Rozwój elektromobilności

Ewelina Jurczuk
inżynier ekolog

Unia Europejska wprowadza szereg regulacji, mających na celu ochronę środowiska, w szczególności nakazujących redukcję emisji gazów cieplarnianych do 2030 roku. Branża transportowa została zobligowana do wypełniania wymagań dotyczących redukcji emisji zanieczyszczeń ze względu na jej udział w przyczynianiu się do powstawania emisji gazów cieplarnianych. Zgodnie z raportem Climate watch[1] oraz raportem Zrównoważony transport – droga do neutralności klimatycznej[2] emisje z transportu w Polsce wynosiły ponad 20% emisji wszystkich gazów cieplarnianych w 2019 roku.

Stąd pozytywnym trendem jest rozwój elektormobilności w naszym kraju. Pod tym pojęciem kryją się zarówno aspekty techniczne, związane z pojazdami elektrycznymi i infrastrukturą ładowania, kwestie społeczne związane ze zwiększeniem świadomości ekologicznej konsumentów oraz kwestie ekonomiczne związane z finansowaniem. Elektromobilność to rosnąca gałąź gospodarki, w skład której oprócz produkcji pojazdów elektrycznych wchodzą również wydobycie surowców tj. surowce mineralne, metaliczne i nieorganiczne, modernizacja niezbędnej infrastruktury, a także recykling zużytych lub uszkodzonych pojazdów i ogniw zasilających. To model sektora działającego w obiegu zamkniętym, wpisujący się w ramy piramidy postępowania z odpadami. Sektor transportowy dąży do wykorzystania zasady 6R, poprzez funkcjonowanie w kolejnych etapach - REFUSE, REDUCE, REUSE, RECOVER, RECYCLE, RETHINK – zapewni osiągniecie zrównoważonego rozwoju,

Niskoemisyjny transport oparty na pojazdach elektrycznych niesie ze sobą zwiększenie zapotrzebowania na wybrane surowce wykorzystywane w pojazdach EV (electric vehicle), w porównaniu do surowców wykorzystywanych przy produkcji pojazdów spalinowych.

Do metali potrzebnych do rozwoju elektromobilności zaliczamy miedź, lit, nikiel, mangan, kobalt, grafit, cynk oraz minerały ziem rzadkich. Około 26% surowców potrzebnych do produkcji pojazdu elektrycznego stanowi miedź[3]. Szerokie zastosowanie miedzi w branże e-mobility obserwujemy m.in. w akumulatorach trakcyjnych, silnikach elektrycznych, przewodach, transformatorach i falownikach. Znacznego zapotrzebowania na miedź wymagają też stacje ładowania czy systemy BMS (Baterry Management System - system, który zarządza układem akumulatorów w samochodzie).

Fundamentalnym elementem każdego pojazdu elektrycznego jest akumulator litowo-jonowy, którego zasadniczą funkcją jest magazynowanie energii elektrycznej pobranej podczas ładowania. Energia ta za pomocą silnika elektrycznego przekształcana jest na energię mechaniczną potrzebną do ruchu pojazdu. Do głównych zalet tego rodzaju baterii można zaliczyć: długi cykl życia (wielokrotne ładowanie i rozładowywanie bez znacznej utraty pojemności), niska utrata energii w spoczynku, łatwa eksploatacja oraz niska emisja gazów cieplarnianych – co konsekwentnie wpływa pozytywnie na ograniczanie negatywnych zmian klimatycznych. Żywotność akumulatorów w pojazdach elektrycznych uzależniona jest od:

• systemu zarządzania baterią (BMS) – monitorowanie i kontrolowanie stanu baterii;
• optymalizacji ładowania – unikanie nadmiernego rozładowywania i częstego ładowania baterii;
• systemu chłodzenia i grzania baterii – utrzymywanie optymalnej temperatury;
• systemu odzyskiwania energii – zamiana energii kinetycznej wytworzonej podczas hamowania i zwalniania na energię elektryczną ładującą baterię;
• postępu w technologii baterii – rozwój technologii baterii np. baterie litowo-żelazowo-fosforanowe[4].

Unia Europejska w lipcu 2023 r. przyjęła Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2023/1542[5] dotyczące baterii, które skoncentrowane jest na całym cyklu życia baterii oraz promowaniu gospodarki o obiegu zamkniętym - wzrost udziału recyklingu.

Konstrukcja pojazdu elektrycznego wykorzystuje szereg komponentów stosowanych w pojazdach konwencjonalnych. Zasadnicza różnica występuje w elementach układu napędowego. W pojazdach elektrycznych takie układy składają się z ok. 20-30 ruchomych części natomiast w przypadku pojazdów spalinowych z ponad 2000[6]. Transformacja i elektryfikacja transportu zmuszają producentów z sektora motoryzacji konwencjonalnej do przebranżowienia w kierunku produkcji komponentów do pojazdów elektrycznych oraz części będących elementami infrastruktury.

