10 vấn đề lớn nhất với ô tô điện
Tìm hiểu sâu về công nghệ giảm thiểu biến đổi khí hậu cường điệu nhất thế giới.
Thế giới say mê xe hơi một cách kỳ lạ. Đó là một phần lý do tại sao ô tô điện đã trở thành biểu tượng cho cuộc chiến chống biến đổi khí hậu, mặc dù tiềm năng tránh khí thải CO2 khá hạn chế.
Đằng sau sự tăng trưởng nhanh chóng về doanh số bán xe điện chạy bằng pin (BEV) là do một loạt các chính sách hỗ trợ . Và đằng sau những chính sách này là các chính phủ muốn khai thác từng chút giá trị tiếp thị cuối cùng từ đứa trẻ áp phích hành động vì khí hậu rất dễ thấy này. Đây là lý do tại sao các công ty BEV thuần túy hiện có giá trị ngang với toàn bộ ngành công nghiệp ô tô kế thừa , mặc dù các công ty này ( chủ yếu là Tesla ) chỉ bán được khoảng 1% lượng xe hạng nhẹ toàn cầu .
Bài báo này sẽ đề cập đến mười vấn đề cơ bản với BEV như một phương án giảm thiểu biến đổi khí hậu hàng đầu. Mục đích là không làm mất uy tín của ô tô điện như một công nghệ bền vững (chúng chắc chắn có thể tránh CO2 và giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch). Thay vào đó, bài viết này nhằm mục đích minh họa sự khác biệt lớn giữa sự bùng nổ đầu tư BEV đang diễn ra và lợi ích xã hội đáng nghi ngờ của công nghệ.
Vấn đề 1: Một khoản viện trợ tốn kém cho vấn đề ô tô của chúng tôi
Những người đam mê thích đánh đồng sự nổi lên của ô tô điện với sự nổi lên của chính ô tô. Hơn một thế kỷ trước, ô tô sản xuất hàng loạt nhanh chóng thay thế ngựa làm phương tiện giao thông chính. Điều này không có gì đáng ngạc nhiên vì chiếc xe là một phương tiện di chuyển cao cấp về mọi mặt.
Nhưng việc áp dụng sự tương tự này cho các xe ô tô động cơ đốt trong (ICE) sử dụng BEV là thiếu sót. Trước hết, như chúng ta sẽ thấy trong ba vấn đề tiếp theo, BEV không vượt trội hơn ô tô ICE như ô tô đối với ngựa. Tuy nhiên, quan trọng hơn: Chúng vẫn là ô tô.
Trở lại với sự tương tự của chúng ta, BEV chỉ là những con ngựa nặng hơn và sáng hơn, ăn số lượng ít hơn từ thức ăn đắt tiền hơn và (hầu hết) sạch hơn. Những chiếc ô tô chở ngựa thực sự trong trường hợp tương tự này là lực lượng song sinh của tính di động ảo và thiết kế thành phố hướng đến con người.
Thật vậy, như chúng ta sẽ thấy trong phần tiếp theo, ô tô đô thị là một trong những yếu tố kém hiệu quả nhất trong nền kinh tế của chúng ta. Các thành phố được xây dựng cho những người khai thác triệt để các giải pháp di động ảo mới nổi (như Phòng làm việc Horizon của Facebook ) là giải pháp cho vấn đề lớn này. Không phải BEV.
Chỉ cần tưởng tượng bạn đang sống trong một khu phố nơi những con đường đầy xe hơi được thay thế bằng những lối đi bộ yên bình và những con đường đạp xe rợp bóng cây xanh. Mọi dịch vụ mà gia đình bạn cần đều nằm trong khoảng cách đi bộ / đạp xe dễ dàng, và có những người hàng xóm vui vẻ và thân thiện xung quanh. Vì vậy, mặc dù bạn thích làm việc và chơi ảo trong metaverse ngày càng mở rộng , môi trường vật chất của bạn vẫn hấp dẫn đến mức bạn tự nhiên dành nhiều thời gian ở ngoài trời nắng, tương tác với con người thực.
Đúng vậy, việc chuyển đổi từ thực tế tập trung vào ô tô hiện tại của chúng ta sang một tương lai hướng đến con người công nghệ cao có những thách thức của nó. Nhưng điều này không biện minh cho quỹ đạo hiện tại của chúng tôi là vá một dải BEV đắt tiền cho vấn đề ô tô lớn của chúng tôi. Thật vậy, quá trình chuyển đổi toàn cầu sang các thành phố thân thiện với con người sẽ giải quyết tất cả các vấn đề mà BEV mong muốn giải quyết cũng như nhiều vấn đề nghiêm trọng hơn mà họ không bao giờ có thể làm được.
Vấn đề 2: Thúc đẩy các ngách xe tồi tệ nhất
Khả năng cạnh tranh của BEV trải dài trên một phạm vi rộng lớn. Trong một số ngách, BEV đưa ra một giải pháp hấp dẫn. Ở những người khác, họ sẽ không bao giờ có tính cạnh tranh. Và đây là vấn đề: Những ngóc ngách mà BEV có ý nghĩa nhất là những hốc mang lại những điều tồi tệ nhất của chiếc xe.
Đầu tiên trong số những ngách này là những người đi lại ở ngoại ô, nơi một chiếc BEV với bộ pin tương đối nhỏ là một giải pháp hấp dẫn (đặc biệt là đối với các gia đình hai xe). Tôi đã cập nhật ước tính trước đó của mình về tổng chi phí xã hội của triết lý đi lại bằng ô tô và đạt mức khổng lồ 23.100 đô la / năm (xem bên dưới). Đây là khoảng một nửa mức lương trung bình của công dân thế giới giàu có. Nếu chúng ta giả sử một công nhân tạo ra giá trị gấp đôi tiền lương của anh ta, điều đó có nghĩa là khoảng một phần tư giá trị do một người đi làm bình thường tạo ra ngay lập tức bị phá hủy bởi mô hình đi làm (căng thẳng và bực bội).
