Експерти: Електрическите автомобили може никога да не постигнат широко разпространение каквото имат двигателите с вътрешно горене

Анализ на консултантската група Goehring & Rozencwajg за Zerohedge.com

„Електрическите превозни средства (EV) се натрупват на много места в цялата страна, тъй като зелената революция вече вижда препятствията пред себе си, показват данните.“ ~ USA Today, 14 ноември 2023 г.

„Hertz Global Holdings обяви в четвъртък, че планира да съкрати една трета от глобалния си EV парк през годината. След съобщението главният изпълнителен директор на Hertz Стивън Шер предположи, че пътят към електрификацията може да бъде по-неравен от очакваното.” ~ агенция Bloomberg, 11 януари 2024 г.

От средата на миналото десетилетие инвестиционната общност се убеди, че приеминаването към електромобили бързо ще нарасне. Навлизането на електромобилите ще стане толкова голямо, че глобалното потребление на петрол скоро ще достигне своя връх, или поне така се смяташе консенсусът от хора. 2019 г. многократно се споменава като годината, в която търсенето на петрол ще достигне своя връх и след това ще намалее. В ретроспекция тези опасения бяха неуместни. Въпреки масивното прекъсване на икономиката в COVID-19, търсенето на петрол през 2024 г. трябва да достигне 103 млн. барела/ден – с 2,3 млн. б/д повече от 2019 г. Необезпокоени от изненадващия скок в търсенето, много анализатори остават убедени, че „пиковото търсене на петрол“ все още предстои.

Вярата на инвестиционната общност, че електромобилите ще изместят двигателя с вътрешно горене, остава силна както винаги.

Категорично не сме съгласни с това твърдение. 

В нашият последен анализ  прогнозирахме, че глобалното търсене на енергия постоянно ще надхвърля очакванията през следващите двадесет години. Никога досега толкова много хора не са били едновременно в своя период на енергоемко икономическо развитие. Нашето есе се фокусира широко върху общото търсене на енергия и конкретно избягва потреблението на петрол. Нашият избор беше умишлен: искахме да подчертаем критичните двигатели на общото търсене на енергия и да избегнем разсейването от дебата за навлизането на електромобилите. Днешното есе се фокусира върху петрола и обяснява защо вярваме, че търсенето ще изненадва нагоре за години напред.

Нашето изследване установи, че електромобилите ще се борят да постигнат широко разпространение въпреки огромните субсидии и нарастващата заплаха от пълна забрана на двигателите с вътрешно горене (ДВГ). След внимателно изучаване на историята на енергетиката все още не сме намерили пример, при който нова технология с по-ниска енергийна ефективност да успяла да е замени съществуваща, по-ефективна. Въпреки твърденията за обратното, нашите изследвания показват, че електромобилите са по-малко енергийно ефективни от автомобилите с двигател с вътрешно горене. В резултат на това те няма да успеят да получат широко разпространение.

Нашето твърдение е спорно; повечето експерти настояват, че електромобилите са много по-ефективни. Ние вярваме, че ICE е категоричен победител, след като се вземат предвид енергийните разходи както за батерията, така и за възобновяемата енергия, необходима за производството на електромобили в условия без да се отделя въглерод.

Въпреки че правителствата могат да насърчават електромобилите чрез субсидии или забрани за ДВГ, тези мерки вероятно ще се провалят, тъй като потребителите в крайна сметка ще откажат да приемат нова технология, която предлага по-ниска енергийна ефективност. Не биха могли да съществуват по-добри примери от това, че Ford и Hertz драматично намалиха инициативите си за електроколи поради по-нисък от очаквания потребителски интерес.

Намаляването на въглеродните емисии е от централно значение за електрическите превозни средства. Защитниците твърдят, че изместването на изкопаемите горива е от съществено значение за ограничаване на глобалното затопляне. Ние не сме съгласни. Замяната на ДВГ с електромобили значително ще увеличи въглеродните емисии и може да влоши проблема. Производството на електрическо превозно средство консумира много повече енергия от двигателите с вътрешно горене. По-голямата част от тази допълнителна енергия се изразходва за извличане на материали за и производство на гигантска литиево-йонна батерия на електромобил. Минните компании използват енергоемки камиони, трошачки и мелници за извличане на никел, кобалт, литий и мед от всяка батерия.

