Veliki povratak vozila na struju

Električni automobil sa početka XX veka

U poslednjih dvadesetak godina električni automobili prešli su dug put od egzotičnih eksponata na sajmovima automobila do legitimnih učesnika u saobraćaju čiji se broj više ne može ignorisati (danas ih je u upotrebi preko 16 miliona). Sam koncept vozila na baterijski pogon nije nov: prvi električni automobili pojavili su se još krajem XIX i početkom XX veka. Zabeleženo je da su 1897. godine London i Njujork imali taksi vozila koje su pokretale baterije, u vreme kada su ulicama i dalje dominirale kočije na “konjski pogon”. Štaviše, električna vozila u to vreme imala su brzinu, udobnost i jednostavnost upravljanja koje automobili s “unutrašnjim sagorevanjem” (na benzin ili naftu) nisu mogli da ponude. Prve brzinske rekorde postavili su upravo rani električni automobili. Početkom XX veka, u pionirsko doba automobilizma, na ulicama je bilo preko 30.000 električnih automobila. 

A onda su, u relativno kratkom vremenskom periodu, električni autmobili nestali kao dinosaurusi. Serijska proizvodnja konkurentskih vozila na benzinski pogon učinila ih je mnogo jefitnijim a neke “sitne” izmišljotine (kao što je “starter”, uređaj koji je zamenio rukom okretanu “kurblu”) učinile su ih i neuporedivo lakšim za korišćenje. Sa druge strane, baterije potrebne za rad električnih automobila ni izbliza nisu usavršavane tom brzinom: ostale su skupe, glomazne, pune toksičnih materija, samim tim opasne za skladištenje i rukovanje. Ako na to dodate i činjenicu da se rezervoar klasičnog automobila punio za minut-dva dok je punjenje električnih baterija (akumulatora) trajalo satima, lako ćete razumeti zašto su se električni automobili, nakon kratkog perioda “slave”, povukli u duboku “ilegalu”.

Prvi električni automobil
Mnogo decenija kasnije, eksplozija mobilnih komunikacija i sve veći broj prenosnih električnih uređaja (od majstorskog alata, preko računara do telefona) iniciraće pravu revoluciju u razvoju baterija koja će, indirektno, oživeti i koncept električnog automobila. Od samog početka bilo je jasno da dotadašnja tehnologija baterija tu nema šta da traži. Klasični automobilski akumulator je tipičan primer: sastavljen je od niza ćelija sa olovnim pločama uronjenim u sumpornu kiselinu. Ne samo da je takav akumulator opasan za rukovanje zbog hemijske agresivnosti elektrolita, ova potencijalna ekološka bomba ima i suviše nisku “gustinu pakovanja” električne energije tako da bi svaki automobil sa pogonom na klasični akumulator imao ogromnu masu, niske performanse i mali radijus kretanja. 

Pojavila se naredna generacija baterija koje poznajemo po skraćenicama NiCd (nikl-kadmijum) ili NiMH (nikl-metal-hidrid), svaka sa svojim prednostima ali i nedostacima (kadmijum je, recimo, metal koji ima brojna upotrebljiva mehanička svojstva ali je danas skoro potpuno izbačen iz upotrebe kao kancerogen). Tek sa pojavom Li-jon (litijum-jonskih) baterija automobilska industrija dobila je izvor energije kakav joj je decenijama nedostajao. Njihov pun potencijal još uvek nije dostignut tako da se daljim razvojem ovog koncepta baterija bavi čitava armija vrhunskih naučnika i laboratorija. Može se slobodno reći da su litijumske baterije iz temelja promenile čitav naš svet: nalazimo ih u avionima najnovije generacije, najkvalitetnijim telefonima, laptopovima, automobilima, medicinskim pomagalima... Za svoj pionirski rad na razvoju litijumskih baterija Nobelovu nagradu za hemiju 2019. godine podelili su Džon Gudinaf, Stenli Vitingem i Akira Jošino. Ukupni kapacitet litijum-jonskih baterija proizvedenih u 2010. godini bio je oko 20-gigavat časova da bi se samo deset godina kasnije taj kapacitet popeo na fantastičnih 770 GWh.