Các hình thức vận tải ô tô trong đô thị cũng không khá hơn. Hãy xem xét một trong những biểu tượng tiêu biểu nhất của xã hội tập trung vào xe hơi: siêu xe. Mọi người chở những chiếc SUV 2,5 tấn của họ đi nhiều dặm đến cấu trúc này để đi và nhặt 0,05 tấn đồ (phần lớn trong số đó là việc mua sắm bốc đồng một cách lãng phí). Một trường hợp sử dụng rất mỉa mai khác cho chiếc SUV đô thị là đốt cháy 15.000 kcal nhiên liệu để đi và đốt cháy 500 kcal chất béo bằng cách chạy như một chú chuột lang trên máy chạy bộ trong một phòng tập thể dục ở xa.
Sau đó, chúng ta có “bà mẹ bóng đá” khuôn mẫu, người dành cả ngày làm tài xế riêng cho trẻ em. Trong một xã hội hiệu quả, nơi những đứa trẻ có thể tự do di chuyển bằng chân hoặc xe đạp, người mẹ bóng đá của chúng ta có thể làm rất nhiều điều hữu ích và mãn nguyện với cuộc sống của mình hơn là kìm hãm sự độc lập của con mình. Thật không may, mô hình cực kỳ kém hiệu quả này thường là lựa chọn duy nhất trong các xã hội tập trung vào ô tô vì khoảng cách quá rộng và đi bộ / đạp xe quá nguy hiểm (một phần do tất cả các bà mẹ bóng đá khác trên những chiếc SUV quá khổ bị phân tâm bởi những đứa trẻ thất vọng của họ đánh nhau ở phía sau .)
Phân khúc xe sang cũng đáng được đặc biệt nhắc đến. BEV hoạt động trong phân khúc này vì chi phí của một bộ pin lớn là vừa phải so với tất cả các loại chuông và còi trên một chiếc xe hơi sang trọng (hiệu suất êm ái của ổ điện cũng phù hợp với hình ảnh sang trọng). Nhưng trong khi ô tô đô thị là một bộ phận kém hiệu quả trong xã hội, thì ô tô đô thị hạng sang lại gia tăng sự kém hiệu quả bằng một số khía cạnh bổ sung. Về cơ bản, chúng cung cấp cùng một dịch vụ với số tiền cao hơn và thậm chí không làm cho chủ sở hữu của chúng hạnh phúc hơn .
Do đó, BEV không chỉ hứa hẹn duy trì sự kém hiệu quả vốn có của các thành phố tập trung vào ô tô; họ cũng quảng cáo một cách tự nhiên những thị trường ngách nơi ô tô khiến xã hội phải trả giá đắt nhất.
Vấn đề 3: Khả năng cạnh tranh thấp trong nhiều ngách
Trong một thời gian dài, mức chi phí pin kỳ diệu khi ô tô điện được cho là loại bỏ những con ngựa ICE cũ kỹ là $ 100 / kWh. Bây giờ, nó rõ ràng là $ 60 / kWh . Nhưng tất cả những điều này cũng ngớ ngẩn như khái niệm “lưới ngang bằng” đối với năng lượng gió và năng lượng mặt trời. Giống như gió và mặt trời mất giá với thị phần cao hơn, BEVs mất khả năng cạnh tranh khi thị phần của họ phát triển vào các ngách kém thuận lợi hơn.
Về điểm tích cực của phổ khả năng cạnh tranh là ô tô đi lại ngoại ô. Những chiếc xe này có thể hoạt động với bộ pin nhỏ, thực hiện tất cả các hoạt động lái xe của chúng trong giao thông thành phố dừng và đi, nơi hệ thống truyền động điện vượt trội và hoạt động độc quyền bằng cách sạc chậm giá rẻ tại nhà.
Mặt khác, chúng ta có những ngách như những chuyến đi đường dài, không có cấu trúc cho những kỳ nghỉ hoặc công việc kinh doanh. Những loại xe này cần bộ pin lớn, chạy phần lớn trên đường cao tốc nơi ICE hoạt động tốt nhất và phụ thuộc nhiều hơn vào bộ sạc công cộng (dễ tốn xăng hơn ).
Để minh họa, chúng ta hãy so sánh BEV và con lai trong tương lai trung và dài hạn. Như được hiển thị ở bên trái của biểu đồ dưới đây, BEV có tính cạnh tranh trong các thị trường ngách mà chúng có ý nghĩa. Tuy nhiên, khi chúng ta đi xe lớn, đường dài bên phải, chúng nhanh chóng mất đi khả năng cạnh tranh.
Các nguyên nhân chính dẫn đến mất khả năng cạnh tranh của BEV khi di chuyển từ trái sang phải trong biểu đồ là nhu cầu về bộ pin lớn hơn, chi phí điện trung bình tăng từ việc sạc công cộng nhiều hơn và lợi thế về hiệu suất thu hẹp trên đường cao tốc.
Điều đáng chỉ ra là chi phí nhiên liệu BEV vượt quá chi phí nhiên liệu của xe hybrid trong hầu hết phạm vi điều tra. Giả định phổ biến rằng xe điện luôn có chi phí nhiên liệu thấp hơn nhiều chỉ đúng khi chúng ta xem xét những chiếc xe ICE cũ kém hiệu quả, hầu như không có sạc nhanh và thuế xăng dầu lớn. Đúng cho những yếu tố đó, và lợi ích chi phí nhiên liệu BEV biến mất (và thậm chí còn đảo ngược). Chênh lệch chi phí CO2 cũng nhỏ (chúng ta sẽ quay lại vấn đề này trong Bài toán 5).
