سيارة كهربائية

في يناير 1990، كشف رئيس شركة جنرال موتورز عن سيارتها الكهربائية النموذجية ذات المقعدين، "إمباكت"، في معرض لوس أنجلوس للسيارات. وفي سبتمبر من العام نفسه، ألزم مجلس موارد الهواء في كاليفورنيا شركات صناعة السيارات الكبرى ببيع السيارات الكهربائية، على مراحل بدءًا من عام 1998. وخلال الفترة من 1996 إلى 1998، أنتجت جنرال موتورز 1117 سيارة من طراز EV1 ، تم توفير 800 منها من خلال عقود إيجار لمدة ثلاث سنوات. ^{[ 5 ]}

أنتجت شركات كرايسلر وفورد وجنرال موتورز وهوندا وتويوتا أعدادًا محدودة من السيارات الكهربائية لسائقي كاليفورنيا خلال هذه الفترة. وفي عام ٢٠٠٣، ومع انتهاء عقود إيجار سيارات EV1 لشركة جنرال موتورز، أوقفت الشركة إنتاجها. وقد عُزيت أسباب هذا التوقف إلى عدة عوامل، منها: نجاح صناعة السيارات في الطعن أمام المحكمة الفيدرالية على قانون كاليفورنيا الذي يُلزم باستخدام المركبات عديمة الانبعاثات ، وقانون فيدرالي يُلزم جنرال موتورز بإنتاج وصيانة قطع الغيار للآلاف القليلة المتبقية من سيارات EV1، ونجاح الحملة الإعلامية التي شنتها صناعات النفط والسيارات للحد من تقبّل الجمهور للسيارات الكهربائية.

تم إنتاج فيلم حول هذا الموضوع في الفترة 2005-2006 بعنوان " من قتل السيارة الكهربائية؟" وتم إصداره في دور العرض بواسطة شركة سوني بيكتشرز كلاسيكس في عام 2006. يستكشف الفيلم أدوار مصنعي السيارات وصناعة النفط والحكومة الأمريكية والبطاريات ومركبات الهيدروجين وعامة الناس، ودور كل منهم في الحد من نشر واعتماد هذه التكنولوجيا.

طرحت شركة فورد عددًا من شاحنات التوصيل فورد إيكوستار في السوق. كما استعادت شركات هوندا ونيسان وتويوتا معظم سياراتها الكهربائية وقامت بتدميرها، والتي كانت، مثل سيارات جنرال موتورز EV1، متاحة فقط بنظام التأجير التمويلي. بعد احتجاجات شعبية، باعت تويوتا 200 سيارة من طراز RAV4 الكهربائية ، والتي بيعت لاحقًا بأكثر من سعرها الأصلي البالغ أربعين ألف دولار. وفي وقت لاحق، باعت شركة بي إم دبليو الكندية عددًا من سيارات ميني الكهربائية بعد انتهاء اختباراتها في كندا.

توقف إنتاج سيارة سيتروين بيرلينجو الكهربائية في سبتمبر 2005. وبدأت شركة زين الإنتاج في عام 2006 لكنها توقفت بحلول عام 2009. ^{[ 6 ]}

لقد نما المخزون العالمي لكل من المركبات الكهربائية الهجينة القابلة للشحن (PHEVs) والمركبات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات (BEVs) بشكل مطرد منذ العقد 2010. ^{[ 7 ]}

مبيعات السيارات الكهربائية للركاب في جميع أنحاء العالم منذ عام 2012 ^{[ 8 ]}

خلال أواخر القرن العشرين وأوائل القرن الحادي والعشرين، أدى الأثر البيئي للبنية التحتية للنقل القائمة على النفط، إلى جانب المخاوف من ذروة إنتاج النفط ، إلى تجدد الاهتمام بالبنية التحتية للنقل الكهربائي. ^{[ 9 ]} وبحلول القرن الحادي والعشرين، أصبح التحول الطاقي نحو كهربة أكبر قدر ممكن من الأشياء، وليس المركبات فقط، بدلاً من حرق الوقود، يُعتبر أمراً بالغ الأهمية لصحة الإنسان والبيئة. ^{[ 10 ] [ 11 ]} تختلف المركبات الكهربائية عن المركبات التي تعمل بالوقود الأحفوري في إمكانية توليد الكهرباء التي تستهلكها من مجموعة واسعة من المصادر، بما في ذلك الوقود الأحفوري والطاقة النووية والطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ، أو أي مزيج منها. وقد ساهمت التطورات الحديثة في تكنولوجيا البطاريات والبنية التحتية للشحن في معالجة العديد من العوائق السابقة أمام تبني المركبات الكهربائية، مما جعلها خياراً أكثر جدوى لشريحة أوسع من المستهلكين. ^{[ 12 ]}

تختلف البصمة الكربونية والانبعاثات الأخرى للمركبات الكهربائية باختلاف نوع الوقود والتكنولوجيا المستخدمة في توليد الكهرباء . ^{[ 13 ] [ 14 ]} يمكن تخزين الكهرباء في المركبة باستخدام بطارية أو دولاب موازنة أو مكثفات فائقة . عادةً ما تستمد المركبات التي تعمل بمحركات الاحتراق الداخلي طاقتها من مصدر واحد أو مصادر قليلة، وغالبًا ما تكون من الوقود الأحفوري غير المتجدد. من أهم مزايا المركبات الكهربائية الكبح المتجدد ، الذي يستعيد الطاقة الحركية ، التي تُفقد عادةً أثناء الكبح الاحتكاكي على شكل حرارة، ككهرباء تُعاد إلى البطارية. على الرغم من أن أكثر من 20% من السيارات الجديدة المباعة في عام 2024 كانت كهربائية، إلا أن 2% فقط من الشاحنات كانت كذلك. ^{[ 15 ]} تُعد الصين المنتج الرائد عالميًا للمركبات الكهربائية، حيث استحوذت على أكثر من 70% من الإنتاج العالمي و67% من المبيعات العالمية للمركبات الكهربائية في عام 2024. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

