آیا خودروهای برقی واقعا زمین را نجات می‌دهند؟

خودروهای برقی معمولا موافقان و مخالفان سرسختی دارند؛ ولی تصور اینکه اتومبیلی مدرن بی‌صدا از کنار خیابان رد می‌شود و هیچ دودی از اگزوزش بیرون نمی‌آید، همیشه حس خوبی دارد. حالا اگر برچسب آلایندگی صفر را هم روی آن بچسبانیم، انگار بالأخره راه نجات زمین را پیدا کرده‌ایم!

اما اگر لنز دوربینمان را بچرخانیم و به هزاران کیلومتر دورتر نگاه کنیم؛ با تصویر کاملا متفاوتی روبه‌رو می‌شویم؛ بیل‌های مکانیکی که با موتورهای دیزلی، خاک سرخ کنگو را برای استخراج کبالت، زیر و رو می‌کنند و نیروگاه‌های عظیمی در مغولستان که برای تأمین برق کارخانه‌های تولید باتری، حجم عظیمی از زغال‌سنگ را می‌سوزانند.

واقعیت این است که برچسب آلایندگی صفر پشت خودروهای الکتریکی، فقط نیمی از واقعیت را نشان می‌دهد.

پژوهشگران و دانشمندان حوزه‌ی انرژی برای رسیدن به یک تصویر کامل و واقعی، مجبورند نگاهشان را از لوله‌اگزوز ماشین‌های برقی بردارند و تمام مسیر را قدم‌به‌قدم و با استفاده از روش‌های استاندارد و همه‌جانبه بررسی کنند؛ از زنجیره‌ی تأمین مواد اولیه و خطوط تولید گرفته تا سال‌ها رانندگی در خیابان‌ها و در نهایت، فرایند بازیافت.

آیا صنعت پرهیاهوی خودروهای برقی واقعا قرار است بحران آلودگی را برای همیشه حل کند یا اینکه صرفا مشکلات را از جایی به‌ جای دیگر منتقل می‌کند؟

شاید تصور کنید موج فراگیر خودروهای برقی پدیده‌ای نوظهور است و به‌لطف پیشرفت‌های قرن بیست‌ویکم، ساختارهای صنعت دیرینه‌ی خودروسازی را تغییر می‌دهد؛ اما اگر دفتر تاریخ را ورق بزنیم، می‌بینیم که ریشه‌های این فناوری به اواخر قرن نوزدهم میلادی برمی‌گردد.

در آن سال‌ها، نخستین نسل از خودروهای برقی بی‌سروصدا، بدون بوی آزاردهنده و عاری از هرگونه دود، در خیابان‌های شهرهای بزرگ پرسه می‌زدند و حتی در رقابت با موتورهای احتراقی تازه‌نفس، دست بالا را داشتند.

اما با فوران چاه‌های ارزان‌قیمت نفت و کشف این حقیقت که سوخت‌های فسیلی مایع، انرژی بسیار بیشتری را در حجم کمتری ذخیره می‌کنند، ورق برگشت. مهندسی موتورهای احتراقی گوی سبقت را ربود و خودروهای الکتریکی برای نزدیک به یک قرن، به حاشیه تبعید شدند.

وقتی تفکر توسعه‌ی پایدار در محافل علمی و دانشگاهی جان گرفت، پژوهشگران متوجه شدند که برای قضاوت درباره‌ی آثار زیست‌محیطی یک فناوری جدید، دیگر نمی‌توان فقط به میزان دود خروجی از اگزوز در زمان مصرف بسنده کرد. همین تغییر نگاه، پایه‌گذار روشی شد که امروز آن را ارزیابی چرخه‌ی حیات می‌نامیم.

در دهه‌های گذشته، استانداردهای دقیق و بین‌المللی مثل ISO 14040 و ISO 14044 تدوین شدند تا چارچوبی علمی برای سنجش اثرات اکولوژیک فراهم کنند؛ سنجشی که از لحظه‌ی شکافتن خاک معادن برای استخراج مواد خام آغاز می‌شود و تا زمان اسقاط و بازیافت خودرو ادامه می‌یابد.

