مزایای خودروهای برقی نسبت به خودروهای بنزینی کدامند؟

مقدمه

اگر در حال تحقیق برای جایگزینی خودروی بنزینی فعلی خود با خودروی برقی هستید، نخستین پرسش‌هایی که از خود می‌پرسید یا اطرافیان از شما می‌پرسند اینها هستند: «اصلاً جایگزینی خودروی بنزینی با برقی چه فایده یا لزومی دارد؟». «خودروهای بنزینی نزدیک به 200 سال است که در حال توسعه هستند و تمام زیرساخت‌های لازم برای استفاده از آنها در سطح وسیع موجود است. آیا خودروهای برقی نیز به همین نسبت توسعه یافته و به راحتی قابل استفاده هستند؟». «مزایای خودروهای برقی نسبت به بنزینی کدامند تا من را به جایگزینی تشویق کند؟».

پاسخ تمام این پرسش‌ها و سایر پرسش‌های مشابه را با مطالعه این مطلب خواهید یافت.

مزایای خودروهای برقی نسبت به خودروهای بنزینی

جهت بررسی مزایای خودروهای برقی نسبت به بنزینی (و همچنین گازوییلی)، از چند منظر زیر به موضوع می‌پردازیم:

جنبه فنی مزایای خودروهای برقی

• تعداد قطعات مکانیکی خودروهای برقی کمتر است. بنابراین از پیچیدگی فنی کمتری برخوردارند و تعمیرات آنها ساده‌تر است. به عنوان مثال، گیربکس خودروهای برقی به مفهوم رایج و قدیمی در خودروهای بنزینی شامل چندین چرخ دنده و سایر قطعات وابسته مانند کلاچ نیست. بلکه فقط شامل فقط یک چرخ‌دنده جهت کاهش دور بالای موتور برقی نسبت به دور پایین چرخ‌های خودروست که به همین دلیل به آن «کاهنده» (Reducer) می‌گویند. چون منحنی گشتار موتور برقی حتی در دورهای بسیار پایین نیز در مقدار ماکزیمم خود است، درست بر خلاف موتورهای بنزینی که بیشینه گشتاور آنها در دور موتورهای بالا بدست می‌آید. بنابراین برای شروع حرکت خودرهای بنزینی، لازم است که گشتاور بالای لازم توسط دنده‌های سنگین‌تر گیربکس فراهم آید. مثال دیگر در این زمینه سادگی بسیار زیاد موتور برقی نسبت به موتور بنزینی‌ست که فاقد قطعاتی مانند پیستون، میل‌لنگ، سوپاپ و غیره می‌باشد.
• از دیگر مزایای خودروهای برقی این است که به دلیل منحنی نسبتاً تخت گشتاور-سرعت موتورهای الکتریکی، شتاب شروع حرکت یک خودروی برقی نسبت به خودروی بنزینی با توان موتور و وزن مشابه بسیار بیشتر است. در شکل 1، مقایسه منحنی گشتاور-سرعت یک موتور برقی با موتور بنزینی مشابه را ملاحظه می‌کنید:

شکل 1 – مقایسه منحنی گشتاور-سرعت موتور الکتریکی با موتور احتراق داخلی (بنزینی یا گازوییلی)

دو نکته قابل ذکر در این شکل عبارتند از:

1. گشتاور تولیدی توسط موتورهای احتراق داخلی در دورهای پایین، شتاب لازم برای شروع حرکت را تأمین نمی‌نماید. بنابراین، نیاز به گیربکس جهت جبران این نقیصه وجود دارد.
2. شتاب یک خودرو متناسب با گشتاور (بر حسب نیوتن-متر) و حداکثر سرعت آن متناسب با توان موتور (بر حسب کیلووات یا اسب‌بخار) است.

