Электромобиль – прошлое и будущее

Мировая автомобильная промышленность стоит на пороге революционных изменений. Через тридцать лет электромобиль, вероятно, займет до 90% всего авторынка, и это может кардинально изменить расстановку сил в мировом автопроме.

Американская компания Eastman Kodak в середине прошлого века была мировым лидером в производстве фотокамер, ее капитализация составляла около 200 млрд долларов. Финская компания Nokia в 2009 году занимала треть мирового рынка мобильных телефонов и имела годовую выручку более чем 50 млрд евро. Всего за несколько лет эти компании обанкротились и прекратили свое существование. Kodak не смогла предугадать, что на смену пленочным фотокамерам придут цифровые, а Nokia — что мобильные телефоны станут смартфонами.

В мировой автомобильной индустрии в ближайшем будущем может сложиться похожая ситуация: традиционные автомобили с двигателями внутреннего сгорания окажутся никому не нужными. Мир будет ездить на электромобилях, и автопроизводителям, которые не подготовятся к этим переменам, придется сойти со сцены. Конечно, мировой автопром — индустрия более мощная и инертная, чем производство мобильных телефонов или фотоаппаратов. Но многие аналитики предсказывают, что революция здесь может случиться уже в ближайшие три десятилетия. Например, авторитетная американская аналитическая компания Bank of America Merrill Lynch (BofAML) в своем недавнем исследования пришла к выводу, что к 2050 году 90% всех продаваемых новых автомобилей будут электрическими.

Историческое первенство

Вообще-то электрокар имеет больше прав назваться первым автомобилем в истории. Ведь первым в мире автомобилем с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) считается самодвижущаяся повозка Готлиба Даймлера, на которой он впервые прокатился в 1885 году, в то время как первое транспортное средство на электротяге английский изобретатель Томас Паркер представил изумленной лондонской публике годом ранее, в 1884-м.

Электромобилям принадлежит первенство и с точки зрения массового производства. Поначалу машины на электричестве были более распространены и популярны, чем с ДВС. Например, в первых годах ХХ века в США электромобили занимали 38% всего авторынка, бензиновые — 22%, остальные машины передвигались на пару. В США, например, в начале 1900-х в области производства электромобилей успешно развивались компании Baker Electric, Columbia Electric, Detroit Electric. Много подобных фирм было и в Европе.

Общественное мнение высоко оценивало перспективы электромобилей. «Самым многообещающим типом автомобиля в будущем можно считать электрический, но пока он еще недостаточно усовершенствован. Электрические двигатели не дают ни шума, ни копоти, они, бесспорно, удобнее и совершеннее всех других», — указывалось в энциклопедии Брокгауза и Ефрона начала ХХ века. Увы, к 1920-м годам электромобили оказались полностью вытесненными с дорог. Электрические машины подвело их техническое несовершенство: первые электрокары было долго и сложно заряжать, к тому же они оказались существенно более дорогими, чем машины с ДВС.

Месть электрокара

Интерес к возрождению электромобилей появился во второй половине ХХ века. Нефтяной кризис 1960-х заставил вспомнить об электрическом ходе. Некоторые компании довольно успешно начали выводить на рынок разработанные ими электрокары. Например, одной из наиболее удачных моделей того времени считается машинка CitiCar американской компании Sebring-Vanguard, которой удалось с 1974 по 1977 год продать почти 4500 таких электрических малюток. CitiCar имел в длину всего два с половиной метра, в него умещались два человека, он мог проезжать от одной зарядки 60 километров и при этом имел разумную цену 4500 долларов. Однако в начале 1980-х интерес к электромобилям снова спал. Нефть подешевела, и мировые автогиганты не спешили с разработками массовых дешевых и удобных электрокаров.

Новый всплеск интереса к электрокарам пришелся на начало 1990-х. Главное, чем начал не устраивать человечество двигатель внутреннего сгорания, — экологические характеристики. Как ни крути, а ДВС выбрасывает в атмосферу вредные вещества, и с бурным ростом мирового автопарка это становится большой проблемой. Вредные выбросы бензиновых и дизельных моторов становятся бичом современных мегаполисов: сизый смог, накрывающий крупные города, заставляет вновь вернуться к идеям электрификации личного транспорта.