Một quan niệm sai lầm phổ biến khác, được minh họa bằng biểu đồ bên dưới, là khả năng cạnh tranh của BEV sẽ nhanh chóng cải thiện trong những năm tới. Trên thực tế, sự sụt giảm chi phí pin đáng kể nhất đã ở phía sau chúng ta và công nghệ hybrid có nhiều khoảng trống để phát triển hơn nữa (xem Ghi chú).
Hơn nữa, nếu chúng ta có ý thức, nhu cầu lái xe trong đô thị về phía bên trái của biểu đồ sẽ giảm đi đáng kể trong những thập kỷ tới, trong khi nhu cầu lái xe trên đường cao tốc thoải mái về phía bên phải có thể thực sự tăng lên. Bây giờ chúng ta hãy thảo luận chi tiết hơn về bên phải của biểu đồ.
Vấn đề 4: Những thách thức thực tế trong các ngách xe tốt nhất
Chiếc xe hướng đến sự tự do – một cỗ máy có thể vận chuyển bạn một cách thoải mái, thiết thực và hợp túi tiền đến bất cứ nơi đâu bạn muốn. Và mặc dù BEV vượt trội trong các hốc xe hơi kém hiệu quả được đề cập trong Vấn đề 2 (nơi chiếc xe đã biến thành kẻ hủy diệt tự do một cách thảm hại), chúng sẽ luôn cản trở trải nghiệm trong những hốc xe có lợi cho xã hội nhất.
Ba vấn đề chính là thực tế “phạm vi tự do”, thời gian nạp tiền và tính khả dụng của việc nạp tiền. Trước hết, phạm vi mà BEV có thể đảm bảo trong mọi trường hợp – ở đây được gọi là “phạm vi tự do” – thấp hơn nhiều so với phạm vi được quảng cáo. Trước đây tôi đã trình bày danh sách các yếu tố giới hạn phạm vi áp dụng cho Volkswagen ID4 mới sau đây:
Vì vậy, sau tất cả những cân nhắc này, phạm vi tự do của BEV sẽ thấp hơn một nửa phạm vi được quảng cáo.
Thời gian sạc và tính khả dụng của điểm sạc là những vấn đề tiếp theo. Cơ sở hạ tầng sạc nhanh DC đã có một chặng đường dài, nhưng ngay cả những bộ sạc nhanh hiện đại với công suất 350 kW cũng chậm chạp so với 20.000 kW từ một máy bơm khí tiêu chuẩn ( 10 gallon mỗi phút ).
Quan trọng hơn, sự sẵn có phổ biến của bộ sạc rất nhanh với chi phí hợp lý sẽ vẫn còn là vấn đề. Vấn đề không phải là chi phí của chính cơ sở hạ tầng sạc, mà là chi phí của kết nối lưới điện cần thiết để có tốc độ sạc rất cao.
Một bộ sạc 350 kW duy nhất cần kết nối lưới điện tương đương với khoảng 70 ngôi nhà. Ngay cả trong thành phố, một kết nối với mạng lưới phân phối tốn khoảng 75 đô la / kW / năm , tương đương với chi phí bình đẳng là 86 đô la / MWh với hệ số sử dụng 10%. Khi nhìn từ xa, chi phí này sẽ cao hơn gấp nhiều lần do cần nâng cấp lớn cho đường truyền và phân phối dài. Hệ số sử dụng cũng có thể thấp hơn đáng kể, làm tăng thêm một hệ số chi phí khác.
Do những yếu tố này, ô tô ICE sẽ giữ được “phí bảo hiểm tự do” khá lớn so với BEV ở những vị trí mà ô tô mang lại nhiều giá trị nhất cho xã hội. Na Uy, nơi có các ưu đãi lớn đến mức bất kỳ ai có ý thức cũng sẽ mua BEV, là một ví dụ điển hình. BEV chỉ chiếm khoảng 2/3 doanh số bán hàng mặc dù biểu đồ của chúng tôi từ Vấn đề 3 trông như thế này:
Đây là phí bảo hiểm tự do ICE đang hoạt động.
Vấn đề 5: Hạn chế CO2 với chi phí cực cao
Không nghi ngờ gì về việc BEV có thể tránh được CO2 so với hybrid nếu lưới điện tương đối sạch. Nhưng khả năng tránh được CO2 là thấp. Trước hết, vận tải hành khách chỉ chiếm khoảng 10% lượng khí thải CO2 toàn cầu (xem Ghi chú), và đây là mức tiết kiệm nhiên liệu đáng tiếc trên toàn đội xe vào khoảng 8 lít trên 100 km (xuất phát từ xu hướng tiết kiệm nhiên liệu xe hơi mới ). Con số lai ngày nay đã có thể giảm một nửa con số này.
Thứ hai, hầu như tất cả các loại BEV tránh được CO2 sẽ có giá hơn 100 đô la / tấn, cả trong trung và dài hạn. Có nhiều cách khác để tránh phát thải CO2 với chi phí thấp hơn mức giá này mà nên được khai thác trước. Khi thêm phí bảo hiểm tự do từ phần trước, chi phí này còn tăng lên gấp bội, đó là lý do tại sao Na Uy hiện trả $ 2400 / tấn CO2 tránh được để vượt qua 2/3 thị phần BEV.
Hơn nữa, bằng cách tránh chi phí xã hội theo thứ tự 20.000 đô la mỗi năm (xem Vấn đề 2), thiết kế thành phố lấy con người làm trung tâm với vai trò trung tâm cho sự di chuyển ảo có thể tránh được CO2 với giá thấp hơn 14.000 đô la / tấn so với BEV. Như đã đề cập trong Vấn đề 3, những khoản tiết kiệm này áp dụng cho việc lái xe trong đô thị ở bên trái của biểu đồ nơi BEV hoạt động tốt nhất, khiến cho khoản đầu tư lớn vào BEV ngày nay trông khá vô nghĩa.
