Накануне будущего

Эпоха электромобилей неумолимо наступает, но все никак не может наступить. Массово пересесть на электрокары человечеству мешают неудобство их подзарядки, малый запас хода и высокая цена. Над решением этих проблем трудятся лучшие автоконцерны мира

Алексей Бондарев

Когда Илон Маск в конце 2000‑х стал продвигать идею электромобилей, его часто высмеивали, в том числе на страницах ведущих мировых изданий. Дело в том, что электромобили до Маска были маленькими и уродливыми. О массовости речь не шла.

Революция началась в 2012 году, когда стартовали продажи премиального седана Tesla Model S. Гениальность Маска заключалась в том, что он начал захватывать рынок сверху, а не снизу — популяризация идеи электромобиля началась с богатых людей, а затем уже пошла в массы. В считаные годы Model S стала бестселлером рынка в премиальном сегменте.

Пользователи оценили бесшумный, быстрый и комфортный автомобиль, словно прилетевший из будущего. Model S четко дала понять, что за электромобилями будущее.

Но если электромобили во всем превосходят машины с двигателями внутреннего сгорания, то почему революция, меняющая авторынок и жизнь людей, постоянно откладывается?

Этим вопросом регулярно задаются эксперты всех мастей, а диапазон ответов крайне широк. От конспирологических теорий о том, что развитию электромобилей мешают нефтяные шейхи, до весьма прагматичных рассуждений о банальном несовершенстве технологий.

Конспирологию оставим в стороне, а вот несовершенство многих технологий, которые являются ключевыми для рынка электромобилей, действительно расценивается многими экспертами как препятствие (возможно, непреодолимое) на пути к светлому будущему автотранспорта без выхлопных труб.

Несмотря на то что электромобили давно стали модным трендом, их продажи в большинстве стран мира все еще находятся на уровне статистической погрешности. По данным специализированного портала EVvolumes, в декабре 2018 года доля электрокаров на мировом рынке составила 2,1%.

Это означает, что продажи только двух мировых бестселлеров — Toyota Corolla и Honda Civic в сумме превышают продажи всех электромобилей вместе взятых.

Если кто-то знает решение [как сократить время зарядки электро-каров], поделитесь, нам помощь не помешала бы
Илон Маск,
генеральный директор компании Tesla

Согласно опросу авторитетного издания Motor Trend, в США (где бал правит Tesla и электрокары не нуждаются в рекламе) более 60% опрошенных не готовы пересесть на электромобиль из‑за банальных опасений, что это повлияет на их образ жизни.

Малый запас хода, долгое время зарядки, недостаточное количество зарядных станций даже в индустриально развитых регионах — вот ключевые претензии, которые выдвигают к электромобилям пользователи.

Бензиновый или дизельный автомобиль можно заправить за несколько минут и снова отправиться в путь. Дальние путешествия на электрокаре зачастую сопровождаются муками поиска зарядных станций, движения на малой скорости с выключенным кондиционером и т. д.

И это далеко не полный перечень претензий к технологии, которую как‑то по умолчанию уже принято считать состоявшейся и победившей.

Претензия номер один к электромобилям — малый запас хода, считает американский обозреватель Джейми Дитон. Большинство из них могут проехать без подзарядки около 150–200 км. Некоторые более дорогие модели могут похвастаться 300 км, а топовые модели Tesla — порядка 400 км.

Однако даже эти максимальные показатели не впечатляют, если сравнивать с бензиновыми или дизельными машинами. Современные автомобили с двигателями внутреннего сгорания имеют больший запас хода на полном баке (500–600 км у бензиновых, до 1.000 км у некоторых дизельных).

Само по себе это обстоятельство уже много значит, констатирует Дитон, но оно играет еще более яркими красками в свете другого важного фактора. Заправить опустевший бак можно за несколько минут на одной из многочисленных топливных заправок, которые встречаются даже в малонаселенных областях планеты. Зарядить пустой аккумулятор электрокара — проблема другого порядка.

Любой электромобиль имеет возможность зарядки от обычной сети 220В, но это означает долгие часы ожидания. Даже в случае с самыми маленькими аккумуляторами это порядка 8–10 часов. В случае же с топовыми электромобилями, которые оснащаются большими батареями, время зарядки “до полного” может превышать сутки.

