Dyskusje internetowe bywają bezsensownymi przepychankami, ale czasami mogą też dostarczyć inspiracji. Pokazują, jakie kwestie budzą u dyskutantów wątpliwości, które warto by było wyjaśnić. Ostatnio takiej inspiracji dostarczyła naszemu koledze, Marcinowi Popkiewiczowi dyskusja, której tematem był rower elektryczny. Przeczytajcie, o co w niej chodziło i ile właściwie wynosi ślad węglowy użycia takiego pojazdu.
Gdy opublikowałem powyższy krótki tekst w mediach społecznościowych, pojawiła się lawina komentarzy, niektóre kompletnie odjechane, inne merytorycznie ciekawe. Postanowiłem więc zebrać tą dyskusję w uporządkowaną formę, po kolei:
1. Jakie jest zużycie energii podczas jazdy rowerem elektrycznym, zwykłym oraz autem spalinowym i elektrycznym?
2. Jakie są związane z tym emisje CO2?
3. Co się zmieni, gdy doliczymy emisje związane z produkcją pojazdu?
4. Inne wątki: a co z recyklingiem baterii?
1. Rower elektryczny, zwykłym oraz samochodem spalinowym i elektrycznym – zużycie energii podczas jazdy
Rower zwykły: na przejechanie 100 km rowerzysta spala ok. 2000 kcal = 8,4 MJ pochodzącej z jedzenia energii (przy czym zużycie energii zależy od masy osoby, wiatru, terenu i innych czynników).
Tu pojawia się pytanie: Czy w ogóle powinniśmy liczyć jako koszt energetyczny transportu wysiłek rowerzysty związany z jazdą na rowerze (czy to zwykłym czy elektrycznym), jest to przecież zdrowa porcja ruchu – gdyby nie jazda na rowerze, należałoby pójść na basen lub siłownię.
Osobiście, jeśli jest to jazda do godziny dziennie (dystans do ok. 20 km), nie postrzegam tego jako wydatku energetycznego związanego z transportem. O ile codzienne doświadczenie podpowiada, że w jakimś stopniu spożycie kalorii jest większe, to brakuje badań, które by to jednoznacznie potwierdzały i określały, o ile to spożycie się zwiększa, a istniejąca literatura daje mieszane wyniki (więcej w Brand 2021). Po konsultacji z ekspertem od tematu, dr Michałem Czepkiewiczem, jako najwłaściwsze oszacowanie przyjmiemy 1/3 z oszacowanych 8,4 MJ, czyli 2,8 MJ.
Na wykresie poniżej ta wartość została zaznaczona ciemnożółtą elipsą, cały zaś przedział 0-8,4 MJ/100 km został oznaczony półprzezroczystym jasnożółtym paskiem.
Rower elektryczny: średnie zużycie energii elektrycznej wynosi ok. 0,75 kWh = 2,7 MJ (podobnie jak przy jeździe zwykłym rowerem, zależąc od w/w czynników – mniej więcej w zakresie 0,5-1 kWh/100 km). Dodatkowo, ponieważ w standardowym rowerze elektrycznym moc silnika zależy od siły nacisku na pedały przez rowerzystę, on też zużywa energię – choć typowo zaledwie ok. 1/3 w stosunku do energii zużywanej przy braku wspomagania elektrycznego (czyli na przejechanie 100 km 1/3*2000 kcal = 2,8 MJ). Łącznie zużycie energii związane z normatywnym zużyciem kalorii to 2,7 + 2,8 MJ = 5,5 MJ/100 km, a przy przyjęciu szacowanej konsumpcji dodatkowego pokarmu w wysokości 1/3 spalonych kalorii (zgodnie z opisem w punkcie dot. zwykłego roweru) 2,7+0,9 = 3,6 MJ/100 km.
Podobnie jak w przypadku zwykłego roweru na wykresie wartość ta została zaznaczona ciemnożółtą elipsą, cały zaś przedział 0-5,5 MJ/100 km został oznaczony półprzezroczystym jasnożółtym paskiem.
Samochód elektryczny (klasa średnia): średnie zużycie energii elektrycznej jest na poziomie 18 kWh/100 km, czyli 65 MJ/100 km. W przypadku mniejszego samochodu elektrycznego byłoby to ok. 11 kWh/100 km, czyli 40 MJ/100 km.