• الاتصال المباشر بشبكات الكهرباء كما هو شائع بين القطارات الكهربائية والترام والحافلات الكهربائية وعربات الترولي (انظر أيضًا: الخطوط العلوية والسكك الحديدية الثالثة وتجميع التيار في القنوات ).
• تجمع المركبات الكهربائية المتصلة بالإنترنت الطاقة من شرائط الطاقة الكهربائية المدفونة تحت سطح الطريق عن طريق الحث الكهرومغناطيسي

• يتم توليدها على متن القطار باستخدام محرك ديزل: قاطرة ديزل كهربائية ووحدة ديزل كهربائية متعددة (DEMU)
• يتم توليدها على متن المركبة باستخدام خلية وقود : مركبة تعمل بخلايا الوقود
• يتم توليد الطاقة على متن الغواصات وحاملات الطائرات النووية باستخدام الطاقة النووية .
• مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية : المركبات التي تعمل بالطاقة الشمسية

من الممكن أيضاً امتلاك سيارات كهربائية هجينة تستمد الكهرباء من مصادر متعددة، مثل:

• نظام تخزين الكهرباء القابل لإعادة الشحن على متن المركبة (RESS) واتصال مباشر ومستمر بمحطات توليد الطاقة الأرضية لأغراض إعادة الشحن على الطرق السريعة مع نطاق غير مقيد على الطرق السريعة ^{[ 19 ].}
• نظام تخزين كهربائي قابل لإعادة الشحن على متن المركبة ومصدر طاقة دفع يعمل بالوقود (محرك احتراق داخلي): هجين قابل للشحن

بالنسبة للمركبات الكهربائية الكبيرة جدًا، كالغواصات ، يمكن استبدال الطاقة الكيميائية للمحرك الكهربائي الذي يعمل بالديزل بمفاعل نووي . يوفر المفاعل النووي عادةً الحرارة اللازمة لتشغيل توربين بخاري ، والذي بدوره يشغل مولدًا كهربائيًا، ثم تُغذى هذه الحرارة إلى نظام الدفع. انظر: الدفع النووي البحري .

تستخدم بعض المركبات التجريبية، مثل بعض السيارات وعدد قليل من الطائرات، الألواح الشمسية لتوليد الكهرباء.

يتم تزويد هذه الأنظمة بالطاقة من محطة توليد خارجية (دائماً تقريباً عندما تكون السيارة ثابتة)، ثم يتم فصلها قبل حدوث الحركة، ويتم تخزين الكهرباء في السيارة حتى الحاجة إليها.

• المركبات الكهربائية بالكامل (FEV). ^{[ 20 ]} تشمل طرق تخزين الطاقة ما يلي:
  • الطاقة الكيميائية المخزنة في السيارة في بطاريات داخلية: سيارة كهربائية تعمل بالبطارية (BEV) مزودة عادةً ببطارية ليثيوم أيون
  • تخزين الطاقة الحركية: عجلات التوازن
  • الطاقة الساكنة المخزنة على المركبة في مكثفات كهربائية مزدوجة الطبقة موجودة على متنها

تُعدّ البطاريات والمكثفات الكهربائية ثنائية الطبقة وأنظمة تخزين الطاقة باستخدام دولاب الموازنة من أشكال أنظمة تخزين الطاقة الكهربائية القابلة لإعادة الشحن والمثبتة على متن المركبات. ومن خلال تجنب خطوة ميكانيكية وسيطة، يمكن تحسين كفاءة تحويل الطاقة مقارنةً بالأنظمة الهجينة عن طريق تجنب تحويلات الطاقة غير الضرورية. علاوة على ذلك، فإن تحويلات البطاريات الكهروكيميائية قابلة للعكس، مما يسمح بتخزين الطاقة الكهربائية في صورة كيميائية. ^{[ 21 ]}

بطارية المركبة الكهربائية (EVB)، بالإضافة إلى أنظمة بطاريات الجر المتخصصة المستخدمة في المركبات الصناعية (أو الترفيهية)، هي بطارية تُستخدم لتشغيل نظام الدفع في المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطارية (BEVs). عادةً ما تكون هذه البطاريات بطاريات ثانوية (قابلة لإعادة الشحن)، وهي في الغالب بطاريات ليثيوم أيون.

تُستخدم بطاريات الجر، المصممة خصيصًا بسعة أمبير-ساعة عالية، في الرافعات الشوكية، وعربات الغولف الكهربائية، وآلات تنظيف الأرضيات، والدراجات النارية الكهربائية، والسيارات الكهربائية، والشاحنات، والشاحنات الصغيرة، وغيرها من المركبات الكهربائية. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

تتضمن معظم المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات بطارية مساعدة منفصلة منخفضة الجهد، وعادةً ما تكون بنظام 12 فولت، لتشغيل الملحقات والإلكترونيات المتحكمة. ويتم عادةً إعادة شحن هذه البطارية المساعدة من بطارية الجر عالية الجهد عبر محول تيار مستمر/تيار مستمر. ^{[ 24 ]}

قد تؤدي الأعطال في نظام شحن البطارية الإضافية إلى تعطيل المركبة حتى مع بقاء بطارية الجر مشحونة. في عام 2024، استدعت شركتا هيونداي وكيا سيارات بسبب أعطال في وحدة التحكم المتكاملة بالشحن (ICCU) التي قد توقف شحن بطارية 12 فولت وتؤدي إلى فقدان قوة الدفع. ^{[ 25 ]}

بطارية ليثيوم أيون

منذ طرحها تجاريًا لأول مرة عام ١٩٩١، أصبحت بطاريات الليثيوم أيون تقنيةً مهمةً لتحقيق أنظمة نقل منخفضة الكربون. تستخدم معظم المركبات الكهربائية بطاريات الليثيوم أيون. تتميز هذه البطاريات بكثافة طاقة أعلى ، وعمر أطول ، وكثافة قدرة أعلى من معظم البطاريات العملية الأخرى. ^{[ ٢٧ ]} تشمل العوامل المعقدة السلامة، والمتانة، والانهيار الحراري، والأثر البيئي ، والتكلفة . يجب استخدام بطاريات الليثيوم أيون ضمن نطاقات آمنة من درجات الحرارة والجهد لضمان التشغيل الآمن والفعال. ^{[ ٢٨ ]}

يؤدي إطالة عمر البطارية إلى تقليل التكاليف الفعلية والأثر البيئي. وتتمثل إحدى التقنيات في تشغيل مجموعة فرعية من خلايا البطارية في كل مرة، ثم تبديل هذه المجموعات الفرعية. ^{[ 29 ]}

