מכוניות חשמליות מחממות מנועים

מספר יצרני הרכב המציבים על המדפים דגמים של כלי רכב חשמליים המצויים בשלבי פיתוח או לקראת יציאה לשווקים מתגבר, ועמו מתלהטים הוויכוחים אודות הסיכויים והסיכונים של כלי הרכב החשמליים לעבור בהצלחה את מבחני השווקים.

מתחילת הורתם של כלי הרכב המנועיים נערכו ניסיונות שונים להפעיל את המנועים באמצעים שונים, ובהם גם באמצעות חשמל. במבחני הזמן עד כה ניצחו ללא הספק הדלקים המאובנים הנוזליים, ובעיקר הנפט ותוצריו, כמקורות נבחרים להנעת כלי רכב באמצעות מנועי בעירה פנימית. למרות היתרונות הרבים של הנעת כלי רכב המבוססת על אנרגיה כימית האגורה בחומרי דלק נוזלים המוכנים בבטן האדמה, ולמרות ההשקעות הרבות בשיפור ושכלול מנועי הבעירה, המתחרים של הנעת הדלקים מנסים מעת לעת להרים ראש ולקרוא תגר על המצב הקיים.

המניעים למציאת תחליפים מתחרים להנעת כלי רכב באמצעות דלקים מאובנים נוזלים שונים ומשתנים. מניעים אלו נובעים, בין השאר, מרצון ליצור תחרות מסחרית לשרשרת האספקה החיונית של הדלקים הנוזליים, משאיפות להחליש את כוחם הכלכלי והמדיני של מספר מדינות שזכו בעושר טבעי רב כתוצאה משליטה על מרבצי נפט, מחשש כי מאגרי הנפט המצויים בבטן האדמה יתכלו, או מפחד כי בעירה מוגזמת של דלקים מאובנים משפיעה על אקלים כדור הארץ ועלולה להיות הרסנית לחיים על כוכב זה ולבריאות תושביו.אחת הטענות המועלות בארצות הברית כנגד השימוש בדלקים מאובנים נוזליים מבוססת על הנימוק לפיו דם החיילים וההון הרב שהושקעו במלחמות לשמירה על ביטחון ויציבות המפרץ הפרסי הם סובסידיה לא מוצדקת לתעשיית הנפט. טענה זו מדגימה את אחת הזוויות החריפות בדיון לוהט על העלות והתועלת של השימוש בדלקים מאובנים נוזליים. יהיו המניעים למאבקים על אופן הנעת התחבורה אשר יהיו, אין ספק כי התחרות בין תומכי הדלקים המאובנים הנוזליים לאלו המחפשים להם תחליפים, אינה תחרות המבוססת על טהרת השכל, המדע וקור הרוח, אלא תחרות המהולה ברגשות סוערים במחנות המנוגדים, ומלובה באינטרסים כלכליים וברגשות, כמו פחד, בהלה, שנאה, קנאה ותאוות בצע.

בעשורים האחרונים –בתנודתיות, המושפעת ממחירי הנפט, ממתחים גיאופוליטיים ומעליית מודעות לסיכונים הכרוכים ב-“אפקט החממה” ובשינוי אקלים כדור הארץ – נעשים בעולם מאמצים שונים של מחקר ופיתוח למצוא תחליפיםלדלקים המאובנים הנוזליים בכלל, ותחליפים למנועי הבעירה הפנימית המונעים בדלקים מאובנים נוזלים בפרט. מאמצים אלו זוכים מעת לעת לגיבוי מדיני על ידי ממשלות שונות בעולם המפותח, כשהתחליפים בהם תולים תקוות עולים ויורדים כלהיטים במצעדי הפזמונים, בהתאם לכושר השכנוע והדבקות של המפתחים מצד האחד, והאמונה וההתלהבות של חסידיהם מצד שני. בין האפשרויות השונות שהועלו כתחליפים לדלקים המאובנים הנוזליים עלו כהצעות מעשיות שימוש בגז טבעי או בהפיכת דלקים מוצקים, ובעיקר פחם, לדלקים נוזליים, שימוש בדלקים ביולוגיים שמקורם בחי ובצומח, או שימוש בחומרי בעירה שאינם מאובנים, כמו מימן. הצעות אחרות מבקשות לעשות שימוש במנועים חשמליים. אנרגיה חשמלית ניתן להפיק מדלקים מאובנים נוזלים, אך גם ממקורות מגוונים אחרים, ובהם מדלקים מאובנים במצבי צבירה שונים, כמו גז טבעי או פחם מוצק, מאנרגיה אטומית, מאנרגית שמש ישירה, מרוח או מגלים.ברחבי העולם הושקעו מאמצים שונים בפיתוח מאגרי אנרגיה שונים הניתנים לניוד, כמו פיתוח סוללות חשמליות, “תאי דלק”, גלגלי תנופה, קפיצים מכניים או מכלים דחוסים בנוזל או גז. בנוסף ראוי להזכיר בהקשר זה פיתוח של כלי רכב בני כלאיים, המבקשים לשלב בהנעה הן מנועי בעירה והן מנועיים חשמליים, כשהם מחפים זה על חסרונותיו של זה.

