Przewodnik po elektrycznym samochodzie

„Projektanci samochodów elektrycznych poczynili w ostatnich latach wielkie postępy, tak że maszyny te odzyskują dawną popularność zarówno wśród mężczyzn, jak i kobiet. Są bardzo poręczne w miejskim użytkowaniu i liczni prominentni producenci samochodów benzynowych w tym kraju używają samochodów elektrycznych do przemieszczania się między domem a biurem” — te słowa można było przeczytać 20 stycznia 1911 roku w sprawozdaniu z targów motoryzacyjnych opublikowanym przez „The New York Times”.

Samochody elektryczne znane są bowiem ludzkości już od ponad 100 lat. Nim ostatecznie uległy samochodom spalinowym, walczyły długo i mężnie. Wydaje się, że w najbliższych latach czeka nas identyczna wojna technologiczna, której zwycięzca wcale nie musi być ten sam. Oto krótki przewodnik po polu bitwy, której rozstrzygnięcie znacząco wpłynie nie tylko na nasze życie codzienne, ale także na rynek energii i surowców energetycznych.

Czy samochód elektryczny ma sens ekonomiczny?

Pierwsza wątpliwość, która pojawia się przy rozważaniu idei samochodu na prąd, dotyczy jego opłacalności. Wydaje się bowiem absurdalne najpierw spalanie paliw kopalnych w elektrowni, a potem używanie otrzymanej energii elektrycznej do ładowania baterii w samochodzie. Czy nie lepiej spalać paliwa bezpośrednio w silniku? Policzmy to. Przy przetwarzaniu pozyskiwanej z węgla energii cieplnej na energię elektryczną straty wynoszą około 60%. Do tego dochodzą straty na przesyle energii (do 10%). Silnik elektryczny jednak jest bardzo sprawny — traci maksymalnie 20% energii pozyskiwanej z baterii. W efekcie niecałe 30% energii z węgla przeznaczane jest na energię ruchu samochodu. Jak to wygląda w przypadku silników spalinowych?

Sprawność silnika spalinowego jest bardzo niska — zdecydowaną większość energii marnuje on na ciepło. W przypadku silników benzynowych około 85% energii jest marnowane, silniki Diesla są tylko odrobinę sprawniejsze — straty wynoszą około 80%. Na ruch zostaje więc od 15% do 20% energii zgromadzonej w paliwie, od półtora do dwóch razy mniej niż w silniku elektrycznym. Stosunek ten można jeszcze poprawić na korzyść samochodu na baterię. Użycie gazu ziemnego do wytwarzania prądu (najnowsze turbiny zamieniają 60% energii na prąd) oraz poprawa sprawności silnika elektrycznego (najnowsze mają sprawność na poziomie 95%) powodują, że samochód na prąd jest trzy-cztery razy bardziej wydajny od samochodu spalinowego.

Powyższe przekłada się na zdecydowanie niższe koszty eksploatacji. Przykładowo weźmy Toyotę Prius C (najoszczędniejszy samochód z silnikiem spalinowym na rynku). W cyklu mieszanym spala ona 4,7 l na 100 km. Jeśli weźmiemy jako podstawę obliczeń ceny elektryczności i benzyny na rynku amerykańskim, koszt przejechania 100 mil tym samochodem wynosi około 8 dolarów. W przypadku samochodu elektrycznego jest to około 3,5 dolara, czyli ponad dwa razy mniej. Jak to wygląda w Polsce?

Porównajmy koszt przejechania 100 km po polskich drogach Toyotą Prius C i elektrycznym Fordem Focusem. Przy cenie benzyny na poziomie 5,55 zł za litr jazda japońską hybrydą będzie kosztować 26 zł. Focus zaś potrzebuje na przejechanie 100 km 20 kilowatogodzin, co przy cenie prądu na poziomie 0,55 zł za kilowatogodzinę daje 11 złotych. Samochód elektryczny jest więc i u nas ponad dwa razy oszczędniejszy od najnowocześniejszej hybrydy. Wynik ten można by znacznie poprawić, gdyby założyć, że ładujemy nasz pojazd wyłącznie w nocy, korzystając z tańszej taryfy.

Czego brakuje?

Mimo niższych kosztów eksploatacji samochód elektryczny nie jest tańszy od tego o napędzie konwencjonalnym. Najważniejszym problemem jest bateria. Koszt jednej kilowatogodziny pojemności baterii to około 600 dolarów. By umieścić w aucie akumulator pozwalający na przejechanie 100 km, trzeba więc wydać 12 tys. dolarów. Kto jednak chciałby, by jego samochód miał taki skromny zasięg?

