Zostań w domu, zamów taniej!
Nie wychodź z domu i zamów online swoje ulubione pisma 20% taniej. Skorzystaj z kodu rabatowego: czytajwdomu

Samochody na baterie

Samochody na baterie
Jaka będzie przyszłość motoryzacji? Z pewnością elektryzująca, a to za sprawą ekspansji pojazdów z silnikami napędzanymi prądem. Jeśli to tego dorzucimy coraz bardziej zaawansowane systemy jazdy autonomicznej, okaże się, że po wielu dekadach dość zachowawczych zmian przemysł samochodowy czeka technologiczna rewolucja.

Kiedy podczas jazdy samochodem staję w korku, zdarza mi się czasowo odcinać dopływ powietrza z zewnątrz. Skondensowany smród spalin wyrzucanych z rur wydechowych otaczających mnie aut staje się bowiem nie do zniesienia. I choć należę do tej grupy kierowców, którzy lubią po mocniejszym wciśnięciu pedału gazu usłyszeć zadziorny dźwięk silnika spalinowego, to w tej konkretnej sytuacji zaczynam sobie wyobrażać, jak byłoby pięknie, gdyby męczący hałas silników zastąpiła błoga cisza, a zamiast duszących spalin do środka pojazdu wpadało świeże powietrze. Aby tak się jednak stało, wszystkie samochody stojące w korku, łącznie z moim, musiałyby mieć pod maskami ekologiczne silniki napędzane elektrycznie.

Już nie ciekawostki

Takie wizje mogą się ziścić szybciej niż się spodziewamy. Na początku 2013 r. po szosach całego świata jeździło ok. 200 tys. samochodów EV i PHEV (Plug-In Hybrid Electric Vehicle - auto z napędem hybrydowym z możliwością ładowania baterii z gniazdka elektrycznego). Obecnie jest ich już ponad milion. W samej tyko Europie w 2015 r. ich sprzedaż wzrosła aż o 48,6% w stosunku do poprzedniego roku. Co prawda liczby te w kontekście globalnej sprzedaży aut nie robią na razie wielkiego wrażenia, ale trend wzrostowy jest wyraźny i tylko kwestią czasu wydaje się odwrócenie proporcji - w przyszłości to właśnie auta elektryczne będą dominować na drogach.

Na ich wzrastającą popularność wpływa wiele czynników. Przede wszystkim jesteśmy świadkami wielkiego przełomu technologicznego, dzięki któremu rośnie wydajność akumulatorów, a spada ich cena. Równie duże znaczenie mają wyczerpujące się zasoby paliw kopalnych, wzrastające koszty ich wydobycia i restrykcyjne przepisy mające na celu ograniczenie emisji CO2. Normy są coraz bardziej wyśrubowane i nawet największe koncerny motoryzacyjne mają problemy z ich wypełnianiem, co świetnie pokazała niedawna afera w koncernie Volkswagena, który posunął się do manipulowania pomiarami emisji tlenków azotu. Ta tzw. dieselgate może być zresztą początkiem końca silników wysokoprężnych. Co je zastąpi? Oczywiście napędy ekologiczne. Pośrednio przyznał to sam Volkswagen, który zrezygnował z rozwijania kilku projektów aut spalinowych, a podczas styczniowych targów elektroniki w Las Vegas pochwalił się Budd-e - minivanem z całkowicie elektrycznym napędem. Targi samochodowe są zresztą dobrym barometrem nadchodzących zmian. O ile jeszcze niedawno samochody EV traktowano tam jako ciekawostkę, to obecnie praktycznie każdy z producentów chwali się pojazdem tego rodzaju.