Мощные специальные зарядные станции работают значительно эффективнее. И все же в среднем речь всегда идет о нескольких часах времени. Топовые зарядные станции, так называемые суперчарджеры (50 КВт и выше), специально создаваемые производителями для своих электрокаров (например, Tesla и Audi), способны сократить время зарядки до одного часа. Как правило, речь идет о соотношении 80% за первые полчаса, и остальной заряд за вторые полчаса.

Но таких станций ничтожно мало даже в США и Германии. И вряд ли можно говорить о том, что в обозримом будущем они появятся на каждом углу, уж больно они дороги.

Малый запас хода и долгое время зарядки создают большую проблему, подчеркивает Дитон. Даже если ваш среднесуточный пробег ощутимо меньше 150–200 км, которые может обеспечить недорогой электромобиль, вы все равно можете столкнуться с необходимостью незапланированной поездки. И на нее вам уже не хватит заряда аккумулятора. К тому же у вас может не оказаться лишнего часа времени для подзарядки.

Есть ли у этой весьма значительной проблемы решение? Очевидного решения нет — это признает сам Маск. В прошлом году, получив вопрос о емкости аккумуляторов и времени зарядки в одном из интервью, он заявил: “Если кто‑то знает решение, поделитесь, нам [компании Tesla] помощь не помешала бы”.

Так думают не все. Хенрик Фискер, знаменитый автомобильный дизайнер, работавший над совершенствованием Aston Martin и создавший несколько стартапов, считает, что будущее за твердотельными аккумуляторами, и утверждает: его компания уже в шаге от их реального применения.

Ключевое различие между привычными литий-ионными батареями и твердотельными заключается в том, что первые используют жидкий электролит (смесь веществ, которые обеспечивают течение тока между анодом и катодом внутри батареи), а вторые — твердый электролит.

Твердотельные аккумуляторы имеют меньший вес и большую емкость, чем традиционные, они дольше работают и не подвержены риску перегрева и взрыва.

О создании революционной технологии твердотельных аккумуляторов заявил в прошлом году и Майкл Циммерман, американский изобретатель и создатель компании Ionic Materials, специализирующейся на разработке твердых полимеров. По его словам, батареи нового типа не склонны к перегреву, имеют вдвое большую емкость при том же весе и не содержат кобальта. Этот весьма дорогой металл необходим как раз для предотвращения перегрева в литий-ионных батареях. Циммерман предлагает вместо кобальта использовать более дешевые цинк и марганец.

Впрочем, в основе его разработки лежит другое революционное решение. Циммерман изобрел полимерный огнестойкий материал, который способен проводить электроны при комнатной температуре (обычные пластики не обладают такими свойствами).

Батарея Циммермана не боится не только перегрева, а также ударов, разрезов и проколов, что выглядит многообещающе для автомобильной промышленности. Истории о возгорании Tesla после ударов являются хитами YouTube и часто используются в качестве аргумента против электрокаров.

Циммерман считает, что на доведение его технологии до ума потребуется не более пары лет. И затем технология будет пригодна для массового применения.

Что касается батарей, то электромобили проходят тот же путь, что и мобильные телефоны. Первые гибриды и электромобили поставлялись с никель-металлгидридными аккумуляторами, тяжелыми и не очень эффективными. Современные электрокары перешли на литий-ионные аккумуляторы, как и смартфоны.

Таким образом, все современные гаджеты, как те, что путешествуют в вашем кармане, так и те, что обосновались у вас в гараже или на парковке, объединяет одно: они не могут существовать без добываемых в нескольких бедных странах ценных природных ископаемых, констатирует американский обозреватель Себастьян Тома.

Если никель и алюминий более-менее доступны, то кобальт и литий — это целая проблема. И дело не только в том, что их добыча и обработка сопряжены с необходимостью использования токсичных химикатов и огромного количества электричества, которое производится отнюдь не с помощью солнечных электростанций. Эти металлы крайне дороги, добываются преимущественно с помощью рабского труда в странах третьего мира, а их добычу контролируют диктаторы или местная мафия.

Из всех стран, в которых добывают эти металлы, цивилизованностью и ответственностью перед общечеловеческими ценностями и экологией отличается только Австралия, в отличие от лидеров по добыче лития Чили, Аргентины, Зимбабве, Китая и России.

