Введение
Электрические велосипеды не только предоставляют пользователям лёгкий способ заниматься спортом на открытом воздухе, наслаждаться свежим воздухом и преодолевать различные типы местности, но и оказывают положительное воздействие на окружающую среду. Они не только помогают сократить углеродный след, но и, в отличие от автомобилей, не выделяют в воздух опасные химические вещества. На каких этапах жизненного цикла электрического велосипеда выделяется больше всего углерода? Каковы основные звенья выбросов парниковых газов? Можно ли уменьшить углеродный след электрических велосипедов?
Обзор:
Рынок электрических велосипедов в Европе быстро расширяется. К 2030 году на электрические велосипеды будет приходиться примерно 55% от общего объёма продаж велосипедов в Европе.
Электрические велосипеды являются низкоуглеродным видом транспорта: в среднем они выделяют 13 граммов эквивалента диоксида углерода на километр пути. Новые энергетические автомобили выбрасывают до 60–75 граммов эквивалента CO2 на километр.
В течение всего жизненного цикла электрических велосипедов большая часть выбросов парниковых газов приходится на процесс производства (94%), особенно на производство алюминиевых рам.
Преобразование подержанных велосипедов в электрические является наиболее экологически чистым решением, так как устраняет необходимость производства рамы.
Если вы хотите дополнительно сократить выбросы углерода от электрических велосипедов, можно рассмотреть замену алюминия другими материалами или использование натрий-ионных, твердоэлектролитных аккумуляторов и т.д.
01
В Европе продажи электрических велосипедов резко выросли в последние годы: в 2020 году 20% (4,5 миллиона единиц) проданных в Европе велосипедов были электрическими, и ожидается, что к 2030 году это число вырастет до 55%. Усилят ли электрические велосипеды глобальное потепление?
По сравнению со многими другими видами транспорта электрические велосипеды уже очень экологичны! Во Франции выбросы углерода от электрических велосипедов, проехавших 20 000 километров, в среднем составляют 13 г CO2-экв. (эквивалент диоксида углерода) на километр, что включает все выбросы за весь жизненный цикл — от производства, использования, обслуживания до утилизации. Выбросы углерода у педальных велосипедов составляют 10–12 г CO2-экв./км, что почти наравне с электрическими велосипедами.
Источник изображения: Anne De Bortoil, на основе данных, обновлённых в ноябре 2023 года: https://doi.org/10.1016/j.trd.2021.102743 Примечание: сравнивается углеродный след электрических велосипедов во Франции (синий) и Германии (красный), с левым столбцом, измеряющим 20000 километров, и правым столбцом, измеряющим 15000 километров.
С учётом экологических факторов электрические велосипеды являются одним из самых экологически чистых видов транспорта. Во Франции выбросы углерода электрических поездов составляют около 35 г CO2-экв./км на пассажира, в то время как у новых энергетических малолитражек для городских поездок — 60–75 г CO2-экв./км. Как автомобили на топливе, так и самолёты превышают 100 г CO2-экв./км, причём только ходьба (1–2 г CO2-экв./км) и парижское метро с пригородным поездом RER (8–10 г CO2-экв./км) имеют более низкие выбросы углерода, чем езда на велосипеде. По оценкам, во Франции электрический велосипед с пробегом более 1000 километров может иметь меньший углеродный след, чем бензиновый автомобиль, используемый для городских поездок.
02
Следует ли приписывать низкие выбросы электрических велосипедов во Франции её низкоуглеродной электроэнергетической отрасли?
Когда я исследовал эту тему семь лет назад, я обнаружил, что углеродный след электрических велосипедов в Китае был в три раза выше, чем во Франции. Однако теперь, когда энергетическая структура Китая претерпела зелёную трансформацию, разрыв сократился. Выбросы парниковых газов от производства электроэнергии в Германии в настоящее время в 10 раз превышают показатели Франции, а выбросы углерода от электрических велосипедов, проехавших 20000 километров в Германии, составляют 17 г CO2/км. Однако в целом общие выбросы углерода от электрических велосипедов будут не очень высокими, поскольку потребление электроэнергии во время использования уже низкое, и большая часть выбросов парниковых газов на протяжении всего жизненного цикла происходит в процессе производства.