Jednym z liderów elektrycznej rewolucji w motoryzacji jest japoński Nissan. Wśród miliona kierowców, którzy zakupili dotychczas elektryczne auta, aż 200 tys. wybrało zasilanego prądem Nissana Leaf. W tym roku koncern wyposażył go w nowy akumulator o pojemności 30 kWh, co wg zapewnień producenta pozwoliło zwiększyć zasięg do ok. 250 km. Leaf dostępny jest na rynku już pięć lat, więc Nissan powoli szykuje jego następcę. Być może będzie nim intrygujący koncept pokazany podczas salonu motoryzacyjnego w Tokio, o nazwie IDS.

koncepcyjny Nissan IDS
Samochody EV wyróżniają się futurystyczną stylizacją. Na zdjęciu: koncepcyjny Nissan IDS (źródło: Nissan)

Wyposażony jest w manualny i automatyczny tryb jazdy (kierownicę możemy schować w kokpicie i zastąpić ją wielkim wyświetlaczem) oraz akumulator o pojemności 60 kWh, który w połączeniu ze znakomitymi właściwościom aerodynamicznym ma umożliwić przejechanie 400 km bez konieczności ładowania. Również inna japońska firma coraz mocniej stawia na auta elektryczne. Mitsubishi prace nad pojazdami z silnikiem elektrycznym prowadzi od lat 60. ubiegłego wieku, ale podobnie jak konkurencja dopiero od niedawna zintensyfikował swoją działalność na tym polu. Do 2020 r. aż 20% produkcji koncernu będą stanowić auta EV i PHEV.

Uniwersalny system ładowania Combined Charging System
Uniwersalny system ładowania Combined Charging System został opracowany przez niemieckie koncerny Audi, BMW, Daimler, Porsche i Volkswagen w bliskiej współpracy z Fordem i General Motors (źródło: Audi).

W 2018 r. na rynek wejdzie pierwsze seryjne elektryczne auto marki Audi, bazujące na koncepcyjnym Audi e-tron quattro. Samochód wykorzystuje moc trzech silników elektrycznych - jeden z nich napędza oś przednią, a dwa pozostałe oś tylną. Łącznie mają 320 kW. Pojemność akumulatora - 95 kWh - podobno zapewnia energię wystarczającą aż na 500 km jazdy. Auto można ładować przy pomocy zarówno prądu stałego, jak i zmiennego, możliwe jest także ładowanie indukcyjne, a w słoneczne dni energię elektryczną dostarcza dodatkowo instalacja solarna zamontowana na dachu.

Również amerykańskie firmy nie zamierzają zasypiać gruszek w popiele. Do roku 2020 Ford zainwestuje dodatkowe 4,5 mld dolarów w rozwój pojazdów elektrycznych i zaprezentuje trzynaście nowych modeli EV. Z kolei Chevrolet na styczniowym salonie motoryzacyjnym w Detroit pochwalił się nową wersją Bolta EV, którego zasięg zwiększono do 320 km.

Gwoli sprawiedliwości, trzeba jednak powiedzieć, że większość dużych koncernów motoryzacyjnych przez długi czas podchodziła do aut elektrycznych bez przekonania i dopiero tacy nuworysze w świecie czterech kółek, jak Google i Tesla, sprowokowali je do działania. Szczególnie ta druga firma, stworzona i kierowana przez Elona Muska, wizjonera i wynalazcę z miliardami dolarów na koncie, przyczyniła się do rozkręcenie koniunktury na auta elektryczne. Musk nie idzie na żadne kompromisy, nie interesują go pojazdy hybrydowe i od początku konsekwentnie stawia na rozwój napędów zasilanych prądem, które jego zdaniem są przyszłością motoryzacji. „Za kilka lat ludzie będą patrzeć na auta spalinowe jak my na maszyny parowe. Stwierdzą z rozrzewnieniem: to były piękne czasy, ale minęły i już nigdy nie wrócą” - opowiada z przekonaniem. Teslę zbudował zupełnie od podstaw, nie mając zaplecza, jakim dysponują duże koncerny. Wystarczyło mu tylko dziesięć lat, aby zaprojektować, wyprodukować i zapewnić w miarę stabilną sprzedaż samochodom, które nie tylko są całkowicie ekologiczne, ale ich osiągi prawie w niczym nie ustępują spalinowym konkurentom. Sztandarowy produkt Muska, czyli Tesla Model S, jest piękna, szybka, a jej baterie nie rozładowują się po 100 km i pozwalają na podróż ponad czterokrotnie dłuższą. W zeszłym roku Model S doczekał się młodszego, za to większego brata - sportowego crossovera Model X. W marcu 2016 r. Tesla ma pokazać prototyp Modelu 3, który ma być dla marki przełomowy, przede wszystkim dlatego, że będzie dużo tańszy niż jego poprzednicy. Cena, która ma zaczynać się od 35 tys. dolarów, to jednak nadal kwota zaporowa dla większości fanów czterech kółek. I to właśnie jest największą bolączką współczesnych aut elektrycznych: są ekonomiczne w eksploatacji, ale bardzo drogie, jeśli weźmiemy pod uwagę cenę zakupu.