در همین مسیر، آزمایشگاه ملی آرگون در ایالات متحده، مدل پیشگامانه‌ای را طراحی کرد که به محققان اجازه می‌دهد میزان دقیق مصرف انرژی و آلایندگی وسایل نقلیه را شبیه‌سازی کنند.

تولد ابزارهای دقیق تحلیلی، به مجامع علمی قدرتی داد تا به‌دنبال پاسخ یک پرسش بنیادین بگردند؛ آیا فناوری‌های نوین واقعا قرار است بحران آلودگی را حل کنند یا اینکه صرفا محل تولید آلاینده‌ها را از خیابان‌ شهرهای توسعه‌یافته، به دودکش نیروگاه‌ها و معادن کشورهای درحال‌توسعه انتقال می‌دهند؟

برای اینکه بتوانیم پشت‌پرده‌ی دنیای خودروهای برقی را دقیق‌تر ببینیم؛ ابتدا باید با چند مفهوم پایه‌ای اما جذاب آشنا شویم تا نگاهمان به ارزیابی‌های زیست‌محیطی کاملا تغییر کند.

نخستین مفهوم یعنی رویکرد از گهواره تا گور (Cradle-to-Grave) به چارچوب کلی ارزیابی چرخه‌ی حیات اشاره دارد و مثل لنز واید تمام عمر یک محصول را به تصویر می‌کشد؛ از زمانی‌که مواد خام از دل معادن استخراج و فرآوری می‌شوند تا زمانی که قطعات شکل می‌گیرند و در کارخانه روی‌هم سوار می‌شوند؛ مسیری که سال‌ها رانندگی در خیابان‌ها را در بر می‌گیرد و در نهایت به ایستگاه آخر، یعنی فرآیند اسقاط، مدیریت پسماند و بازیافت خودرو ختم می‌شود.

برای اتومبیل بنزینی سنتی، مسیر از پمپ‌شدن نفت از چاه شروع می‌شود، به پالایشگاه می‌رود، در جایگاه‌های سوخت توزیع می‌شود و در نهایت درون موتور می‌سوزد؛ اما برای خودروی برقی، باید استخراج سوخت برای نیروگاه‌ها، بازدهی تولید برق، هدررفت وسیع انرژی در شبکه‌ها و خطوط انتقال و در نهایت، مصرف برق رسیده به موتور الکتریکی متصل به چرخ‌ها را محاسبه کنیم.

شاید با سومین مفهوم یعنی بدهی کربن آشنا باشید. شاید عجیب به‌نظر برسد؛ اما ساخت هر خودروی الکتریکی، به‌ویژه به‌خاطر فرآیند تولید باتری‌های سنگینش، در همان مرحله‌ی کارخانه حجم عظیمی از گازهای گلخانه‌ای را وارد جو زمین می‌کند که بسیار بیشتر از آلایندگی تولید هر خودروی بنزینی است؛ در واقع، خودروی برقی وقتی از خط تولید خارج می‌شود، بدهی بزرگی به طبیعت دارد.

دانشمندان علاوه‌بر شاخص‌های مبتنی‌بر کربن، از معیارهای دیگری مثل ارزیابی پتانسیل گرمایش جهانی، میزان مسمومیت برای انسان و آسیب‌های محیط‌زیستی هم برای مدل‌سازی ریسک‌های خودروهای برقی استفاده می‌کنند تا مشخص شود مواد شیمیایی و فلزات سنگین زنجیره‌ی تأمین چه خطراتی را به‌سلامت جوامع انسانی و اکوسیستم‌های آب شیرین تحمیل می‌کنند.

اگر به داده‌های علمی نگاه کنیم، متوجه تفاوت جالبی میان خودروهای برقی و بنزینی می‌شویم. خودروهای بنزینی یا دیزلی، در طول سال‌ها رانندگی و با سوزاندن سوخت در جاده‌ها، آلودگی‌شان را به‌مرورزمان وارد هوا می‌کنند؛ اما خودروی برقی چطور پیش‌از آنکه حتی یک متر روی آسفالت خیابان راه برود، بخش بزرگی از آسیب زیست‌محیطی‌اش را در همان کارخانه‌های تولید باتری به طبیعت تحمیل کرده است.