Samochód spalinowy z silnikiem diesla (klasa średnia): średnie zużycie paliwa to ok. 7 l/100 km, czyli (przy energii paliwa 37 MJ/l) zużycie energii wyniesie ok. 260 MJ/100 km. W przypadku mniejszego samochodu o spalaniu 4 l/100 km, byłoby to 150 MJ/100 km.
Komentarz 1. Dlaczego zużycie energii przy jeździe zwykłym rowerem jest większe niż w przypadku roweru elektrycznego?
Ponieważ sprawność silnika elektrycznego (przekraczająca 90%), jest dużo większa od sprawności naszego organizmu w przetwarzaniu energii pokarmu na siłę naszych mięśni.
Komentarz 2. Podane zużycie samochodów nie obejmuje zużycia energii przed tankowaniem/ładowaniem.
W przypadku auta spalinowego jest to energia zużywana podczas poszukiwań ropy i budowy oraz działania instalacji wydobywczych, jej transportu, rafinacji i finalnie dostarczenia na stację benzynową (dodatkowe kilkanaście procent zużycia energii w stosunku do paliwa bezpośrednio spalanego w silniku). W przypadku samochodu elektrycznego nie uwzględniamy tu strat na przesyle (kilka procent), a także zużycia energii na zbudowanie i działanie źródeł energii (kolejne kilka procent w przypadku elektryczności ze źródeł OZE lub kilkanaście procent w przypadku elektrowni węglowych i kopalni pracujących na ich potrzeby).
Komentarz 3. Jeśli samochodem jedzie więcej osób, zużycie energii na osobę znacząco maleje.
To prawda – na wykresie zaznaczyłem kółkami zużycie energii na osobę w sytuacji, gdy samochodem jadą 4 osoby.
Komentarz 4. Podane zużycie paliwa/energii samochodu jest niewłaściwe…
W aucie spalinowym jadącym z umiarkowaną jednostajną prędkością w trasie „na ogonie” tira zużycie paliwa może być wyraźnie niższe od podanego; przy jeździe na krótkich dystansach w miejskich korkach dużo wyższe. W aucie elektrycznym zużycie energii w mieście jest niższe (lepsza praca silnika w szerokim zakresie obrotów oraz odzysk energii przy hamowaniu), może zaś wyraźnie rosnąć w skrajnie niskich temperaturach (potrzeba grzania). Dlatego w oszacowaniach przyjęte zostały wartości średniego rzeczywistego zużycie paliwa (nie w ekstremalnie sprzyjających lub niesprzyjających warunkach) pochodzące z portalu branżowego „Wybór Kierowców”.
2. Jakie są emisje CO2 związane z jazdą różnymi środkami transportu?
Rower zwykły: 2000 kcal w jedzeniu (spalane przy przejechaniu dystansu 100 km), w zależności od diety odpowiada emisji 3-7 kgCO2e, ze średnią wartością 5 kgCO2e.
Podobnie jak w punkcie dotyczącym zużycia energii z dodatkowej konsumpcji pokarmu przez rowerzystę, pojawia się pytanie: Czy w ogóle powinniśmy liczyć jako dodatkowe emisje CO2 związane z wysiłkiem rowerzysty.
Odpowiem podobnie jak w przypadku analogicznej kwestii odnośnie zużycia energii: osobiście, jeśli jest to jazda do godziny dziennie (dystans do ok. 20 km), to nie postrzegam tego jako wydatku energetycznego (i emisji) związanego z transportem. Pozostałe rozważania z punktu dotyczącego dodatkowego zużycia energii przez rowerzystę również pozostają w mocy. W związku z tym za najwłaściwsze oszacowanie przyjmiemy 1/3 emisji maksymalnych (1,6 kgCO2e/100 km), co jest też zgodne z oszacowaniami Czapkiewicz 2021.
Na wykresie ta wartość została zaznaczona ciemnożółtą elipsą, cały zaś przedział 0-5 kgCO2e/100 km został oznaczony półprzezroczystym jasnożółtym paskiem.