Najnowsze dzieło Tesli – sportowy crossover Model X
Najnowsze dzieło Tesli – sportowy crossover Model X (źródło: Tesla Motors).

Problematyczne baterie

Mało kto wie, że silniki napędzane prądem powstały dużo wcześniej niż ich spalinowi konkurenci. Według niektórych źródeł pierwsze auto elektryczne skonstruował Węgier Anyos Jedlik już w 1828 r. Nieco lepiej udokumentowane są wynalazki holenderskiego profesora Sibrandusa Stratingha Groningena i amerykańskiego kowala Thomasa Davenporta, którzy, zupełnie niezależnie od siebie, skonstruowali w połowie lat 30. XIX w. prototypy aut poruszanych energią elektryczną. Silnik spalinowy opracowano dopiero w 1885 r., ale już trzy dekady później dominował on na rynku. Piętą achillesową napędów elektrycznych okazały się baterie - mało wydajne, drogie w produkcji, uniemożliwiające szybkie ładowanie i podróże na dalekie dystanse. Wyposażone w nie samochody elektryczne nie miały szans w starciu z tanimi i niezniszczalnymi Fordami T. Musiało upłynąć prawie sto lat, nim rozwój techniki pozwolił wycisnąć z baterii litowo-jonowych więcej mocy.

Postęp jest ogromny, ale wciąż niewystarczający. Koszt wyprodukowania akumulatora litowo-jonowego pozostaje ciągle bardzo wysoki i wynosi od 250 do blisko 1 tys. dol. za 1 kWh. Dlatego sam akumulator może stanowić nawet 50-60% ceny pojazdu. W rezultacie auta elektryczne nadal kosztują średnio 30-40% więcej niż ich spalinowi bracia i w ostatecznym rozrachunku, mimo niższych kosztów eksploatacji, samochód elektryczny nie jest tańszy od tego o napędzie konwencjonalnym.

Co gorsza, baterie nie tylko są horrendalnie drogie, ale znacznie ograniczają zasięg samochodów na prąd. Co prawda barierę stu kilometrów udało się już przekroczyć, dzięki czemu pokonywanie krótkich odcinków w mieście stało się realne, ale wyruszenie w dłuższą trasę autem EV jest skomplikowanym przedsięwzięciem logistycznym, a w rejonach gdzie nie ma stacji ładowania staje się niemożliwe. Na wydajność baterii wpływają także czynniki pogodowe, szkodzą im zarówno upały, jak i siarczysty mróz. Wraz z wiekiem auta spada także pojemność baterii, a co za tym idzie zasięg. Poza tym akumulatory litowo-jonowe ładują się bardzo wolno. Przy wykorzystaniu klasycznego gniazdka elektrycznego zajmuje to 6-10 godzin. Szybka ładowarka CHAdeMO lub CCS Combo 2 skraca wprawdzie ten czas do 30-40 minut, ale to i tak koszmarnie długo w porównaniu z tankowaniem benzyny czy oleju napędowego.

