A napjainkban egyre nagyobb érzelmi hullámokat gerjesztő vita az akkumulátorgyártás kapcsán eljutott oda, hogy már azt is kérdésként fogalmazzák meg, hogy mennyiben lehet környezetkímélő egyáltalán az energiahasznosítás- és tárolás ilyen formája.
Ifjúkoromban hallottam azt a bölcseletet (thx SzL), amely az elméleti tudós és a mérnök közötti szemléletbéli különbségét elemezte. A mérnök és a tudós azt a feladatot kapta, hogy ölelje meg a tőle tíz méterre álló kedvesét. A küldetésben azonban volt egy csalafintaság: csak akkor szabad megérinteni a hőn áhított nőt, ha hősünk szakaszosan közelít, mégpedig oly módon, hogy a közte és a mátkája közti távolságot mindig megfelezi. A tudós a tudományába vetett vak hite miatt legyintett, eloldalgott és lemondott arájáról, hiszen sosem érheti el a célját, mert mindig marad köztük egy minimális távolság. A mérnök úgy okoskodott, hogy a felezésekkel egyszer csak lesz egy olyan közeliség, amely már elegendő lesz boldogulásukhoz… A következőkben ez az adoma lesz a segítségünkre abban, hogy megpróbáljunk tisztábban látni ebben a mesterségesen szövevényessé korbácsolt témában.
Mindenekelőtt célszerű egyszerűsíteni és a Pareto-elv mentén megközelíteni a kérdéskört. Fogadjuk el, hogy az alapvető problémát, mint indikátor szennyezőt a CO2-kibocsátás jelenti – megjegyzem, hogy ez egy jó közelítés, mert az esetek egy jelentős hányadában a szennyezőanyagok együttállása tetten érhető. Az akkumulátor felhasználás környezeti hatásait pedig a közlekedés, mint az egyik legnagyobb kibocsátó nézőpontján keresztül tekintsük át.
Az Európai Parlament kiadványa szerint[1] Európában a közlekedés felel a szén-dioxid kibocsátás mintegy 30%-áért, ezen belül a közúti közlekedés annak 72%-áért. Vizsgálatunkat tovább egyszerűsítve a személyautózáson keresztül tárjuk fel a problémát. Egy liter gázolaj elégetése során 2650 g CO2 keletkezik. Ha 5 l/100 km a fogyasztásunk, akkor ez kilométerenként 133 g. Felvetődhet a kérdés: miért nem vizsgáljuk külön a benzines autókat, hiszen ezek esetében – hasonló körülmények között – csak 2300 g CO2 keletkezik? De azt kérem, gondoljunk az arájához közelítő mérnökre és fogadjuk el, hogy a benzines autó annyival többet is fogyaszt, ezért nincs szükség a külön elemzésre! A Volkswagen véleménye szerint a kőolajkitermelés, szállítás, finomítás 11%-kal növeli a fajlagos emissziót. Más kutatások, pl. dr. Simon Evans, a Carbon Brief[2] szakoldal főszerkesztő-helyettese szerint ez az érték valójában 24%. Higgyünk azonban az autógyárnak, bízzunk abban, hogy a dízelbotrány után megjavultak! Ekkor a példaautónk emissziója már 148 g/km-re nő. Életciklusát 350 000 km-re feltételezve 51,8 t CO2-nál tartunk. Ismét a közelítő mérnökre gondolva, elhanyagolunk a hagyományos autó javára írva egyéb tényezőket, mint motor- és sebességváltó-gyártás, szervizgyakoriság, olajcsere, fékbetét csere, stb. ökológiai lábnyoma. A járműgyártás egyéb elemeit azért nem számoljuk, mert az elektromos autónál ezek szintén elkészülnek és csupán a kettő arányára vagyunk kíváncsiak. Az elektromos autó nyilván hendikeppel indul, hiszen az akkumulátor gyártása rendkívül energiaigényes, jelenleg 60-100 kg/1 kWh CO2 kibocsátással jár. Egy hagyományos autóval gyakorlatilag egyenértékűként használható villanyautóhoz 80 kWh nagyságú akkumulátor szükséges, így a környezeti hátránya átlagosan egy ilyen autónak 6,4 t szén-dioxid.
[1] https://www.europarl.europa.eu/news/hu/headlines/society/20190313STO31218/amit-erdemes-tudni-a-gepjarmuvek-szen-dioxid-kibocsatasarol-az-eu-ban
[2] Egy brit székhelyű weboldal, amely a klímatudomány, a klímapolitika és az energiapolitika legújabb fejleményeit ismerteti.
Lássuk az energia-felhasználását! Az 1. fotón látható, hogy egy ilyen autó 90% feletti autópályázással 172 Wh-t fogyaszt kilométerenként. Töltési veszteséggel számolva ez 189 Wh/km. Nézzük, ez mennyi CO2-kibocsátással jár a hazai energiamix tekintetében. Ez 2020-ban 218 g/kWh[3] volt, becslésem szerint ez ma már csak kb. 198 g/kWh, amely a 226 g/kWh (206 g/kWh) EU átlagnál jobb, és ismét legyünk nagyvonalúak, mert az import vélhetően javít a számokon, főleg, ha az a 90 g/kWh faktorú Szlovákiából érkezik. A most vizsgált elektromos autó erőforrása a 100 ezer km futás alatt az akkumulátor kapacitásából mindössze 3%-ot veszített, azonban feltéve, de nem megengedve, tervezzünk be egy akkupack cserét a vizsgált 350 ezer km tekintetében, de ezt már a gyártás technológiai és energiamix összetételi javulása miatt csak 50 kg/kWh gyártási emisszióval, így a második erőforrás már csak 4 t CO2 teherrel jár.