في الماضي، استُخدمت بطاريات هيدريد النيكل المعدني في بعض السيارات الكهربائية، مثل تلك التي تصنعها شركة جنرال موتورز. ^{[ 30 ]} تُعتبر هذه الأنواع من البطاريات قديمة الطراز نظرًا لميلها إلى التفريغ الذاتي عند تعرضها للحرارة. ^{[ 31 ]} علاوة على ذلك، كانت شركة شيفرون تمتلك براءة اختراع لهذا النوع من البطاريات، مما شكّل عائقًا أمام انتشارها على نطاق واسع. ^{[ 32 ]} هذه العوامل، بالإضافة إلى تكلفتها العالية، أدّت إلى تصدّر بطاريات الليثيوم أيون قائمة البطاريات المستخدمة في السيارات الكهربائية. ^{[ 33 ]}

انخفضت أسعار بطاريات الليثيوم أيون بشكل كبير خلال العقد الماضي، مما ساهم في انخفاض أسعار السيارات الكهربائية، إلا أن ارتفاع أسعار المعادن الأساسية مثل الليثيوم من عام 2021 وحتى نهاية عام 2022 قد ضغط على الانخفاضات التاريخية في أسعار البطاريات. ^{[ 34 ] [ 35 ]}

تُقاس قدرة المحرك الكهربائي  في السيارة، كما هو الحال في الآلات الأخرى، بالكيلوواط (kW). ويمكن للمحركات الكهربائية توليد أقصى عزم دوران لها ضمن نطاق واسع من سرعات الدوران. وهذا يعني أن أداء السيارة المزودة بمحرك كهربائي بقدرة 100 كيلوواط يفوق أداء السيارة المزودة بمحرك احتراق داخلي بقدرة 100  كيلوواط، والذي لا يستطيع توليد أقصى عزم دوران له إلا ضمن نطاق محدود من سرعة المحرك.

تختلف كفاءة الشحن بشكل كبير اعتمادًا على نوع الشاحن، ^{[ 36 ]} ويتم فقدان الطاقة أثناء عملية تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية.

عادةً، يتم تغذية التيار الكهربائي المباشر (DC) إلى محول DC/AC حيث يتم تحويله إلى تيار كهربائي متناوب (AC) ويتم توصيل هذا التيار الكهربائي المتناوب بمحرك تيار متردد ثلاثي الأطوار.

تُستخدم محركات التيار المستمر غالبًا في القطارات الكهربائية، والرافعات الشوكية، وبعض السيارات الكهربائية. وفي بعض الحالات، تُستخدم محركات عامة ، وعندها يُمكن استخدام التيار المتردد أو التيار المستمر. وفي المركبات الحديثة، تم استخدام أنواع مختلفة من المحركات؛ على سبيل المثال، محركات الحث في سيارات تسلا، ومحركات المغناطيس الدائم في سيارات نيسان ليف وشيفروليه بولت . ^{[ 37 ]}

محرك سيارة تسلا موديل إس

مثبت على الهيكل

منظر مقطعي

تتميز المحركات الكهربائية ببساطتها الميكانيكية، وغالبًا ما تحقق كفاءة تحويل الطاقة بنسبة 90٪ ^{[ 39 ]} على نطاق كامل من السرعات ومخرجات الطاقة، ويمكن التحكم فيها بدقة.

تُوفّر الحركة بواسطة محرك كهربائي دوّار . مع ذلك، يُمكن "فرد" المحرك ليتحرك مباشرةً على مسار مُصمّم خصيصًا. تُستخدم هذه المحركات الخطية في قطارات الرفع المغناطيسي التي تطفو فوق القضبان مدعومةً بالرفع المغناطيسي . يُتيح ذلك مقاومة دوران شبه معدومة للمركبة، وانعدام التآكل الميكانيكي للقطار أو المسار. إضافةً إلى أنظمة التحكم عالية الأداء المطلوبة، يُصبح تغيير مسارات القطارات وثنيها أمرًا صعبًا مع المحركات الخطية، مما حصر استخدامها حتى الآن في خدمات النقل السريع بين نقطتين.

تتيح الجر الكهربائي استخدام الكبح التجديدي ، حيث تُستخدم المحركات كمكابح وتتحول إلى مولدات تحول حركة القطار، عادةً، إلى طاقة كهربائية تُعاد تغذيتها إلى خطوط السكك الحديدية. يُعد هذا النظام مفيدًا بشكل خاص في المناطق الجبلية، حيث يمكن للمركبات الهابطة توليد جزء كبير من الطاقة اللازمة للمركبات الصاعدة، وكذلك في استخدامات النقل داخل المدن التي تتطلب التوقف والانطلاق المتكرر. ولا يكون هذا النظام التجديدي فعالًا إلا إذا كان النظام كبيرًا بما يكفي لاستخدام الطاقة المولدة من المركبات الهابطة.

يمكن التحكم بها بدقة وتوفر عزم دوران عالٍ من حالة السكون إلى الحركة، على عكس محركات الاحتراق الداخلي، ولا تحتاج إلى تروس متعددة لمطابقة منحنيات القدرة. وهذا يلغي الحاجة إلى علب التروس ومحولات عزم الدوران .

توفر المركبات الكهربائية تشغيلاً هادئاً وسلساً، وبالتالي فهي أقل ضجيجاً واهتزازاً من محركات الاحتراق الداخلي. ^{[ 40 ]} ورغم أن هذه ميزة مرغوبة، إلا أنها أثارت أيضاً مخاوف من أن غياب الأصوات المعتادة للمركبة القادمة يشكل خطراً على المكفوفين وكبار السن والأطفال الصغار جداً من المشاة. وللتخفيف من هذا الوضع، تشترط العديد من الدول إصدار أصوات تحذيرية عند تحرك المركبات الكهربائية ببطء، حتى سرعة تصبح عندها أصوات الحركة والدوران الطبيعية (الطريق، ونظام التعليق، والمحرك الكهربائي، إلخ) مسموعة. ^{[ 41 ]}

لا تحتاج المحركات الكهربائية إلى الأكسجين، على عكس محركات الاحتراق الداخلي؛ وهذا مفيد للغواصات وللمركبات الفضائية الجوالة .