„Zielone auta” parkują za darmo

Długa lista problemów, z jakimi musi borykać się użytkownik aut elektrycznych, może działać zniechęcająco nawet na kierowców nastawionych bardzo proekologicznie. Pamiętajmy jednak, że są to ograniczenia natury technicznej i ich znaczenie będzie malało wraz z rozwojem nowoczesnych technologii. Stopniowo powinniśmy coraz bardziej doceniać zalety tego typu napędów. A jest ich niemało. Zasada działania samochodów EV jest bardzo prosta: energia elektryczna zmagazynowana w akumulatorach jest przekazywana do silnika prądu zmiennego, który napędza koła. Taki silnik jako napęd samochodu jest zresztą dużo wydajniejszy niż silnik spalinowy, osiąga bowiem najwyższy moment obrotowy w zasadzie od razu, co przekłada się na dużą dynamikę jazdy i pozwala wyeliminować sprzęgło, a zwykle także skrzynię biegów. Ładowanie akumulatorów jest nieporównywalnie tańsze od tankowania paliwa na stacji benzynowej. Nowe auto segmentu B z silnikiem diesla spali na odcinku 100 km ok. 5 l oleju napędowego. Przy cenie paliwa na poziomie 4 zł za litr będzie to nas kosztować ok. 20 zł. Tymczasem pojazd elektryczny na pokonanie takiej samej odległości zużyje kilkanaście kilowatogodzin energii, dzięki czemu z naszego portfela ubędzie jedynie 7-8 zł. Dodatkowo koszty utrzymania samochodu elektrycznego są niższe, ponieważ nie trzeba przeprowadzać w nim okresowej wymiany oleju, świec czy filtra powietrza. Jazda nawet na dłuższych trasach nie męczy - auto porusza się niemal bezszelestnie, a umieszczone w podłodze baterie znacznie obniżają środek ciężkości pojazdu, dzięki czemu kierowca ma lepszą kontrolę nad pojazdem.

W wielu krajach właściciele ekologicznych samochodów mogą liczyć na rożnego rodzaju udogodnienia i ulgi finansowe. Na przykład w Norwegii samochody elektryczne są zwolnione z podatku VAT i podatku drogowego, mogą poruszać się po buspasach, ich właściciele nie płacą opłat parkingowych, autostradowych ani za połączenia promowe. W rezultacie już niemal co trzeci sprzedawany w Norwegii samochód osobowy ma napęd elektryczny. Pojazdy na prąd dostają fory przede wszystkim dlatego, że ich negatywny wpływ na środowisko jest minimalny, głównie dzięki zerowej emisji CO2, tlenków węgla i azotu oraz sadzy. W tym kontekście warto jednak zwrócić uwagę na to, skąd pochodzi energia elektryczna zasilająca „zielone auta”. W Polsce głównym jej źródłem jest np. węgiel kamienny - w rezultacie, poruszając się samochodem naładowanym za pomocą zwykłej sieci elektrycznej, nadal, choć pośrednio, przyczyniamy się do zatruwania środowiska. Nierozwiązany pozostaje także problem utylizacji zużytych baterii.

W oczekiwaniu na przełom

Tak czy inaczej przyszłość samochodów EV rysuje się raczej w różowych barwach. Świadczy o tym choćby wzrastająca liczba szybkich ładowarek, które pojawiają się przy stacjach benzynowych, supermarketach, centrach handlowych i osiedlach. Nadal jest ich za mało w stosunku do potrzeb, ale sytuacja systematycznie się poprawia, przynajmniej w krajach najbogatszych (niestety, w Polsce takie ładowarki to wciąż egzotyka). Dla przykładu, urządzeń typu CHAdeMO na całym świecie działa 10 353, z czego 5960 w Japonii, 2755 w Europie, 1530 w Ameryce Północnej i 108 w innych regionach. Nie oglądając się na innych i nie czekając na dotacje rządowe, swoją sieć stacji ładowania o dużej mocy intensywnie rozbudowuje Tesla (ma ich już blisko 590, głównie w USA). Elon Musk zamierza także obniżyć koszty akumulatorów zasilających jego pojazdy aż o 70%, do poziomu 38 dol. za kilowatogodzinę. Kluczem do sukcesu ma być wybudowana kosztem 5 mld dol. supernowoczesna fabryka w Nevadzie, tzw. Gigafactory. Ogniwa będą tańsze, ale także bardziej zaawansowane technologicznie. Tesla zamierza zastosować w nich wydajniejszą katodę kobaltowo-aluminiową (NCA), w połączeniu z anodą opartą o krzem i syntetyczny grafen.