Rower elektryczny: przy średnim zużyciu energii elektrycznej 0,75 kWh/100 km i emisyjności polskiego miksu energetycznego w 2023 r. na poziomie 0,662 kgCO2/kWh (z energią elektryczną w ok. 2/3 pochodzącą z elektrowni węglowych) emisje związane z wyprodukowaniem energii elektrycznej wynoszą ok. 0,5 kgCO2. Do tego (patrz komentarz w dot. zużycia energii podczas jazdy rowerem elektrycznym), dochodzą emisje związane z wyprodukowaniem jedzenia rowerzysty (1/3 z 2000 kcal, czyli 1,7 kgCO2e). Łącznie maksymalne emisje to 0,5+1,7 = 2,2 kgCO2e, a przy przyjęciu emisyjności związanej z szacowaną konsumpcją dodatkowego pokarmu (zgodnie z opisem w punkcie dot. zwykłego roweru) 0,5+0,53 = 1,03 kgCO2e/100 km.
Podobnie jak w przypadku zwykłego roweru na wykresie wartość ta została zaznaczona ciemnożółtą elipsą, cały zaś przedział 0-2,2 kgCO2e/100 km został oznaczony półprzezroczystym jasnożółtym paskiem.
Samochód elektryczny (klasa średnia): przy średnim zużyciu energii elektrycznej 18 kWh i emisyjności polskiego miksu energetycznego w 2023 r. na poziomie 0,662 kg/kWh (z energią elektryczną w ok. 2/3 pochodzącą z elektrowni węglowych) emisje związane z wyprodukowaniem energii elektrycznej wynoszą 12 kgCO2. W przypadku mniejszego samochodu elektrycznego byłoby to 12 kWh * 0,662 kg/kWh = 8 kgCO2.
Samochód spalinowy z silnikiem diesla (klasa średnia): spalanie 1 l paliwa (diesel) wiąże się z emisją 2,65 kgCO2. Przy średnim zużyciu paliwa 7 litrów/100 km oznacza to emisję 18,5 kgCO2/100 km.
Dodatkowo do porównania dodajmy 12-metrowy autobus, w wersji spalinowej i elektrycznej:
Autobus elektryczny (w 1/4 pełen): zużycie energii na 100 kilometrów to ok. 150 kWh, co przy 20 pasażerach (odpowiada to rzeczywistemu średniemu napełnieniu autobusów w miastach, biorąc pod uwagę wszystkie kursy, w tym nocne i podmiejskie) daje zużycie energii 7,5 kWh/100 pkm. Dla polskiego miksu energetycznego oznacza to emisję 5 kgCO2/100 pkm.
Autobus spalinowy (w 1/4 pełen): typowe zużycie paliwa w wysokości 40 l/100 km przy 20 pasażerach daje zużycie paliwa 2 l/100 pkm, co oznacza emisję 5,3 kgCO2/100 pkm.
Komentarz 1. A co by było, gdyby prąd pochodził z samych elektrowni węglowych (emisja na poziomie 1 kgCO2/1 kWh)?
Jazda rowerem elektrycznym wiązałaby się z emisją 0,75 kgCO2 ze spalenia węgla (oraz dodatkowe 1,7 kg z produkcji żywności). Jazda średnim samochodem elektrycznym zaś 18 kgCO2, a mniejszym 11 kgCO2/100 km.
Widać, że nawet przy ładowaniu prądem pochodzącym z elektrowni węglowych, rower elektryczny jest bardzo niskoemisyjnym środkiem transportu.
Z drugiej strony, przy ładowaniu zeroemisyjnym prądem, emisje CO2 związane z jazdą rowerem elektrycznym (a także samochodem elektrycznym) mogą przestać być problemem dla klimatu.
Komentarz 2. Emisje 5 kgCO2/100 km, związane z produkcją żywności „zasilającej” rowerzystę na dystansie 100 km, są średnią – mogą być one jednak znacząco mniejsze, lub większe.
To prawda – na jednym biegunie będzie osoba żywiąca się własnoręcznie zebranymi dziko rosnącymi roślinami lub z własnego ogródka uprawianego bez użycia pestycydów, nawozów sztucznych itd.; na drugim biegunie będzie ktoś, kto objada się wołowiną lub w jeszcze bardziej skrajnym przypadku, np. świeżym sushi, które przyleciało samolotem z Japonii.
Komentarz 3. A co z innymi zanieczyszczeniami powietrza, takimi jak pyły czy rakotwórcze tlenki azotu (NOx)?