נדמה כי בשנים האחרונות מגמת פיתוח כלי רכב חשמליים מאפילה על מגמות מתחרות שקודמו בעשורים האחרונים, כמו רכבים מונעים במימן או בביו-דלקים. לפי דיווחים של יצרניות רכב מבוססות, בשלוש השנים הבאות צפוי להופיע בשווקים מספר חסר תקדים של דגמי כלי רכב חשמליים. חברת “ניסאן” הודיעה כי בדצמבר הקרוב תשיק מכונית חשמלית עירונית המכונה “Leaf”, “ג’נרל מוטורס” הודיעה כי היא צפויה להשיק את דגם ה-“וולט”, חברת “קודה אוטומטיב” שמרכזה בסין, הודיעה על הפצה קרובה של רכב חשמלי, וחברת “טסלה מוטורס” מקליפורניה חנכה לאחרונה מפעל לייצור רכב חשמלי. יצרניות רכב נוספות אינן מאחרות להציג דגמים של כלי רכב חשמליים מתוצרתם שיהיו מוכנים לשיווק בשנים הקרובות, ובהן, “מיצובישי”, “פורד”, “טויוטה”, “הונדה”, “פיאט”, “רנו” ו-“סמארט”.

מנועים חשמליים פועלים בהצלחה למעלה ממאה שנים בשימושים תעשייתיים וביתיים ואין ספק כי מדובר במנועים אמינים ויעילים המסוגלים להניע כלי תחבורה. מתחילת המאה העשרים מנועים חשמליים הניעו  מערכות תחבורה ציבורית עירוניות באמצעות “חשמליות” ואוטובוסים חשמליים, רכבות חשמליות מהירות פועלות ברחבי העולם בתנועה בין עירונית למרחקים ארוכים, וכלי רכב חשמליים משמשים שנים רבות להנעת נוסעים במגרשי גולף, להנעת מלגזות במחסנים, או לתחבורה פנימית בקמפוסים ובתי חולים. נקודות התורפה של כלי הרכב הפרטיים החשמליים נובעות בעיקר מהקושי לאגור אנרגיה בסוללות חשמליות, באופן שמחיר הסוללות, משקלן, צפיפות האנרגיה ונוחות השימוש בהןתהיה תחרותית לאגירת אנרגיה במכלי דלק. הערכות עתידיות בדבר ההתפתחויות הטכנולוגיות בתחום סוללות החשמל מעוררים דיונים סוערים.

מחיר הסוללות וחבילת הרכב החשמלי

לפי מחקרים שונים שנערכו בעולם, גורלו של הרכב החשמלי ייקבע על ידי שוק הצרכנים בעיקר באמצעות השוואת העלות של הרכב לתועלת שהוא מספק לצרכן בהשוואה לכלי הרכב המסורתיים, בהם הוא מתחרה. השיקולים הגיאופוליטיים והסביבתיים עשויים להניע ממשלות לתמוך, לתמרץ ולעודד מעבר לכלי הרכב חשמליים על חשבון תמיכה בתעשיית הנפט, אך החישובים האישיים של הצרכנים יקבעו את הצלחת הרכב החשמלי בשווקים.