BMW i3
Razvoj električnih automobila potpomognut je i sve boljim razumevanjem klimatskih promena. Danas je svima (osim Donaldu Trampu) jasno da je glavni uzrok ovih promena sve veće zagrevanje planete usled emisije gasova staklene bašte, pre svega ugljen-dioksida (CO2) koji je nezaobilazan proizvod upotrebe fosilnih goriva kao što su gas, nafta i ugalj. U razvijenim državama kao što je SAD, glavni izvor CO2 upravo je drumski transport. S obzirom da se fosilna goriva ne koriste za pokretanje električnih vozila, brojne zemlje nude značajne finansijske povlastice za nabavku “vozila na struju” (u ovom pogledu naročito se ističu Kinezi koji na ovaj način pokušavaju da poprave i katastrofalni kvalitet vazduha u gradskim sredinama). 

Krenulo je stidljivo, ali je cela industrija brzo počela da dobija na zamahu. Prvi električni automobil koji je imao licencu za kretanje po američkim autoputevima bio je “Tesla Roadster” iz 2008. godine. Bio je to i prvi auto koji je sa jednim punjenjem baterija mogao da pređe 300 kilometara. Ipak, prvi električni auto koji je napravljen u više od 10.000 primeraka bio je japanski “Mitsubishi MiEV”. Glavnu reč danas nesumnjivo vodi “Tesla Motors”, kompanija Elona Maska čija je berzanska vrednost odavno prešla skoro bizarnih 1.000 milijardi dolara (što prevazilazi vrednost narednih devet proizvođača automobila zajedno). Njegov model, “Tesla S”, proglašen je u Americi za najbolji auto 2019. godine, dok je model “Tesla 3” ubedjivo najprodavaniji električni automobil na svetu (zaključno sa 2021. godinom prodato je preko milion primeraka). Naravno, sve to treba staviti u realan kontekst. “Toyota” možda na berzi vredi (mnogo) manje od “Tesle”, ali zato i dalje prodaje čak 10 puta više “klasičnih” automobila. Štaviše, celokupna svetska prodaja električnih automobila još uvek iznosi svega oko 10% od ukupne prodaje s tim da učešće električnih automobila u proizvodnji novih automobila ipak raste. 

Mitsubishi MiEV

Danas električni automobil definišemo kao vozilo koje svu energiju potrebnu za kretanje dobija iz baterija. Ne treba ih mešati sa vozilima na hibridni pogon o kojima možemo nekom drugom prilikom: hibridna vozila uz baterije i elektro-motore imaju i klasičan benzinski ili dizel-agregat koji može da preuzme funkciju elektromotora ili po potrebi dopuni baterije automobila tokom vožnje. Navike vozača teško se menjaju: većina njih i dalje će na vrh svog spiska želja staviti “običan auto”, pa hibrid, pa tek onda onaj “na struju”. Zašto? Električna vozila imaju svoje prednosti i mane koje nije lako izbalansirati. Privlačnost električnog vozila drastično se menja u zavisnosti od podneblja, državnih subvencija, dostupnosti ekološki čisth izvora električne energije i uslova vožnje. Ali da krenemo sa prednostima...

Pre svega, električna vozila su jednostavnija, najčešće nemaju menjač i kvačilo jer se pokreću pomoću elektromotora koji razvijaju pun obrtni moment i na relativno malom broju obrtaja. Nemaju ni klipove, cilindre, ventile, delove koji se podmazuju... Samim tim, ova vozila su veoma tiha i imaju bolji “start”, tipično dostižući 100 km/h za samo par sekundi. To, ipak, ne znači da su ova vozila jednako ekonomična pri svim brzinama pa ćete kod nekih modela pronaći i dvostepeni menjač: prvi stepen rezervisan je za gradsku “stani-kreni” vožnju, drugi za vožnju po otvorenom putu. Jednostavnija konstrukcija automatski se odražava i na niže troškove redovnog održavanja vozila. Kod električnog automobila ne menjaju se ni ulje, ni filter ni famozna “zaptivka kartera motora” koju još niko nije video ali se u servisu naplaćuje svake godine.  

