Przejdź do treści
Start » Ciekawostki » Transport elektryczny

Transport elektryczny

Transport elektryczny jest coraz bardziej popularny na całym świecie. W jego skład wchodzą różne rodzaje pojazdów, w tym samochody osobowe, autobusy, pociągi, tramwaje, a nawet rowery i skutery. Elektryczne pojazdy (EV) odgrywają kluczową rolę w globalnym przesunięciu ku zrównoważonemu transportowi. Ich rozwój, choć dynamiczny i innowacyjny w ostatnich dekadach, ma swoje korzenie sięgające XIX wieku. EV stanowią odpowiedź na rosnące zapotrzebowanie na bardziej ekologiczne środki transportu. Oferując obietnicę redukcji emisji gazów cieplarnianych i zanieczyszczeń powietrza, a także niższe koszty eksploatacji i utrzymania w porównaniu do tradycyjnych pojazdów spalinowych.

Transport elektryczny – HISTORIA

Pierwsze eksperymenty z elektrycznymi pojazdami datuje się na XIX wiek. Pomiędzy 1888 a 1891 rokiem, Wilhelm Maybach i Gottlieb Daimler opracowali pierwszy elektryczny pojazd wyposażony w napęd silnika elektrycznego. W tym samym okresie, Thomas Parker, pionier elektryfikacji w Wielkiej Brytanii, skonstruował elektryczny samochód, który był używany w Londynie.

Na przełomie XIX i XX wieku, elektryczne pojazdy zyskały na popularności, ze względu na ich cichą pracę i łatwość obsługi w porównaniu do wczesnych samochodów spalinowych. Przed I wojną światową, EV stanowiły znaczący odsetek wszystkich pojazdów na drogach. Jednakże, z rozwojem silników spalinowych i masowej produkcji samochodów przez Forda, elektryczne pojazdy zaczęły tracić na popularności.

Zainteresowanie elektrycznymi pojazdami odżyło w latach 60. i 70. XX wieku, głównie z powodu kryzysów naftowych i rosnącej świadomości ekologicznej. W latach 90., z pojawieniem się bardziej zaawansowanych technologii baterii i silników elektrycznych, oraz w obliczu globalnych wyzwań klimatycznych. EV ponownie zyskały na znaczeniu jako kluczowy element przyszłej zrównoważonej mobilności.

Transport elektryczny – ZALETY

Ochrona środowiska

Transport elektryczny przynosi wiele korzyści, które są istotne zarówno z perspektywy ochrony środowiska, jak i ekonomii. Jedną z najważniejszych zalet jest redukcja emisji CO2. Pojazdy elektryczne (EV) nie emitują spalin, co bezpośrednio przekłada się na zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych. To kluczowy aspekt w walce ze zmianami klimatycznymi i poprawą jakości powietrza w miastach.

Ekonomiczność

Kolejnym istotnym elementem jest koszt eksploatacji. Ładowanie pojazdów elektrycznych energią elektryczną jest zazwyczaj tańsze niż tankowanie pojazdów spalinowych paliwem. To sprawia, że na dłuższą metę EV mogą być bardziej ekonomiczne, zwłaszcza przy wzroście cen paliw kopalnych. Silniki elektryczne są bardziej wydajne niż silniki spalinowe, co oznacza, że EV mogą lepiej wykorzystywać dostępną energię.

Cicha praca

Pojazdy elektryczne są również znacznie cichsze niż ich spalinowe odpowiedniki. To zmniejsza zanieczyszczenie hałasem. Cicha praca EV przyczynia się do poprawy komfortu życia i może mieć pozytywny wpływ na zdrowie mieszkańców.

Formy wsparcia

Na koniec, wsparcie rządowe jest również ważnym czynnikiem przemawiającym za pojazdami elektrycznymi. Wiele krajów oferuje różnego rodzaju ulgi podatkowe, dotacje czy inne formy wsparcia dla osób decydujących się na zakup EV. To sprawia, że pojazdy te stają się bardziej dostępne dla szerszej grupy odbiorców, przyspieszając ich adaptację.