W tym przypadku rowery są absolutnie bezkonkurencyjne. Samochody elektryczne, nawet zasilane prądem z elektrowni węglowych (wyposażonych w dobre filtry), też są nie najgorsze – problemem pozostaje tylko pył ze startych opon. Samochody spalinowe pod tym względem są najgorsze (szczególnie będące naszą narodową specjalnością diesle z wyciętym filtrem).
Komentarz 4. Jeśli samochodem jedzie więcej osób, emisje CO2 na osobę znacząco maleją.
To prawda – kółka na paskach emisji przez samochody pokazują zużycie je w sytuacji, gdy samochodem jadą 4 osoby.
3. Co się zmieni, gdy doliczymy emisje związane z produkcją pojazdu?
Rower zwykły: Emisje związane z wyprodukowaniem standardowego roweru to ok. 100 kgCO2. Przyjmując, że rower służy przez 15 lat, a rowerzysta przejeżdża 10 km dziennie jeżdżąc 250 dni w roku, daje to dystans 15*250*10=37500 km i emisje 0,27 kgCO2/100 km.
Rower elektryczny: Emisje związane z produkcją baterii zależnie od technologii i miejsca produkcji wynoszą obecnie 45-108 kgCO2e/kWh, przy czym do 2030 roku możliwe jest zmniejszenie emisyjności do poziomu ok. 12-24 kgCO2/kg (MacKinsey 2023). Przyjmując emisyjność na poziomie 70 kg kgCO2e/kWh, emisje związane z wyprodukowaniem baterii o pojemności 0,5 kWh wyniosą 35 kgCO2e. Do tego dochodzi silnik i reszta układu napędowego, w sumie kolejne 15 kgCO2e. Łącznie do 100 kgCO2e zwykłego roweru dochodzi 50 kgCO2, łącznie 150 kgCO2e. Daje to emisje związane z produkcją równe 0,4 kgCO2/100 km.
Samochód elektryczny (klasa średnia): wyprodukowanie takiego samochodu to emisje ok. 8 tCO2e. Przy dystansie przejeżdżanym w czasie życia 200 000 km oznacza to emisje związane z produkcją pojazdu 4 kgCO2/100 km.
Samochód spalinowy z silnikiem diesla (klasa średnia): wyprodukowanie takiego samochodu to emisje ok. 6 tCO2e. Przy dystansie przejeżdżanym w czasie życia 200 000 km oznacza to emisje związane z produkcją pojazdu 3 kgCO2/100 km.
Komentarz 1. Emisje związane z produkcją (wydobycie i przetwarzanie surowców oraz działanie fabryk) są związane głównie ze spalaniem paliw kopalnych przez maszyny wydobywcze, transport i fabryki. W świecie, w którym wszystkie te sektory będą elektryfikowane w oparciu o bezemisyjne źródła energii spadać będzie też ślad węglowy produktów.
W przypadku pełnej dekarbonizacji energii elektrycznej i ciepła w przemyśle oraz wychwytu (CCS, CCUS) rezydualnych emisji z procesów przemysłowych możliwe jest wręcz wyzerowanie tych emisji.
Komentarz 2. Jeśli rower elektryczny używany jest sporadycznie jako rower rekreacyjny, emisje związane z produkcją roweru w przeliczeniu na kilometr mogą być nawet większe niż z jazdy samochodem.
Można dyskutować, na ile w przypadku takiego wykorzystywania roweru są to emisje związane ze środkiem transportu, ale tym niemniej przeliczmy, przy jakim dystansie przejechanym w czasie życia roweru elektrycznego emisje z przejechania kilometra wzrosną do poziomu naszego referencyjnego samochodu spalinowego (21,55 kgCO2/100 km) – dla opisanych w tekście założeń jest tak w przypadku dystansu ok. 700 km. Jeśli więc korzystamy z roweru przez 10 lat, wsiadając na niego 10 razy w roku w celu przejechania 7 km (co odpowiada ok. pół godziny prawie bezwysiłkowej jazdy), to faktycznie emisyjność związana z przejechaniem kilometra będzie wyższa niż dla jazdy autem spalinowym.
4. Inne wątki: a co z recyklingiem baterii?
Często spotykamy się z twierdzeniem, że recyklingowi poddaje się raptem 5% baterii litowo-jonowych, reszta trafia zaś na wysypiska.