Vấn đề 6: Cường độ vật chất và chất thải
Tương tự như năng lượng gió và năng lượng mặt trời được đề cập trong một bài báo trước đó , BEV sử dụng nhiều vật chất hơn so với các đối tác ICE của chúng. Như được hiển thị bên dưới, BEV đòi hỏi lượng khoáng chất quan trọng gấp khoảng 6 lần so với ô tô thông thường.
Cường độ vật chất này sẽ đòi hỏi một quy mô đáng kinh ngạc của các hoạt động khai thác. Đây là những con số:
Có rất nhiều rủi ro liên quan đến việc mở rộng khai thác như vậy. Năm trong số đó được IEA đánh dấu :
- Tài nguyên khoáng sản tập trung nhiều hơn về mặt địa lý so với dầu khí, gây ra những rủi ro địa chính trị đáng kể.
- Các dự án khai thác có thời gian dẫn đầu rất dài khoảng 16 năm, tạo ra thách thức cho việc mở rộng nhanh chóng.
- Chất lượng tài nguyên sẽ suy giảm đáng kể với quy mô ngày càng tăng, làm tăng chi phí và tác động đến môi trường.
- Sản xuất và chế biến các khoáng sản này liên quan đến một loạt các vấn đề môi trường và xã hội đòi hỏi phải được quản lý cẩn thận.
- Trớ trêu thay, biến đổi khí hậu lại gây ra rủi ro bổ sung, đặc biệt liên quan đến các hoạt động khai thác đồng và lithium sử dụng nhiều nước tập trung ở các khu vực bị căng thẳng về nước.
Cường độ vật chất cao này cũng mang đến những lo ngại về cuối đời. Nếu BEV được bền vững, một ngành công nghiệp tái chế hiệu quả cao sẽ cần phải bùng nổ trong khi ngành khai thác mỏ phá sản vào khoảng giữa thế kỷ này để ngăn chặn các tác động nghiêm trọng đến môi trường do chất thải pin. Đây sẽ là một thách thức. Có những lý do chính đáng tại sao chỉ có khoảng 5% pin Li-ion được tái chế mặc dù chúng có hàm lượng cao các vật liệu có giá trị như coban. Khi các nhà máy hóa chất pin chuyển dần khỏi các vật liệu đắt tiền (đặc biệt là coban), việc tái chế có lãi sẽ chỉ trở nên khó khăn hơn.
Vấn đề 7: Khả năng tương thích thấp với gió và năng lượng mặt trời
BEV thường được miêu tả là sự bổ sung tốt cho các máy phát điện năng lượng mặt trời và gió có thể thay đổi được và không thể thay đổi được. Xét cho cùng, nếu BEV có thể sạc trong thời gian nắng và gió dư thừa, nó có thể tiếp cận nguồn điện rẻ hơn và giúp tích hợp nhiều năng lượng tái tạo hơn. Nó thậm chí có thể xả khi có ít gió và nắng để tạo ra một số doanh thu.
Thật không may, có một số vấn đề với ý tưởng này. Đầu tiên, việc thực hiện sạc và xả phụ thuộc vào thời tiết như vậy mà không gây bất tiện cho chủ xe sẽ rất khó khăn. Lựa chọn thực tế duy nhất mà tôi thấy là tăng kích thước pin để dành một dung lượng dư thừa nhất định cho các dịch vụ lưới điện như vậy. Nhưng điều này có nghĩa là mọi người cần mua những chiếc xe có pin lớn hơn mức họ cần, tạo ra một khoản chi phí đáng kể.
Tiếp theo, gió và mặt trời đều đưa ra những thách thức riêng. Chỉ đơn giản là gió thay đổi quá bất thường trong khoảng thời gian quá dài để trở thành một lựa chọn thiết thực để sạc thông minh. Việc khai thác các biến thể trên phạm vi rộng như vậy một cách hiệu quả cũng sẽ đòi hỏi các bộ pin lớn không cần thiết. Mặt khác, năng lượng mặt trời vốn đã bị lệch với thời gian sạc chính: giữa đêm.
Sức mạnh tổng hợp được minh họa ở trên làm cho BEV (và plug-in hybrid) lý tưởng để tích hợp vào hệ thống điện cơ sở (ví dụ: hạt nhân). Mọi người có thể sạc xe vào ban đêm một cách thuận tiện khi nhu cầu và giá cả thấp, do đó cho phép các nhà máy điện hoạt động với hệ số công suất cao hơn để giảm chi phí điện năng. Ngoài ra, chỉ sạc trong giờ thấp điểm sẽ tránh được nhu cầu mở rộng lưới điện tốn kém.
Thật vậy, việc mở rộng lưới điện là một thách thức lớn khác đối với việc tích hợp lưới điện BEV. Vì BEV sẽ sạc từ mạng phân phối điện áp thấp, nên điện của chúng cần phải chạy qua hàng trăm dặm đường dây truyền tải và phân phối (và một số trạm biến áp). Nếu họ tăng tải hệ thống cao điểm (chắc chắn sẽ xảy ra với trường hợp sạc bằng năng lượng mặt trời), thì việc nâng cấp lưới điện bắt buộc sẽ nhanh chóng làm xói mòn bất kỳ lợi ích kinh tế nào.
Tất cả đã nói, những người ủng hộ hạt nhân chắc chắn có thể tuyên bố sức mạnh tổng hợp tốt với BEV, nhưng những người ủng hộ năng lượng gió và mặt trời thì không thể. Điều này thách thức quan điểm cho rằng xe điện có thể là động lực hàng đầu của quá trình điện khí hóa trong một tương lai sử dụng năng lượng tái tạo thống trị, nơi điện năng phát triển vượt xa tỷ trọng tương đối nhỏ trong hỗn hợp năng lượng hiện tại.