Есть еще один нюанс. Подобно нефти, литий является “конечным” ресурсом, отмечает Тома. Его запасы велики, но не бесконечны, поэтому его стоимость со временем будет расти. И в какой‑то момент мир, окончательно пересевший на зеленые электромобили, просто перепрыгнет с нефтяной иглы на литиевую.

Но и это не самое страшное. Настоящая беда заключается в том, что утилизация этих тяжелых металлов — задача не менее хлопотная, чем утилизация ядерных отходов. А рост спроса на электромобили ведет к росту спроса на батареи к ним, а следовательно — к масштабной проблеме утилизации.

Бум электромобилей ожидается примерно к 2025 году, отмечает Тома. Именно к этому времени вступят в силу запреты на двигатели внутреннего сгорания в пассажирском транспорте во многих странах мира. Учитывая средний срок службы аккумуляторов, можно предположить, что уже к 2035–2040 годам планета столкнется с проблемой утилизации огромного количества литий-ионных батарей.

Теоретически они могут быть повторно переработаны, но это до сих пор неизведанная территория, отмечают эксперты. Утилизация дорога, сопряжена с токсичными процессами, и какова ее эффективность, до сих пор непонятно.

Некоторые компании уже сегодня используют аккумуляторы с металлами вторичной переработки, однако пока это единичные случаи.

Допустим, инженеры смогут увеличить емкость твердотельных аккумуляторов, а также придумают эффективные способы их утилизации. Однако остается проблема скорости зарядки.

Если у вас большие пробеги либо вы часто ездите на дальние расстояния, необходимость часами ждать, пока ваш новомодный электрокар зарядится, воспринимается как резко негативный фактор.

В качестве потенциальных решений этой проблемы рассматриваются новые виды зарядки. В первую очередь беспроводная индукционная зарядка. Технология, уже знакомая многим владельцам смартфонов, теперь всерьез рассматривается некоторыми производителями электромобилей как способ упростить жизнь пользователям. Так, станцию беспроводной зарядки для электромобилей уже тестирует BMW.

Логика тут проста: зарядка размещается на парковочном месте. Как только автомобиль останавливается на этом месте, стартует процесс зарядки, который продолжается либо до отъезда автомобиля, либо до полной зарядки аккумулятора. Тестируемый гаджет способен зарядить электрокар BMW i3 за 3,5 часа. Это не так уж быстро, зато процесс происходит автоматически и незаметно для пользователя.

Существуют и другие аналогичные проекты. Эксперты предсказывают, что со временем беспроводные зарядки могут стать массовым явлением. Например, ими будут оснащаться все парковки в бизнес-центрах, аэропортах и т. д. Фактически стоящий электромобиль всегда будет на зарядке, что избавит пользователей от необходимости специально посещать зарядные станции.

Есть и более революционная технология, способная изменить будущее электрического транспорта. Речь идет о трассах, которые будут заряжать электромобили прямо во время движения. Существует несколько таких разработок, объединенных общим принципом: полотно трассы скрывает элементы, способные заряжать движущиеся электрокары, а также аккумуляторы, питаемые от солнечных панелей, установленных на обочине.

Первые тестовые участки таких трасс уже проходят испытания во Франции и Швеции.

Тем временем компания Amazon запатентовала технологию подзарядки электромобилей с помощью дронов. В основе лежит та же идея, что и в случае с дозаправкой самолетов в воздухе. Патент описывает систему, которая работает следующим образом. Как только уровень заряда аккумулятора в электромобиле падает до определенного уровня, система автоматически вызывает ближайший “дрон-заправщик”. Беспилотный аппарат с аккумулятором прилетает к месту, где находится электрокар, и приземляется на его крышу. Зарядка осуществляется при помощи специальной док-станции, которая должна быть установлена на электрокаре.

Пока неясно, насколько большим должен быть беспилотник, чтобы иметь возможность транспортировать емкие аккумуляторы. Равно как неясно, с какой скоростью может осуществляться зарядка. Однако эксперты признают, что сама по себе технология выглядит многообещающей. По крайней мере в качестве альтернативы эвакуатору для разряженного электромобиля.