Nissan Leaf
Energetska efikasnost takođe je na strani električnih automobila. Klasični benzinski ili dizel-motor u stanju je da iskoristi svega 17-20% hemijske energije pogonskog goriva. Električni automobili konvertuju oko 60% električne energije u energiju kretanja. Kada uzmete u obzir prosečnu cenu struje, benzina i nafte, utvrdićete da za isti novac električni automobil može da prevali četiri puta duži put u odnosu na standardne automobile. Nije svejedno.

Električni automobili znatno su teži od klasičnih vozila sličnih gabarita. Veliki deo svoje mase električni automobili duguju baterijama koje su po pravilu ugrađene u pod ispod sedišta vozila. Ovako veliki “tegovi” sa niskim težištem čine električne automobile vrlo stabilnim i otpornim na prevrtanja i krivine. Teži automobili istovremeno su i sigurniji: u direktnom sudaru lakog i teškog automobila, veća oštećenja po pravilu trpi ono lakše.

Nije sve idealno: litijumske baterije su i dalje skupe, iako im je cena sa nekadašnjih 1.000 dolara po kilovat-satu kapaciteta pala na nešto više od 100. Potrebno je da svoj električni auto eksploatišete bar 100.000 kilometara pa da vam se veća početna investicija značajnije isplati kroz smanjenene troškove održavanja i relativno nisku cenu električne energije. 

Takođe, električni automobili imaju manju autonomiju kretanja od klasičnih. Sa jednim punjenjem baterija električni automobili tipično mogu da prevale 100-200 kilometara a samo oni vrhunski preko 300 ili 400. A to znači da ćete morati češće da svraćata na “pumpu” i da pritom pažljivo planirate svoje dugačko putovanje kako vam se ne bi desilo da ostanete trajno zaglavljeni na stanici sa neispravnim punjačem ili punjačem koji ima neodgovarajući priključak (standard za ovo tek treba da bude usvojen). Svako putovanje u ruralne krajeve vrlo lako može da se pretvori u rizičnu avanturu. 

Elektrtični FIAT
Punjenje baterija predstavlja dugotrajan proces. Čak i najbržim punjačima potrebno je bar pola sata da napune baterije automobila do 80% kapaciteta. Punjačima koje možete da montirate u svoju kućnu garažu (pod uslovom da imate kuću i garažu) tipično je potrebno 1-8 sati za isti posao, i to pod uslovom da imate “nabudženu” kučnu mrežu. Realno, električni auto možete da punite i preko običnog “štekera” od 220 volti ali je tada vreme punjenja duže od večnosti. U najboljoj poziciji su oni koji mogu da se “dopune” na parkingu firme u kojoj rade. Najbolje firme često nude zaposlenima punjače i beneficiranu cenu električne energije, a ako ste kojim slučajem “budža”, istaknuti menadžer ili CEO, “gorivo” za vaš električni auto može da bude praktično besplatno.

Na kraju, tu je i zamena baterija koju ćete morati da uradite bar jednom tokom radnog veka električnog automobila. Imajte u vidu da su električni automobili skuplji od konvencionalnih upravo zbog baterija na koje otpada bar četvrtina vrednosti novog vozila. Iako je njihova cena u konstantnom padu, zamena dotrajalih ili oštećenih baterija i dalje predstavlja kapitalnu investiciju koja nije manja od 5.000 EUR u najboljem slučaju.  

Treba li da se radujemo činjenici da ćemo u ne-tako-dalekoj budućnosti i mi biti u relativno malom krugu zemalja u kojima se prozivode električni automobili? Ne preterano. Čak i uz državne stimulacije, “fića na struju” će i dalje biti nedostižno skup za naš svet koji još uvek sanja dobrog “polovnjaka”. Sa druge strane, mi još uvek ne znamo šta će se u Kragujevcu praviti, u kojoj količini i koliko će radnika od toga moći da živi. Ako se izuzme “Tesla 3”, skoro svi električni automobili i dalje se proizvode u relativno malim serijama. A male serije ne mogu da spasu jedan veliki grad kao što je Kragujevac.