Власти разных стран начинают принимать в этом направлении энергичные меры: например, в начале 1990-х американский штат Калифорния был одной из самых загазованных территорий США. И в 1993 году калифорнийские власти приняли стратегию развития региона, согласно которой в течение десяти лет доля электромобилей в продажах должна была составить не менее 10%. Примеру Калифорнии последовали другие американские города, а также европейскиае мегаполисы, власти которых начали понимать, что решить проблему загрязнения окружающей среды поможет распространение машин на электрическом ходу.

На запрос рынка начали реагировать и автопроизводители. General Motors в 1996 году начала серийный выпуск модели EV1, которая считается самым массовым электрокаром конца 1990-х. Машина могла проехать от одной зарядки около 100 километров и стоила 34 тыс. долларов. История этой машины полна интриг и легенд — вплоть до того, что EV1 якобы стала жертвой заговора нефтяного лобби против электрокаров. После того как GM продала более тысячи EV1 (преимущественно в лизинг), производство этой модели было спешно свернуто. Более того, автопроизводитель, несмотря на протесты потребителей, потребовал лизинговые машины обратно и почти все уничтожил. Подробно об этой странной истории рассказывается в нашумевшем научно-популярном фильме «Кто убил электромобиль?» (2006), автор которого Крис Пейн обвиняет автопроизводителей, нефтяников и представителей властей в намеренном грубом препятствовании развитию новых автомобильных технологий.

Однако разгон электромобилей было уже не остановить. Новой волной их развития можно назвать 2007 год, когда уже все ведущие мировые автомобильные компании признали перспективность производства машин на электричестве и спешно начали внедрять разработки в этой области. И Крис Пейн выпустил фильм-продолжение — «Месть электрокара», в котором говорится, что наступление электрических технологий в автомобилестроении неизбежно и электрокары будут жестоко мстить тем, кто в них не верил.

Одним из центральных персонажей в фильме выступает Илон Маск, создатель компании Tesla Motors, автопроизводителя, который поднялся уже на волне электрификации автоиндустрии. Tesla Motors основана в 2003 году, ее первая массовая электрическая модель Tesla Roadster (на одной подзарядке она могла проехать более 320 км) была успешно запущена в 2008-м и разошлась общим тиражом 2200 единиц в 31 стране мира.

Конечно, в абсолютных величинах продажи электрокаров в мире еще ничтожно малы – всего 0,5% мирового авторынка. Но динамика прироста не снилась ни одной автомобильной компании:  среднее увеличение продаж составляет 40%. Большинство аналитиков убеждены, что в ближайшие годы распространение электромобилей будет стремительным, а через три десятка лет они полностью вытеснят с мирового рынка традиционные автомобили и в 2050-м общее число ежегодно продаваемых электромобилей достигнет впечатляющих 107 млн единиц, то есть они будут занимать 90% рынка.

ДВС под запретом

Предсказание бума электромобилей основано на нескольких факторах. Прежде всего, уже очевидно, что власти развитых стран намерены сделать автомобильный транспорт электрическим. Электрокарам сейчас выделяются щедрые льготы, а машинам с ДВС грозят всевозможными санкциями вплоть до полного запрета.

Одновременно о запрете ДВС в последнее время громко говорят муниципальные власти — такие заявления сделали представители Парижа, Мадрида, Мюнхена и других мегаполисов. В частности, по следам «дизельгейта» (в сентябре 2015 года выяснилось, что более 11 млн дизельных автомобилей, проданных по всему миру концерном Volkswagen, были оснащены программным обеспечением, которое во время проведения тестов в десятки раз занижало количество вредных выбросов; впоследствии аналогичные обвинения были предъявлены и ряду других компаний) сейчас особенно сильно критикуют дизельные машины, на долю которых, кстати, приходится около 50% общего объема продаж на европейском рынке. Не стоят в стороне и страны с развивающимися экономиками. Например,  представитель министерства промышленности и информационных технологий КНР заявил, что его ведомство изучает возможность введения в стране полного запрета на производство и продажу автомобилей с ДВС. А в Индии было объявлено о планах возможного введения запрета на продажи бензиновых и дизельных автомобилей в этой стране к 2030 году.

Технологические сложности

Другой важный фактор, обусловливающий грядущий успех электромобилей, — стремительно развивающиеся технологии, которые делают электрокары удобными и доступными в повседневной жизни.