System ładowania indukcyjnego samochodów elektrycznych
System ładowania indukcyjnego samochodów elektrycznych opracowany przez Volvo (źródło: Volvo).

Nad poprawieniem właściwości baterii pracują także inne firmy. Niemiecki Kreisel Electric zaprezentował niedawno system zasilania auta, opierający się na akumulatorze 85 kWh, pozwalającym na zasięg 300 km oraz ładowanie w zaledwie 18 minut do 80% nominalnej pojemności. Rozwijane są także technologie ładowania indukcyjnego. Wystarczy po prostu zatrzymać samochód w wyznaczonym miejscu, a napełnianie baterii rozpocznie się automatycznie. Cewka indukcyjna w stacji ładowania wytworzy zmienne pole elektromagnetyczne, a podobna cewka w urządzeniu mobilnym pobierze energię z tego pola i zamieni w prąd elektryczny gromadzony w akumulatorze. Proste i wygodne.

Być może jednak baterie litowo-jonowe to ślepa uliczka i prawdziwa rewolucja zacznie się dopiero wtedy, gdy do produkcji ogniw zostanie wykorzystany zupełnie inny, innowacyjny materiał, np. grafen - materiał o doskonałych właściwościach nadprzewodnikowych, zbudowany z pojedynczej warstwy atomów węgla. Powstały już nawet pierwsze eksperymentalne ogniwa z grafenu, które umożliwiają pełne naładowanie baterii samochodu elektrycznego w niespełna minutę, a do tego są biodegradowalne i zapewniają znacznie większą żywotność i wydajność niż obecnie produkowane baterie!

napęd wodorowy
Konkurencja dla aut ładowanych prądem – napęd wodorowy (źródło: Toyota).

Jednak jeśli samochody ładowane prądem chcą zdominować rynek, postęp technologiczny w tej dziedzinie musi znacznie przyspieszyć. Pod bokiem wyrasta im bowiem potężna konkurencja - równie, a może nawet bardziej, innowacyjna i ekologiczna. Mam na myśli samochody wodorowe, wykorzystujące ogniwa paliwowe, w których wodór łączy się z tlenem. Pierwsze seryjnie produkowane samochody z takim napędem już jeżdżą po naszych drogach (Hyundai ix35 Fuel Cell i Toyota Mirai).

Którą drogę rozwoju ostatecznie wybiorą koncerny motoryzacyjne? Tego jeszcze nie wiemy, ale jednego możemy być pewni - najbliższa przyszłość w świecie czterech kółek już dawno nie zapowiadała się tak ekscytująco i ciekawie.

„Elektryki”, na które warto zwrócić uwagę

Tesla Model S

To bez wątpienia prawdziwa gwiazda wśród aut z napędem elektrycznym. Nadwozie Modelu S stylizowane jest na sportowe coupé i w całości wykonane z aluminium. Ponieważ zespół baterii umieszczono pod podłogą, a silniki bezpośrednio przy osiach kół, auto ma dwa bagażniki (w miejscu standardowego bagażnika tylnego można umieścić dodatkowo dwa dziecięce fotele).

Tesla Model S
Tesla Model S

Jakość materiałów użytych do wykończenia wnętrza oraz ich spasowanie to najwyższa motoryzacyjna liga. Olbrzymie wrażenie robi także 17-calowy dotykowy tablet multimedialny, umieszczony centralnie na desce rozdzielczej, za pomocą którego sterujemy wszystkimi systemami, w jakie wyposażone jest auto. Inteligentne zawieszenie pneumatyczne obniża wysokość samochodu przy wysokich prędkościach, np. podczas jazdy na autostradzie, co pozwala zwiększyć zasięg. A ten w zależności od wersji wynosi od 370 km (akumulator o pojemności 70 kWh) aż do 440 km (model 85D). Najnowsza podrasowana wersja P90D jest w stanie osiągnąć prędkość 100 km/godz. w zaledwie 3,3 s. Takie cuda, niestety, kosztują. Ceny Tesli Model S zaczynają się od 54 tys., a kończą na 138 tys. dolarów.