كانت القوارب الكهربائية شائعة في مطلع القرن العشرين. وقد ازداد الاهتمام بالنقل البحري الهادئ والمتجدد باطراد منذ أواخر القرن العشرين، حيث منحت الخلايا الشمسية القوارب الآلية مدىً لا محدودًا كالقوارب الشراعية . ويمكن استخدام المحركات الكهربائية، وقد استُخدمت بالفعل، في القوارب الشراعية بدلًا من محركات الديزل التقليدية. ^{[ 61 ]} وتعمل العبّارات الكهربائية بشكل منتظم. ^{[ 62 ]} وتستخدم الغواصات البطاريات (التي تُشحن بواسطة محركات الديزل أو البنزين على السطح)، والطاقة النووية ، وخلايا الوقود ^{[ 63 ]} أو محركات ستيرلينغ لتشغيل المراوح التي تعمل بمحركات كهربائية. وتُستخدم قوارب القطر الكهربائية بالكامل في أوكلاند، نيوزيلندا (يونيو 2022)، ^{[ 64 ]} وفانكوفر، كولومبيا البريطانية (أكتوبر 2023)، ^{[ 65 ]} وسان دييغو، كاليفورنيا. ^{[ 66 ]}

منذ بدايات الطيران، خضعت الطاقة الكهربائية للطائرات لتجارب مكثفة. وتشمل الطائرات الكهربائية التي تحلق حالياً مركبات جوية مأهولة وغير مأهولة.

للطاقة الكهربائية تاريخ طويل من الاستخدام في المركبات الفضائية . ^{[ 67 ] [ 68 ]} تشمل مصادر الطاقة المستخدمة في المركبات الفضائية البطاريات والألواح الشمسية والطاقة النووية. تتضمن الطرق الحالية لدفع المركبات الفضائية بالكهرباء الصاروخ النفاث القوسي ، والدافع الأيوني الكهروستاتيكي ، ودافع تأثير هول ، والدفع الكهربائي بالانبعاث الميداني .

بدلاً من إعادة شحن السيارات الكهربائية من المقابس الكهربائية، يمكن استبدال البطاريات ميكانيكياً في محطات خاصة في غضون دقائق قليلة ( تبديل البطاريات ).

لا يمكن دائمًا إعادة شحن البطاريات ذات الكثافة الطاقية العالية ، مثل خلايا الوقود المعدنية الهوائية، بالكهرباء فقط، لذا قد يُستخدم شكل من أشكال الشحن الميكانيكي. أما بطارية الزنك والهواء ، وهي في الأصل خلية وقود ، فيصعب إعادة شحنها كهربائيًا، لذا قد يتم "تزويدها بالوقود" عن طريق استبدال المصعد أو الإلكتروليت بشكل دوري. ^{[ 72 ]}

تُضيف شركة جنرال موتورز (GM) ميزة تُسمى V2H ، أو الشحن ثنائي الاتجاه، لتمكين سياراتها الكهربائية الجديدة من إرسال الطاقة من بطارياتها إلى منازل مالكيها. ستبدأ جنرال موتورز بتطبيق هذه الميزة في طرازات عام 2024، بما في ذلك سيارتي سيلفرادو وبليزر الكهربائيتين، وتتعهد بمواصلة العمل بها حتى طرازات عام 2026. قد يكون هذا مفيدًا للمالكين أثناء انقطاعات التيار الكهربائي غير المتوقعة، لأن السيارة الكهربائية تُعتبر بمثابة بطارية ضخمة على عجلات. ^{[ 73 ]}

لا تُصدر السيارات الكهربائية أي ملوثات هواء من عوادمها ، وتُقلل من أمراض الجهاز التنفسي كالربو . [ ^{75 ] ومن} خلال الحد من أنواع تلوث الهواء، مثل ثاني أكسيد النيتروجين ، يُمكن للسيارات الكهربائية أيضًا أن تمنع مئات الآلاف من الوفيات المبكرة سنويًا، ^{[ 76 ] [ 77 ]} وخاصةً تلك الناجمة عن الشاحنات وحركة المرور في المدن. ^{[ 78 ]} إضافةً إلى ذلك، تُصدر السيارات الكهربائية تلوثًا ضوضائيًا أقل بكثير في المناطق الحضرية، مما يُحسّن جودة الحياة بشكل عام.

تكون انبعاثات الكربون الناتجة عن إنتاج وتشغيل المركبات الكهربائية، في معظم الحالات، أقل من تلك الناتجة عن إنتاج وتشغيل المركبات التقليدية. ^{[ 79 ]} عند اتباع استراتيجية شحن كهربائية تراعي التكلفة (بدلاً من استراتيجية شحن تراعي الانبعاثات)، قد ترتفع الانبعاثات بشكل ملحوظ لأن انبعاثات الكربون المتضمنة في الكهرباء متغيرة. ^{[ 80 ]} عادةً ما تكون المركبات الكهربائية في المناطق الحضرية أقل تلويثًا من مركبات الاحتراق الداخلي. ^{[ 81 ]}

مع ذلك، تُشحن المركبات الكهربائية بالكهرباء التي قد تُولّد بوسائل لها آثار صحية وبيئية. ^{[ 82 ] [ 83 ]} وهذا الأمر بالغ الأهمية في المناطق التي تعتمد على شبكات الكهرباء التي تعمل بالفحم. ^{[ 84 ]} كما أن لها آثارًا بيئية سلبية نتيجة لتصنيع البطاريات وإعادة تدويرها. ويشمل الأثر البيئي الكامل للمركبات الكهربائية آثار دورة حياتها من انبعاثات الكربون والكبريت، فضلًا عن دخول المعادن السامة إلى البيئة. ^{[ 85 ]}

مع ذلك، تستهلك سيارات الاحتراق الداخلي كميات من المواد الخام تفوق بكثير ما تستهلكه السيارات الكهربائية طوال دورة حياتها. ^{[ 86 ]} وتشير إحدى المصادر إلى أن أكثر من خُمس الليثيوم ونحو 65% من الكوبالت اللازمين للسيارات الكهربائية سيأتيان من مصادر مُعاد تدويرها بحلول عام 2035. ^{[ 87 ]} من جهة أخرى، عند حساب الكميات الكبيرة من الوقود الأحفوري التي تستهلكها السيارات غير الكهربائية طوال دورة حياتها، يُمكن اعتبار السيارات الكهربائية مُساهمة بشكل كبير في خفض احتياجات المواد الخام. ^{[ 87 ]}