جنبه اقتصادی

جنبه شخصی مزایای اقتصادی خودروهای برقی

• از منظر شخصی، با دقت در شکل 2 ملاحظه می‌نمایید که یک خودروی برقی با سایز متوسط برای طی مسافت 100 کیلومتر به 15/4 کیلووات-ساعت انرژی نیاز دارد. در حالی که خودروی بنزینی مشابه به 8 لیتر سوخت نیاز دارد که با لحاظ ارزش حرارتی بنزین معادل 9/5 کیلووات-ساعت بر لیتر، به 76 کیلووات-ساعت انرژی نیازمند است. پس مصرف انرژی یک خودروی بنزینی نزدیک 5 برابر یک خودروی برقیست! دلیل این امر بازده انرژی بسیار پایین موتورهای احتراق داخلی در مقایسه با موتورهای الکتریکیست. در خودروهای برقی، %95 انرژی باتری به چرخ‌ها منتقل و فقط %5 آن در بخش‌های مختلف تلف می‌گردد. اما در یک خودروی بنزینی، فقط %20 انرژی باک بنزین به چرخ‌ها منتقل و %80 آن به صورت گرما و سایر تلفات مکانیکی در زنجیره قوای محرکه مانند گیربکس، میل‌لنگ، چرخ طیار (Flywheel) و غیره هدر می‌رود.

شکل 2 – مقایسه مصرف و اتلاف انرژی بین خودروهای برقی و بنزینی

البته توجه کنید که در کشور ما به دلیل واقعی نبودن قیمت انرژی و سوبسیدهای متفاوتی که به حامل‌های مختلف انرژی داده می‌شود، ممکن است در مقطعی به صورت موقت قیمت 1 کیلووات-ساعت برق نه تنها یک دهم قیمت 1 لیتر بنزین نباشد، (یادآوری: ارزش حرارتی 1 لیتر بنزین معادل 9/5 کیلووات-ساعت انرژی می‌باشد.)، حتی از قیمت 1 لیتر بنزین گرانتر هم باشد! اما به هر حال این وضعیت پایدار نخواهد بود و با واقعی شدن قیمت انرژی، قیمت 1 لیتر بنزین باید حدود 10 برابر 1 کیلووات-ساعت انرژی الکتریکی باشد.

تذکر مهم

در شکل 2 تلفات شارژ لحاظ نشده است که با در نظر گرفتن این تلفات، بازدهی کل به حدود %90 می‌رسد.

• نکته بعد اینکه در خودروهای برقی، نیاز به تعویض اقلام مصرفی زیر وجود ندارد:

– فیلتر روغن

– روغن موتور

– فیلتر هوای موتور

– فیلتر بنزین

– شمع احتراق موتور

در حالی که در خودروهای بنزینی و گازوییلی (البته خودروهای گازوییلی شمع ندارند)، تعویض اقلام فوق در سرویس‌های دوره‌ای، بخش بزرگی از هزینه نگهداری خودرو را تشکیل می‌دهد.

بازدید یا تعویض اقلام زیر در سرویس‌های دوره‌ای بین خودروهای برقی و احتراق داخلی مشترک بوده و تفاوتی از این بابت وجود ندارد:

– فیلتر تصفیه هوای کابین

– باتری 12 ولت

– روغن ترمز

– مایع خنک‌کننده

– گاز کولر

– لاستیک‌ها

– لنت‌های ترمز

– تیغه‌های برف‌پاک‌کن

– باتری ریموت کنترل

شکل 3 نحوه توزیع تلفات انرژی در یک خودروی بنزینی را نشان می‌دهد:

شکل 3 – تلفات انرژی در یک خودروی بنزینی

همانطور که در این شکل ملاحظه می‌کنید، بیشترین منبع تلفات در یک خودرو با موتور احتراق داخلی خود موتور خودروست. زیرا در فرآیند احتراق، حدود %70 انرژی به صورت گرما تلف می‌گردد. با لحاظ سهم سایر تلفات، از %100 انرژی ذخیره شده در باک بنزین فقط حدود %20 صرف به حرکت درآوردن چرخ‌ها به صورت انرژی جنبشی در می‌آید و حدود %80 آن به صورت گرما و اصطکاک در موتور، گیربکس و سایر بخش‌ها تلف می‌گردد.