03
Почему производственный процесс является наиболее углеродоёмкой частью всего жизненного цикла электрического велосипеда?
Для электрического велосипеда с пробегом 20000 километров во Франции производственный процесс составляет 94% от его общих выбросов углерода. Электрические велосипеды, произведённые в Китае, выбрасывают 181 кг CO2-экв. от каждой 20-килограммовой алюминиевой рамы (без приводной системы) в процессе производства; каждая батарея выбрасывает 20 кг CO2-экв.; каждый мотор выбрасывает 37 кг CO2-экв. Из этого видно, что выбросы от производства шасси самые высокие, и всё это приписывается выплавке алюминия. Китай является крупной страной по переработке алюминия в мире, на его долю приходится около половины общемирового производства алюминия. Несмотря на усилия по сокращению выбросов углерода от производства электроэнергии, выбросы парниковых газов от самой переработки алюминия остаются высокими, тем самым увеличивая выбросы электрических велосипедов на протяжении всего их жизненного цикла. Из-за этого даже если процесс сборки электрических велосипедов перенести во Францию, это всё равно не окажет никакого влияния на сокращение выбросов.
По сравнению с выплавкой алюминия выбросы от аккумуляторов практически незначительны. Из-за популярности новых энергетических автомобилей экологический след батарей широко освещался. Но автомобиль может перевозить сотни килограммов батарей, в то время как у электрических велосипедов всего несколько килограммов батарей, поэтому выбросы не могут быть слишком высокими.
Смещение батареи трудно точно оценить. Мы проанализировали более тридцати научных статей о литий-ионных батареях и обнаружили значительные различия в выбросах углерода на киловатт-час, вплоть до 10 раз. В конце концов, получить промышленные данные об условиях добычи и извлечения минералов, необходимых для батарей, непросто. Но в любом случае тот факт, что производственное смещение рамы является самым высоким, не изменится. Для этого можно рассмотреть установку электрической силовой системы на существующие педальные велосипеды, чтобы избежать дополнительных выбросов, вызванных производством новых рам.
04
Каковы основные этапы выбросов парниковых газов на протяжении всего жизненного цикла электрических велосипедов?
Конкретные детали различаются в зависимости от страны. Во Франции обслуживание составляет около 8% от общего смещения электрического велосипеда на протяжении всего его жизненного цикла; среднее потребление электроэнергии на 100 километров составляет 1 кВт·ч, что эквивалентно 0,5 г CO2-экв./км (примерно 4% от общего объёма выбросов). В Германии выбрасывается 5 г CO2-экв. за каждый 1 километр пути (примерно 29% от общего объёма выбросов). Конечно, данные будут варьироваться в зависимости от конкретной ситуации каждого велосипеда и пользователя, а также от рельефа местности и структуры выработки электроэнергии в районе движения.
Что касается списания, то переработка батарей и материалов во Франции может сократить выбросы углерода от электрических велосипедов на 6%. К сожалению, в настоящее время перерабатывается менее 8% батарей.
05
Можно ли уменьшить углеродный след электрических велосипедов?
Конечно, например, за счёт модификации велосипеда и переработки батарей и материалов, как упоминалось ранее. Чем дольше срок службы автомобиля, тем меньше выбросы углерода на каждый пройденный километр.
Поскольку рама составляет самую большую долю выбросов, она должна быть ключевым объектом внимания. В будущем можно рассмотреть более экологичные материалы, такие как сталь и дерево, для замены алюминия. Кроме того, мы провели обширные исследования батарей, чтобы оценить влияние других типов батарей, таких как натрий-ионные и твердотельные электролиты, на выбросы углерода от электромобилей, и результаты очень обнадёживают.
