การขับเคลื่อนด้วยระบบไฟฟ้า – รู้จักยานยนต์ไฟฟ้าประเภทต่างๆ และอนาคต

ความพยายามในการต่อสู้กับโลกร้อนและความต้องการลดการปล่อยไอเสียสู่ชั้นบรรยากาศ ประกอบกับค่าครองชีพที่ถีบตัวสูงขึ้นจากเงินเฟ้อ จากราคาน้ำมันที่สูงขึ้นที่เป็นผลจากสงครามรัสเซียและยูเครน ทำให้การเปลี่ยนจากรถเครื่องยนต์สันดาปมาเป็นรถยนต์ไฟฟ้าซึ่งไม่ปล่อยไอเสียเป็นตัวเลือกหนึ่งที่อยู่ในความสนใจ

ค่ายรถยนต์ยุโรปมีความกระตือรือร้นในการคิดค้นวิจัย และออกรถยนต์ไฟฟ้ารุ่นใหม่ๆ ออกสู่ตลาด (ที่มา: Volkswagen-AG)

คำจำกัดความของ การขับเคลื่อนไฟฟ้า ครอบคลุมตั้งแต่ จักรยานไฟฟ้าขนาดเล็ก รถยนต์ไฟฟ้า ไปจนถึงรถไฟความเร็วสูง สำหรับบทความนี้จะนำเสนอความรู้พื้นฐานคร่าวๆ ของรถยนต์ไฟฟ้าประเภทต่างๆ ข้อดีข้อเสีย เทคโนโลยีแบตเตอรี่ และแนวโน้มจากฟากยุโรป

ความเป็นมาของยานยนต์ไฟฟ้า

อันที่จริง ยานยนต์ไฟฟ้ามีมานานแล้ว ตั้งแต่ต้นศตวรรษ 1900 โดยมีช่วงเวลาซึ่งรถยนต์ไฟฟ้ามีจำนวนมากกว่ารถยนต์ใช้น้ำมันในสหรัฐฯ แต่โดนแซงด้วยรถยนต์ใช้น้ำมันในเวลาต่อมา หลังจากมีการประดิษฐ์มอเตอร์สตาร์ตเตอร์ ซึ่งทำให้รถยนต์สันดาปพร้อมสำหรับการผลิตแบบอนุกรมในปริมาณมาก ในหลายทศวรรษต่อมา รถยนต์ไฟฟ้ามีการใช้งานเป็นตลาดเฉพาะ (Niche) เช่น ในช่วงทศวรรษ 1970 รถขนส่งนม (Milk float) เป็นที่นิยมมาก โดยใช้ขนส่งนมสดอย่างเงียบๆ ในตอนเช้า การเริ่มต้นอีกครั้งของยานยนต์ไฟฟ้าเริ่มจากโตโยต้าออกรถรุ่น Prius ไฮบริดในปี 1997 ด้วยจุดขายเรื่องประหยัดน้ำมัน และรักษ์สิ่งแวดล้อม

ยานยนต์ไฟฟ้าประเภทต่างๆ แบ่งตามเทคโนโลยีการขับเคลี่อน

  • Hybrid (HEV) — เป็นการรวมกันระหว่างเครื่องยนต์สันดาปกับมอเตอร์ไฟฟ้า
  • Mild Hybrid — ไฮบริดที่มีมอเตอร์ไฟฟ้าพลังงานจำกัด สำหรับช่วยเสริมเครื่องยนต์สันดาปภายใน (เหมือนกันกับเทอร์โบชาร์เจอร์)
  • Plug-in Hybrid (PHEV) — ยานยนต์ไฮบริดที่สามารถชาร์จพลังงานไฟฟ้าได้
  • ยานยนต์ไฟฟ้าพร้อมตัวขยายระยะทาง (Range Extender-REX) – เครื่องยนต์สันดาปเสริมในรถยนต์ไฟฟ้า ที่ไม่ได้ใช้ขับเคลื่อนรถยนต์ แต่ใช้ชาร์จแบตเตอรี่ผ่านเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 
  • แบตเตอรี่ (BEV) — ยานยนต์ไฟฟ้า “บริสุทธิ์” ที่ปราศจากเครื่องยนต์สันดาปภายใน ใช้แหล่งพลังงานจากแบตเตอรี่ ชาร์จผ่านสถานีชาร์จไฟฟ้า
  • เซลล์เชื้อเพลิง (FCEV) — ใช้มอเตอร์ไฟฟ้าขับเคลื่อน แต่แหล่งพลังงานมาจากเซลล์เชื้อเพลงที่ใช้กระบวนการอิเล็กโตรไลซิสของไฮโดรเจนและออกซิเจน