تحقیقات نشان می‌دهند که تولید یک خودروی برقی معمولا بین ۵۰ تا ۷۰ درصد بیشتر از ساخت یک خودروی بنزینی هم‌رده، گازهای گلخانه‌ای روانه‌ی جو می‌کند؛ درست به‌دلیل ساختار پیچیده‌ی باتری‌ها.

پیش‌از هر چیز فرایندهای معدن‌کاوی، تصفیه‌ی شیمیایی عمیق و پالایش حرارتی فلزاتی نظیر لیتیوم، کبالت، نیکل و گرافیت به مقادیر عظیمی انرژی و مواد شیمیایی نیاز دارد. پس‌از استخراج مواد اولیه، مرحله‌ی مونتاژ سلول‌های باتری در کارخانه‌های بزرگ، یکی‌از پرچالش‌ترین مراحل کار از نظر مصرف برق و انرژی به‌شمار می‌رود.

در مرحله‌ی مونتاژ، داخل سلول‌ها باید در اتاق‌هایی موسوم به اتاق‌های خشک رطوبت‌گیری شود. این اتاق‌ها باید رطوبت نسبی زیر یک درصد و نقطه‌ی شبنم بسیار پایینی داشته باشند و حفظ چنین شرایط دشواری، مصرف برق خیره‌کننده‌ای را به شبکه‌ی انرژی منطقه تحمیل می‌کند.

البته ترکیب شیمیایی باتری‌ها هم در بدهی کربنی نقش مهمی دارد. بررسی‌ها نشان می‌دهند باتری‌های لیتیوم آهن فسفات (LFP) چون نیازی به فلزات پردردسر و انرژی‌بری مثل کبالت و نیکل ندارند، در مقایسه با باتری‌های لیتیوم نیکل منگنز کبالت (NMC)، انرژی کمتری مصرف می‌کنند و خطر کمتری برای گرمایش زمین دارند.

بااین‌حال حتی تولید همین باتری‌های بهینه‌تر هم از تولید قطعات فلزی یک موتور احتراقی، آلایندگی بسیار بیشتری دارد و در یک نگاه کلی، تقریبا نیمی از کل ردپای کربنی برای تولید یک خودروی برقی، منحصرا به پکیج باتری آن مربوط می‌شود.

وقتی خودروی برقی وارد جاده می‌شود، ورق کاملا به نفع محیط‌زیست برمی‌گردد. اولین برگ برنده‌ی غیرقابل‌انکار این خودروها، راندمان مکانیکی و ترمودینامیکی خیره‌کننده‌ی موتورهایشان است. بهترین و پیشرفته‌ترین موتورهای احتراق داخلی در نهایت بین ۲۰ تا ۳۵درصد از انرژی سوخت را به حرکت تبدیل می‌کنند و مابقی را به‌شکل حرارت، اصطکاک و گازهای داغ اگزوز هدر می‌دهند؛ درحالی‌که سیستم‌های محرکه‌ی الکتریکی با بازدهی ۸۷ تا ۹۱درصدی کار می‌کنند.

اما پاسخ به این پرسش که برق مصرفی از کجا تأمین می‌شود و آیا آلاینده‌تر از سوخت‌های مرسوم نیست، کاملا به موقعیت جغرافیایی و مفهوم ترکیب شبکه‌ی برق منطقه‌ای بستگی دارد.

داده‌های علمی نشان می‌دهند که میزان سبزبودن یک خودروی برقی اصلا پدیده‌ای ثابت نیست و باتوجه‌به منبع تأمین انرژی الکتریکی در آن جغرافیا تعیین می‌شود. براساس گزارش آژانس محیط‌زیست اروپا درباره‌ی شدت کربن در شبکه‌های برق، کشورهایی که سبد انرژی پاکی دارند، در این زمینه به‌طرز قابل‌توجهی کارآمد هستند.

