Cần bao nhiêu năng lượng để xây dựng một chiếc ô tô?

Năm 2018, số lượng ô tô được sản xuất trong một năm đạt mức cao nhất là 97 triệu chiếc. Con số đó kể từ đó đã giảm xuống do thiếu hụt vô số và giá ô tô mới cao, nhưng vấn đề mấu chốt là thế giới đang chế tạo rất nhiều ô tô. Tuy nhiên, cuộc tranh luận đang diễn ra về việc ô tô điện sạch thực sự như thế nào để chế tạo đặt ra một câu hỏi khá đơn giản:bao nhiêu năng lượng được sử dụng để chế tạo một chiếc ô tô?

Hiểu cách đo năng lượng

Để trả lời câu hỏi, tôi phải ném xuống một số biệt ngữ khoa học. Đơn vị năng lượng phổ biến nhất được gọi là Joule. Về cơ bản, đây là một watt điện được sử dụng trong một giây. Megajoule, hay MJ, là một triệu Joules và Gigajoule, hoặc GJ, là một tỉ Joules.

Thiết bị này có thể được sử dụng cho nhiều nguồn năng lượng, từ chạy bằng than đá đến năng lượng gió, và thậm chí cả xăng. Việc sản xuất một chiếc ô tô thường được đo bằng gallon khí, điều này khiến bộ não ô tô của chúng ta hiểu được mọi thứ khá dễ dàng. Một gallon khí là khoảng 120 MJ, hay 120 triệu Joules, là một lượng tiềm năng rất dày đặc.

Với hiểu biết rất cơ bản về cách đo năng lượng, hãy chuyển điều đó sang ô tô. Cụ thể, lượng năng lượng trung bình dành cho việc xây dựng một.

Bao nhiêu năng lượng đổ vào việc xây dựng một chiếc ô tô trung bình?

Tôi sẽ bắt đầu bằng cách nói đây là phép toán trên giấy ăn được hỗ trợ bởi khoa học và nghiên cứu từ Viện xuất bản kỹ thuật số đa ngành. Trên trang 15 của tài liệu, có một bảng trình bày bộ sưu tập của ba nghiên cứu và tính toán của họ về số lượng Megajoules trên một kg đi vào một chiếc ô tô.

Công thức mà MDPI sử dụng thì năng lượng sử dụng bằng 41,8 MJ / kg (kg là chiếc xe nặng bao nhiêu kg). Tuy nhiên, các nghiên cứu từ tổ chức Báo cáo Nghiên cứu Khoa học và Kỹ thuật của Bỉ và Trung tâm Nghiên cứu Hệ thống Môi trường ở Kassel, Đức có ước tính cao hơn. Ước tính đầu tiên rằng lượng năng lượng được sử dụng là 53 MJ / kg, và ước tính thứ hai là 81 MJ / kg.

Những con số đó là chính xác và vì lợi ích của bài viết này, chúng tôi sẽ đi với ước tính 41,8 MJ / kg được tính toán trong bài báo nghiên cứu. Nhưng đây là nơi đưa ra những ước tính sơ bộ. Một chiếc ô tô trung bình nặng khoảng 3.000 lbs, vì vậy bằng cách chuyển đổi lbs sang kg, sau đó nhân nó với số Megajoules trên một kg, bạn sẽ có bao nhiêu năng lượng để chế tạo một chiếc ô tô.

Theo những ước tính đó, bạn đang xem xét 56.880 MJ để chế tạo một chiếc ô tô. Nói một cách dễ hiểu, đó là 474 gallon xăng. Và ô tô điện thường được coi là bẩn hơn khi xây dựng, mặc dù nguồn năng lượng không phát thải chống lại điều đó. Xét cho cùng, nếu chúng ta giả sử một chiếc ô tô trung bình có bình xăng 15 gallon, thì chỉ cần 31 lần đổ đầy để tạo ra một chiếc ô tô khác.

Việc đốt 31 bình xăng để chế tạo một chiếc ô tô duy nhất sử dụng các ước tính lạc quan nghe có vẻ không sạch và điều đó không bao gồm số lượng ô tô được chế tạo trong một ngày. Đó là lý do tại sao tôi muốn đặt ra một giả thuyết nữa có thể giúp cải thiện tương lai của chúng ta.

Cần bao nhiêu năng lượng xanh để chế tạo một chiếc ô tô?

Tôi đang nói đến các nguồn năng lượng gió, năng lượng mặt trời và thậm chí cả thủy điện không tạo ra khí thải mà vẫn tạo ra năng lượng. Bây giờ, có một số phép tính cần thực hiện, vì bạn không đo điện năng được tạo ra bằng Joules. Một kilowatt giờ, hoặc kWh, là bao nhiêu kilowatt được tạo ra trong một giờ. Và bởi vì một Joule là một watt được sử dụng trong một giây, một kWh tương đương với khoảng 3,6 MJ

Vì vậy, hãy bắt đầu với các tấm pin mặt trời:một tấm pin mặt trời duy nhất tạo ra khoảng 1,24 kWh mỗi ngày. Và để chế tạo một chiếc ô tô, bạn cần khoảng 15.800 kWh năng lượng (56.880 MJ chia cho 3,6 MJ / kWh). Điều đó bổ sung lên đến 12.741 tấm pin mặt trời. Và giả sử một bảng điều khiển năng lượng mặt trời là 5,4 feet x 3,25 feet theo SunPower, thì đó là 223,620 feet vuông. Điều đó làm tăng thêm khoảng 5 mẫu đất cần thiết để xây dựng một chiếc ô tô mỗi ngày.

Sau đó là các tuabin gió, trung bình tạo ra khoảng 15.000 kWh mỗi ngày (tùy thuộc vào vị trí. Càng gần đại dương, càng nhiều gió). Đóng gói một cú đấm mạnh mẽ hơn, bạn chỉ cần khoảng một tuabin gió để chế tạo một chiếc ô tô trong một ngày. Và xem xét bạn có thể lắp khoảng 200 đến 400 tuabin trên một khu đất rộng 5 mẫu Anh (20 đến 40 trên một mẫu Anh), điều đó hiệu quả hơn nhiều so với các tấm pin mặt trời.

Nhưng nguồn năng lượng sạch mạnh nhất đến từ thủy điện. Khai hoang là một tập hợp của 58 nhà máy thủy điện ở miền Tây Hoa Kỳ, sản xuất 42 tỷ kWh mỗi năm, tức khoảng 1,1 triệu kWh mỗi ngày. Với lượng điện năng đó đi vào một nhà máy sản xuất ô tô, bạn có thể sản xuất 73 chiếc ô tô mỗi ngày. Tuy nhiên, đó là một con số khá thấp trong kế hoạch tổng thể của mọi thứ.

Kết luận cho nghiên cứu điển hình nhỏ này

Năm 2020, Ford và Toyota mỗi hãng bán được hơn hai triệu xe, nghĩa là họ sẽ phải sản xuất gần 6.000 xe mỗi ngày. Và năm 2020 được coi là một năm chậm lại về lượng mua xe mới. Các nguồn điện duy nhất có thể đáp ứng lượng sản xuất cần thiết là nhiên liệu hóa thạch và than đá. Vì vậy, trong tương lai gần, ô tô sẽ luôn được chế tạo bằng phương tiện bẩn, ngay cả khi phương tiện được sản xuất là sạch.