من بين القيود التي تحدّ من الإمكانات البيئية للسيارات الكهربائية، أن مجرد تحويل أسطول السيارات المملوكة للقطاع الخاص من سيارات تعمل بمحركات الاحتراق الداخلي إلى سيارات كهربائية لن يُتيح مساحةً كافيةً على الطرق للتنقل النشط أو النقل العام. ^{[ 88 ]} قد تُساهم مركبات التنقل الكهربائية الصغيرة ، مثل الدراجات الكهربائية، في خفض انبعاثات الكربون من أنظمة النقل، لا سيما خارج المناطق الحضرية التي تتمتع بالفعل بخدمات نقل عام جيدة. ^{[ 89 ]}

التعدين والاستخراج والإنتاج

أصبحت المعلومات المتعلقة باستدامة عملية إنتاج البطاريات موضوعًا ذا حساسية سياسية. ^{[ 90 ]} وتثير عمليات استخراج المواد الخام في الواقع العملي قضايا تتعلق بالشفافية والمساءلة في إدارة الموارد الاستخراجية. وفي سلسلة التوريد المعقدة لتكنولوجيا الليثيوم، توجد جهات معنية متنوعة تمثل مصالح الشركات، وجماعات المصالح العامة، والنخب السياسية، وكلها معنية بنتائج إنتاج التكنولوجيا واستخدامها. ومن بين السبل الممكنة لتحقيق عمليات استخراج متوازنة، وضع معايير متفق عليها عالميًا بشأن حوكمة التكنولوجيا. ^{[ 90 ]}

يمكن تقييم مدى الالتزام بهذه المعايير من خلال إطار تقييم الاستدامة في سلاسل التوريد (ASSC). ويتضمن التقييم النوعي دراسة الحوكمة والالتزام الاجتماعي والبيئي . أما مؤشرات التقييم الكمي فتشمل أنظمة الإدارة ومعاييرها، والامتثال، والمؤشرات الاجتماعية والبيئية. ^{[ 91 ]}

تُكبّد المرحلة الأولى من إنتاج السيارات الكهربائية تكلفة بيئية، يُشار إليها غالبًا باسم " دين الكربون "، مدفوعةً بشكل أساسي بتصنيع بطاريات الجهد العالي كثيفة الاستهلاك للطاقة واستخراج المواد الخام الأساسية. ^{[ 92 ]} تُستخدم المعادن الأرضية النادرة ( النيوديميوم ، والديسبروسيوم ) ومعادن أخرى مُستخرجة من المناجم (النحاس، والنيكل، والحديد) في محركات السيارات الكهربائية، بينما تُستخدم الليثيوم والكوبالت والمنغنيز في البطاريات. ^{[ 93 ] [ 94 ]} في عام 2023، ذكرت وزارة الخارجية الأمريكية أن إمدادات الليثيوم ستحتاج إلى زيادة 42 ضعفًا بحلول عام 2050 على مستوى العالم لدعم التحول إلى الطاقة النظيفة. ^{[ 95 ]} يُنتج معظم بطاريات الليثيوم أيون في الصين، حيث يتم توفير الجزء الأكبر من الطاقة المستخدمة من محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم .

يُساهم استخراج هذه المعادن ومعالجتها في تدمير الموائل وتدهور البيئة. ^{[ 96 ]} فعلى سبيل المثال، تنطوي عملية تعدين معادن مثل الليثيوم والكوبالت ، وهما مكونان أساسيان في كيمياء البطاريات الحالية، على مخاطر بيئية محلية كبيرة. يُساهم تعدين الليثيوم، الذي يُجرى غالبًا باستخدام استخلاص المحلول الملحي الذي يستهلك كميات كبيرة من المياه ، في انبعاثات الكربون العالمية، والتي تُقدر بأكثر من 1.3 مليون طن من الكربون سنويًا، حيث يُعادل كل طن من الليثيوم المستخرج 15 طنًا من _ثاني أكسيد الكربون المنبعث في الغلاف الجوي. ^{[ 97 ] [ 98 ]} في المناطق الغنية بالكوبالت، مثل جمهورية الكونغو الديمقراطية ، تكون التكاليف البيئية باهظة، بما في ذلك إزالة الغابات وتدمير الموائل وتلوث المياه. ^{[ 99 ]} وقد لاحظ العلماء مستويات عالية من النشاط الإشعاعي في بعض مناطق التعدين، كما أن العمليات الصناعية، بما في ذلك طحن الصخور، تُطلق غبارًا يُسبب مشاكل صحية تنفسية للسكان المجاورين. ^{[ 100 ] [ 101 ]} أدى تعدين النيكل في المناجم المكشوفة إلى تدهور بيئي وتلوث في دول نامية مثل الفلبين وإندونيسيا . ^{[ 102 ] [ 103 ]} في عام 2024، كان تعدين النيكل ومعالجته من الأسباب الرئيسية لإزالة الغابات في إندونيسيا . ^{[ 104 ] [ 105 ]} 

في عام 2022، أصدرت وكالة الطاقة الدولية تقريراً يزعم أن تصنيع سيارة كهربائية ينتج عنه في المتوسط ​​انبعاثات ثاني أكسيد الكربون أكثر بنسبة 50% _من سيارة مماثلة تعمل بمحرك احتراق داخلي، ولكن هذا الفرق يتم تعويضه بالكامل تقريباً من خلال الانبعاثات الأعلى بكثير الناتجة عن الزيت المستخدم في تشغيل سيارة بمحرك احتراق داخلي على مدار عمرها مقارنة بتلك الناتجة عن توليد الكهرباء المستخدمة لتشغيل السيارة الكهربائية. ^{[ 107 ]}