В целом электромобиль имеет ряд очевидных преимуществ. Он не загрязняет окружающую среду, имеет низкий уровень шума, затраты на топливо почти отсутствуют (например, при нынешних расценках на электроэнергию в Европе зарядка на пробег 100 км сейчас обойдется примерно в один–три евро).

КПД электродвигателя сам по себе более высокий и достигает 90–95% (у ДВС — 22–42%). При этом конструкция электромобиля очень проста, ведь сам электродвигатель — в десятки раз более простое инженерное решение, чем ДВС. Он надежнее, долговечнее, к тому же не требует коробки передач — то, над чем бьются инженеры традиционных машин (крутящий момент электродвигателя имеет высокую приспосабливаемость к внешней нагрузке). Вообще, электромобиль открывает новые возможности для инженеров. Например, у него изначально более широкие возможности реализации системы полного привода путем применения схемы «мотор — колесо» (когда электрический двигатель располагается непосредственно на колесе).

Соответственно, у электромобиля более простое техобслуживание, владелец такой машины гарантированно будет избавлен, например, от дорогостоящих работ по переборке двигателя или коробки передач — кошмарного сна любого автомобилиста. Да и заезжать на сервис придется гораздо реже, так как межсервисный пробег у электрокара существенно больше.

Что же касается недостатков, то они прежде всего связаны с несовершенством аккумуляторных батарей. На сегодняшний день они дороги, их цена может доходить до двух третей стоимости всего электрокара. В среднем один комплект аккумулятора сейчас стоит порядка 30 тыс. долларов, для потребителя это заоблачная цена. Например, в Tesla Model 3, комплект аккумуляторов обходится покупателю в 35 тыс. долларов.

Кроме того, аккумуляторы пока недолговечны (срок их службы в среднем составляет до пяти лет), они недостаточно емкие (одной зарядки современному электрокару хватает на 200–300 км, а при использовании отопителя или кондиционера и того меньше).

Под большим вопросом и экологические характеристики аккумуляторов. Поскольку они содержат ядовитые элементы (литий, кислоты и проч.) проблему составляет их утилизация и экологичность производства. Да и не очень понятно, каким образом будет заряжаться вся масса электромобилей будущего. Существующих генерирующих энергетических мощностей на них явно не хватит, хотя в энергокомпаниях говорят, что сгладить скачок спроса на электроэнергию для электрокаров может тот факт, что заряжать их будут преимущественно ночью, во время суточного спада потребления электроэнергии, когда генерирующие мощности все равно работают вхолостую.

Для электромобилей должна быть развернута и соответствующая инфраструктура — не тянуть же провода с парковки около дома к себе в квартиру в многоэтажке через окно. И еще одна проблема: при простаивании аккумулятор имеет свойство разряжаться. То есть владелец машины, оставив заряженный электромобиль на длительный срок, может столкнуться с тем, что тот просто не поедет и придется заряжать его по-новой. Наконец, очень волнуются по поводу электромобилей жители стран с холодным климатом,  опасаясь, что на сильном морозе аккумуляторы будут быстро разряжаться.

Химический источник тока

Первая в мире аккумуляторная батарея, которую придумал немецкий физик и философ-романтик Иоганн Риттер в 1803 году, состояла из 50 медных кружочков, между которыми было проложено влажное сукно. За 214 лет, что прошли с тех пор, человечество серьезно усовершенствовало конструкцию аккумуляторной батареи, или, как ее официально называют физики, химического источника тока. Сегодня существуют десятки типов аккумуляторов, начиная со свинцово-кислотных и никель-кадмиевых и заканчивая литий-полимерными и никель-цинковыми.

Для автомобилей сегодня наиболее подходящим считаются так называемые литий-ионные аккумуляторы, где переносчиком заряда выступает положительно заряженный ион лития. Впервые они были выпущены в 1991 году компанией Sony. К преимуществам такого типа аккумуляторов относится их высокая энергетическая емкость (плотность), низкий саморазряд (медленно разряжаются при простоях), а также тот факт, что они не требуют обслуживания.

