργεια ή χρήση υδρογόνου και κυψελών καυσίμου)».