W tym momencie dochodzimy do sedna problemu, z którym od ponad stu lat zmagają się producenci samochodów elektrycznych: albo pojazd ma mały zasięg, albo wozi ze sobą ciężkie i do tego bardzo kosztowne baterie. W dodatku w odróżnieniu od samochodów o napędzie konwencjonalnym napełnienie „baku” samochodu elektrycznego zajmuje wiele godzin. Ma to swoje fizyczne przyczyny — na pozyskanie przez gniazdko elektryczne dawki energii zawartej w paliwie, które wlewamy do baku w ciągu kilku minut, potrzeba ponad tygodnia ciągłego ładowania. Z tych właśnie powodów samochód elektryczny został w latach 20. wyparty i nie wszedł ponownie do powszechnego użycia. Dlaczego miałoby się to zmienić?

Główną nadzieją jest postęp techniczny w zakresie parametrów baterii, a w konsekwencji spadek ich cen. Jeżeli sprawdzą się przewidywania firmy McKinsey, do 2020 roku można liczyć na spadek tych cen nawet o dwie trzecie. Jeżeli udałoby się to osiągnąć, pozostałby jedynie problem ładowania samochodu w trasie. I tu jednak poczyniono ostatnio znaczące postępy. Specjalne zasilacze dostępne na niektórych stacjach benzynowych w USA pozwalają na ładowanie w przyspieszonym tempie, zwłaszcza do poziomu 50% pojemności baterii. Częściowe odzyskanie zasięgu możliwe jest już nawet w piętnaście minut.

Segment premium

Są jednak inne niż ekonomia spalania powody, dla których samochody elektryczne znajdą moim zdaniem uznanie nabywców. I to znacznie wcześniej, niż wskazuje na to dynamika cen baterii w relacji do ceny paliwa na stacjach. Klucza do rozwoju elektrycznej motoryzacji leży nie w oszczędnych autach kompaktowych, lecz w segmencie premium. Nabywcom z większymi wymaganiami i grubszymi portfelami samochody elektryczne oferują bowiem znacznie więcej niż spalinowe. Przykładowo: najnowszy model S kalifornijskiej firmy Tesla Motors (produkującej wyłącznie samochody elektryczne, ciągle jeszcze na bardzo małą skalę) za cenę 110 tysięcy dolarów oferuje osiągi sportowe porównywalne z limuzyną Porshe Panamera, która jest do nabycia w zbliżonej cenie. Jednocześnie pozwala się cieszyć brakiem spalin w garażu, cichym i płynnym prowadzeniem (silnik elektryczny nie ma biegów) oraz bez porównania niższym zużyciem paliwa. Prognozuje się też, że samochody elektryczne będą mniej awaryjne od spalinowych dzięki prostszej konstrukcji silnia i mechanizmu napędowego oraz niższej temperaturze pracy.

Jeżeli Tesla S się sprawdzi, inni producenci na pewno pójdą w ślady firmy z Kalifornii i także zainwestują w samochody elektryczne w segmencie premium. Na razie główni gracze produkują kompakty na prąd, które ze względu na wysoką cenę nie sprzedają się dobrze. Najtańszy Nissan Leaf kosztuje ponad 30 tys. dolarów i poza niskim kosztem eksploatacji nie oferuje wiele. Brak rozwoju w kierunku bardziej ekskluzywnych pojazdów napędzanych energią elektryczna może koncerny samochodowe sporo kosztować.

Pojawienie się dodatkowej konkurencji w branży motoryzacyjnej nie jest jednak najważniejszym potencjalnym skutkiem elektrycznej rewolucji w motoryzacji. Przede wszystkim ofiarami przemian będą koncerny paliwowe i producenci ropy naftowej. Do beneficjentów zaś należeć będą spółki związane z wytwarzaniem energii energetycznej oraz wydobywające surowce konieczne do jej produkcji, czyli przede wszystkim gaz ziemny i węgiel. W tym kontekście dziwi, że największy koncern paliwowy świata Exxon-Mobill w swoim raporcie o rynku energii całkowicie pomija zagrożenie, jakie stanowi dla niego upowszechnienie się samochodu elektrycznego. Inwestorzy grający pod wieczną hossę na rynku ropy naftowej nie powinni powtarzać podobnego błędu.

Maciej Bitner, Główny Ekonomista Wealth Solutions