จากประเภทยานยนต์ไฟฟ้าต่างๆ ข้างบน BEV มีข้อเสียหลักคือ ระยะทางที่จำกัด ในขณะที่การรวมกันกับเครื่องยนต์สันดาปภายในอื่นๆ (HEV, BEV + REX) เพิ่มระยะทาง แต่ก็เพิ่มความซับซ้อนของระบบส่งกำลัง เพิ่มน้ำหนัก (และราคา) ของรถเป็นอย่างมาก

ข้อดีและข้อเสียของยานยนต์ไฟฟ้า

เหรียญมีสองด้านเสมอ การใช้ยานยนต์ไฟฟ้าก็เช่นเดียวกัน การกระทำสิ่งหนึ่งอาจมีข้อดีด้านหนึ่งแต่ก่อข้อเสียอีกด้านหนึ่ง ประโยชน์โดยรวมจำเป็นต้องวัดกันจากการนำข้อดีมาหักล้างข้อเสีย เช่นในแง่ของ การปล่อยมลพิษโดยรวม และผลกระทบต่อตลาดแรงงาน

ข้อดี: ในแง่ของสุนทรียภาพในการขับขี่ ความเงียบและแรงบิดที่สูงตั้งแต่เริ่มออกตัว (เหยียบปั๊บเร็วได้ในทันที ในขณะที่รถยนต์สันดาปภายใน ต้องค่อยๆ ออกตัวจากช้าไปเร็ว) การปล่อยไอเสียที่เป็นศูนย์ ณ จุดใช้งาน 

ข้อเสีย: ระยะทางที่จำกัด และโครงสร้างพื้นฐานรองรับการชาร์จยังไม่สมบูรณ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการชาร์จแบบรวดเร็ว สำหรับการเดินทางระยะไกล

การปลดปล่อยคาร์บอน ประหยัดหรือไม่ ต้องพิจารณาทั้งห่วงโซ่การผลิต 

ในแง่ของความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม การปล่อยไอเสียที่เป็นศูนย์ ณ จุดใช้งาน ยังไม่ได้หมายถึง ไม่ปล่อยไอเสียเลย การคิดคำนวณการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์โดยรวม ต้องคิดจากพลังงานที่ใช้ในกระบวนการผลิตทั้งหมดรวมถึงการผลิตแบตเตอรี่ด้วย ขึ้นกับส่วนผสมของพลังงานที่ใช้ในกระบวนการผลิต หากผลิตจากแหล่งพลังงานสะอาด จากการศึกษาที่ทำโดยหน่วยงานพลังงานสวีเดน ยานยนต์ไฟฟ้าจะประหยัดการปล่อยคาร์บอนได้มากกว่ารถยนต์สันดาปภายในที่มีขนาดเดียวกัน หลังระยะทาง 30,000 กม. ในรถขนาดเล็ก และ 100,000 กม. ในรถขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม ปัจจัยสำคัญเชิงนิเวศวิทยาอีกอย่างหนึ่ง คือ ความต้องการสินแร่หายาก สำหรับการผลิตแบตเตอรี่ แน่นอนว่า การประหยัดการปล่อยคาร์บอนสามารถทำได้มาก หากการผลิตรถยนต์ไฟฟ้าใช้พลังงานสะอาด ตัวเลขของฟากเยอรมัน การสร้างพลังงานไฟฟ้าหนึ่ง กิโลวัตต์-ชม. สร้างการปล่อย CO2 530 กรัม

ผลกระทบต่อภาคแรงงาน – ชิ้นส่วนซับซ้อนน้อยลง จำนวนน้อยลง นำมาสู่การจ้างงานน้อยลงมหาศาล

ยานยนต์ไฟฟ้า มีการออกแบบที่มีความซับซ้อนที่น้อยกว่าระบบการสันดาปภายในมาก มีข้อดีในแง่ของ ความมีอิสระในการสร้างและออกแบบอย่างสมบูรณ์ แต่ก็ส่งผลเสียอย่างมากต่อตลาดแรงงานที่มีการลดลงของการใช้แรงงานอย่างมากของยานยนต์ไฟฟ้า เมื่อเทียบกับแบบเดิม (ชิ้นส่วนน้อยลงมาก จากหลายพันชิ้น เหลือไม่กี่ร้อย จำนวนแรงงานก็น้อยลงตาม) นี่คือ ตัวอย่างหนึ่งของ Disruption บริษัทโฟล์กสวาเกน รายงานว่างานในโรงงานฮันโนเวอร์และแอมเดน จำนวน 7,000 ตำแหน่ง ล้าสมัยลง เนื่องด้วยยานยนต์ไฟฟ้า บริษัทยังจำเป็นต้องหาที่ลงให้กับพนักงานที่ยังไม่ถึงอายุเกษียณ หรือไม่ได้ลาออกด้วยความสมัครใจ แนวโน้มนี้เป็นในอุตสาหกรรมยานยนต์ทั่วโลก ในบ้านเราก็เช่นกัน หากรถยนต์ไฟฟ้ามีความต้องการมากขึ้นอาจเป็นจุดจบของประเทศไทยในฐานะดรีทรอยด์ของเอเซีย 