Sa one najvažnije tačke gledišta, sa gledišta nauke i tehnologije, nama ovo “čudo” ne donosi ama baš ništa. Tolike godine smo pravili “Fiat 500L” i koliko smo danas, nakon svega, pametniji i sposobniji? I dalje smo zemlja koja od svog znanja i kapitala jedva može da napravi držalicu za budak. Svo znanje, “know-how”, patenti, licence, inteligentne mašine, vrhunski softver, sve ono što jednu zemlju može da izdigne na viši nivo ostaje tamo gde je i bilo - u rukama stranog investitora koji sa nama ne želi da deli ništa: ni sudbinu, ni znanje, ni tehnologiju, ni rizik, ni dobit, čak ni ugovorne klauzule. Osim toga, i Kinezi su nam dali leteće automobila a mi se, u inat svima, i dalje kotrljamo na točkovima.

Nijanse zelenog

Zelen, zeleniji...
Jedna od ključnih zamerki električnim automobilima je činjenica da električni auto nije potpuno “zelen” ako električna energija potrebna za punjenje baterija dolazi iz “prljave” elektro-mreže, tj. iz mreže koja se dominantno napaja iz termo-elektrana (kao što je slučaj kod nas). To niko ne spori. Međutim, često ćete naići i na tvrđenje da u zemlji kao što je naša električni automobil samo pogoršava već loše ekološko stanje. Jer, sa jedne strane imate električni auto koji možda ne emituje CO2, ali šta sve to vredi kad sa druge strane imate Obrenovac koji ga nemilice proizvodi spaljujući čitava brda uglja, delimično i zbog punjenja vašeg električnog vozila.

Da li je zaključak na mestu? Nije! Ako ostavite po strani svoj “osećaj” i okrenete se računici, doći ćete do interesantnog zaključka da je, bar kada je emisija CO2 u pitanju, svaki električni auto dobrodošao svuda i na svakom mestu, čak i tamo gde se električna energija generiše na najprljaviji mogući način! Suština je u tome da je električni auto bar četiri puta efikasniji od svakog klasičnog automobila. Proračun pokazuje da jedan klasičan automobil prozivede godišnje oko 4.500 kilograma CO2 sagorevanjem benzina ili nafte. Električni automobil, kad mu se pridoda CO2 stvoren u termo-elektrani tokom proizvodnje energije za punjenje baterija, generiše značajno manje. I to je tako.

Litijumska baterija

Ako pogledate sasvim površno, litijumska baterija konstrukcijski se ne razlikuje previše od drugih tipova baterija. Svaka baterija sastavljena je od nizova redno i paralelno povezanih ćelija a svaka ćelija od dve elektrode potopljene u elektrolit između kojih se nalazi separator (izolator). Ono što litijumske baterije čini izuzetnim je hemija - pre svega izbor materijala koji čine elektrode. U zavisnosti od materijala napon jedne ćelije varira od 3,2 do 3.8 volti. 

Litijumske baterije ugrađene u pod Teslinog automobila

Negativna elektroda (anoda) tipično je napravljena od grafita navučenog na bakarni kontakt. Pozitivna elektroda (katoda) napravljena je od mnogo skupljeg materijala: najčešće od litijum-kobalt-okslida na nosaču od aluminijuma. U novije vreme koriste se i litijum-gvožđe-fosfat i litijum-mangan-oksid, svaki sa svojim vrlinama i nedostacima. Organski rastvor litijumovih soli nalazi se između elektroda i igra ulogu elektrolita. Kako bi baterija bila što manja i lakša, katoda i anoda nalaze se na vrlo malom rastojanju. Kako ne bi došlo do kratkog spoja, između njih se postavlja izolator od poroznog materijala koji dopušta kretanje litijumovih jona između elektroda. Kada se baterija puni, litijumovi joni putuju kroz elektrolit sa katode na anodu. Kada se baterija prazni, tok je obrnut. Elektroni idu kroz spoljašnje kolo na jednu ili drugu stranu. I to je manje-više sve.

Litijumske baterije veoma su osetljive: ako ih ispraznite do kraja možete da ih bacite. Slično je i ako ih punite na neodgovarajućem naponu ili temperaturi. Zato svaka baterija i svaka ćelija u njoj ima dodatni elektronski sklop koji reguliše cikluse punjenja i pražnjenja i tako održava bateriju u radnom opsegu. Zahvaljujući izboru materijala litijumske baterije imaju odlične karakteristike, pre svega veliku gustinu uskladištene električne energije. Da bi se uskladištio jedan kilovat-sat, potrebna je litijumska baterija od 4 do 10 kilograma, zavisno od konstrukcije. Ova gustina mnogo je veća od one koju imaju olovni akumulatori ili već pomenute baterije na bazi nikla.  

