Od śladu węglowego do wodnego: ukryta cena motoryzacji

Narodziny i wiek niemowlęcy, Powojenny boom i dywersyfikacja

Historia samochodu, jaki znamy, rozpoczyna się w 1886 roku od patentu numer 37435, przyznanego Karlowi Benzowi na jego trójkołowy "Patent-Motorwagen". Był to moment przełomowy, jednak przez pierwsze dekady automobil pozostawał jedynie kosztowną, rzemieślniczą ciekawostką, dostępną wyłącznie dla najbogatszych. Prawdziwa rewolucja i demokratyzacja motoryzacji nadeszła dopiero w 1913 roku w Stanach Zjednoczonych. Wtedy Henry Ford, w swoich zakładach w Highland Park na zawsze zmienił przemysł motoryzacyjny i całą logikę produkcji przemysłowej – ruchomą taśmę montażową. Optymalizacja procesu pozwoliła drastycznie skrócić czas i koszty produkcji. Legendarny Ford Model T zjeżdżał z linii co kilkadziesiąt sekund, a jego cena zrobiła się osiągalna dla przeciętnej amerykańskiej rodziny. Samochód przestał być luksusem tylko narzędziem masowej mobilności.

Okres po II wojnie światowej, zwłaszcza lata 50., 60. i 70., to czas bezprecedensowej eksplozji motoryzacji. Samochód stał się fundamentalnym elementem stylu życia, symbolem wolności i aspiracji. W tym okresie powstały ikoniczne modele i zdefiniowały kulturę swoich czasów: niezawodny Volkswagen Garbus w Niemczech, uroczy Fiat 500 we Włoszech, awangardowy Citroën 2CV we Francji czy potężny, symbolizujący amerykańskie marzenie Ford Mustang. Dynamiczny rozwój przyniósł również kolejny kamień milowy: skuteczne wejście japońskich producentów na rynki globalne. Toyota i Honda zaoferowały produkty niezawodne, oszczędne i doskonale wykonane. Rzuciły wyzwanie dotychczasowym gigantom, zmuszając ich do fundamentalnej zmiany myślenia o jakości.

Rewolucja elektroniki i elektryfikacji na przełomie wieków

Okres od lat 80. do początku XXI wieku to nowa era w motoryzacji. Powszechne wprowadzenie technologii elektronicznego wtrysku paliwa zastąpiło przestarzałe gaźniki, poprawiło wydajność i zredukowało emisję spalin. Do standardu weszły elektroniczne systemy bezpieczeństwa, jak ABS, ESP, a także poduszki powietrzne. Był to również czas intensywnej globalizacji i konsolidacji rynku. W 1997 roku Toyota zaprezentowała światu model Prius – pierwszy, masowo produkowany i komercyjnie udany samochód o napędzie hybrydowym.

Współczesna transformacja przemysłu motoryzacyjnego ruszyła w Kalifornii i wstrząsnęła branżą. To premiera Tesli Roadster w 2008 roku, a następnie Modelu S w 2012. Pojazdy udowodniły, że samochody w pełni elektryczne (BEV) mogą być ekologiczne, pożądane, ekscytujące, piekielnie szybkie i w pełni praktyczne. Ruszył globalny wyścig w kierunku pełnej elektryfikacji. Równolegle postępuje rewolucja w "inteligencji" pojazdów. Obserwujemy dynamiczny rozwój łączności, zaawansowanych systemów wspomagania kierowcy (ADAS) oraz prace nad pojazdem w pełni autonomicznym.

Problem bezpieczeństwa –od "pięknych trumien" do 5-gwiazdkowych fortec

Historia motoryzacji to niestety także historia milionów ofiar wypadków. Pierwsze samochody, choć piękne, były pozbawione jakichkolwiek zabezpieczeń. Ewolucja w tej dziedzinie była powolna, często wymuszana przez presję społeczną i regulacje. Przełomem było wprowadzenie przez Volvo w 1959 roku trójpunktowych pasów bezpieczeństwa i bezpłatne udostępnienie tego patentu innym producentom. Kolejne dekady przyniosły kluczowe innowacje: kontrolowane strefy zgniotu, systemy ABS i ESP oraz powszechne wprowadzenie poduszek powietrznych. Ogromną rolę odegrało też powołanie niezależnej organizacji Euro NCAP. Poprzez rygorystyczne testy zderzeniowe zmusiły producentów do nieustannej poprawy konstrukcji. Dziś wkraczamy w erę bezpieczeństwa aktywnego, gdzie zaawansowane systemy (automatyczne hamowanie awaryjne, asystent utrzymania pasa ruchu) starają się aktywnie zapobiegać wypadkom.