في عام 2023، أصدرت منظمة غرينبيس مقطع فيديو ينتقد فكرة أن السيارات الكهربائية هي "الحل السحري للمناخ"، مشيرةً إلى أن مرحلة التصنيع لها تأثير بيئي كبير. فعلى سبيل المثال، أدى ارتفاع مبيعات سيارات الدفع الرباعي من هيونداي إلى تقويض الفوائد المناخية المترتبة على التحول إلى السيارات الكهربائية في هذه الشركة، لأن حتى سيارات الدفع الرباعي الكهربائية لها بصمة كربونية عالية نظرًا لاستهلاكها كميات كبيرة من المواد الخام والطاقة أثناء التصنيع. وتقترح غرينبيس بدلاً من ذلك مفهوم التنقل كخدمة ، قائم على ركوب الدراجات والنقل العام ومشاركة السيارات. ^{[ 108 ]}

تُعدّ كفاءة المركبات الكهربائية، بدءًا من خزان الوقود وحتى العجلات ، أعلى بثلاثة أضعاف تقريبًا من كفاءة مركبات محركات الاحتراق الداخلي. ^{[ 40 ]} لا تُستهلك الطاقة أثناء توقف المركبة، على عكس محركات الاحتراق الداخلي التي تستهلك الوقود أثناء التوقف. في عام 2022، ساهمت المركبات الكهربائية في خفض صافي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بنحو 80 مليون طن، على أساس دورة الطاقة الكاملة ، ومن المتوقع أن يزداد صافي فوائد المركبات الكهربائية في خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بمرور الوقت مع خفض انبعاثات الكربون في قطاع الكهرباء. ^{[ 119 ]}

لا ترتبط كفاءة دورة حياة السيارة الكهربائية (من المصدر إلى العجلات) بالسيارة نفسها بقدر ارتباطها بطريقة إنتاج الكهرباء. فسيارة كهربائية معينة ستتضاعف كفاءتها فورًا إذا تم تحويل إنتاج الكهرباء من الوقود الأحفوري إلى مصادر الطاقة المتجددة، مثل طاقة الرياح، وطاقة المد والجزر، والطاقة الشمسية، والطاقة النووية. لذا، عند الحديث عن "دورة حياة السيارة الكهربائية"، لا يقتصر النقاش على السيارة فحسب، بل يشمل البنية التحتية الكاملة لإمدادات الطاقة - وفي حالة الوقود الأحفوري، يشمل ذلك أيضًا الطاقة المستهلكة في الاستكشاف والتعدين والتكرير والتوزيع. ^{[ 120 ]} 

يُظهر تحليل دورة حياة المركبات الكهربائية أنه حتى عند تشغيلها بأكثر أنواع الكهرباء كثافةً للكربون في أوروبا، فإنها تُصدر غازات دفيئة أقل من المركبات التقليدية التي تعمل بالديزل. ^{[ 121 ]}

قد يكون مدى المركبات الكهربائية أقصر مقارنةً بالمركبات ذات محركات الاحتراق الداخلي، ^{[ 122 ] [ 123 ]} ولهذا السبب لا يزال تحويل النقل لمسافات طويلة إلى الكهرباء، مثل النقل البحري لمسافات طويلة، يمثل تحديًا. ^{[ 124 ]} اعتبارًا من عام 2025الطائرات الكهربائية العملية صغيرة الحجم ومحدودة المدى إلى بضع مئات من الكيلومترات. ^{[ 125 ]}

تتميز المركبات الكهربائية ذات الحصة السوقية العالمية المنخفضة، كالسفن، ^{[ 126 ]} عادةً بسعر شراء أولي أعلى من المركبات المماثلة التي تعمل بمحركات الاحتراق الداخلي. وتشكل هذه التكلفة الأولية المرتفعة عائقًا كبيرًا أمام دخول السوق. ورغم أن التحليلات المالية طويلة الأجل قد تُرجّح كفة المركبات الكهربائية، إلا أن الإنفاق الرأسمالي الفوري غالبًا ما يُملي قرارات الشراء، مما يُبطئ وتيرة التحول العام في السوق. ^{[ 127 ]}

غالباً ما يتم تعويض السعر الأولي المرتفع بانخفاض إجمالي تكلفة الملكية (TCO) على مدار عمر السيارة. ^{[ 127 ]} أما النفقات التشغيلية للسيارات الكهربائية فهي أقل بكثير. ^{[ 128 ] [ 129 ]}

أتاحت التطورات في بطاريات الليثيوم أيون، التي انطلقت في البداية من صناعة الإلكترونيات للاستخدام الشخصي، للسيارات الكهربائية كاملة الحجم والقادرة على السير على الطرق السريعة قطع مسافة تقارب المسافة التي تقطعها السيارات التقليدية بخزان وقود واحد بشحنة واحدة. وقد أصبحت بطاريات الليثيوم آمنة، ويمكن إعادة شحنها في دقائق بدلاً من ساعات (انظر وقت إعادة الشحن )، وتدوم الآن لفترة أطول من عمر السيارة النموذجية (انظر العمر الافتراضي ). وتتناقص تكلفة إنتاج هذه البطاريات الأخف وزنًا والأعلى سعةً تدريجيًا مع نضوج التكنولوجيا وزيادة أحجام الإنتاج. ^{[ 130 ] [ 131 ]} كما تُجرى أبحاث لتحسين إعادة استخدام البطاريات وإعادة تدويرها، مما سيقلل بشكل أكبر من الأثر البيئي للبطاريات. ^{[ 132 ] [ 133 ]} ويعمل العديد من الشركات والباحثين أيضًا على تقنيات بطاريات أحدث، بما في ذلك بطاريات الحالة الصلبة ^{[ 134 ]} وتقنيات بديلة. ^{[ 135 ]}

يمثل خطر الحاجة إلى استبدال البطارية خارج الضمان المصدر الأكبر لعدم اليقين المالي طويل الأجل للعديد من الراغبين في شراء سيارات كهربائية. ورغم مخاوف المستهلكين، فإن حالات استبدال البطاريات الفعلية نادرة إحصائيًا، وتُظهر بطاريات السيارات الكهربائية الحديثة متانة أكبر بكثير مما كان متوقعًا في البداية. ^{[ 136 ] [ 137 ]} وقد أكدت الدراسات أن بطاريات السيارات الكهربائية يمكن أن تدوم لفترة أطول من عمر السيارة مع حد أدنى من التدهور. ^{[ 138 ]}