Vấn đề 8: Sự đổi mới hạn chế trong các giải pháp giao thông sạch khác
Lĩnh vực BEV đang thu hút lượng vốn khổng lồ, phần lớn dựa trên luận điểm đầu tư gồm 2 phần: 1) hầu hết ô tô phải không phát thải vào năm 2050 và 2) ô tô sẽ vẫn là phương tiện giao thông cá nhân thống trị.
Một số quốc gia đã công bố các lệnh cấm sắp xảy ra đối với việc bán xe của ICE để tuân theo tường thuật này (và để khai thác áp phích hành động khí hậu trẻ em được đề cập trong phần giới thiệu). Vì BEV là lựa chọn công nghệ phi ICE hoàn thiện nhất, các mốc thời gian nghiêm ngặt như vậy khiến chúng trở thành lựa chọn khả thi duy nhất trong tình huống như vậy. Do đó, sự bùng nổ đầu tư BEV.
Nhưng có một triết lý đầu tư thay thế hấp dẫn hơn nhiều theo ý của chúng tôi: 1) khuôn khổ giảm thiểu biến đổi khí hậu trung lập với công nghệ khuyến khích một nền kinh tế được tối ưu hóa với giá 50–150 đô la / tấn CO2 vào năm 2050. 2) bao gồm lĩnh vực di chuyển cá nhân được tái tạo với nhiều vai trò nhỏ hơn đối với xe đô thị.
Trong một kịch bản như vậy, ICE cũ vẫn còn rất nhiều thứ để cung cấp, giảm một nửa mức tiêu thụ nhiên liệu . Nếu việc lái xe trong đô thị bị thay thế phần lớn bởi thiết kế thành phố hướng đến con người và khả năng di chuyển ảo (xem Vấn đề 1), thì việc tiết kiệm nhiên liệu có thể còn lớn hơn vì việc lái xe chủ yếu diễn ra trên đường cao tốc nơi ICE hoạt động tốt nhất.
Như minh họa bên dưới, hệ dẫn động ICE hybrid có thể cắt giảm hơn một nửa lượng khí thải CO2 vận chuyển hành khách trên toàn cầu. BEV được áp dụng trong các hốc tốt nhất của chúng, hỗn hợp xăng với nhiên liệu carbon thấp hơn và các phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu có thể giảm một nửa lượng khí thải một lần nữa, giảm tổng lượng toàn cầu xuống dưới 1 Gton / năm.
Đúng vậy, mục tiêu không phát thải kỳ diệu đó là không thể đạt được với một chiến lược như vậy, nhưng thực sự là khá ngớ ngẩn khi đặt mục tiêu về 0 trong từng khu vực kinh tế riêng lẻ. Tiềm năng phát thải âm của sinh khối có thu giữ CO2 trong các ngành điện và công nghiệp là khoảng 10 Gton / năm (xem bên dưới). Và đây chỉ là một trong nhiều cách để đạt được lượng khí thải tiêu cực.
Với sức hấp dẫn của một tương lai với những chiếc xe ô tô thành thị tối thiểu và sự tự do tối đa mà xe ô tô nông thôn mang lại, sẽ thật sự xấu hổ nếu các chính sách ép buộc công nghệ BEV tiếp tục hướng dòng đầu tư ra khỏi hệ thống truyền động hybrid ICE tốt hơn, nhiên liệu sạch hơn và hệ thống truyền động pin nhiên liệu.
Vấn đề 9: Khả năng tương thích thấp với công nghệ lái xe tự động
Tương lai của công nghệ lái xe tự động vẫn chưa chắc chắn. Sự quảng cáo rầm rộ từ vài năm trước đã giảm bớt phần nào khi ngành công nghiệp này đối mặt với một danh sách đáng sợ về các thách thức kỹ thuật và chính trị.
Tuy nhiên, ô tô tự hành gần như chắc chắn sẽ trở thành hiện thực vào một thời điểm nào đó trong tương lai, làm thay đổi các ưu tiên thiết kế ô tô. Ba trình điều khiển thay đổi chính bao gồm:
- Tỷ lệ sử dụng cao hơn
- Các kiểu lái xe mượt mà hơn
- Tốc độ đường cao tốc cao hơn
Yếu tố đầu tiên sẽ có cả hậu quả tích cực và tiêu cực đối với BEV, nhưng hai yếu tố còn lại sẽ nằm trong tay của ICE.
Tỷ lệ sử dụng cao hơn có nghĩa là chi phí của một bộ pin lớn có thể được phục hồi nhanh hơn. Tuy nhiên, nó cũng ngụ ý một phần cao hơn của việc sạc nhanh tốn kém để đảm bảo rằng chiếc xe luôn sẵn sàng để sử dụng.
Các kiểu lái xe êm ái hơn là lý tưởng cho ICE. Nếu động cơ có thể liên tục hoạt động ở dải tần tối ưu, hiệu suất và tuổi thọ sẽ tăng lên, trong khi chi phí bảo dưỡng và phát thải sẽ giảm. Các mô hình hoạt động ổn định cũng đơn giản hóa việc triển khai các động cơ tiên tiến và cho phép giảm kích thước động cơ đáng kể.
Tốc độ đường cao tốc cao hơn làm tăng đáng kể các yêu cầu về phạm vi và giảm hiệu suất nhiên liệu. Những tác động này sẽ làm cho bộ pin BEV đắt hơn đồng thời làm tăng bất lợi về chi phí nhiên liệu BEV.
Khi tất cả các yếu tố này được tính đến, chi phí tránh CO2 của BEV so với giống lai tăng từ $ 39–547 / tấn (tính toán trong Bài toán 5) lên $ 224–779 / tấn. Trong khi các BEV không tự hành ít nhất có thể tránh được khoảng 20% tổng lượng khí thải của toàn đội xe dưới mức giá CO2 hợp lý trong tương lai là 150 đô la / tấn, thậm chí những hốc này có thể trở nên không kinh tế đối với ô tô tự hành.