Разработки новых аккумуляторных технологий активно ведутся. Например,  сегодня можно выделить несколько наиболее перспективных технологий. Это батареи, в которых вместо графитовых анодов используются кремниевые нанопровода диаметром 100 нм и длиной несколько микрон. Многообещающе выглядит разработка батарей, в которых используются покрытые серой пористые углеродные нанопровода с электролитическими добавками. Перспективными можно назвать и так называемые литий-воздушные батареи (в качестве окислителя в них используется кислород), а также батареи, в которых применены аноды из олова. Эти технологии могут кардинально изменить потребительские свойства аккумуляторов: например, литий-воздушные батареи гораздо легче, они могут хранить в пять раз больше энергии, чем литий-ионные. Но пока их производство значительно дороже.

Поэтому общепринятым считается мнение, что в ближайшие десятилетия литий-ионные батареи будут основным типом аккумуляторов для электрокаров. Впрочем, при нынешней скорости выхода на рынок новых технологий не исключено, что в ближайшем будущем будет совершен технологический прорыв в этой области. Хотя и нынешние литий-ионные аккумуляторы имеют большой потенциал для совершенствования. Технологически это в первую очередь связано с усовершенствованием химических элементов, из которых преимущественно состоит современная аккумуляторная батарея.

Аналитики прогнозируют, что в перспективе цена на батареи будет снижаться прежде всего за счет роста объема их производства и оптимизации производственных затрат. Снижаться будут и цены на химические элементы литий-ионных батарей.

Будут улучшаться и характеристики батарей, в результате чего пробег электромобиля на одной зарядке увеличится в среднем до 440 км в 2030-м. Похоже, в ближайшее время удастся решить проблему скорости зарядки, срока службы батарей и их работы на морозе.

Вопрос с недостаточно развитой инфраструктурой тоже решаем. Например, в одной только Германии число зарядных станций общественного пользования для электромобилей  достигает порядка 7500. Власти этой страны обещают, что в ближайшее время счет таким станциям пойдет на сотни тысяч единиц. Так что вполне возможно, что по своим потребительским характеристиками электромобили через какое-то время ничем не будут уступать машинам с ДВС: подъехал на одну из расположенных повсеместно заправок, заправил машину за несколько минут — и можешь ехать дальше несколько сотен километров.

Аккумуляторный бум

Более 300 млрд долларов в ближайшие четыре года будет вложено в мировое производство литий-ионных аккумуляторов для электромобилей, говорится в исследовании международной аналитической компании Benchmark Mineral Intelligence.

В настоящее время крупнейшими мировыми производителями аккумуляторов являются японская Panasonic (поставляет аккумуляторы для Tesla), корейские LG Chem, Samsung SDI (комплектуют электромобили Nissan, BMW и GM). Агрессивно наращивают производство аккумуляторов и китайцы, прежде всего BYD (имеет свое производство электромобилей) и Contemporary Amperex Technology Limited (CATL). Последняя объявила о планах инвестировать в производство аккумуляторов 50 млрд долларов в ближайшие четыре года. Аналитики не исключают, что  CATL может стать крупнейшим в мире мировым производителем аккумуляторных батарей.

Всего же ведущие компании этой отрасли намерены в ближайшие пять лет построить порядка 25 заводов, где будут дополнительно выпускаться аккумуляторы общей мощностью более 330 ГВт⋅ч. По оценке аналитиков, в ближайшее десятилетие спрос на аккумуляторы вырастет как минимум в десять раз.

Стоимость компаний, связанных с аккумуляторной индустрией, стремительно растет. Например, акции японской Sumitomo Metal Mining, которая поставляет Panasonic катоды для аккумуляторов Tesla, с начала года выросли почти на 40%. А акции японской Tanaka Chemical, которая также выпускает компоненты для батарей, с весны этого года подорожали втрое. Растет и стоимость предприятий, которые добывают материалы для аккумуляторов: в частности, заметно подскочили в цене акции чилийской Sociedad Quimica y Minera de Chile, которая добывает и производит химикаты, литий и другие металлы, используемые в производстве литий-ионных батарей.

Впрочем, по мнению аналитиков, у миллиардных инвестиций в наращивание производства аккумуляторов для электромобилей есть и серьезные риски. И связаны они не с тем, что батареи окажутся невостребованными. А с тем, что может появиться новая революционная технология накопления энергии, которая может оставить литий-ионные батареи и заводы по их выпуску не у дел.

Источник