Transport elektryczny – WADY

Zasięg i ładowanie

Jednym z największych wyzwań jest zasięg i infrastruktura ładowania. Pojazdy tego typu często mają ograniczony zasięg w porównaniu do pojazdów spalinowych, co może być problemem. Dodatkowo, niewystarczająca infrastruktura stacji ładowania w wielu miejscach utrudnia podróżowanie i wymaga starannego planowania. Kolejnym istotnym aspektem jest czas ładowania. Ładowanie baterii EV trwa znacznie dłużej niż tradycyjne tankowanie pojazdów spalinowych.

Koszt zakupu

Wysoki koszt początkowy to kolejna bariera. Cena zakupu jest często wyższa niż w przypadku pojazdów spalinowych. Chociaż różnica ta zmniejsza się z czasem dzięki postępom technologicznym i rosnącej skali produkcji, początkowy wydatek nadal może być znaczący dla wielu konsumentów.

Pożary

Problem pożarów w pojazdach elektrycznych (EV) jest zagadnieniem, które budzi zaniepokojenie zarówno wśród producentów, jak i użytkowników. Baterie litowo-jonowe, które są powszechnie stosowane, mogą być bardziej podatne na zapalenie się. Kolejnym istotnym elementem jest trudność w ugaszeniu pożaru. Wynika to z charakterystyki baterii litowo-jonowych, które mogą ponownie się zapalić nawet po ugaszeniu. Jest to spowodowane zjawiskiem znanym jako „thermal runaway”, czyli niekontrolowaną reakcją termiczną wewnątrz baterii, która może prowadzić do samozapłonu. Proces gaszenia pożaru w EV często wymaga użycia znacznych ilości wody i może trwać kilka godzin. Dodatkowo, istnieje potrzeba specjalistycznego szkolenia strażaków i wyposażenia ich w odpowiedni sprzęt do radzenia sobie z tego typu pożarami. Pożary EV wymagają od służb ratowniczych innych technik i procedur niż te stosowane przy pożarach pojazdów spalinowych.

Problematyczne baterie

Produkcja baterii litowo-jonowych, które są kluczowe dla EV, ma swój wpływ na środowisko, a proces ten wymaga znacznych ilości surowców. Ponadto, utylizacja zużytych baterii pozostaje problemem, z uwagi na trudności w recyklingu i potencjalne zagrożenia dla środowiska.

Sieć elektryczna

Funkcjonowanie EV zależy od dostępności i stabilności sieci elektrycznej. W regionach, gdzie infrastruktura elektryczna jest niestabilna lub niedostatecznie rozwinięta, użytkowanie pojazdów elektrycznych może być utrudnione. To ogranicza możliwości wykorzystania i wymaga dodatkowych inwestycji w rozwój sieci energetycznych.

Rozwój Technologii

W kontekście samochodów elektrycznych, istnieje wiele obszarów, w których prowadzone są intensywne badania i rozwój. Mające na celu poprawę ich funkcjonalności, bezpieczeństwa, dostępności oraz wpływu na środowisko. Jednym z kluczowych obszarów jest poprawa technologii baterii. Badacze skupiają się na rozwoju bardziej wydajnych, trwałych i bezpiecznych baterii litowo-jonowych. Poszukują również alternatywnych technologiach, takich jak baterie na bazie litu-siarki czy baterie stanu stałego. Celem tych działań jest zwiększenie zasięgu pojazdów i skrócenie czasu ładowania.

Baterie do elektrycznych pojazdów

Litowo-jonowe (Li-ion)

  1. Ulepszanie tradycyjnych baterii litowo-jonowych: Badacze skupiają się na dostosowaniu obecnych baterii litowo-jonowych, aby uczynić je bezpieczniejszymi, mniejszymi i zdolnymi do przechowywania większej ilości energii w stosunku do ich rozmiaru i wagi​​.
  2. Nowe materiały i metody: Unikalny materiał na bazie manganu może przyczynić się do stworzenia tańszych i bardziej wydajnych baterii litowo-jonowych​​. W Stanford University i SLAC National Accelerator Laboratory opracowano nowe podejście do tworzenia lżejszych i bardziej wydajnych baterii Li-ion, przez zastosowanie kolektorów prądowych o 80% mniejszej wadze​​.
  3. Długotrwałe i Stabilne Baterie: Na Harvard University zaprojektowano trwałą baterię litowo-metalową, która może być ładowana i rozładowywana co najmniej 10 000 razy​​.