Összegezzünk ismét a fosszilis üzemanyagok javára törtnő elhanyagolással, ami azt jelenti, hogy nem számolunk a jelen elektromos életciklusban a jövő árammixének környezeti tényezőinek javulásával. 350 000 km alatt az energiaigény – figyelemmel a fenti 189 Wh/km-es tényadatra – 66 150 kWh. Mindez most Magyarországon 13,1 t CO2-kibocsátással jár. Ehhez adjuk hozzá a kezdeti és a csere erőforrás-emisszióját és megkapjuk, hogy egy elektromos autó 23,5 t, míg egy hagyományos autó 51,8 t CO2-ot emittál életciklusában, illetve 350 000 km futásteljesítmény során. Mivel az arányra voltunk elsősorban kíváncsiak, ezért a feltételezhetően azonos egyéb kisebb kibocsátással járó tényezők – mivel mindkettő tekintetében azonosra becsülhetők – kiejthetők. Az eredmény pedig az, hogy az elektromos autó szénlábnyoma jelenleg 45%-a a fosszilis üzemű járművekének hazánkban. Ugyanakkor Lengyelországban 104%-ra, Franciaországban 26%-ra, míg az EU átlagában 46%-ra adódik a mértéke.
Mindezek a számok azt jelzik, hogy az elektromos autózásnak lehet jövője, különösen annak tükrében, hogy a hozzátartozó infrastruktúra lépéselőnye jelentősnek tűnik a tüzelőanyag-cellákhoz viszonyítottan. Lényeges az is, hogy a tüzelőanyag-cellás és az elektromos autók tekintetében elméleti szinten elérhető a nulla kibocsátás – az elektromos autóknál kissé nehezebben –, a fosszilis esetében pedig nyilvánvalóan nem.
Eddig nem taglaltuk az akkumulátor gyártásának és újrahasznosításának kérdését, amely, ha eljutottunk oda, hogy a technológia globálisan hasznos lehet, nyilván érintenünk kell a lokálisan igen is felmerülhető problémák egy részét. Egy részét, mert csak egy szűk réteg van olyan ismeretek birtokában, akik mérnöki jelentőséggel bíró következtetések levonására képesek. Induljunk ki abból, hogy hazánkban csaknem ötmillió közúti járművet tartanak üzemben. Mindegyik egy-egy elkülönülő szennyezőforrás, amelynek diffúz kibocsátása ellenében tenni vajmi kevés lehetőség akad. Ha az autógyártás azon elemeit, amely mindkét típusú autó esetében azonos, vagy közel azonos hatással jár figyelmen kívül hagyjuk, akkor az elektromos autók tekintetében az akkumulátorgyárakra és az erőművekre koncentrálódik a károsanyag-kibocsátás. Az áramtermelés az EU átlagában 2015 és 2020 között 30%-nyit javult, az átlagkibocsátás 317g/kWh-ról 226 g/kWh-ra mérséklődött. Ebből a trendből fakadóan minden remény megvan arra, hogy az elektromos áramból fakadó kibocsátás – belátható időn belül – nem a lengyel, hanem a francia mértékekhez közelít. Fontos lehetne az is, hogy a zöld rendszámos preferencia csak azoknak járjon, akik meg is termelik az általuk felhasznált áram egy jelentős részét. Itt kaphatnának a mérnökök olyan szerepet, amely ezen rendszerek auditjára terjedne ki és ezen autósok egy valós értéket magába foglaló zöld matricát kaphatnának.
[3] https://ember-climate.org/insights/research/eu-power-sector-2020/
Az akkumulátorgyártás már egy sokkal bonyolultabb kérdés, amelynek van egy biztató és egy megoldandó vetülete. A biztató az, hogy a diffúz ellenőrizhetetlen kibocsátások megszűnnek, és a gyárakra koncentrálódik a potenciális (!) szennyezés. Ebben rejlik a probléma egyszerűsége és bonyolultsága is: egyszerű, mert nem ötmillió helyen kell cselekedni, és bonyolult, mert eddig ritkán tapasztalt koncentrációkkal kell találkozni. Meggyőződésem, hogy ez egy olyan mérnöki feladat, amit meg lehet oldani, hazánkban az erre felkészült mérnökök készen állnak.
Nem beszéltünk még egy fontos kérdésről, az újrahasznosításról. Mindenekelőtt szögezzük le: ha egy elektromos autó akkumulátorát le kell cserélni, az nem jelenti azt, hogy azt ki kell dobni. Tegyük hozzá még azt is, hogy a töltési infrastruktúra kiépülésével a csere utáni vágy nyilván csökkenni fog. Tegyük fel, hogy 70%-os kapacitásnál látunk neki a cserének, akkor egy 50 kWh-ás egység a maradék 35 kWh-val még évekig alkalmas lehet háztartási tárolásra. Ekkora kapacitással napokra be lehet egy „normál” háztartás energiáját tárolni. Gondoljunk erre akkor, amikor egyik pillanatról a másikra megváltoztak a hazai napenergiatermelés szabályai. Másutt központi tárolóblokkokat építenek üzemen kívülinek bélyegzett autóakkumulátorokból. Bátran kijelenthetjük tehát, hogy az üzemidő legalább duplázható. Ami pedig megnyugtató, hogy egyre fejlődik a technológia és a pirolízis, mint újrahasznosítási lehetőség háttérbe szorul, és teret nyer a részegységenkénti reciklálás, amely már remélhetőleg megújuló energiaforrásból valósul meg.
Addig is alapvető fontossággal bír, hogy a működtetésre megalkuvás nélkül a hozzáértő mérnökök adják meg a választ, hiszen a megoldás kulcsa az ő kezükben van.
Wagner Ernő