شبکه‌ی برق فرانسه را در نظر بگیرید که اتکای زیادی به نیروگاه‌های هسته‌ای و انرژی‌های تجدیدپذیر دارد و شدت کربن تولید برق به‌اندازه‌ای ناچیز است که خودروهای الکتریکی می‌توانند بیش‌از ۸۰درصد پاک‌تر از معادل‌های بنزینی خود عمل کنند.

در کشورهایی که به شبکه‌ی برق ترکیبی روی آورده‌اند؛ مثل ایالات متحده یا میانگین کشورهای اتحادیه‌ی اروپا که سبد انرژی از گاز طبیعی، انرژی هسته‌ای و منابع تجدیدپذیر تشکیل می‌شود؛ خودروهای برقی همچنان با اختلاف بیش‌از ۶۰درصدی، برنده‌ی قطعی کاهش گازهای گلخانه‌ای شناخته می‌شوند.

جدول زیر براساس گزارش چشم‌انداز جهانی خودروهای برقی آژانس بین‌المللی انرژی و ارزیابی‌های شورای بین‌المللی حمل‌ونقل پاک، وضعیت کاهش آلایندگی را در شبکه‌های مختلف با هم مقایسه می‌کند:

علاوه بر منبع تولید برق، کارایی باتری‌ها تحت‌تأثیر اقلیم و دمای محیط هم قرار می‌گیرد. پژوهش‌های اقلیمی دانشگاه‌های چین نشان می‌دهند که در مناطق بسیار سرد، مزیت‌های خودروهای الکتریکی تا حد زیادی مخدوش می‌شود.

برای مثال سرمای شدید زمستانی در استان‌های شمالی چین، بازدهی شارژ و دشارژ خودروها را تا ۵۹درصد کاهش می‌دهد. به‌علاوه در چنین هوایی راننده مجبور است برای گرم‌کردن کابین فشار مضاعفی به باتری بیاورد و همین امر باعث افزایش ۷۰درصدی انتشار فصلی آلاینده‌ها می‌شود. در چنین مناطقی مزیت زیست‌محیطیِ کل چرخه‌ی حیات خودروی برقی، به عدد ناچیز ۱۴درصد سقوط می‌کند.

باتوجه‌به آلایندگی سنگین مرحله‌ی تولید خودروهای الکتریکی، منتقدان این صنعت همیشه می‌پرسند چه مسافتی باید طی شود تا یک خودروی برقی بتواند بدهی اولیه‌ی خود را در جاده صاف کند؟

تحقیقات آزمایشگاه ملی آرگون بر پایه‌ی مدل GREET نشان می‌دهد که اگر در خیابان‌های اروپا یا ایالات متحده با شبکه‌ی برق متوسط رانندگی کنید، خودروی الکتریکی شما برای جبران بدهی کربنی کارخانه، به چیزی حدود ۱ تا ۲ سال رانندگی عادی شهری نیاز دارد. پس‌از این مدت، خودرو واقعا «سبز» می‌شود و هر کیلومتری که طی می‌کنید به منزله‌ی صرفه‌جویی خالص برای جو زمین محاسبه می‌شود.

تصور کنید یک خودروی برقی به‌جای اینکه ۱۵۰ تا ۲۰۰هزار کیلومتر عمر کند، به‌خاطر یک تصادف شدید یا خرابی زودهنگام باتری و جایگزین‌نشدن آن، روی عدد ۱۰۰هزار کیلومتر به پایان خط برسد و اسقاط شود. در این سناریو، تمام مزیت‌های بزرگ مربوط به مقابله با گرمایش جهانی دود می‌شود و به عدد ناچیز ۹ تا ۱۴درصد نسبت به خودروهای بنزینی سقوط می‌کند.

بدین‌ترتیب کیفیت ساخت و مهندسی دوام در صنعت خودروهای برقی صرفا یک ویژگی تجاری نیست و شرط اصلی و ضروری نجات محیط‌زیست محسوب می‌شود.