כיום מחירי חבילות סוללות לכלי רכב חשמליים גבוהים ועשויים להגיע עד כדי חצי ממחיר הרכב. לדוגמא, ברכב החשמלי מדגם “ניסאן ליף” מחיר הרכב בארצות הברית צפוי להיות 33,000 דולר, כאשר עלות הסוללות כ – 15,000 דולר. מחיר חבילת הסוללות של ה-“ניסאן ליף” לבדה גבוהה מעלות כוללת של מכונית דומה בעלת מנוע מסורתי. העובדה שאורך חייהן של הסוללות קצר והוא מוערך בשלוש שנים, מחריפה את הבעיה, שכן בעל הרכב יידרש להשקיע מחיר משמעותי בחבילת סוללות יקרה, מידי כמה שנים. כתשובה לעלות היחסית הגבוהה של סוללות החשמל, חשוב לציין כי יעילות גבוהה של צריכת אנרגיה ועלות נמוכה בהוצאות תחזוקה של כלי רכב חשמליים, בהשוואה לכלי רכב מסורתיים, צפויים לקזז את העלויות הגבוהות של הסוללות לכלי רכב חשמליים בהשוואה לכלי הרכב המקובלים.

הנחה רווחת ביחס לטכנולוגיות חדשות היא שמחירן הולך ונעשה זול יותר לאורך זמן ככל שהן חודרות לשווקים, מיוצרות בקנה מידה רחב, מבשילות, מתייעלות ומעוררות תחרות. הנחה זו עומדת ביסוד “חוק מור”,שהתפרסם בתעשיית שבבי המחשבים, והיא עמדה לנגד עיניהם של מומחים ממחלקת האנרגיה בארצות הברית, שהציבו לתעשייה מטרה שאפתנית להוריד את עלות הסוללות לכלי רכב בשיעור של 70% בתוך 5 שנים, בתקופה 2009 – 2014. מחקר שפורסם על ידי צוות מומחים מהאקדמיה הלאומית למדעים בארצות הברית טוען כי, בניגוד לציפיות ולתקוות, ההנחה שמחירי חבילות הסוללות לכלי רכב ירדו באופן משמעותי בתוך 5 שנים לא תתקיים. לטענת עורכי המחקר, הסוללות החדשניות שנועדו לאגור אנרגיה בצפיפות גבוהה בתוך כלי רכב מורכבות ממתכות נדירות יחסית, כמו ניקל, מגנזיום, קובלט או ליתיום, שהביקוש להם עלול להעלות את מחירם, ולהוסיף לעוצמתם של מפיקי הנפט את עוצמתם של חוצבי המתכות המשמשות לייצור סוללות.ייצור חבילות סוללות ניקל- מטאלהידריד המשמשים בכלי רכב כלאיים עבר התייעלות מדודה, וגם ייצור סוללות ליתיום יון חדשניות יותר עבר עד היום תהליכי התייעלות והבשלה, כך שהשיפורים מכאן ואילך צפויים להיות מדודים וממושכים, אך לא לחולל מהפכות. בנוסף נטען כי הפיכת חבילות סוללות לכלי רכב למוצר נפוץ יחייבו תקנים חדשים של אמינות, בטיחות ועמידות, שעלולים לגרום לתוספת עלויות וייקור המוצרים.

אגירת אנרגיה בסוללות חשמל

האנרגיה שניתן לאגור בסוללות החשמל המיועדות להנעת כלי רכב חשמליים מוגבלת ביחס לצרכי התנועה המקובלים. מגבלה זו דורשת שימוש בסוללות כבדות המורכבות מתאים רבים, כאשר גם הם מאפשרים טווח נסיעה מוגבל יחסית בין טעינה לטעינה. כאשר מלבד האנרגיה הנדרשת להנעה נצרכת אנרגיה למטרות מיזוג האוויר בכלי הרכב, התחרות של כלי הרכב החשמליים בכלי הרכב המסורתיים הופכת לקשה הרבה יותר.

כדי להתגבר על מגבלות הסוללות,מעבדות שונות בעולם עוסקות בפיתוח סוללות מחומרים חדשים, כמו פולימרים או פוספטים. מלבד הסוללות המבוססות על אגירת אנרגיה כימית בחומרים חדשים נמצאים בהליכי מחקר ופיתוח מאגרי אנרגיה ניידים המבוססים על תפיסות שונות, כמו “תאי דלק”, או “גלגלי תנופה”, שעשויים להיות יעילים יותר מהסוללות המבוססות על אגירת אנרגיה כימית.

פתרון נוסף למגבלת טווח הנסיעה מוצע על ידי חברת “בטר פלייס” – פריסת תשתית רחבה של תחנות להחלפה מהירה של מצברים, למקרים בהם טעינת לילה לא תספיק לצרכי הנוסעים.