Uz konstantno opadanje cena, reklo bi se da je litijumska baterija praktično idealan izvor električne energije ali nije tako. Jedan od tehničkih nedostataka ove baterije je zapaljivost elektrolita koji se nalazi u njima. Ukoliko u nekoj od ćelija popusti separator (debeo, inače, svega 20 hiljaditih delova milimetra) ili se on zaprlja česticama metala, doći će do kratkog spoja i naglog pregrevanja ćelije uz mogućnost požara. Čak i ako požara nema, dim koji se stvara u takvim prilika je veoma toksičan. Takvi slučajevi već su se dešavali: možda je najpoznatiji primer Boingovog tek predstavljenog aviona 787 čije su se litijumske baterije spontano zapalile ili rastopile u više navrata, srećom bez tragičnih posledica. Međutim, jedan teretni avion Američke poštanske službe nije bio te sreće: kada se tovar litijumskih baterija samozapalio, došlo je do katastrofe.

Takođe, proizvodnja litijumskih baterija predstavlja, u najvećoj meri, tehnologiju koja nikako ne ide uz “zelene” električne automobile. Rudarenje litijuma je prljav posao sa trajnim posledicama po čovekovu okolinu. Nakon eksploatacije litijuma ostaju ogromna jalovišta, zagađeno zemljište, zatrovane reke i sasvim je razumljivo zašto tim poslom u Evropi niko neće da se bavi, bez obzira na zalihe rude i profit. Da stvar bude gora, prilikom prerade litijuma troši se i ogromna količina sve dragocenije vode (oko 1900 tona vode za jednu tonu čistog litijuma).   

Istrošene litijumske baterije manje su opasne od, recimo, olovnih akumulatora tako da je dozvoljeno njihovo spaljivanje ili odlaganje na deponije sa zatrpavanjem. Svega 5% litijumskih baterija danas se reciklira i to ne zbog litijuma (jeftinije ga je ponovo iskopati nego vaditi iz stare baterije) već zbog kobalta koji se uglavnom proizvodi u Demokratskoj Republici Kongo i veoma je skup. Ni ovaj posao nije preterano “čist”: tipično, litijumske baterije se spaljuju dok se ne uništi litijum i sva nepotrebna plastika a ostane legura metala sastavljena od gvožđa, bakra, nikla i kobalta. Od legure pa do čistog kobalta treba još dosta truda ali se on isplati.  

Čekajući “Strujadina”

Spisak proizvođača i modela električnih automobila već je podugačak, dominiraju poznati brendovi ali samo mali broj njih može da se pohvali prodajom čiji obim dostiže petocifrenu vrednost. Ako se ograničimo na prošlogodišnje tržište SAD i krenemo od začelja popularnosti prema vrhu, tu su “Hyundai Ioniq”, “BMW i3”, “Jaguar I-Pace”, “Hyundai Kona Electric” i “Porsche Taycan”. Ukupna prodaja svih ovih modela ne prelazi 10.000 komada i, realno, više ilustruje nameru proizvođača da zauzmu bilo kakvu poziciju na američkom tržištu nego da ozbiljnije zagaze u ceo poduhvat. Svega nekoliko modela može da se pohvali prodajom od 5.000 primeraka i više: “Audi e-tron”, “Nissan Leaf” ili “Chevrolet Bolt” (ovaj poslednji sa preko 20.000). Ipak, apsolutno niko nema šta da traži u sudaru sa Elonom Maskom i “Teslinim” modelima koji se prave u istoimenoj fabrici. Stariji modeli, “Tesla S” i “Tesla X” su i dalje popularni ali rekorder je, ipak “Tesla 3”, sa oko 440.000 prodatih primeraka samo tokom 2021. godine.