เทคโนโลยีแบตเตอรี่ – ลิเธียมไอออนเป็นหลัก

ในปัจจุบันใช้ ลิเธียมไอออนเป็นหลัก ที่จัดหาเป็นหลักโดยซัพพลายเออร์ในเอเชีย ซึ่งมีราคาถูกลงในช่วงหลายปีที่ผ่านมา อย่างไรก็ตาม แนวโน้มนี้กำลังกลับข้าง เนื่องจากเงินเฟ้อที่มีส่วนทำให้วัตถุดิบในการผลิตแบตเตอรี่ ก้าวกระโดดขึ้น แบตเตอรี่ที่ไม่ได้ผลิตเอง ต้องพึ่งพิงซัพพลายเออร์ในเอเชีย ตรงจุดนี้ก็เป็นเรื่องถกเถียงกันในฟากยุโรป ว่าควรจะมีโรงงานผลิตเซลล์แบตเตอรี่เป็นของตนเองหรือไม่ แต่เนื่องจากแร่หายากมีในฝั่งเอเซีย จึงยังเป็นข้อจำกัดของฝั่งยุโรป ประเด็นนี้ก็เช่นเดียวกับประเทศไทย ซึ่งไม่มีทรัพยากรในการผลิตแบตเตอรี่ ในขณะที่ประเทศจีนและอินโดนีเซีย มีสินแร่หายากเหล่านี้ เป็นข้อจำกัดที่อาจชี้เป็นชี้ตายต่อความสามารถในการแข่งขันของประเทศไทยในอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้า 

ในปัจจุบันนักวิจัยแบตเตอรี่ทั่วโลก กำลังพยายามวิจัยเพื่อให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน มีต้นทุนที่ต่ำลง และระยะทางที่ไกลขึ้น แต่นอกเหนือจากลิเธียมไอออน ยังมีเทคโนโลยีอื่นๆ ได้แก่ ลิเธียมไอออนฟอสเฟสต และโซลิดสเตท ซึ่งมีอิเล็กโทรดและอิเล็กโตรไลต์เป็นของแข็ง ทำให้มีความหนาแน่นพลังงานที่สูงขึ้น  ค่ายรถยนต์จากยุโรปหลายค่ายประกาศว่าจะใช้แบตเตอรี่โซลิดเสตท ตั้งแต่ปี 2025 เป็นต้นไป ซึ่งบริษัทโฟล์กสวาเกน ลงทุน 100 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ในบริษัทสตาร์ทอัพเพื่อวิจัยแบตเตอรี่โซลิดเสตทนี้

อนาคตของการขับเคลื่อนไฟฟ้า — เป็นแค่เทคโนโลยีที่เป็นสะพานไปสู่เทคโนโลยีอื่นหรือไม่?

ตามความเป็นของผู้เชี่ยวชาญ ยังไม่แน่ว่า ยานยนต์ไฟฟ้าจะเป็นโซลูชั่นในอุดมคติที่จะมาทดแทนยุคแห่งการใช้พลังงานฟอสซิลหรือไม่ มีคนมองว่ายานยนต์ไฟฟ้า อาจเป็นแค่ทางผ่านไปสู่ เทคโนโลยีอื่นอย่าง เซลล์พลังงานที่ขับเคลื่อนโดยไฮโดรเจนที่อาจเหนือกว่าในระยะกลาง หรือเซลล์ของเหลวอื่นๆ ที่เรียกกันว่า (e-fuels)

อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงระบบโครงสร้างพื้นฐานเพื่อรองรับ ไม่ใช่เรื่องง่ายๆ หากจะเปลี่ยนจากสถานีชาร์จเร็ว ไปเป็นอย่างอื่น ต้องมีความต้องการและจำนวนรถที่มากพอ ซึ่งเป็นต้นทุน ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะเปลี่ยนในระยะเวลาอันสั้น เฉกเช่นดียวกับ ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะเปลี่ยนจากรถยนต์ที่ใช้พลังงานฟอสซิล มาเป็นพลังงานไฟฟ้าเช่นกัน

บทความข้างต้นเป็นมุมมองของยานยนต์ไฟฟ้าจากฟากยุโรป ซึ่งมีความแข็งขันในการแย่งส่วนแบ่งตลาด อย่างไรก็ดีอุตสาหกรรมแบตเตอรี่และทรัพยากรแร่หายาก อยู่ในฟากเอเซีย

อ้างอิง : https://www.etmm-online.com/