כיוון אחר של פתרון הוא שימוש בכלי רכב קלים וצמומים,שלהנעתם נדרשת פחות אנרגיה, ובכלל זה פיתוח כלי רכב מחומרים חדשים, קלים אך בעלי חוסן ועמידות בתאונות.

שלל הפתרונות להגדלת צפיפות האנרגיה בסוללות כלי הרכב החשמליים צריך לענות גם לנטיות אופייניות של צרכנים למתוח את הגבולות נוכח כל פתרון החודר לשווקים. נוכח נטיות אלו כל שיכלול צפוי לעורר ביקושים לכלי רכב כבדים יותר, בעלי סוללות המסוגלות לספק אנרגיה לטווח נסיעה ארוך יותר, לעוצמה רבה יותר ולפחות מחזורי טעינה.

השפעות סביבתיות

כלי רכב חשמליים נועדו, בין השאר, לפתור, או להקטין, את בעיות זיהום האוויר ופליטות “גזי החממה” הנוצרים כתוצאה מבעירת דלקים מאובנים במנועי בעירה פנימית. החשש הוא שכלי רכב חשמליים יתגלו כפתרון קצר טווח המעורר בעיות חדשות. הפליטות והזיהום שעלולים להיגרם במהלך ייצורם של סוללות חשמליות לכלי רכב רבים והפסולת שתיוצר כאשר סוללות רבות יגיעו לסוף חייהן יעוררו בעיות סביבתיות חדשות שלא ניתן להקל בהן ראש. חברת “ניסאן” טוענת כי הסוללות של “ניסאן ליף” ימוחזרו במתקנים ייעודים. יש לקוות כי מחזור הסוללות אפשרי במחיר סביר מבלי להותיר עקבות משמעותיות על הסביבה. מחזור יעיל עשוי בעתיד לחסוך בכריית חומרי גלם לייצור סוללות, להאריך את חיי הסוללות ולהוזיל את מחירן.

במקומות שונים בעולם חשמל מיוצר בתהליכים שהם באופן יחסי “ידידותיים לסביבה”, כמו בתחנות כוח הידרו-אלקטריות, מחוללי חשמל מאנרגית השמש, אנרגיית הרוח, או מאנרגיה גרעינית. אך ברוב העולם חשמל מיוצר בתחנות כוח באמצעות הבערת פחם, שהוא חומר בעירה נפוץ וזול יחסית הפולט זיהום רב,  או באמצעות הבערת דלקים והמרת האנרגיה הכימית האגורה בהם לאנרגיה חשמלית. במקומות אלוהעברת הזיהום מבעירה בכלי רכב אישיים לבעירה בתחנות כוח והולכת אנרגיה חשמלית במערכת קווי חשמל מפזרים עלולה לקזז את החיסכון של כלי הרכב החשמליים בפליטות מזהמים וגזי חממה. יחד עם זאת ראוי לציין את החשיבות בריכוז הפליטות ממפלטים רבים של כלי רכב לארובות בודדות בתחנות כוח, כך שניתן לטפל בהם ביעילות מוגברת ולבודד אותם מאזורים מאוכלסים וצפופים.

בטיחות ואמינות

חלק מהחומרים המשמשים להרכבת סוללות חדשות, כמו סוללות הליתיום יון, מעורר סכנות של נפיצות והתלקחות. יצרני הסוללות מתמודדים עם אתגרים אלו באמצעות מארזים בטיחותיים ובקרה אלקטרונית על התנאים בהם נמצאים תאי הסוללות, אך סוללות אלו עדיין לא עמדו במבחנים מעשיים ארוכי טווח, בתנאי מזג אוויר שונים, באזורים גיאוגרפיים שונים, או במצבים חריגים כמו תאונות דרכים.

תפוקת ייצור חשמל

צרכני התחבורה הם צרכני אנרגיה כבדי משקל. המרת צי גדול של כלי רכב באזור נתון מהנעה בדלקים להנעה חשמלית מעוררת אתגרים לכושר ייצור החשמל באותו אזור. לאתגרים אלו מספר תשובות: ראשית, יש להניח כי המעבר מכלי רכב מסורתיים לכלי רכב חשמליים יערך באופן מדורג וייתן אפשרות לחברות האנרגיה להתארגן לקראת המצב החדש. שנית, יש להניח כי כלי הרכב החשמליים ייטענו ויאגרו את מרבית האנרגיה הנדרשת להם בשעות הלילה, בהם קיים כושר ייצור חשמל עודף. שלישית, אגירת אנרגיה בכלי רכב רבים עשויה לשמש אמצעי לוויסות אנרגיה. רביעית, יש לייחל לכך שכושר ייצור חשמל ממקורות אנרגיה מתחדשים ובעיקר מהשמש והרוח יגבר. ייצור חשמל באמצעות מתקנים ביתיים רבים המנצלים את אנרגיית השמש ומזרימים אותהכחשמל לכלי רכב משפחתיים עשוי ליצור תמריץ להגדלת קיבולת הייצור של חשמל “נקי”.