Branża motoryzacyjna, w obszarze e-mobility, dostrzega duży potencjał swojego rozwoju na rynku polskim, zarówno w zakłady produkujące podzespoły, jak i całe pojazdy elektryczne. Warto wspomnieć o polskim samochodzie elektrycznym – IZERA. Fabryka tego modelu zostanie zlokalizowana w Jaworznie. Ponadto, zagraniczne firmy z branży motoryzacyjnej chętnie inwestują w Polsce w zakłady produkcyjne, z uwagi na:

• rozwiniętą infrastrukturę drogową;
• wysoko wykwalifikowaną kadrę;
• obecność ośrodków akademickich i kształcenia zawodowego;
• współpracę przedsiębiorstw z sektora e-mobility w formie klastrów automotive.

Z danych Europejskiego Stowarzyszenia Producentów Pojazdów (The European Automobile Manufacturers’ Association; ACEA) wynika, że na terenie Europy funkcjonują 293 zakłady montażowe pojazdów, z czego 11 (3,8%) to fabryki znajdujące się w Polsce[7]. Kluczowym towarem eksportowym Polski w zakresie pojazdów elektrycznych są autobusy – pod tym względem zajmujemy miejsce lidera. Ponadto na terenie naszego kraju znajduje się fabryka elektrycznych pojazdów dostawczych, a także zakłady wytwarzające elektryczne jednoślady i stacje ładowania zarówno z przeznaczeniem do użytku prywatnego, jak i publicznego. Rozwój ogólnodostępnej infrastruktury ładowania stwarza perspektywy transformacji sektora elektroenergetycznego, która wymaga inwestycji w rozbudowę i modernizację istniejącej infrastruktury. 13 kwietnia 2024 r. weszło w życie rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2023/1804 (Alternative Fuels Infrastructure Regulation; AFIR)[8] w sprawie rozwoju infrastruktury paliw alternatywnych, które obliguje do budowy gęstej sieci ładowarek dla pojazdów elektrycznych na transeuropejskiej sieci transportowej TEN-T. Rozporządzenie podaje również terminy, w których mają zostać zbudowane kolejne elementy unijnej sieci ładowarek.

Nadmienić należy, że pojazdy elektryczne mogą stanowić swoistą szansę dla utrzymywania stabilności systemu elektroenergetycznego dzięki technologii Vehicle-to-Grid (V2G), czyli dwukierunkowego przepływu energii pomiędzy pojazdem elektrycznym a siecią elektryczną.

Zalety wdrożenia technologii Vehicle-to-Grid to:

• zwiększenie niezawodności i stabilności systemu przesyłowego,
• ograniczenie wad niestabilnej produkcji instalacji odnawialnych źródeł energii (OZE),
• zwiększenie udziału odnawialnych źródeł energii w gospodarce,
• mniejsze obciążenie sieci i poprawa bezpieczeństwa jej funkcjonowania,
• aktywizacja nowych modeli biznesowych w takich obszarach jak: IT, bazy danych, transmisja danych czy OZE.

Rozwój sektora elektromobilności wymaga zabezpieczenia mocy wytwórczych i przesyłowych energii elektrycznej, a co za tym idzie transformacji w kierunku odnawialnych źródeł energii. Pomimo bezemisyjności w użytkowaniu pojazdów elektrycznych, zasilane są one z sieci elektroenergetycznych, przyczyniając się do emisji pośrednich. Wzrost udziału odnawialnych źródeł energii pozostaje zatem jednym z głównych wyzwań rozwoju i transformacji elektromobilności.

Bateria w pojeździe elektrycznym jest w stanie wytrzymać ok. 1500 cykli ładowania, po których następuje proces degradacji oraz zmniejszenia pojemności. [9]Coraz większą rolę zaczyna pełnić recykling lub reusing – czyli nadanie drugiego życia produktu. Recykling akumulatorów litowo-jonowych pozwala na odzyskanie materiałów i wykorzystanie ich do produkcji nowych zestawów akumulatorowych.

Zastosowanie akumulatorów w procesie reusingu:

• systemy awaryjnego zasilania;
• magazynowanie energii pochodzącej z odnawialnych źródeł energii;
• stacjonarne magazyny energii.

Wraz z rozwojem elektromobilności konieczne jest skoordynowanie i przeprowadzenie transformacji energetycznej, ukierunkowanej na zapewnienie wystarczalności niskoemisyjnych mocy wytwórczych. Oznacza to zarazem akomodację do nowych rozwiązań technicznych umożliwiających integrację rozproszonych zasobów energetycznych oraz transformację sektora elektroenergetycznego – inwestycje w rozbudowę i modernizacje infrastruktury energetycznej.

