خودروهای برقی در برابر بنزینی: شواهد «از چاه تا چرخ» درباره ردپای کربن واقعی چه می‌گویند؟

یک خودروی برقی در لحظه خروج از خط تولید، ردپای کربن بسیار بزرگ‌تری نسبت به یک خودروی بنزینی دارد. با این حال، تقریباً به طور قطع، در طول عمر خود گازهای گلخانه‌ای بسیار کمتری منتشر خواهد کرد. این خلاصه کوتاه بحث کربن «از چاه تا چرخ» است. بقیه ماجرا به جغرافیا، محاسبات شبکه برق و زمان بستگی دارد.[8]

بحث پیرامون خودروهای برقی اغلب توسط ادعاهای بازاریابی مبنی بر «آلایندگی صفر» از یک سو و روایت‌های شکاکانه درباره «خودروهای با سوخت زغال‌سنگ» از سوی دیگر، مبهم می‌شود. برای یافتن حقیقت، محققان از ارزیابی چرخه عمر (LCA) یا تحلیل «از چاه تا چرخ» استفاده می‌کنند. این روش، هر گرم کربن منتشر شده از استخراج مواد خام تا بازیافت نهایی خودرو را اندازه‌گیری می‌کند.[2][5]

مرحله تولید جایی است که خودروهای احتراق داخلی (ICE) مزیت مشخصی دارند. ساخت یک خودروی برقی مستلزم استخراج لیتیوم، کبالت و نیکل، سپس پالایش این فلزات و ساخت سلول‌های باتری است—فرآیندی بسیار انرژی‌بر که تأثیر زیست‌محیطی خودرو را پیش از آنکه حتی یک کیلومتر رانده شود، به جلو می‌اندازد.[1][8]

بر اساس داده‌های چرخه عمر منتشر شده توسط ولوو که مدل برقی XC40 Recharge را با نمونه احتراق داخلی آن مقایسه می‌کند، خودروی برقی زندگی خود را با بدهی کربنی تولیدی آغاز می‌کند که تقریباً ۷۰ درصد بیشتر از خودروی بنزینی است. اگر قرار بود این خودروها هرگز رانده نشوند، خودروی بنزینی انتخاب سبزتری محسوب می‌شد.[1]

اما خودروها ساخته شده‌اند که رانده شوند، و به محض ورود به جاده، محاسبات آلایندگی شروع به وارونه شدن می‌کند. یک موتور احتراق داخلی ذاتاً ناکارآمد است و تنها حدود ۲۰ تا ۳۰ درصد از انرژی موجود در بنزین را به حرکت رو به جلو تبدیل می‌کند. بقیه انرژی به صورت گرما و اصطکاک از دست می‌رود.[5][8]

در مقابل، موتورهای برقی بیش از ۷۵ درصد انرژی الکتریکی را از شبکه به چرخ‌ها منتقل می‌کنند. این شکاف کارایی عظیم به این معنی است که حتی زمانی که یک خودروی برقی با استفاده از شبکه‌ای که به شدت متکی به سوخت‌های فسیلی است شارژ می‌شود، باز هم در هر مایل، انرژی کلی کمتری نسبت به یک خودروی بنزینی مصرف می‌کند.[4][8]

وزارت انرژی ایالات متحده این آلایندگی‌های عملیاتی را در سراسر کشور ردیابی می‌کند. داده‌های آن‌ها نشان می‌دهد که میانگین ملی آلایندگی برای یک خودروی برقی به طور قابل توجهی کمتر از یک خودروی بنزینی مشابه است، حتی با در نظر گرفتن ترکیب فعلی گاز طبیعی، زغال‌سنگ، هسته‌ای و انرژی‌های تجدیدپذیر که شبکه برق آمریکا را تأمین می‌کنند.[4]