Bez premca: Tesla 3

Ovaj automobil premijerno je predstavljen polovinom 2017. godine i od tada za njim traje prava pomama (ovo je jedini automobil za koji se čekalo u redovima, kao za ulje i šećer). Tri godine uzastopno ovo je bio najprodavaniji električni automobil na svetu a od početka 2020. godine ovo je i najprodavaniji električni auto svih vremena. Mask ga je reklamirao kao “porodični auto koji će moći da kupi većina Amerikanaca”. Iako ni jedno ni drugo nije sasvim tačno, uspeh ovog modela učionio je Maska najbogatijim čovekom na svetu. Iako je u ceo posao Mask uleteo naglavačke, sa obiljem nerešenih logističkih i proizvodnih problema, sve je na kraju leglo na svoje mesto i od tad se proizvodne trake ne zaustavljaju. Model “Tesla 3” ne samo da je zagospodario američkim tržištem, odlično se prodaje i u Evropi gde je, u pojedinim zemljama, po prodaji pretekao i sve klasične modele. 

Kakav je osećaj voziti se u “Tesli 3”? Reklo bi se - neponovljiv. Auto je spolja elegantan, dominiraju jednostavne crte koje su preslikane i u prostrani, funkcionalni enterijer. Volan je bogat komandama ali ne postoji klasična instrument-tabla. Sve što treba da znate o vašem automobilu, uključujući i brzinu kretanja, nalazi se na velikom ekranu pored vas. Električni motor je veoma tih i snažan: za ubrzavanje od nule do 100km/h potrebno je svega 3.2 sekunde. Ono što “Tesli” daje posebnu draž je automatika. Tehnički gledano, kada je automatska vožnja u pitanju, “Tesla 3” spada u kategoriju 2 (kategorija 1 je zapravo nivo bez ikakve automatike, kategorija 2 je vožnja sa rukama na volanu uz deljenu kontrolu sa kompjuterom, kategorija 3 je vožnja bez ruku, kategorija 4 - vožnja bez glave a kategorija 5 - puna automatika sa volanom kao opcionim dodatkom). Drugi nivo podrazumeva da “Tesla 3” ume da se sam uparkira i isparkira, da se ”centrira” u kolovoznoj traci, da sam menja trake na autoputu i obilazi sporija vozila, da prati navigaciju i prilagođava brzinu vožnje drugim vozilima i uslovima na drumu. 

Mask, međutim, hoće više od toga. On je još 2015. godine izjavio da dostizanje pune autonomije automobila (kategorija 5) “nije komplikovana stvar. Radi se o jednom problemu iz oblasti veštačke inteligencije, ne naročito komplikovanom. Napraviti auto koji će sebe kontrolisati bolje nego čovek mnogo je lakši zadatak nego što mislite. Za mene je to skoro pa rešen problem”. Par godina kasnije, kada je zadatak ispao malo teži nego što je mislio, Mask izjavljuje da će do kraja 2019. godine “ljudi moći da spavaju u njegovom automobilu dok se voze. Auto će moći sam da se isparkira, pokupi vas na izlazu sa parkinga, sasluša ciljnu destinaciju i odveze vas na željeno mesto bez vaše intervencije”. Nije se desilo. 

Tek u oktobru 2020. godine, kreće beta-program tokom kojeg “Tesla” počinje da testira softver za kontrolu vozila iz kategorije 5. Sam softver spaja ono vrhunsko iz sveta mašinske tehnike i veštačke inteligencije. Zasnovan je na neuronskoj mreži, kompjuterskom programu koji (bar se tako veruje) imitira rad ljudskog mozga i usavršava svoje akcije tako što sam uči iz snimljenih vožnji vozača koji su sa “Teslom 3” prošli milione kilometara širom Amerike. Ceo program testiraju savesni dobrovoljci i zaposleni u “Tesli”, što nije dobro odjeknulo u javnosti (bilo je velikih incidenata na javnim putevima sa smrtnim slučajevima). Ipak, Mask je hiljadu puta do sada pokazao da ne ume da pusti kad “zagrize” i niko ne treba da sumja da će on na kraju isterati svoje, čak i ako to podrazumeva promenu saobraćajnih propisa i ignorisanje brojnih stručanjaka koji smatraju da “Tesla 3” jednostavno nema sav hardver potreban za kategoriju 5.

Nama smrtnicima ostaje samo da se pitamo koliko se ovo uopšte uklapa u ljudski prorodu. Jer, kome treba dobar auto u kome nema šta da se pipa?     

Vreme #1635