Dobra koniunktura elektromobilności może być bodźcem do[10]:

• rozwoju i eksploatacji infrastruktury ładowania,
• zwiększenia sprzedaży i dystrybucji energii elektrycznej,
• produkcji i sprzedaży lub dzierżawy ładowarek,
• najmu gruntów lub nieruchomości pod stacje ładowania,
• sprzedaży lub leasingu pojazdów,
• rozwoju aplikacji mobilnych, lokalizujących pobliskie punkty ładowania,
• wzmocnienia bezpieczeństwa energetycznego oraz dywersyfikacji technologicznej w branży transportowej,
• zmniejszenia emisji CO₂,
• zwiększenia samowystarczalności energetycznej,
• rozwoju nowych technologii w transporcie.

Rozwój elektromobilności niesie ze sobą duże możliwości dla sektora motoryzacji, przemysłu, transportu oraz usług. Z drugiej strony, rozwój branży e-mobility generuje wiele nowych wyzwań, chociażby w zakresie konieczności zabezpieczenia mocy wytwórczych i przesyłowych energii elektrycznej. Pamiętać należy, że mimo zerowej emisyjności pojazdów elektrycznych, zasilane są one z sieci elektroenergetycznych, zatem jednym z głównych wyzwań rozwoju i transformacji elektromobilności wciąż pozostaje zwiększenie udziału odnawialnych źródeł energii w miksie energetycznym. Ograniczenie emisji gazów cieplarnianych, poprzez szerokie wykorzystanie odnawialnych źródeł energii, jest jednym z głównych celów Dyrektywy RED III[11]. Dla sektora transportu Dyrektywa wprowadza obowiązek redukcji emisji gazów cieplarnianych o 14,5%  do 2030 roku poprzez zwiększenie udziału biopaliw i paliw odnawialnych, pochodzenia niebiologicznego oraz osiągnięcia 29%-owego udziału energii, pochodzącej z odnawialnych źródeł, w sektorze transportowym do końca dekady.  Czy sektor transportu jest na to gotowy i będzie w stanie sprostać stawianym wymaganiom? Najpewniej zaobserwujemy to  w ciągu najbliższych lat.

[1] www.climatewatchdata.org

[2] Zrównoważony transport – droga do neutralności klimatycznej. RAPORT POWSTAŁ W WYNIKU POROZUMIENIA RAMOWEGO UN GLOBAL COMPACT NETWORK POLAND Z: Ministerstwem Funduszy i Polityki Regionalnej na rzecz realizacji  Celów Zrównoważonego Rozwoju ONZ w szczególności Celu 7  dotyczącego czystej energii (Affordable and Clean Energy).

[3] RAPORT. Wpływ elektromobilności na rozwój gospodarczy w Polsce. Wariantowe scenariusze rozwoju. Polskie Stowarzyszenie Paliw Alternatywnych. Warszawa 2022

[4] https://elektromobilni.pl/strefa_wiedzy/zywotnosc-baterii-w-samochodach-elektrycznych/

[5] ROZPORZĄDZENIE PARLAMENTU EUROPEJSKIEGO I RADY (UE) 2023/1542 z dnia 12 lipca 2023 r. w sprawie baterii i zużytych baterii, zmieniające dyrektywę 2008/98/WE i rozporządzenie (UE)  2019/1020 oraz uchylające dyrektywę 2006/66/WE

[6] RAPORT. Wpływ elektromobilności na rozwój gospodarczy w Polsce. Wariantowe scenariusze rozwoju. Polskie Stowarzyszenie Paliw Alternatywnych. Warszawa 2022

[7] RAPORT. Wpływ elektromobilności na rozwój gospodarczy w Polsce. Wariantowe scenariusze rozwoju. Polskie Stowarzyszenie Paliw Alternatywnych. Warszawa 2022

[8] Dz.U.UE.L.2023.234.1 z dnia 2023.09.22

[9] RAPORT. Wpływ elektromobilności na rozwój gospodarczy w Polsce. Wariantowe scenariusze rozwoju. Polskie Stowarzyszenie Paliw Alternatywnych. Warszawa 2022

[10] „Rozwój elektromobilności w Polsce” PWC https://www.pwc.pl/pl/pdf/publikacje/2018/rozwoj-elektromobilnosci-w-polsce-raport-pwc.pdf

[11] DYREKTYWA PARLAMENTU EUROPEJSKIEGO I RADY (UE) 2024/1788 z 13 czerwca 2024 r. w sprawie wspólnych zasad rynków wewnętrznych gazu odnawialnego, gazu ziemnego i wodoru, zmieniająca dyrektywę (UE) 2023/1791 i uchylająca dyrektywę 2009/73/WE, Dz.