טכנולוגיות מתחרות

כפי שאוזכר, בעשורים האחרונים מתפתחות טכנולוגיות שונות המיועדות לספק תחליף לדלקים המאובנים, ובהם כלי רכב המונעים בביו-דלקים או במימן. אם טכנולוגיות אלו יפרצו דרכים חדשות הן עלולות לאיים על חדירת כלי הרכב החשמליים. גם כלי הרכב בעלי מנועי הכלאיים עשויים ליצור תחרות לכלי הרכב החשמליים הטהורים.תעשיית הרכב המסורתית אינה שוקטת על השמרים ומפתחת כלי רכב מסורתיים יעילים יותר בצריכת דלק, ומזהמים פחות. גם שיפורים אלה יוצרים איום על הצדקת כלי הרכב החשמליים.

סוף דבר

השינוי המתרגש בשוק כלי הרכב המנועיים, מלבה ומעורר דיונים סוערים מצד תומכים ומתנגדים של כלי הרכב החשמליים. דיונים אלו כוללים התייחסות רגשית לנושאים טכניים וטכנולוגיים ולהערכות בדבר התפתחויות טכנולוגיות. סערת הרגשות חורגת ומנותקת ממציאות שקטה וחזקה המתפתחת במעבדות ובמכוני מחקר בכיוונים שונים, אשר בסופו של יום צפויה להשפיע על הטכנולוגיה שתועדף על ידי הצרכנים ותגבר על מתחרותיה.

ביום 26.10.10, בשעה שמתרגשים דיונים בנושא עתידו של הרכב החשמלי,נשבר שיא עולמי חדש בנסיעת רכב חשמלי שעשוי להעמיד בצל דיונים רבים אודות הרכב החשמלי ומגבלות הסוללות שלו. רכב חשמלי  בן ארבעה מושבים מדגם “אודי A2”, שפותח על ידי חברה גרמנית, נסע נסיעה רגילה במשך 7 שעות ממינכן לברלין מרחק של כ – 600 קילומטרים, במהירות ממוצעת של כ – 90 קמ”ש כשהוא ניזון מסוללה חדשנית שנטענה מראש, ללא טעינת ביניים. הסוללה החדשנית פותחה על ידי ממציא גרמני צעיר שהקים חברת הזנק וזכה לסיוע ממשלתי. לדברי המפתח ניתן לטעון את הסוללה שפיתח בכל שקע חשמל רגיל, והיא יכולה להיטען במלואה בתוך 6 דקות.

קצב ההתפתחויות הטכנולוגיות בנושא כלי הרכב החשמליים וגורמי חוסר הודאות מעלים שאלות ציבוריות שונות, ובהן: מהי השיטה הנכונה לפזר סיכונים בהקצאת משאבים ותמיכות בטכנולוגיות מסוימות, או באפיקים טכנולוגיים מסוימים? כיצד יש לאזן בין פיזור סיכונים ומתן הזדמנות שווה לטכנולוגיות שונות לפרוץ דרכים, לבין השאיפה להמר על מה שנחזה כ-“סוסים בטוחים”? מהי המדיניות הציבורית שצריכה להיבחר כאשר מהמרים על טכנולוגיות מסוימות ולא על אחרות? או, מה היקף ההשקעות הציבוריות הרצוי לחדשנות בתחום כלי רכב?

מקורות וחומר לעיון:

Colliding with Reality, The problem with electric cars, Jonathan V. Last, 16.10.10

Here Comes the Revenge of the Electric Car, Herman K. Trabish, 27.10.10

High Battery Cost Curbs Electric Cars, Mike Ramsey, 17.10.10, Wall Street Journal

אתר “ניסאן ליף” בארצות הברית

German electric car sets world record, Stefan Nicola, 26.10.10.

Leave a Reply