Производственият процес също изразходва огромни количества енергия. Много анализатори нетърпеливо рекламират спестяванията на въглерод от изместените изкопаеми горива, без да отчитат адекватно увеличеното потребление на енергия от батерията. След като тези корекции бъдат направени, повечето, ако не всички, от въглеродните предимства на електромобилите изчезват.

Ако нашите модели са правилни, електромобилите ще се провалят на два фронта: те са по-малко енергийно ефективни от ICE, които се опитват да заменят, и приемането им няма да направи много за смекчаване на въглеродните емисии.

Политиците често рекламират Норвегия като най-добрата история на успеха на EV. Благодарение на огромните субсидии, електромобилите представляват 80% от всички продажби на нови автомобили в Норвегия през 2022 г. и в момента представляват 20% от общия автомобилен парк. Политиците се надяват всички развити страни в крайна сметка да възприемат модела на Норвегия. Въпреки това, при по-внимателно разглеждане, опитът на Норвегия прави повече предупреждение за недостатъците на електромобилите, отколкото застъпничество за тяхното приемане.

Първият проблем е финансовият.

Норвежкото правителство предлага на потребителите огромни субсидии за закупуване на електромобили. Новите превозни средства са освободени от няколко тежки данъка и 25% ДДС. Средно голям нов ДВГ ще бъде обект на различни данъци от $27 000; еквивалентна електрокола не би платила нищо. На следващо място, Норвегия освобождава електромобилите от всякакви пътни или фериботни такси и им позволява да използват автобусни ленти, предлага безплатно паркиране и таксуване в общинските зони и гарантира „права за зареждане“ в жилищни сгради. Въпреки че Норвегия отмени някои от тези оперативни субсидии от 2017 г., жител на Осло все още може да очаква тези предимства да възлизат на общо 8000 долара годишно.

Норвегия е една от най-богатите страни в света с БВП на глава от населението от 106 000 долара през 2022 г. Въпреки впечатляващото си богатство, правителството все още трябва финансово да стимулира своите граждани да купуват електромобили.

Ползите започват да оказват влияние върху финансите на Норвегия. С почти 4 милиарда долара годишно, Норвегия харчи толкова за субсидии за електромобили, колкото за обща поддръжка на магистрали и обществена инфраструктура. Програмата повдигна и значителни въпроси относно равенството в Норвегия. Субсидиите за електрически коли облагодетелстват градските хора с високи доходи, които се възползват от безплатни такси, паркинг и зареждане и избягват тежкия данък върху по-големите луксозни превозни средства. Няколко популистки политически групи в Норвегия превърнаха така наречените „елитарни“ субсидии за електромобили във фокусна точка на своята платформа.

На фона на нарастващия контрол правителството активно се опита да намали няколко субсидии. Общинският паркинг вече не е безплатен, а пътниците (макар и не самите превозни средства) подлежат на определени такси. Правителството също така въведе частичен данък върху покупката на нови електромобили. Поддръжниците предупредиха, че всяко връщане на субсидиите със сигурност ще навреди на навлизането на електромобилите и предлагат Швеция като казус, където през 2022 г. премахването на няколко субсидии доведе до 20% спад в продажбите на електроколи.

Без намаление в търсенето на въглеводороди в Норвегия

По-важното е, че електромобилите в Норвегия не са повлияли на търсенето на изкопаеми горива или въглеродните емисии, както се очакваше. Въпреки че търсенето на петрол и въглеродните емисии са намалели с 15% от 2010 г. насам, по-голямата част от това не е свързано с продажбите на електромобили. През периода общото търсене на петрол е спаднало само с 34 000 барела на ден, като бензинът и дизелът съставляват едва 10% от спада. По-голямата част от спада дойде от търсенето на отопление, осветление и нефтохимическата промишленост, което според нас се е сринало с повече от една трета. Въпреки че 20% от всички превозни средства по пътищата сега са електрически, търсенето на бензин и дизел в Норвегия е спаднало само с 4 на сто.