در شکل 4، تلفات انرژی در یک خودروی برقی را مشاهده می‌نمایید:

شکل 4 – تلفات و بازیافت انرژی در یک خودروی برقی

نکته قابل توجه در این شکل این است که با وجود تلفات ناخالص انرژی در حدود %33، اما %22 از این مقدار توسط «سیستم بازیافت انرژی» هنگام ترمزگرفتن یا حرکت در سرازیری به صورت شارژ مجدد باتری بازیابی می‌گردد. به این ترتیب، بازده این خودروها به حدود %90 می‌رسد.

جنبه ملی مزایای اقتصادی خودروهای برقی

از دید منافع ملی نیز جایگزینی خودروهای دارای موتور احتراق داخلی با خودروهای برقی برای کشور مقرون به صرفه است. شکل 5 نشان می‌دهد که مصرف روزانه بنزین در آمریکا 8/9 میلیون بشکه است. (در استاندارد بین‌المللی، هر بشکه نفت یا فرآورده‌های نقتی به طور دقیق 158/98731 یا تقریباً 159 لیتر می‌باشد.) با لحاظ تلفات 80 درصدی انرژی در خودروهای دارای موتور احتراق داخلی، معادل حدود 1/8 میلیون بشکه بنزین به صورت خالص صرف حرکت می‌گردد خودروها و بقیه به صورت تلفات گرمایی به هدر می‌رود.

شکل 5 – منافع ملی جایگزینی خودروهای بنزینی با خودروهای برقی

حال فرض کنیم که تمام خودروهای بنزینی را با خودروهای برقی جایگزین کرده‌ایم و 3 انتخاب زیر را برای تأمین انرژی نیروگاه‌ها داریم:

1. اگر سوخت نیروگاه از نوع زغال‌سنگ باشد، مقدار زغال‌سنگ مورد نیاز برای تأمین انرژی خودروهای برقی با لحاظ تلفات انرژی 11 درصدی این خودروها و 67 درصدی نیروگاه معادل 6/1 میلیون بشکه بنزین است. پس در مجموع %31 در جهت منافع ملی در مصرف صرفه‌جویی به عمل می‌آید.
2. حال اگر سوخت نیروگاه از نوع گاز طبیعی باشد، با لحاظ تلفات 56 درصدی نیروگاه مقدار گاز طبیعی مورد نیاز به معادل 4/6 میلیون بشکه بنزین کاهش می‌یابد و مقدار صرفه‌جویی ملی به %48 می‌رسد.
3. در نهایت اگر نیروگاه از نوع توربین آبی باشد که تنها %10 تلفات انرژی دارد، میزان صرفه‌جویی در جهت تأمین منافع ملی %75 خواهد بود.

پس ملاحظه می‌کنید که حتی اگر تأمین برق از منابع انرژی پاک هم نباشد، باز هم جایگزینی خودروهای بنزینی با خودروهای برقی در جهت حفظ ذخایر انرژی و تأمین منافع ملی گامی استراتژیک و اقدامی بسیار پرسود می‌باشد.

جنبه زیست محیطی

از دیگر مزایای خودروهای برقی، ایجاد آلاینده‌های کمتر در طول چرخه استفاده نسبت به خودروهای بنزینی است. در کل چرخه یک وسیله نقلیه، آلاینده‌ها به سه بخش تقسیم می‌گردند:

1. هنگام ساخت
2. در طول استفاده
3. حین بازیافت

شکل 6 آلاینده‌های این سه بخش را برای خودروهای تمام برقی، هایبرید و دارای موتور احتراق داخلی نشان می‌دهد. داده‌های این شکل برای یک خودروی سایز متوسط با فرض طی مسافت 240000 کیلومتر در طول 15 سال در سال 2021 در آمریکا جمع‌آوری شده است. واحد سنحش آلاینده‌ها در این شکل tCO₂e (تن معادل دی‌اکسیدکربن) می‌باشد. به این معنی که تمام گازهای آلاینده زیر شامل گازهای خروجی نیروگاه‌ها و همچنین خروجی اگزوز خودروهای بنزینی و گازوییلی به معادل دی‌اکسیدکربن تبدیل شده‌اند:

1. دی‌اکسیدکربن (CO₂)
2. مونوکسیدکربن (CO)
3. اکسیدهای نیتروژن (NO_x)
4. اکسیدهای سولفور (SO_x)
5. اکسید نیتروس (N₂O)
6. متان (CH₄)
7. هیدروکربن‌ها (HC)
8. فرمالدهید (Formaldehyde)
9. ذرات معلق (Particulate Matters)

شکل 6 – ایجاد آلایند‌ه‌های محیط زیستی کمتر از جمله مزایای خودروهای برقی

نکات مهم

چند نکته حایز اهمیت این شکل عبارتند از:

1. آلاینده‌های تولیدی در فرآیند تولید باتری، تولید خودروهای برقی را آلاینده‌تر از خودروهای هایبرید و بنزینی می‌سازد.
2. تولید الکتریسیته از منابع مرسوم شامل ترکیبی از نیروگاه‌های حرارتی، آبی، اتمی، خورشیدی و بادی، آلایندگی بیشتری نسبت به تولید بنزین و گازوییل وارد محیط زیست می‌کند. اما در صورت تکیه کامل بر منابع پاک شامل انرژی خورشیدی، بادی و آبی برای تولید برق، آلایندگی این بخش به میزان بسیار زیادی کاهش خواهد یافت.
3. مهمترین بخش مزیت خودروهای برقی را در طول فاز استفاده می‌یابید. زیرا مستقیماً هیچ آلایندگی در طول استفاده (15 سال در مثال فوق) وارد محیط زیست نمی‌کنند. در حالی که حجم گازهای آلاینده خروجی از اگزوز خودروهای دارای موتور احتراق داخلی بسیار بالاست.
4. در پایان چرخه استفاده به دلیل امکان بازیافت بخش‌های مهمی از جمله باتری و موتور، مقداری «اعتبار» (Credit) به صورت جذب دی‎‌اکسیدکربن برای خودروها درنظر گرفته شده که این مقدار برای خودروهای برقی بیشتر از دو نوع دیگر می‌باشد.
5. در پایان چرخه 15 ساله 240000 کیلومتری، مجموع آلایندگی که یک خودروی متوسط برقی وارد محیط‌زیست می‌نماید، 39 تن معادل دی‌اکسیدکربن است. در حالی که این مقدار برای یک خودروی متوسط هایبرید و بنزینی به ترتیب 47 و 55 تن معادل دی‌اکسید‌کربن می‌باشد. پس به عنوان جمع‌بندی در بخش آلایندگی مزایای خودروهای تمام برقی، می‌توان گفت که خودروهای بنزینی حدود %40 و خودروهای هایبرید حدود %20 آلاینده‌های بیشتری وارد محیط زیست می‌نمایند.

نقطه سر به سر تولید آلاینده‌ها

شکل 7 آلایندگی تولید برق در نیروگاه‌ها برای مصرف در خودروهای برقی را در سه سطح کم و متوسط و زیاد در مقایسه با سه خودروی بنزینی با مصرف کم، متوسط و زیاد نشان می‌دهد. با دفت در این شکل می‌بینید که حتی با لحاظ بالاترین سطح آلایندگی نیروگاه‌ها یعنی نیروگاه‌های سوخت فسیلی در مقایسه با یک خودروی بنزینی با مصرف پایین، بعد از حداکثر 2 سال پس از ساخت و شروع استفاده از خودرو، نقطه سر به سر (Break-Even Point یا BEP) فرا می‌رسد. به این معنی که آلایندگی صفر حین استفاده از خودروی برقی، آلایندگی ناشی از تولید باتری را جبران می‌کند و پس از این نقطه، فاصله تولید آلایندگی به نفع خودروهای برقی مرتب افزایش می‌یابد:

شکل 7 – نقطه سر به سر (BEP) تولید آلایندگی خودروهای برقی نسبت به خودروهای بنزینی حداکثر 2 سال پس از تولید و شروع استفاده فرا می‌رسد.