نقطه دقیقی که در آن خودروی برقی بدهی کربنی تولید خود را جبران می‌کند—که «نقطه سربه سر» نامیده می‌شود—کاملاً به محلی که در آن شارژ می‌شود بستگی دارد. در شبکه‌ای که تحت سلطه باد و برق‌آبی است، مانند نیوزیلند یا نروژ، سازمان EECA اشاره می‌کند که نقطه سربه سر می‌تواند تنها در چند سال رانندگی عادی رخ دهد.[2]

در مقابل، در مناطقی که زغال‌سنگ منبع اصلی برق باقی می‌ماند، دوره بازپرداخت طولانی‌تر می‌شود. با این حال، مطالعاتی در نشریه «علوم و فناوری محیط زیست» که آلایندگی‌ها را از سال ۲۰۱۸ تا ۲۰۳۰ پیش‌بینی می‌کنند، نشان می‌دهند که حتی در کربن‌برترین مناطق ایالات متحده، خودروهای برقی همچنان قبل از پایان عمر عملیاتی خود به یک مزیت کربنی خالص دست می‌یابند.[3]

تأثیر جهانی این گذار در حال حاضر قابل اندازه‌گیری است. آژانس بین‌المللی انرژی (IEA) محاسبه کرده است که ناوگان رو به رشد جهانی خودروهای برقی، سالانه میلیون‌ها تن انتشار گازهای گلخانه‌ای «از چاه تا چرخ» را در مقایسه با سناریویی فرضی که در آن این مسافت‌ها توسط خودروهای احتراق داخلی طی می‌شد، به طور فعال کاهش می‌دهد.[6]

حمل‌ونقل سنگین چالش پیچیده‌تری را ارائه می‌دهد. تحقیقات ACS Publications در مورد کامیون‌های متوسط و سنگین نشان می‌دهد که اگرچه کامیون‌های برقی با باتری «بدون آلایندگی» کاهش قابل توجهی در گازهای گلخانه‌ای از چاه تا چرخ ارائه می‌دهند، اما باتری‌های عظیمی که برای حمل‌ونقل بارهای سنگین در مسافت‌های طولانی مورد نیاز است، بدهی کربنی اولیه بسیار بزرگ‌تری ایجاد می‌کند که جبران آن زمان بیشتری می‌برد.[7]

علاوه بر این، برچسب بازاریابی «آلایندگی صفر» که به خودروهای برقی اطلاق می‌شود، تنها در خروجی اگزوز (یا بهتر است بگوییم، عدم وجود اگزوز) از نظر فنی دقیق است. یک وسیله نقلیه واقعاً با آلایندگی صفر وجود ندارد. هر محصول تولیدی دارای هزینه زیست‌محیطی است و خودروهای برقی نیز از این قاعده مستثنی نیستند. هدف کاهش است، نه صفر مطلق.[8]

خود شبکه برق یک هدف متحرک است. برخلاف یک خودروی بنزینی که در روز آخر عمرش به ازای هر گالن سوخت، به همان میزان روز اول کربن منتشر می‌کند، یک خودروی برقی در واقع با گذشت زمان پاک‌تر می‌شود، زیرا شرکت‌های برق نیروگاه‌های زغال‌سنگ را بازنشسته کرده و ظرفیت بیشتری از انرژی خورشیدی و بادی را وارد مدار می‌کنند.[3][8]

بازیافت باتری، مرز بزرگ بعدی در کاهش ردپای کربن خودروهای برقی خواهد بود. با رسیدن اولین نسل از خودروهای برقی بازار انبوه به پایان عمر خود، بازیابی فلزات انرژی‌بر درون باتری‌های آن‌ها، انتشار کربن تولید نسل بعدی را به طور قابل توجهی کاهش خواهد داد.[5]

در نهایت، شواهد «از چاه تا چرخ» غیرقابل انکار است. اگرچه هزینه زیست‌محیطی اولیه برقی‌سازی زیاد است، اما محاسبات بلندمدت به شدت به نفع باتری است. گذار به حمل‌ونقل برقی یک راه‌حل بی‌نقص نیست، اما از نظر ریاضی برای کربن‌زدایی ضروری است.[8]