Jednocześnie dramatycznie spadła jakość powietrza w miastach. Przez dziesiątki lat miliony samochodów bez kontroli emitowały ogromne ilości szkodliwych substancji: toksycznego ołowiu, tlenków azotu (NOx), siarki (SOx) oraz rakotwórczej sadzy. Pierwsza rewolucyjna to opracowanie katalizatora trójdrożnego. Skutecznie neutralizował znaczną część szkodliwych związków. Kolejnym systematyczne zaostrzanie europejskich norm emisji spalin (od Euro 1 do Euro 7). W przypadku silników Diesla wprowadzenie filtrów cząstek stałych (DPF), a w silnikach benzynowych z wtryskiem bezpośrednim – filtrów GPF. Walka o czysty oddech w miastach wciąż trwa, a jej kolejnym etapem jest dążenie do całkowitej eliminacji emisji spalin poprzez elektryfikację.

Kolejnym globalnym problemem, jaki zrodziła masowa motoryzacja, jest jej zależność od ropy naftowej i ogromna emisja dwutlenku węgla (CO₂), głównego gazu cieplarnianego. Pierwszym sygnałem ostrzegawczym były kryzysy naftowe w latach 70. Doprowadziły do gwałtownego wzrostu cen paliw i zmusiły producentów do poszukiwania oszczędniejszych rozwiązań. Jednak prawdziwy motor współczesnej transformacji to rosnąca świadomość katastrofalnego wpływu emisji CO₂ na klimat. Odpowiedź technologiczna? Najpierw doskonalenie silników spalinowych (downsizing, turbodoładowanie), następnie upowszechnienie napędów hybrydowych, a wreszcie, co obserwujemy obecnie, prawdziwa rewolucja elektryfikacji (BEV). Próba całkowitego odejścia od paliw kopalnych w transporcie.

Ślad wodny – niewidzialny koszt produkcji

Często pomijany, ukryty koszt środowiskowy. Nierozerwalnie związany z produkcją każdego samochodu. Ślad wodny (ang. water footprint) to wskaźnik, który mierzy całkowitą objętość wody słodkiej wykorzystanej do wyprodukowania danego dobra.

• Niebieski ślad wodny: Woda pobrana z rzek, jezior, studni, zużyta w trakcie produkcji została i nie wróciła do tego samego źródła.

• Zielony ślad wodny: Woda deszczowa, zmagazynowana w glebie i wykorzystana przez rośliny (istotny np. przy produkcji biopaliw czy kauczuku).

• Szary ślad wodny: Teoretyczna objętość wody słodkiej potrzebna do rozcieńczenia zanieczyszczeń powstałych w procesie produkcyjnym do poziomu zgodnego z normami.

W przemyśle motoryzacyjnym ślad wodny to suma wody zużytej i zanieczyszczonej na wszystkich etapach produkcji: od wydobycia i przetwórstwa surowców (stal, aluminium, miedź, a w autach elektrycznych – lit, kobalt, nikiel), przez procesy w fabryce (obróbka metali, chłodzenie, lakiernia), aż po produkcję energii elektrycznej zasilającej zakład.

Analiza śladu wodnego: samochody spalinowe i hybrydowe

Produkcja standardowego samochodu spalinowego (ICEV) to proces niezwykle wodochłonny. Szacunki mówią o zużyciu od 40 000 do nawet 150 000 litrów wody na jeden wyprodukowany egzemplarz. Gdzie najwięcej? Głównie w procesach produkcji i obróbki metali (stal, aluminium), produkcji opon, a przede wszystkim – w lakierni. Proces przygotowania i wieloetapowego malowania nadwozia jest jednym z najbardziej wodochłonnych i generuje najwięcej zanieczyszczonych ścieków.

A jak na tym tle wypadają samochody hybrydowe (HEV i PHEV)? Ich ślad wodny jest nieznacznie wyższy niż w przypadku czysto spalinowych. Wynika to z faktu, że do standardowego procesu dochodzi dodatkowe zużycie wody, związane z produkcją komponentów napędu elektrycznego. Mowa tu przede wszystkim o baterii litowo-jonowej (mniejszej niż w autach w pełni elektrycznych), silniku elektrycznym oraz elektronice sterującej. Każdy z tych elementów wymaga wydobycia i przetworzenia dodatkowych surowców, co generuje dodatkowy, choć stosunkowo niewielki, ślad wodny.

Dlaczego produkcja "elektryka" jest tak wodochłonna?

Okazuje się, że produkcja samochodu w pełni elektrycznego (BEV) generuje znacznie wyższy ślad wodny od spalinowego odpowiednika.