Vấn đề 10: Cạnh tranh với nâng cao kinh tế
Như đã trình bày trong một bài viết trước về năng lượng gió và mặt trời, một thách thức lớn đối với năng lượng sạch là tính thâm dụng vốn của nó. Nếu thế giới đã được phát triển đúng cách, điều này sẽ không có nhiều vấn đề. Thật không may, 80% thế giới vẫn chưa phát triển, đòi hỏi chi phí đầu tư lớn để nâng cao mức sống của người dân.
Các công nghệ sử dụng nhiều vốn như BEV với các bộ pin lớn cạnh tranh với tất cả các cơ sở hạ tầng cần thiết cho sự phát triển kinh tế (nhà ở, trường học, bệnh viện, v.v.). Để phản ánh chính xác sự cạnh tranh này trong môi trường khử cacbon nhanh chóng, cần phải áp dụng tỷ lệ chiết khấu 12–16% , làm tăng đáng kể chi phí vốn bình đẳng của tất cả các công nghệ.
Khi áp dụng tỷ lệ chiết khấu 16% tối ưu phúc lợi trong hình trên, chi phí tránh CO2 của BEV vào năm 2025 tăng từ 19–737 đô la / tấn lên 146–1279 đô la / tấn do chi phí vốn cao hơn của BEV.
Và không chỉ bản thân hệ thống truyền động BEV cần nhiều vốn. Tương lai do BEV thống trị mà những người ủng hộ hình dung sẽ đòi hỏi các khoản đầu tư bổ sung lớn vào các mỏ, chế biến vật liệu, sản xuất pin, cơ sở hạ tầng sạc, lưới điện và công suất tái chế. Nếu tất cả các khoản đầu tư này được chiết khấu chính xác ở mức 12–16% , điều đó sẽ cho thấy rằng chi phí tối ưu về mặt phúc lợi của pin và sạc trong quá trình chuyển đổi BEV nhanh chóng cao hơn nhiều so với giả định thường thấy.
Cũng cần lưu ý rằng hầu hết các chi phí vốn của một chiếc ô tô không liên quan đến hệ thống truyền động. Bất kỳ triết lý di chuyển cá nhân nào có thể giảm các chi phí không sử dụng hệ thống truyền động này đều có thể mang lại lợi ích cho quá trình chuyển đổi năng lượng. Việc sử dụng vốn cao hơn thông qua công nghệ lái xe tự hành có thể đóng một vai trò quan trọng ở đây, mặc dù vẫn còn phải xem liệu ô tô hoàn toàn tự động có thể trở thành hiện thực trong thời gian tới hay không.
Tuy nhiên, lợi ích tiềm năng lớn nhất đến từ các giải pháp di chuyển ảo được đề cập trong Vấn đề 1. Tránh hoàn toàn việc đi ô tô trong đô thị sẽ giải phóng một lượng vốn lớn cho các mục đích hữu ích hơn (ngoài việc tránh nhiều ô tô, nó còn có thể tránh đường, chỗ đậu xe , và các tòa nhà văn phòng). Hy vọng rằng, giải pháp di chuyển cá nhân toàn diện này sẽ chiếm ưu thế hơn so với mô hình thiển cận về việc duy trì các thành phố chiếm ưu thế về xe hơi bằng cách sử dụng BEV.
Phần kết luận
Bài viết này về cơ bản là một sự tương phản dài giữa hai tầm nhìn đối lập về tương lai của sự di chuyển cá nhân:
- Công nghệ buộc BEV đạt tới mức không phát thải trong hệ thống vận tải hành khách vẫn hoàn toàn phụ thuộc vào ô tô.
- Một hệ thống trung lập về công nghệ có thể hoàn toàn hóa tất cả các chi phí xã hội của việc vận chuyển ô tô trong đô thị. Một hệ thống như vậy sẽ khuyến khích một cách chính xác các thành phố hướng đến con người với vai trò trung tâm cho việc di chuyển ảo và tránh buộc các BEV vào các ngách với chi phí tránh CO2 quá cao.
Mặc dù Phương án 2 đáng được mong đợi hơn nhiều, nhưng mô hình lấy xe làm trung tâm hiện tại của chúng tôi có nghĩa là bối cảnh chính sách hiện tại và động lực đầu tư là với Phương án 1. Các lực lượng mạnh mẽ hỗ trợ xu hướng này. Ví dụ, ô tô là nguồn quan trọng của tăng trưởng tiêu dùng được các chính phủ trên thế giới đánh giá cao và các hành lang ô tô mạnh mẽ sẽ hỗ trợ bất kỳ chính sách nào giúp các nhà sản xuất ô tô bán được nhiều ô tô hơn. Những khuyến khích xoắn này sẽ cản trở những nỗ lực không ngừng của chúng tôi nhằm cân bằng giữa thúc đẩy kinh tế thực sự và bảo vệ môi trường trong thế kỷ 21.
Tôi cũng nên nhấn mạnh rằng BEV có vai trò trong Phương án 2 (xem biểu đồ trong Bài toán 8). Bất chấp sự kém hiệu quả nghiêm trọng, các hốc thân thiện với BEV được đề cập trong Vấn đề 2 sẽ vẫn là nhu cầu thiết yếu đối với nhiều người. Ở đây, BEV có thể giúp đỡ, nhưng chúng ta nên hết sức thận trọng coi chúng như một giải pháp tạm thời trong một môi trường đô thị đang chuyển đổi và không phải là cái cớ để duy trì thiết kế thành phố lấy ô tô làm trung tâm.