يتلاشى الخطر المالي المرتبط باستبدال البطاريات مستقبلاً بفضل التطورات في تصنيعها واقتصادها. ^{[ 139 ]} وتشير تقارير الصناعة إلى أن فائض العرض في السوق العالمية سيستمر حتى عام 2028، مما سيسرع من انخفاض الأسعار. ^{[ 140 ] [ 141 ]}

يتأثر مدى المركبات الكهربائية وأداء بطارياتها سلبًا بالبرد القارس، إذ تستدعي درجات الحرارة المحيطة تحويل الطاقة لتدفئة المقصورة والحفاظ على درجة حرارة البطارية المثلى. وكشفت دراسة شاملة لأداء المركبات في فصل الشتاء أجرتها الجمعية الكندية للسيارات (CAA) أن الطقس البارد يؤثر بشكل كبير على مدى القيادة، حيث شهدت المركبات انخفاضًا يتراوح بين 14% و39% مقارنةً بتقديراتها الرسمية عند تشغيلها في درجة حرارة -15 ^درجة مئوية . ^{[ 142 ]} ويمثل هذا النقص الملحوظ في المدى تحديًا عمليًا كبيرًا لأصحاب المركبات في المناطق الباردة. ومع ذلك، ومع تطور صناعة السيارات، من المتوقع أن يساهم ازدياد توحيد وتحسين هذه الأنظمة الحرارية في التخفيف من قلق مدى القيادة في الطقس البارد. ^{[ 143 ]}

لقد تطورت لوائح سلامة المركبات الكهربائية بشكل كبير منذ لائحة الأمم المتحدة الاقتصادية لأوروبا رقم 100. وتركز اللوائح الحالية على الحماية من الهروب الحراري ، مع وجود معايير دولية مختلفة تفرض أنظمة إنذار مسبق وتدابير احتواء الانتشار الحراري.

تُعالج التطورات التكنولوجية الحديثة مخاوف الهروب الحراري بشكل استباقي. وقد أصبحت مواد الحماية المتقدمة من الحرائق لبطاريات السيارات الكهربائية مجالًا بحثيًا بالغ الأهمية، مع تطورات في السيراميك والميكا والهلاميات الهوائية والطلاءات ومواد تغيير الطور المصممة لمنع أو تأخير انتشار الهروب الحراري. ^{[ 146 ]}

تختلف اللوائح الحالية باختلاف المناطق، حيث كانت الصين من أوائل الدول التي تبنت متطلبات خاصة بالهروب الحراري، والتي تلزم بمنع خروج النار أو الدخان من حزم البطاريات لمدة خمس دقائق بعد وقوع الحادث. ومع ذلك، يشير خبراء الصناعة إلى أن فترات أطول قد تكون ضرورية في اللوائح المستقبلية، حيث يسعى مصنّعو المعدات الأصلية إلى تمديد فترات الحماية تحسبًا للمتطلبات التنظيمية المستقبلية. ^{[ 146 ]}

تشير الأبحاث المنشورة في المجلة الطبية البريطانية إلى أن السيارات الكهربائية تصدم المشاة بمعدل ضعف معدل صدم سيارات البنزين أو الديزل بسبب كونها أكثر هدوءًا. ^{[ 147 ]}

تُشكل البنية التحتية لإصلاح المركبات بعد الحوادث مصدر قلق لشركات التأمين والميكانيكيين نظرًا لمتطلبات السلامة. ^{[ 148 ]} ورغم عدم الإبلاغ عن أي وفيات في إصلاح المركبات الكهربائية حتى عام 2024، فإن إصلاح بطاريات الجهد العالي ينطوي على مخاطر الإصابة بالكهرباء ، والوميض القوسي ، والحريق . ^{[ 149 ]} لذا، يجب تقييم البطاريات والمكونات الأخرى بعناية بدلاً من اعتبارها تالفة تمامًا من قِبل شركات التأمين . ^{[ 150 ]}

أظهرت دراسة أجريت عام 2003 في المملكة المتحدة أن "التلوث يتركز بشكل أكبر في المناطق التي يرجح أن يعيش فيها الأطفال الصغار وذويهم، ويقل تركيزه في المناطق التي يميل كبار السن إلى الهجرة إليها"، وأن "المجتمعات الأكثر تلوثًا والأقل انبعاثًا للتلوث هي عادةً من بين أفقر المجتمعات في بريطانيا". ^{[ 151 ]} كما وجدت دراسة بريطانية أخرى أجريت عام 2019 أن "الأسر في أفقر المناطق تُصدر أقل كميات من أكاسيد النيتروجين والجسيمات الدقيقة، بينما تُصدر المناطق الأقل فقرًا أعلى انبعاثات من المركبات لكل كيلومتر لكل أسرة، وذلك بسبب ارتفاع نسبة امتلاك المركبات، وامتلاك المزيد من مركبات الديزل، والقيادة لمسافات أطول". ^{[ 152 ]}

حذّر كاريل مارتنز ، مخطط النقل، في مقال نُشر عام ٢٠٠٩، من أن المركبات الكهربائية لا تحل سوى مشكلة انبعاثات السيارات، دون أن تُعالج أو تُحسّن تأثيرها على المساحة التي تشغلها السيارات أو مشاكل مواقف السيارات . كما ذكر مارتنز، المتخصص في مجال عدالة النقل ، أن المركبات الكهربائية لا تُحسّن إمكانية الوصول للأشخاص الذين لا يملكون سيارات. ^{[ ١٥٣ ] [ ١٥٤ ]}

بما أن السيارات الكهربائية قابلة للتوصيل بشبكة الكهرباء عند عدم استخدامها، فإنها قد تقلل الحاجة إلى توليد الطاقة عند الطلب ، وذلك بتغذية الشبكة بالكهرباء من بطارياتها خلال فترات ذروة الطلب وانخفاض العرض (مثل ما بعد غروب الشمس مباشرة)، مع شحنها في الغالب ليلاً أو نهاراً، عندما تكون هناك طاقة توليد فائضة. ^{[ 166 ] [ 167 ]} يُتيح هذا الربط بين المركبة والشبكة (V2G) إمكانية تقليل الحاجة إلى محطات توليد طاقة جديدة، شريطة ألا يمانع مالكو السيارات في تقليل عمر بطارياتهم نتيجة استهلاكها من قِبل شركة الكهرباء خلال فترات ذروة الطلب. ويمكن لمواقف السيارات الكهربائية أن تُسهم في الاستجابة للطلب . ^{[ 168 ]}