سیاست‌گذاران در سراسر جهان بیشتر تمرکزشان را روی کاهش دی‌اکسیدکربن گذاشته‌اند؛ اما با نگاه تک‌بعدی بقیه آسیب‌ها را نمی‌بینیم.

براساس مطالعه‌ی نظام‌مندی که در پایگاه علمی PubMed منتشر شده است، تأمین فلزات حیاتی برای ساخت باتری‌ها، به معدن‌کاوی‌های بسیار تهاجمی در سطح جهانی نیاز دارد؛ اتفاقی که می‌تواند معیارهای مسمومیت انسانی و اسیدی شدن محیط‌زیست را به‌شکل نگران‌کننده‌ای بالا ببرد.

مواد شیمیایی به‌جامانده از فرآوری مس، نیکل و کبالت، می‌توانند سفره‌های آب زیرزمینی را به‌شدت آلوده کنند و استخراجشان، آسیب‌های جدی به تنوع زیستی وارد می‌کند. از منظر تخریب منابع معدنی هم که نگاه کنیم، تولید یک خودروی برقی چندبرابر یک خودروی سنتی، به منابع فلزی زمین نیاز دارد.

این روزها بسیاری از کشورهای پیشرفته، قوانین سخت‌گیرانه‌ای برای موتورهای احتراقی وضع کرده‌اند و درصد بالایی از ریزذرات معلق در هوای کلان‌شهرها از ساییده‌شدن لاستیک‌ها، لنت ترمز و فرسایش سطح جاده‌ها تولید می‌شود.

خودروهای الکتریکی به‌خاطر پکیج سنگین باتری‌هایشان، فشار بیشتری بر تایرها وارد می‌کنند و پتانسیل سایش لاستیک بالاتری دارند؛ هرچند ترمز احیاکننده نیاز به استفاده از لنت ترمز فیزیکی را کاهش می‌دهد و آلودگی ذرات ترمز را کم می‌کند.

در همین زمینه، محققان دانشگاه لیدز انگلستان در یک مطالعه‌ی موردی پیش‌بینی کرده‌اند که با حذف خودروهای احتراقی تا سال ۲۰۴۰، گازهای سمی خروجی از اگزوزها تقریبا ۱۰۰درصد کاهش پیدا می‌کند و جلوی مرگ‌های زودرس زیادی گرفته می‌شود.

درعین‌حال مجموع ذرات ریز معلق در هوای شهرها به‌خاطر وزن سنگین‌تر ناوگان جدید، کمی افزایش خواهد یافت؛ یعنی در آینده کنترل سایش لاستیک‌ها هم به قوانین جدیدی نیاز خواهد داشت!

وسایل نقلیه‌ی پلاگین هیبریدی (PHEV) که اغلب به‌عنوان فناوری انتقالی ایده‌آل معرفی می‌شوند، براساس تحلیل‌های رفتار واقعی رانندگان در جاده‌ها ناامیدکننده ظاهر شده‌اند. رانندگان این خودروها تمایل چندانی برای شارژ مداوم باتری ندارند و بخش عمده‌ی مسافت‌ها را در حالت احتراقی طی می‌کنند. در نتیجه در طول چرخه حیات خود تنها حدود ۲۶درصد انتشار کربن را کاهش می‌دهند و عملا بیش‌از دوبرابر خودروهای تمام الکتریکی آلودگی ایجاد می‌کنند.

با نگاهی به افق دهه‌های پیش‌رو انتظار داریم پروفایل زیست‌محیطی وسایل نقلیه‌ی الکتریکی پدیده‌ای ایستا نباشد و با تحولاتی بنیادین در زنجیره‌ی ارزش، به‌طور مستمر پایدارتر شود.

برخلاف خودروهای بنزینی احتراق داخلی که با گذر زمان قطعات مکانیکی‌اش مستهلک‌تر می‌شوند و مصرف سوخت و آلایندگی‌شان بالا می‌رود، خودروهای برقی با گذشت زمان به‌صورت خودکار پاک‌تر می‌شوند؛ چراکه شبکه‌های تولید برق ملی در سراسر جهان در حال تعطیلی نیروگاه‌های زغال‌سنگی و جایگزینی آن‌ها با مزارع بادی و خورشیدی‌اند.