BMW i3

i3 to pierwsze auto elektryczne koncernu z Monachium. Jego sylwetka jest nieco futurystyczna, podobnie jak przestronne i starannie wykonane wnętrze. Ciekawostką jest brak środkowego słupka, przez co drzwi tylne otwierane są odwrotnie niż w tradycyjnych autach. I3 napędza elektryczny silnik o mocy 170 KM i momencie obrotowym 250 Nm, który katapultuje auto do setki w zaledwie 7 s. Gdy zdejmujemy nogę z gazu, samochód zdecydowanie zaczyna hamować, odzyskując energię, co wymaga chwili przyzwyczajenia, ale pozwala na hamowanie jedynie przy użyciu pedału gazu. Energia zgromadzona w akumulatorach 22 kWh, pozwala na jednym ładowaniu przejechać od 130 do 160 km. i3 dokonuje szacunków zużycia baterii w sposób inteligentny, uwzględniając warunki panujące na drogach, jakimi się aktualnie poruszamy, a także nasz indywidualny styl jazdy. Ładowanie za pomocą zwykłego domowego gniazdka zajmuje ok. 10 godz., ale używając złącza CCS, wystarczy nam na to ok. 30 min. Cena: od 146 tys. zł

BMW i3
BMW i3

Nissan Leaf

Nissan Leaf to jeden z elektrycznych klasyków. Choć auto urodą nie zachwyca, jest wygodne i dobrze wykonane, a silnik o mocy 109 KM, jak przystało na napęd elektryczny, dysponuje momentem obrotowym 254 Nm, dostępnym już po starcie. Zasięg auta z akumulatorem 24 kWh powinien zbliżyć się do ok. 190 km. Jednak w warunkach zimowych, podczas których testowałem Leafa, najlepszy osiągnięty wynik to ok. 120 km. Dostępny od tego roku nowy pakiet akumulatorów, gromadzący 30 kWh energii, powinien umożliwić nam przejechanie dodatkowych 50 km. Wnętrze Leafa wykończone jest starannie i nowocześnie, zapewnia dużo przestrzeni dla kierowcy i pasażerów, fotele podgrzewane są zarówno z przodu jak i z tyłu, grzałkę umieszczono także w kierownicy. Szybka ładowarka CHAdeMO pozwala na naładowanie akumulatorów do 80% w ciągu 30 min. - ładowanie z normalnych gniazdek 230 V zajmuje ok. 10 godz. Cena: od 128 tys. zł.

Nissan Leaf
Nissan Leaf

Chevrolet Bolt EV

Poprzedni Bolt EV sprzedał się w liczbie blisko 100 tys. egzemplarzy. Nic więc dziwnego, że Amerykanie poszli za ciosem i na początku tego roku pokazali nową wersję tego popularnego „elektryka”. Może się podobać i to pod wieloma względami. Oko przyciąga zgrabna i elegancka sylwetka o opływowych kształtach, zapewniająca niski współczynnik oporu powietrza. Silnik o mocy 200 KM, rozwijający 360 Nm momentu obrotowego, zasila pakiet akumulatorów 60 kWh.

Chevrolet Bolt EV
Chevrolet Bolt EV

Realny zasięg może więc wynieść aż 300 km, co jest świetnym wynikiem. Zwykłe ładowarki uzupełnią pojemność akumulatorów w ok. 9 godz., a CCS Combo zajmie to 45-60 min. (do 80%). We wnętrzu znajdziemy duży ekran dotykowy, który można obsługiwać za pomoc spersonalizowanych widgetów. Nowinki techniczne to system monitorowania otoczenia oraz lusterko wsteczne, które możemy zmienić w wyświetlacz tylnej kamery. Do tego wszystkiego dodajmy atrakcyjną cenę (ok. 30-35 tys. dol. za podstawową wersję) i mamy przepis na hitowe „zielone auto”.