Hy vọng rằng mười vấn đề được nêu trong bài viết này đã góp phần củng cố tình huống chuyển đổi sang giải pháp toàn diện do Phương án 2. Nó hứa hẹn một tương lai hấp dẫn với số lượng ô tô ít hơn, thành phố đáng sống hơn nhiều và tổng thể giàu có hơn và xã hội hạnh phúc hơn.
Ghi chú
Chi phí đi lại bằng ô tô (Vấn đề 2)
Chi phí sở hữu ô tô trung bình là $ 0,64 / dặm và giá trị theo thời gian được điều chỉnh theo lạm phát là $ 22 / giờ . Đối với quãng đường đi làm trung bình hàng ngày là 32 dặm trong 1 giờ , 230 ngày làm việc sẽ tiêu tốn 4710 đô la / năm cho lái xe và 5060 đô la / năm cho thời gian.
Một không gian văn phòng tiêu chuẩn có giá khoảng $ 50 / ft với 125 ft2 / người là mức phân bổ không gian được đề xuất. Điều này dẫn đến chi phí là $ 6350 / năm.
Chi phí xây dựng bãi đậu xe khoảng 15.000 USD . Giả sử thời gian tồn tại là 50 năm với tỷ lệ chiết khấu 7% dẫn đến chi phí quy đổi hàng năm là 1089 đô la.
Trung bình một nhà để xe 264 ft2 với chi phí trung bình là $ 123 / ft2 sẽ thêm $ 32.500 vào giá của một ngôi nhà. Với 2% bảo trì hàng năm, số tiền này lên tới $ 3000 / năm trong vòng đời 50 năm được chiết khấu ở mức 7%.
Có nhiều lợi ích xã hội khác khi loại bỏ nhiều xe ô tô đi lại trên đường. Thành phố sẽ trở nên đáng sống hơn và an toàn hơn, mức độ hoạt động thể chất lành mạnh sẽ tự nhiên hơn nhiều, những người vẫn phải lái xe sẽ tiết kiệm được nhiều thời gian và căng thẳng, đồng thời chi phí xây dựng và bảo trì đường sẽ giảm xuống. Thật khó để ước tính những lợi ích này, vì vậy mặc dù tôi nghĩ rằng tổng cộng chúng sẽ trên 10.000 đô la / năm, chúng tôi sẽ lấy 3000 đô la / năm như một ước tính thận trọng.
BEV / So sánh chi phí kết hợp (Vấn đề 3)
So sánh là một cách đơn giản để xem xét chi phí hệ thống truyền động, nhiên liệu và CO2 của một chiếc BEV và một chiếc xe hybrid trên các thị trường ngách. Một giả định chính là tất cả các chi phí khác đều giống nhau giữa BEV và các giống lai. Ví dụ, BEV có thể có chi phí bảo trì thấp hơn một chút, nhưng chi phí bảo hiểm cao hơn thường triệt tiêu các khoản tiết kiệm nhỏ này (ví dụ: Leaf so với Prius ).
Đây là biểu đồ của các giả định chính:
Yêu cầu về phạm vi BEV tối thiểu được thực hiện là 200 dặm, tăng lên 500 dặm ở đầu trên cùng (có thể thấp một cách thận trọng với “phạm vi tự do” hạn chế được thảo luận trong Vấn đề 4).
Chi phí điện được giả định là 100 đô la / MWh cho sạc tại nhà (dưới mức trung bình của Hoa Kỳ để tính cho sạc ban đêm) và 300 đô la / MWh cho sạc nhanh công cộng (tương tự như bộ siêu sạc Tesla ), với 100% sạc tại nhà ở bên trái và 50% ở nhà. tính phí ở bên phải của biểu đồ.
Các phương tiện nông thôn lớn hơn được cho là sẽ đi được nhiều hơn 50% số dặm hàng năm so với các phương tiện nhỏ ở thành thị.
Đối với lái xe trong thành phố ở bên trái của biểu đồ, BEV được cho là hiệu quả hơn 150% so với hybrid, trong khi lợi thế này giảm xuống 100% ở bên phải (dựa trên BEV và các mẫu hybrid của Kia và Hyundai).
Hiệu quả sử dụng nhiên liệu BEV được thực hiện từ việc nghiên cứu hiệu quả được đánh giá của các mẫu xe khác nhau đại diện cho xe ô tô thành phố nhỏ ở bên trái và xe SUV hoặc xe bán tải cỡ lớn ở bên phải.
Các giả định quan trọng khác bao gồm:
- Hệ thống truyền động có giá $ 2800 cho BEV và $ 7100 cho hybrid ( nguồn ). Chi phí hệ thống truyền động được áp dụng ở giữa phạm vi và được chia tỷ lệ tuyến tính với hiệu suất BEV, với giả định rằng các xe lớn hơn sẽ có hệ thống truyền động lớn hơn. Chi phí bổ sung của một trạm sạc gia đình bị bỏ qua.
- Chi phí pin là 100 USD / kWh vào năm 2025 và 50 USD / kWh trong dài hạn .
- Giảm 25% chi phí hệ thống truyền động hybrid và mức tiêu thụ nhiên liệu trong dài hạn. Việc cắt giảm nhiên liệu dựa trên mục tiêu hiệu quả dài hạn của Mazda và Nissan đã đạt được 50% . Dự kiến sẽ giảm chi phí từ pin rẻ hơn cho phép giảm kích thước ICE lớn.
- Chi phí hệ thống truyền động và ắc quy hàng năm trong vòng 20 năm với mức chiết khấu 5%.
- Giá dầu 55 USD / thùng vào năm 2025 và 50 USD / thùng trong dài hạn. Chi phí sàng lọc và phân phối bổ sung là $ 0,75 / gallon được thêm vào.
- Giảm 20% lượng khí thải CO2 lai trong dài hạn thông qua việc pha trộn với nhiên liệu sinh học và nhiên liệu tổng hợp khác.
- Pin BEV phát thải CO2 100 kg / kWh vào năm 2025 và 25 kg / kWh trong dài hạn.