Litowo-siarkowe (Li-S)

  1. Wysoka Teoretyczna Wydajność Energetyczna: Baterie litowo-siarkowe są uznawane za obiecującego kandydata do przełamania ograniczeń energetycznych komercyjnych baterii litowo-jonowych ze względu na wysoką teoretyczną wydajność energetyczną, przyjazność środowiskową i niski koszt​​​​.
  2. Rozwiązanie Problemów z Korozją: W nowym badaniu stworzono warstwę w baterii, która zwiększa pojemność magazynowania energii, jednocześnie niemal eliminując tradycyjny problem korozji w bateriach siarkowych​​.
  3. Baterie Stanu Stałego Litowo-siarkowe: Technologia baterii litowo-siarkowych w stanie stałym zyskuje uwagę jako bezpieczne, wydajne energetycznie, trwałe i niskokosztowe źródło zasilania​​.

Baterie Stanu Stałego (SSB)

  1. Zastąpienie ciekłego elektrolitu: Baterie stanu stałego eliminują ciężki ciekły elektrolit obecny w bateriach litowo-jonowych na rzecz stałego elektrolitu​​.
  2. Wyższa gęstość: Solid-state batteries (SSB) są postrzegane jako realistyczny postęp technologiczny z oczekiwaniami na wyższą gęstość energii i mocy​​.
  3. Rozwój i wybór materiałów: Nadal istnieją pytania dotyczące wyboru materiałów i koncepcji komponentów oraz całych ogniw w bateriach SSB​​.
  4. Nowe typy baterii SSB: Inżynierowie stworzyli nowy typ baterii SSB, która wykorzystuje zarówno stały elektrolit, jak i całkowicie krzemową anodę, co czyni ją bezpieczną, trwałą i gęstą energetycznie​​.

Infrastruktura dla transportu elektrycznego

Równie ważny jest rozwój infrastruktury ładowania. Trwają prace nad rozbudową i ulepszaniem infrastruktury, w tym nad szybszymi stacjami ładowania i lepszą dostępnością ładowarek w różnych lokalizacjach. Wiele firm i rządów inwestuje w rozbudowę sieci ładowarek publicznych.

Badania koncentrują się również na zwiększeniu efektywności pojazdów elektrycznych i redukcji kosztów produkcji. Celem jest uczynienie pojazdów elektrycznych bardziej przystępnymi cenowo dla szerszego grona konsumentów, co może przyczynić się do ich szerszej adopcji. Prowadzone są również badania nad standaryzacją komponentów i systemów w pojazdach elektrycznych. Ma to na celu ułatwienie serwisowania, napraw i wymiany części.

Prace nad integracją pojazdów elektrycznych z odnawialnymi źródłami energii, mają na celu stworzenie bardziej zrównoważonego i ekologicznego systemu transportu. Integracja ta może przyczynić się do zmniejszenia zależności od paliw kopalnych i zwiększenia wykorzystania energii odnawialnej.

Utylizacja baterii

Istotne są również badania nad odpowiedzialną produkcją i utylizacją baterii. Skupiają się one na metodach bardziej ekologicznej produkcji baterii i efektywnym recyklingu wyeksploatowanych baterii, aby zmniejszyć ich wpływ na środowisko.
Aktualne badania i ulepszenia w zakresie utylizacji baterii koncentrują się głównie na rozwoju skuteczniejszych i bardziej ekologicznych metod recyklingu. Baterie litowo-jonowe, obecnie stosowane w samochodach elektrycznych, są skomplikowanymi urządzeniami składającymi się z wielu różnych materiałów, co sprawia, że ich recykling jest procesem trudnym i kosztownym​​.