در شکل 8 داده‌های آلایندگی مربوط به انواع بیشتری از منابع انرژی شامل بنزین، گازوییل، گاز طبیعی، هایبرید، پلاگین-هایبرید، تمام برقی و سلول سوخت (Fuel Cell) را ملاحظه می‌کنید. این داده‌ها مربوط به کشورهای اتحادیه اروپا در سال 2025 است. واحد این نمودارها گرم معادل دی‌اکسیدکربن بر کیلومتر (g CO₂e/Km) می‌باشد.

شکل 8 – داده‌های آلایندگی انواع خودروها مربوط به اتحادیه اروپا در سال 2025

شکل 8 نیز به نوعی دیگر مؤید نتایج حاصل از شکل 6 است. زیرا با دقت آن می‌بینید که با وجود آلایندگی بالا در فرآیند تولید باتری، اما خودروهای تمام برقی در کل چرخه استفاده کمترین میزان آلایندگی را وارد محیط زیست می‌نمایند.

جنبه راحتی

• با شارژرهای خانگی شامل شارژرهای قابل حمل (پرتابل) و دیواری (وال‌باکس)، اختیار شارژ خودروی خود را در اختیار دارید. زیرا با یک شارژر پرتابل می‌توانید خودروی برقی خود را با پریزهای معمولی در حین سفر شارژ نمایید. همچنین با نصب شارژر دیواری در پارکینگ خانه یا محل‌کار، از زمان مرده پارک خودرو برای شارژ آن با جریانی متعادل بهره ببرید. اما برای بنزین زدن به خودروهای بنزینی، حتماً باید به پمپ بنزین مراجعه کنید که دردسرهای همیشگی صف‌های طولانی، نیاز به کارت سوخت و قطعی زیرساخت‌های اینترنتی را دارد.
• بر خلاف خودروهای بنزینی، خودروهای برقی دارای لرزش، سر و صدا و دود نیستند.

چالش‌های پیش‌رو

در نقطه مقابل مزایای خودروهای برقی، موارد زیر توسعه این خودروها و روند جایگزینی خودروهای دارای موتور احتراق داخلی (بنزینی و گازوییلی) را به چالش می‌کشند:

• هنوز ایستگاه‌های شارژ عمومی به تعداد فراوان مانند پمپ بنزین‌ها در دسترس نیستند.
• زمان شارژ طولانیست.
• با تکنولوژی فعلی، وزن باتری‌های لیتیوم-یون زیاد است که منجر به افزایش وزن خودروی برقی نسبت به خودروی بنزینی در ابعاد و کلاس مشابه می‌گردد.

با این حال در کشورمان ایران با وجود چالش‌های فوق و با تأخیر زمانی زیاد نسبت به کل دنیا، روز بروز خودروهای برقی بیشتری را در خیابان‌ها و جاده‌ها مشاهده می‌نمایید. زیرا هر روز بر تعداد کسانی که به مزایای این خودروها نسبت به انواع رایج واقف می‌گردند افزوده می‌گردد.

جدول جمع‌بندی مزایای خودروهای برقی و چالش‌ها

جدول مقایسه خودروهای برقی و بنزینی

مطالعه بیشتر

• مقایسه جامع انواع خودروها و  مزایای خودروهای برقی بر بنزینی
• مضرات شارژ سریع (فست شارژ)
• هیت پمپ در خودروهای برقی چیست؟