To nieprawda. Informacja ta pojawiła się w raporcie napisanym w 2011 roku przez organizację ekologiczną 'Friends of the Earth’. Wynik ten uzyskano dzieląc ówczesną wielkość zbiórki baterii przez wielkość produkcji. Ponieważ produkcja baterii z roku na rok bardzo szybko rosła, na rynek wchodziło dużo więcej baterii niż z niego znikało; ponadto wtedy nie było jeszcze strumienia starych wycofywanych z użycia baterii aut elektrycznych.
A jak wygląda obecna sytuacja? Na początek warto zauważyć, że baterie pojazdów elektrycznych są wypełnione cennymi materiałami (odpady akumulatorowe osiągają obecnie ceny od 1000 do 5000 USD za tonę). W odróżnieniu od baterii smartfonów i innej drobnicy elektronicznej – są one duże i ciężkie, a przez to łatwe do zebrania, ich wyrzucanie na wysypisko jest więc po prostu nieopłacalne. O ile w 2019 r. ekspert od recyklingu Hans Eric Melin oszacował poziom zbiórki do recyklingu baterii wycofanych z eksploatacji na 59%, to obecnie szacuje go już na 90% (z prognozami dojścia do 99%).
Oprócz WSKAŹNIKA ZBIÓRKI, ważny jest też WSKAŹNIK ODZYSKU, czyli odsetek odzyskanych materiałów (w szczególności tych krytycznych). Jak wynika z raportów zarówno firm działających w tej branży od dawna jak i startupów, takich jak Redwood Materials, wskaźniki odzysku sięga nawet 95%.
Co to oznacza? Przyjmijmy, że żywotność baterii wynosi 15 lat, a łączne wskaźniki zbierania i odzysku wynoszą 90%. Tak długo, jak gęstość energii baterii w kWh/kg poprawia się o 10% co 15 lat (a warto zauważyć, że w ciągu ostatniej dekady uległa ona podwojeniu) – minerały użyte do wyprodukowania pierwszej generacji baterii będą po recyklingu cały czas pozwalać na wyprodukowanie baterii o takiej samej pojemności.
Dodam jeszcze, że w komentarzach największa troska o poziom recyklingu baterii widoczna była u osób emocjonalnie związanych z samochodami spalinowymi. Aż chce się zapytać:
„A jaki jest poziom recyklingu paliwa spalanego w aucie spalinowym?
…czy może traktujemy atmosferę jak zwykły (najlepiej pewnie jeszcze darmowy?) ściek dla rury wydechowej?”
Podsumowanie
Rower elektryczny to nadzwyczaj efektywny energetycznie i niskoemisyjny środek transportu, nawet jeśli zasilany jest prądem z elektrowni węglowej (choć zdecydowanie lepiej, gdy zasilany jest prądem z OZE!).
Z punktu widzenia emisji, na których skupia się mem, bardzo istotne jest, jaki środek transportu zastępujemy, wsiadając na rower elektryczny: jeśli zamiast tego pojechalibyśmy zwykłym rowerem – w pierwszym przybliżeniu można powiedzieć, że jest to wszystko jedno; jeśli jednak wsiedlibyśmy do swojego samochodu (czy to spalinowego czy elektrycznego), korzyść jest kolosalna. To absolutnie kluczowe – rower elektryczny może z powodzeniem zastąpić samochód tam, gdzie codzienna jazda do pracy zwykłym rowerem jest zbyt wymagająca ze względu na zbyt duży dystans lub pagórkowaty teren (można się spocić!). W przypadku przesiadki z autobusu korzyści dla emisji są znacznie mniejsze, ale dla zdrowia warto ☺.
Marcin Popkiewicz, konsultacja merytoryczna: dr Michał Czepkiewicz
Fajnie, że tu jesteś. Mamy nadzieję, że nasz artykuł pomógł Ci poszerzyć lub ugruntować wiedzę.
Nie wiem, czy wiesz, ale naukaoklimacie.pl to projekt non-profit. Tworzymy go my, czyli ludzie, którzy chcą dzielić się wiedzą i pomagać w zrozumieniu zmian klimatu. Taki projekt to dla nas duża radość i satysfakcja. Ale też regularne koszty. Jeśli chcesz pomóc w utrzymaniu i rozwoju strony, przekaż nam darowiznę w dowolnej wysokości