با این روند کربن‌زدایی، خودروهایی که در سال‌های آینده به خیابان‌ها می‌آیند، برقی بسیار پاک‌تر مصرف می‌کنند و در طول عمرشان آلودگی به‌مراتب کمتری تولید خواهند کرد.

تحول بزرگ دوم با حرکت قطعی به‌سمت اقتصاد چرخشی و بازیافت پیشرفته رقم می‌خورد. چالش اساسی آسیب‌های معدن‌کاوی و خطرات مسمومیت انسانی، تنها با اتخاذ رویکرد از گهواره تا گهواره (Cradle-to-Cradle) مهار می‌شود. این دیدگاه می‌گوید پایان عمر یک محصول دیگر نباید به‌معنای تبدیل‌شدنش به زباله باشد؛ بلکه قطعات و مواد آن باید دوباره متولد شوند و به‌عنوان مواد اولیه به چرخه‌ی تولید برگردند.

از طرف دیگر، اخیرا شاهد این ایده‌ی کاربردی بوده‌ایم که باتری‌های مستهلکی که ظرفیتشان به زیر ۸۰درصد رسیده است، دور انداخته نمی‌شوند و به‌عنوان سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی در شبکه‌های محلی به‌کار می‌روند؛ فرایندی که عمر مفید این محصولات را به‌طرز چشمگیری طولانی‌تر خواهد کرد.

در حال حاضر شرکت‌هایی مانند مومنت انرژی کانادا، ردوود متریالز آمریکا و ولت‌فانگ آلمان برنامه‌ی استفاده از باتری‌ها در چرخه‌ی عمر دوم را در مقیاس صنعتی اجرا می‌کنند و پروژه‌ی مشترک شرکت نیسان و فرودگاه رم نیز برهمین اساس پیش می‌رود.

در نهایت، باید به تکامل علم شیمی در ساخت باتری‌ها اشاره کنیم. مهاجرت از ترکیبات مبتنی‌بر کبالت به‌سوی استفاده‌ی گسترده از باتری‌های لیتیوم آهن فسفات و در آینده‌ی نزدیک، تجاری‌سازی باتری‌های حالت جامد می‌تواند با کاهش وزن خودرو و بالابردن طول عمر مفید آن، مفهوم پایداری و دوستدار محیط‌زیست بودن را در این صنعت از نو تعریف کند.

بررسی دقیق همه‌ی آمارها و تحقیقات به سؤال ابتدایی ما پاسخ روشنی می‌دهد؛ خودروهای برقی از منظر زیست‌محیطی، حتی باوجود تمام چالش‌هایی که در مسیر تولیدشان وجود دارد، گزینه‌ای به‌مراتب مطلوب‌تر و منطقی‌تر از خودروهای بنزینی‌اند و ادعای آلودگی بیشتر آن‌ها به‌دلیل وابستگی به برق فسیلی، یک مغالطه‌ی علمی است.

موتورهای الکتریکی به‌قدری کارآمدند که حتی اگر برقشان از نیروگاه‌های سنتی تأمین شود، باز هم در تمام طول عمرشان کمتر از خودروهای بنزینی کربن تولید می‌کنند؛ اما پاک‌بودن این خودروها مفهومی مطلق نیست. در واقع، با ورود به عصر خودروهای الکتریکی، بیشتر با جابه‌جایی مکان و ماهیت آلودگی روبه‌رو شده‌ایم.

توسعه‌ی پایدار واقعی، فراتر از تغییر فناوری خودروها، استراتژی هماهنگ سه‌گانه‌ای می‌طلبد؛ رشد ظرفیت انرژی‌های تجدیدپذیر در شبکه‌های توزیع برق، سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌های بازیافت مواد معدنی برای تحقق اقتصاد چرخشی و بهبود طراحی شهری به‌منظور کاهش وابستگی به خودروهای شخصی.