Нашите данни показват, че норвежците не са склонни да се откажат от превозните си средства с ДВГ, дори след като са закупили електрокола. Изчислихме, че две трети от норвежките домакинства с електрически коли притежават поне едно превозно средство с ДВГ. От 2010 г. до 2022 г. Норвегия добави 550 000 електромобила, но броят на превозните средства с двигатели с вътрешно горене по пътищата, вместо да намалее, се увеличи с 32 630. Докато населението е нараснало с 11%, общият брой на леките автомобили е нараснал с 25%. Когато едно електромобилно домакинство предпочита да избегне пътна или фериботна такса, да има достъп до безплатен паркинг или зареждане или да избегне задръстванията, като използва автобусни ленти, то използва своя електромобил. Когато посещават своя втори дом („hytte“) в планината, те използват своята кола с изкопаеми горива. Въздействието беше толкова значително, че защитниците лобираха за финансирана от правителството програма за скрап на ДВГ, друга завоалирана субсидия при електроколите.

Не е изненадващо, че търсенето на електричество се увеличи, след като Норвегия премина от изкопаеми горива към електричество за транспорт, отопление и осветление. От 2010 г. търсенето на електроенергия в Норвегия е нараснало с впечатляващите 20%. Общото първично търсене на всички форми на енергия се е увеличило с 5%. Данните показват, че широко разпространеното преминаване към електромобили не е допринесло много за намаляване на общото потребление на енергия въпреки твърденията, че те са много по-ефективни.

Преминаването от изкопаеми горива към електричество намали CO2 в Норвегия с впечатляващите 16%, постижение, възхвалявано от пресата. Далеч по-малко обсъждано обаче е как САЩ са намалили емисиите си с 16% през същия период, като са преминали от въглища към природен газ в производството на електроенергия.

Използването на Норвегия като модел за намаляване на CO2 би било грешка. Много повече от всяка друга страна в света, Норвегия се възползва от огромния си хидрологичен потенциал, който генерира почти 92% от цялата електроенергия без въглерод. Следователно преминаването от изкопаеми горива към електричество ще повлияе значително на въглеродните емисии в Норвегия повече от където и да е другаде на Земята.

Освен това Норвегия внася всички местни електромобили. Както обсъдихме, производството на електромобили е невероятно енергоемко, главно за изграждане на батерията. В случая с Норвегия нищо от тази допълнителна енергия не е отразено в данните за вътрешното търсене. Китай произвежда повечето литиево-йонни батерии и 80% от всички електромобили. Въглищата представляват 60% от общото им енергийно снабдяване там.

Ние изчисляваме, че средно електромобил консумира 60 MWh за производство, от които батерията представлява половината. Следователно, производството на 579 000 електроколи в Норвегия (всички електрически превозни средства по пътищата днес в Норвегия) изисква 35 TWh, което се равнява на 25% от общото годишно потребление на електроенергия в Норвегия. Като се има предвид, че Китай отделя 600 грама CO2 на kWh (Китай е мястото, където се произвеждат почти всички батерии за електромобили на норвежците), ние изчисляваме, че норвежкият електромобилен флот ще отдели 21 милиона тона CO2. Потреблението на бензин и дизел в Норвегия е намаляло с едва 3200 барела на ден или 50 милиона галона на година. Приемайки 9 кг CO2 на галон бензин или дизел, целият електрически автомобилен парк на Норвегия смекчава едва 450 000 тона CO2 годишно, в сравнение с предварителни емисии от 21 млн. тона. С други думи, ще са необходими четиридесет и пет години спестяване на CO2 от намаленото потребление на бензин и дизел, за да се компенсират първоначалните емисии от производството на превозните средства. Тъй като една батерия за електрокола има полезен живот от само десет до петнадесет години, ясно е, че внедряването на електромобили в Норвегия е увеличило драстично общите емисии на CO2 през жизнения цикъл. Невероятно, но това е вярно, въпреки че страната има най-ниската въглеродна водна електроенергия в света. Дори ако Китай трябваше да постигне своите прекалено амбициозни цели за вятърна, слънчева и ядрена енергия до 2035 г., ние изчисляваме, че „отплащането“ на въглерода пак ще надхвърли двадесет години. Реалистично погледнато, единственият начин за електромобилите да намалят въглеродните емисии през жизнения цикъл би бил широкото преминаване към безвъглеродна енергия в производството на електромобили.

Повечето защитници на електромобилите се надяват възобновяемата енергия да бъде решението. За съжаление и това не вярваме, че това ще се окаже осъществимо поради по-ниската им енергийна ефективност.