- Điện năng khử cacbon cao thải ra 128 kg CO2 / MWh vào năm 2025 (dựa trên Kịch bản Phát triển Bền vững của IEA cho Hoa Kỳ vào năm 2030) và 0 kg trong dài hạn. Người ta cho rằng quá trình khử cacbon này sẽ không làm tăng chi phí điện (một giả định rất lạc quan).
Phạm vi tự do BEV (Vấn đề 4)
Phạm vi thực tế mà Volkswagen ID4 có thể cung cấp trong bất kỳ điều kiện nào trên chuyến đi đường thấp hơn nhiều so với phạm vi được quảng cáo:
- Nó được đánh giá ở phạm vi 250–260 dặm trong lái xe hỗn hợp. Việc sử dụng theo định hướng thành phố sẽ mang lại một phạm vi lớn hơn.
- Tuy nhiên, đối với lái xe đường cao tốc, phạm vi có thể rơi vào 190 dặm .
- Nếu nó ở quanh điểm đóng băng, bạn đang nhìn 160 dặm . Những ngày quá lạnh (hoặc rất nóng) có thể còn tồi tệ hơn .
- Sau một số năm với sự xuống cấp của pin, có lẽ con số này sẽ giảm xuống còn khoảng 140 dặm.
- Trong một chuyến đi đường trường, việc đi hết mức giới hạn là quá rủi ro, vì vậy bạn có thể chỉ muốn lái xe khoảng 120 dặm vào một ngày lạnh hoặc nóng trước khi sạc lại.
- Khi sạc lại, bạn có thể đạt 80% trong một khoảng thời gian hợp lý, nhưng việc sạc đầy có thể mất quá nhiều thời gian , làm giảm phạm vi hoạt động thực tế xuống còn 100 dặm.
- Nếu một ngày nào đó, công nghệ hỗ trợ lái xe tiên tiến tăng giới hạn tốc độ trên đường cao tốc một cách an toàn, thì những hạn chế này sẽ càng trở nên nghiêm trọng hơn.
Tỷ trọng vận tải hành khách trong CO2 toàn cầu (Vấn đề 5)
Lĩnh vực vận tải hành khách (ô tô, xe buýt và xe hai bánh) tiêu thụ khoảng 27 triệu thùng dầu mỗi ngày, và mỗi thùng thải ra khoảng 0,43 tấn CO2 tương đương khoảng 4,2 Gton CO2 mỗi năm. Lượng khí thải CO2 toàn cầu từ các hoạt động của con người (chủ yếu là đốt nhiên liệu hóa thạch, sản xuất xi măng và thay đổi mục đích sử dụng đất) lên tới 43 Gton vào năm 2019 (với mức giảm tạm thời xuống 40 Gton vào năm 2020). Như vậy, vận tải hành khách có tỷ trọng phát thải CO2 là 10%.
Giảm phát thải CO2 trung tính về công nghệ (Vấn đề 8)
Giả định đầu tiên trong đánh giá này là các thành phố hướng đến con người (ví dụ: phương tiện giao thông công cộng, đi bộ, đi xe đạp, xe 2 bánh chạy điện và xe tay ga di động) và tính di động ảo (ví dụ: viễn thông dựa trên VR và bán lẻ trực tuyến) sẽ hủy bỏ tăng trưởng trong tương lai nhu cầu đi lại bằng ô tô. Những lựa chọn di chuyển rất hấp dẫn này thực sự có thể làm giảm nhu cầu đi lại bằng ô tô, nhưng chúng tôi sẽ đưa ra giả định thận trọng rằng nhu cầu không đổi.
Các xe hybrid hiện tại có thể giảm tiêu thụ nhiên liệu ít nhất 40% so với đội xe toàn cầu hiện tại (xem so sánh với các mẫu xe từ một thập kỷ trước ). Những cải tiến về hiệu suất hybrid trong tương lai có thể giảm mức tiêu thụ nhiên liệu thêm 30% bằng cách đạt hiệu suất nhiệt trong phạm vi trung bình 50% và sử dụng các chiến lược quản lý năng lượng thông minh nhờ dung lượng pin lớn hơn.
Sự pha trộn nhiên liệu có thể làm giảm đáng kể lượng khí thải ICE CO2, đặc biệt nếu tổng mức tiêu thụ nhiên liệu giảm đáng kể như đã mô tả ở trên. Tuy nhiên, sản xuất điện, hydro và nhiệt với việc thu giữ CO2 để phát thải âm có thể sẽ là cách sử dụng sinh khối tốt nhất trong tương lai. Do đó, mức giảm phát thải CO2 chỉ là 20% được giả định, tương tự như những gì có thể đạt được với tổng sản lượng nhiên liệu sinh học hiện tại (nếu nó được thực hiện một cách bền vững).
BEV được giả định sẽ thay thế 20% số xe hybrid hiệu quả trong tương lai dựa trên chi phí tránh CO2 trong Bài toán 5. Con số này sẽ thấp hơn nếu các thành phố hướng đến con người làm giảm đáng kể nhu cầu vận tải ô tô trong đô thị.
Pin nhiên liệu liên quan đến độ không chắc chắn lớn hơn. Phân khúc tốt nhất của họ là các giải pháp giao thông có cấu trúc với tỷ lệ sử dụng cao (ví dụ: xe buýt hoặc taxi). Các phương án như vậy có thể sử dụng một số lượng nhỏ các trạm tiếp nhiên liệu H2 lớn với hiệu suất sử dụng cao, giúp giảm đáng kể chi phí nhiên liệu H2. Trong trường hợp này, tôi ước tính rằng xe chạy bằng pin nhiên liệu có thể thay thế khoảng 20% hệ dẫn động hybrid trong tương lai.
Nguồn: medium.com
Bài Viết Liên Quan