Główny winowajca to duża, ciężka bateria litowo-jonowa, serca każdego "elektryka". Proces niezwykle wodochłonny na kilku etapach.

• Wydobycie litu: Znaczna część światowych zasobów litu pozyskiwana jest z podziemnych solanek, zlokalizowanych na ekstremalnie suchych terenach. Metoda polega na wypompowywaniu solanki do ogromnych basenów i wielomiesięcznym odparowywaniu wody pod wpływem słońca. Proces ekstremalnie wodochłonny – szacuje się, że na wyprodukowanie jednej tony litu potrzeba około 2 milionów litrów wody.

• Wydobycie innych surowców: Produkcja baterii wymaga ogromnych ilości kobaltu, niklu, manganu i miedzi. Ich wydobycie (najczęściej metodą odkrywkową) i przetwórstwo również wymagają gigantycznych ilości wody.

• Produkcja samych ogniw: Proces produkcji ogniw i modułów w nowoczesnych fabrykach (gigafactory) wymaga sterylnych warunków, a co za tym idzie – zużywa ogromne ilości ultraczystej, wody.

W rezultacie, choć samochód elektryczny w trakcie jazdy nie emituje spalin, jego „narodziny” okupiono ogromnym ukrytym kosztem zasobów wodnych.

Wodór i baterie przyszłości – czy zmniejszymy ślad wodny?

Jak na tym tle wypadają samochody wodorowe (FCEV)? Ich ślad wodny jest również znaczący i złożony. Składa się ze śladu wodnego produkcji pojazdu (zbliżony do hybrydy), produkcji skomplikowanych ogniw paliwowych (wymagają metali szlachetnych, jak platyna) oraz, co najważniejsze, produkcji samego wodoru. Należy tu rozróżnić wodór „szary” (produkowany z gazu ziemnego – proces mniej wodochłonny, ale wysokoemisyjny pod względem CO₂) od wodoru „zielonego” (produkowany w procesie elektrolizy wody z energii odnawialnej). Ten drugi, choć zeroemisyjny, z natury zużywa ogromne ilości wody.

Nadzieją na zmniejszenie śladu wodnego są baterie przyszłości ze stałym elektrolitem i baterie sodowo-jonowe. Potencjalnie mogą zmniejszyć ślad wodny przez eliminację problematycznych i wodochłonnych surowców oraz uproszczenie procesu produkcyjnego. Należy jednak pamiętać, że na chwilę obecną są to wciąż technologie na etapie badań.

Ocena cyklu życia (LCA) – szersza perspektywa ekologiczna

Aby rzetelnie ocenić całkowity wpływ pojazdu na środowisko, nie wystarczy analiza jednego parametru. Pomoże zastosowanie szerszego narzędzia, znanego jako Ocena Cyklu Życia (LCA – Life Cycle Assessment). Metodologia sumuje wszystkie obciążenia środowiskowe (emisje, zużycie wody, energii) na każdym etapie „życia” produktu: od „kołyski” (wydobycie surowców), przez produkcję, fazę użytkowania, aż po „grób” (utylizacja i recykling).

Analizy LCA jednoznacznie potwierdzają, że samochód w pełni elektryczny (BEV) ma znacznie wyższy ślad środowiskowy (węglowy i wodny) na etapie produkcji niż jego spalinowy odpowiednik, głównie z powodu baterii. Jednak w trakcie wieloletniej fazy użytkowania, „nadrabia” te straty z nawiązką, zwłaszcza w krajach z czystym miksem energetycznym opartym na odnawialnych źródłach. Problem wysokiego śladu wodnego na etapie produkcji pozostaje jednak jednym z największych wyzwań dla zrównoważonego rozwoju elektromobilności.

Recykling i gospodarka cyrkularna

Czy jesteśmy skazani na wybór między zanieczyszczeniem powietrza a nadmiernym zużyciem wody? Niekoniecznie. Rozwiązaniem tego dylematu jest wdrożenie na masową skalę zasad gospodarki o obiegu zamkniętym (GOZ).

W kontekście aut elektrycznych, rozwój wydajnych technologii recyklingu zużytych baterii litowo-jonowych. Skuteczny odzysk cennych metali (lit, kobalt, nikiel, miedź) ze starych baterii pozwoli na ich ponowne wykorzystanie w produkcji nowych. To drastycznie zmniejszy zapotrzebowanie na pierwotne wydobycie tych surowców, a co za tym idzie – znacznie obniży zarówno ślad węglowy, jak i wodny związany z produkcją nowych aut elektrycznych.

Artykuł powstał na podstawie informacji z następujących źródeł: https://dafi.pl/blog/