Вместо да служи като модел, програмата на Норвегия трябва да предупреждава за непредвидените последици от широкомащабното навлизане на електромобили, особено когато потребителите купуват електроколи в допълнение към коли с ДВГ. Безброй статии твърдят, че електромобилите са много по-енергийно ефективни от превозните средства с ДВГ. Освен това тези автори твърдят, че електромобилите ще бъдат по-ефективни и с по-малко въглеродни емисии, след като възобновяемите енергийни източници заменят въглищата и природния газ. Нашият анализ, непопулярен и противно на очакванията, предполага обратното.

Повечето статии изброяват електромобилите като някъде между два и три пъти по-енергийно ефективни от ДВГ, които заменят.

Основата за това твърдение е, че двигателите с вътрешно горене са само 40% ефективни и че почти 60% от енергията, съдържаща се в бензина или дизеловото гориво, се „губи“ – главно под формата на топлина и триене. От друга страна, електрическият мотор прехвърля почти 90% от своята електрическа енергия директно към колелата. Разликата кара мнозина да погрешно заключават, че електромобилите са почти три пъти по-ефективни от колите, използващи изкопаеми горива.

Този общ аргумент е фундаментално погрешен поради три причини.

Първо, той не успява да улови енергията, необходима за производството на батерията;

второ, не прави разлика между топлинна и електрическа енергия;

и трето, не отчита ниската енергийна ефективност на възобновяемата енергия.

Електромобилите използват 32 kWh електроенергия на 100 изминати мили. Междувременно батерията на автомобила изразходва невероятните 24 MWh при производството си. Ако приемем полезен живот от 120 000 мили, батерията консумира 20 kWh на 100 изминати мили - две трети повече от самото директно електричество. Повечето анализатори, които сме чели, не успяват да включат това тежко енергийно бреме, когато рекламират превъзходната ефективност на EV.

На следващо място, повечето аргументи за ефективност не правят разлика между топлинна и електрическа енергия.

Докато повечето от нас са били научени, че енергията е взаимозаменяема, няколко различни форми на енергия имат различна степен на полезност. Въпреки че е извън обхвата на този анализи, разграничението заобикаля случайността или ентропията на енергийния носител. Колкото по-ентропичен е източникът на енергия, толкова по-малко полезна работа може да извърши. Изгарянето на всякакъв вид горива винаги има висока ентропия. Електричеството, от друга страна, със своята подредена поредица от движещи се електрони, има изключително ниска ентропия. Преминаването от топлинна към електрическа енергия винаги води до предвидими неефективности, базирани на фундаменталните закони на термодинамиката.

Когато специалисти твърдят, че EV е три пъти по-ефективен от ДВГ, те не успяват да направят това разграничение.

В двигател с вътрешно горене водачът преобразува бензина (висока ентропия) в движение напред с приблизително 40% ефективност. Електричеството (ниска ентропия) задвижва двигател с приблизително 90% ефективност в електрическо превозно средство. Електричеството обаче не съществува в природата, а вместо това трябва да се генерира. Изгарянето на природен газ (висока ентропия) за генериране на електричество (ниска ентропия) е само 40-50% ефективност. Електромобилът не е по своята същност по-ефективен; вместо това, неефективното „надграждане“ от топлинна към електрическа енергия се случва извън сцената и се пропуска удобно от повечето анализатори.

И накрая, повечето аргументи за ефективност не отчитат генерирането на енергия на първо място.

Например, както видяхме примера с Норвегия, единственият начин за намаляване на въглеродните емисии от автомобилите е чрез преобразуване към възобновяема енергия както за производството, така и за захранването на превозното средство. За съжаление възобновяемата енергия е изключително неефективна. Това може да е изненадващо. В края на краищата нито вятърът, нито слънчевата енергия „изгарят“ гориво и следователно не са подложени на неефективността на преминаването от топлинна към електрическа енергия, обсъдена по-рано. Вятърът и слънчевата енергия обаче страдат от невероятно ниска енергийна плътност (помислете за топлината от газовата печка в сравнение със силния бриз). За да уловят полезни количества енергия, вятърните перки трябва да са високи 300 м, а слънчевите ферми трябва да се простират на хиляди акри земя. Тези големи инсталации изискват суровини като стомана, цимент, мед, сребро и полисилиций. Тези материали, от своя страна, консумират огромни количества енергия както за добив, така и за обработка. За сравнение, добивът на нефт и газ е много ефективен.