قد تحتاج البنية التحتية الحالية للكهرباء إلى التعامل مع تزايد حصص مصادر الطاقة ذات القدرة المتغيرة، مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية . ويمكن معالجة هذا التباين من خلال تعديل سرعة شحن بطاريات السيارات الكهربائية، أو حتى تفريغها. ^{[ 169 ]}

تتضمن بعض المفاهيم إنشاء محطات لتبادل البطاريات وشحنها، على غرار محطات الوقود الحالية. ويتطلب ذلك قدرات هائلة للتخزين والشحن، يمكن التحكم بها لتغيير معدل الشحن، ولإنتاج الطاقة خلال فترات النقص، كما تُستخدم مولدات الديزل لفترات قصيرة لتحقيق استقرار بعض الشبكات الوطنية. ^{[ 170 ] [ 171 ]}

تُعدّ بطاريات الحالة الصلبة من أكثر تقنيات البطاريات الواعدة للجيل القادم، إذ تُقدّم مزايا مُحتملة مُقارنةً ببطاريات الليثيوم أيون التقليدية، بما في ذلك كثافة طاقة أعلى، وشحن أسرع، وأمان مُحسّن، وعمر أطول. ووفقًا لمراجعة شاملة نُشرت في مجلة الهندسة الكيميائية، تُعتبر بطاريات الليثيوم الصلبة بالكامل، التي تستخدم إلكتروليتات صلبة، الجيل القادم من أجهزة تخزين الطاقة، وقد ساهمت التطورات الحديثة بشكل كبير في تسريع مسارها نحو الجدوى التجارية. ^{[ 178 ]}

تُقدّم خارطة طريق فراونهوفر ISI لبطاريات الحالة الصلبة 2035+، ^{[ 179 ]} التي طُوّرت بمساهمة أكثر من 100 خبير أوروبي، تقييمًا شاملًا لإمكانات تطوير بطاريات الحالة الصلبة خلال العقد القادم، مع مقارنتها ببطاريات الليثيوم أيون المُستخدمة حاليًا. ^{[ 180 ]} ووفقًا لتحليل السوق المنشور في مجلة Scientific Talks، من المتوقع أن تصل بطاريات الحالة الصلبة إلى مرحلة الإنتاج الضخم بتكاليف تتراوح بين 140 و175 دولارًا أمريكيًا لكل كيلوواط/ساعة بحلول عامي 2028-2030، وذلك تبعًا للتحديات التكنولوجية والتصنيعية. ^{[ 181 ]}

تشمل التطورات التجارية الحديثة قيام مرسيدس-بنز وفاكتوريال إنرجي بإجراء اختبارات على الطرق لبطاريات الحالة شبه الصلبة في سيارة السيدان EQS، مما يبشر بزيادة في المدى بنسبة 25% مع كثافة طاقة تبلغ 391 واط/ساعة لكل كيلوغرام. ويمثل هذا أول دمج في العالم لبطاريات الحالة الصلبة من الليثيوم المعدني في سيارة إنتاجية. ^{[ 182 ]} ومع ذلك، ووفقًا لتحليل IEEE Spectrum، تواجه بطاريات الحالة الصلبة تحديات كبيرة في الإنتاج، حيث أشار الخبراء إلى تشكيك واضح تجاه الإعلانات التقنية الحالية والعقبات الهندسية التي تنتظرها. ^{[ 183 ]}

تواصل تويوتا ريادتها في جهود التطوير، مستهدفةً إنتاج بطاريات الحالة الصلبة بحلول عامي 2027-2028، بهدف الوصول إلى  مدى يصل إلى 1000 كيلومتر وقدرة على الشحن السريع خلال 10 دقائق. وتؤكد الشركة أن التطورات التكنولوجية الحديثة قد تغلبت على التحديات السابقة المتعلقة بعمر البطارية، وحولت تركيزها إلى جاهزية الإنتاج الضخم. ^{[ 184 ]} ويؤكد بحث نُشر في مجلة ACS Energy Letters أنه على الرغم من أن بطاريات الحالة الصلبة بالكامل تُبشر بالخير للسيارات الكهربائية، إلا أن تحديات كبيرة لا تزال قائمة في تطبيق الليثيوم المعدني، واستقرار الأسطح البينية، والتصنيع على نطاق واسع. ^{[ 185 ]}

لا تزال بطاريات أيونات الصوديوم تُظهر إمكانات واعدة، إذ تصل كثافة طاقتها إلى 400  واط/كغ، مع حد أدنى من التمدد والانكماش أثناء دورات الشحن، وذلك بفضل اعتمادها على مواد أكثر وفرة وأقل تكلفة من تقنية أيونات الليثيوم. وقد سلطت دراسة حديثة نُشرت في مجلة "الطاقة والوقود" الضوء على بطاريات أيونات الصوديوم وبطاريات الصوديوم الصلبة بالكامل كخيارات واعدة لأنظمة تخزين الطاقة المستقبلية، نظرًا لوفرة موارد الصوديوم وانخفاض تكلفتها مقارنةً بالأنظمة القائمة على الليثيوم. ^{[ 186 ]}

نظام الطرق الكهربائية هو طريق يزود المركبات التي تسير عليه بالطاقة الكهربائية. تشمل التطبيقات الشائعة خطوط نقل الطاقة العلوية فوق الطريق، وتزويد الطاقة من مستوى الأرض عبر قضبان موصلة، ونقل الطاقة اللاسلكي الديناميكي عبر ملفات حثية رنانة أو قضبان حثية مدمجة في الطريق. تقتصر خطوط نقل الطاقة العلوية على المركبات التجارية، بينما يمكن لأي مركبة استخدام القضبان الأرضية ونقل الطاقة الحثي، مما يسمح بالشحن العام من خلال أنظمة قياس الطاقة والفواتير. من بين هذه الطرق الثلاث، تُعتبر القضبان الموصلة الأرضية الأكثر فعالية من حيث التكلفة. ^{[ 188 ] : 10-11}