Metody Recyklingu

  1. Proces pirometalurgiczny: Polega na topieniu baterii do odzyskania metali, takich jak kobalt, nikiel czy miedź. Jest skuteczny, ale generuje emisję gazów cieplarnianych​​.
  2. Proces hydrometalurgiczny: Baterie są zanurzane w roztworach kwasów, by wyekstrahować cenne metale. Jest bardziej przyjazny dla środowiska niż pirometalurgia, ale może być kosztowny​​.
  3. Proces bezpośredniego recyklingu: Demontaż baterii i odzyskiwanie materiałów katodowych bez zmiany ich składu chemicznego. Jest to obiecująca i ekologiczna metoda recyklingu​

Kilka słów o elektrycznych SAMOLOTACH

Możliwości produkcji elektrycznych samolotów pasażerskich są obiecujące, ale wciąż napotykają na istotne wyzwania. Kilka kluczowych aspektów kształtuje obecny stan rozwoju tych samolotów:

  1. Różnorodność projektów: Wiele firm, zarówno startupów, jak i dużych graczy branżowych, takich jak Airbus, pracuje nad rozwojem elektrycznych samolotów. Przykłady takich inicjatyw to małe samoloty elektryczne, które już odbywają loty testowe, oraz większe projekty, takie jak eVTOL (elektryczne samoloty pionowego startu i lądowania) Beta Technologies, które mają uzyskać certyfikację do 2026 roku​​​​.
  2. Postęp w technologii baterii: Kluczowym czynnikiem umożliwiającym rozwój większych samolotów elektrycznych jest postęp w technologii baterii. Firma CATL opracowała nową technologię baterii o gęstości energii 500 Wh/kg, co może zrewolucjonizować lotnictwo elektryczne i pozwolić na produkcję większych samolotów pasażerskich​​.
  3. Wyzwania techniczne: Obecnie największym ograniczeniem dla elektrycznych samolotów jest gęstość energetyczna baterii. Jest znacznie niższa niż gęstość energii paliwa lotniczego. Ogranicza to zasięg i ładowność elektrycznych samolotów. Ponadto istnieją wyzwania związane z infrastrukturą i regulacjami bezpieczeństwa​​​​.
  4. Przyszłe perspektywy: Przejście do elektrycznego lotnictwa nie nastąpi z dnia na dzień. Prawdopodobnie zacznie się od krótszych lotów krajowych, stopniowo rozszerzając się w miarę poprawy technologii i infrastruktury. Modele hybrydowe, łączące tradycyjny i elektryczny napęd, mogą służyć jako pośredni krok w tym przejściu​​.

PODSUMOWANIE

W miarę jak rośnie zainteresowanie ekologicznymi rozwiązaniami w transporcie oraz postępuje rozwój technologiczny, transport elektryczny ewoluuje w kierunku wszechstronnego systemu obejmującego różnorodne formy przemieszczania się. Elektryfikacja nie ogranicza się już tylko do pojazdów lądowych. Obejmuje również sektory lotnicze i morskie, otwierając perspektywy dla bardziej zrównoważonej przyszłości mobilności. Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii i rozwój innowacyjnych technologii napędowych prowadzi do powstania ekologicznych alternatyw. Mogą one radykalnie zmieniać nasze codzienne sposoby podróżowania, minimalizując negatywny wpływ na środowisko. Ponadto, pojazdy elektryczne coraz częściej są włączane do badań nad technologiami autonomicznej jazdy. W przyszłości mogą znacznie podnieść poziom bezpieczeństwa i komfortu użytkowania, otwierając nowe możliwości w zakresie mobilności.

Źródła:

https://automoc.pl/samochody/recykling-baterii-samochodow-elektrycznych-metody-i-ekologiczne-konsekwencje/
https://news.harvard.edu/gazette/story/2021/05/researchers-design-long-lasting-solid-state-lithium-battery/#:~:text=The%20research%20is%20published%20in,ion
https://www.anl.gov/article/lithiumsulfur-batteries-are-one-step-closer-to-powering-the-future#:~:text=In%20a%20new%20study%2C%20researchers,S%20battery%20development
https://link.springer.com/article/10.1007/s41918-023-00188-4#:~:text=Lithium,effectiveness%2C%20and%20environmental%20benignity

Zachęcamy do zapoznania się z innymi tekstami w dziale Ciekawostki oraz naszymi celami i ideami. Jak również do wsparcia Fundacji Utopia darowizną, by kolejne teksty dotyczyły naszych autorskich, wielkich projektów.