Ние изучаваме общата енергия, необходима за производството на различни форми на енергия, метрика, известна като енергийна възвръщаемост на инвестициите ( energy return on investment (EROI). Докато една единица инвестирана енергия може да генерира петдесет единици (топлинна) енергия за живота на продуктивния петролен кладенец, тя ще генерира само десет единици (електрическа) енергия с вятър или по-малко от шест от слънчев панел. Освен това, вятърната и слънчевата енергия трябва да бъдат складирани чрез съхранение на батерии на ниво мрежа, за да се избегне прекъсване, което изисква много повече енергия. Напълно складираният в батерии вятър вероятно има EROI от шест до седем, докато слънчевата енергия може да бъде само три. Твърдението, че електромобил, захранван с възобновяема енергия, е ефективен, защото неговият двигател работи на 90%, не отчита ниската ефективност нагоре по веригата.

Вместо това сме възприели напълно различен подход при изчисляването на автомобилната ефективност: приемайки 100 kWh налична топлинна енергия, колко далеч може да очаква водачът да пътува с ДВГ в сравнение с електромобил. Предпочитаме тази методология, тъй като е в съответствие с нашето интуитивно разбиране за „ефективност:“: колко можем да извлечем от една единица енергия. Използвайки този подход, състезанието дори не е близко – ДВГ печели категорично.

Един ефективен ДВГ може да очаква да постигне 37 мили на галон бензин или 98 kWh топлинна енергия на 100 мили. Компонентите на превозното средство изискват 20 MWh, или 15 kWh на 100 мили, когато се амортизират за полезен живот от 170 000 мили - според Argon Labs. Двигателят с вътрешно горене може да очаква да консумира 112 kWh на 100 мили, от които 90% представлява топлинна енергия под формата на бензин. Добивът на нефт се възползва от много висок EROI от 60:1 на края на кладенеца. С други думи, 60 единици топлинна енергия, под формата на суров петрол, излизат от сондажа за всяка единица инвестирана енергия. Транспортирането и рафинирането консумират приблизително 15% от енергията, съдържаща се в суровия петрол, намалявайки EROI до 50. За да бъдем консервативни, ние приемаме крайната EROI от 45. Следователно, инвестирането на един kWh топлинна енергия ще създаде 45 kWh топлинна енергия, задвижвайки кола с ДВГ 41 мили.

Модерен електромобил консумира 32 kWh директна електрическа енергия на 100 мили. Батерията изисква допълнителни 24 MWh, което за полезния живот на автомобила от 120 000 мили се равнява на 20 kWh на 100 мили. Останалите компоненти на автомобила консумират 27 kWh на 100 мили. Електромобилът може да очаква да консумира 80 kWh на 100 мили, от които 95% е електричество.

Ако приемем, че електричеството се генерира в електроцентрала, работеща с природен газ, EROI е приблизително 25, след като се вземат предвид загубите в преносната линия. Започвайки отново с един kWh топлинна енергия, бихме очаквали да генерираме 25 kWh електроенергия. Следователно електрокола ще измине 32 мили – 20% по-малко от ДВГ. Ако електричеството се генерира с помощта на смес от несъхранена вятърна енергия и слънчева енергия, EROI може да бъде толкова нисък, колкото 13. Следователно, един kWh енергия ще генерира само 13 kWh електричество, задвижвайки електромобил само на 16 мили – над 60% по-малко от двигател с вътрешно горене.

Никога в историята по-малко ефективен „основен двигател“ не е измествал по-ефективен. Вярваме, че и този път няма да е по-различно. Въпреки че правителствата може да се опитат да принудят шофьорите да купуват електромобили или дори да забранят изцяло ДВГ, тези политики в крайна сметка ще се провалят, тъй като потребителите настояват да запазят своите по-ефективни превозни средства. Нов пробив в батерията би помогнал да направим електромобилите по-енергийно ефективни и ние изучаваме пространството много внимателно. По-специално сме впечатлени от работата, извършена от екипа на PureLithium, в която сме направили малка частна инвестиция. Не можем обаче да идентифицираме никаква технология за батерии, която би променила съществено този анализ. Дотогава очакваме двигателите с вътрешно горене да продължат да доминират, а навлизането на електромобилите ще ни разочарова.