Кобальтовый ров и ад раскаленного лития: какие технологии Tesla не по зубам конкурентам

Уоррен Баффет создал концепцию «рвов» (moats) — барьеров, которые должен создавать успешный бизнесмен между собой и конкурентами. «Рвы» — это преимущества, неважно, технологические или маркетинговые. Преимуществ, которые будут у вас, и которые не будет у соперника. Они не дадут поколебать вашего положения на рынке тем, кто выйдет на него после вас. Илон Маск известен как самый жесткий критик концепции «рвов»: он считает, что такие барьеры могут привести только к олигополии. Однако, как показывает практика, именно Илон Маск роет рвы быстрее и успешнее своих коллег по автомобильной индустрии. На протяжении многих лет наблюдатели — вслед за главой Fiat Chrysler Automobiles — утверждали: у Маска нет ничего такого, что не могли бы скопировать традиционные производители. Значит, когда они решат войти в рынок электромобилей, то сразу окажутся на коне, а Tesla придется бороться за существование. Преимуществами традиционных брендов считались сильная инженерная школа и опыт массового производства. Но у новичка рынка нашлись контраргументы. Битва за металл Обычно критики электромобилей говорят, что этой отрасли угрожает дефицит лития для аккумуляторов. Мол, текущее производство этого металла ничтожно, и при резком росте той же Tesla она упрется в его нехватку. Кажется, что на этом направлении у конкурентов компании дела еще хуже: именно Маск законтрактовал больше всего лития с берегов соленых озер от США до Латинской Америки. На самом деле «дефицит лития» — это миф. На сотню киловатт-часов емкости аккумулятора — что более чем достаточно для электромобиля — нужно всего 10 килограмм чистого лития. Для миллиона электромобилей в год достаточно 10 000 тонн металла, а для 100 миллионов (полного замещения производства обычных легковушек) — миллиона тонн в год. Лития уже сегодня добывается 60 тысяч тонн в год, и даже легкое увеличение цены заметно расширит объем его коммерчески целесообразных резервов. Так что вопрос о дефиците лития в реальной жизни не стоит. Куда более острая ситуация сложилась с кобальтом, используемым в электродах той же батареи. Forbes уже писал про дефицит кобальта и проблемы с его добычей и переработкой: он быстро дорожает, добавляются этические и экологические проблемы. Практически все конкуренты Tesla из классического автомира применяют NMC-батареи (никель-марганец-кобальт), где кобальта всего 15 процентов по весу — около 360 грамм на киловатт-час емкости аккумулятора. В итоге Jaugar I-PACE требует почти 33 килограмма кобальта, а Chevrolet Bolt — 21,6 килограмма. Это в разы больше массы лития, нужной для производства тех же электромобилей. Чтобы иметь батарею той же емкости, как у Tesla, Jaguar и Chevrolet Bolt нужны лишние килограммы. А они увеличивают расход энергии электромобиля и снижают его дальность. А вот Tesla использует никель-кобальт-алюминиевые батареи (NCA), требующие примерно 220 грамм кобальта на киловатт-час емкости аккумулятора. Даже самый «дальнобойный» вариант последней Tesla — Model 3 Long Range — в итоге требует менее 17,2 килограмм кобальта. Базовая версия, которую начнут продавать со следующего года, не потребует и 12 килограмм кобальта. По пробегу на одной зарядке она близка к Chevrolet Bolt, а разница затрат кобальта — почти в два раза. А значит, «тесл» кобальтовое проклятие коснется куда слабее. Более того, Илон Маск уже заявил, что со следующего года компания планирует вовсе отказаться от кобальта в катоде. Никто из конкурентов, кроме китайского BYD, пока на такой шаг не пошел. BYD использует литий-железо-фосфатные батареи, у которых куда меньше плотность запасаемой энергии, чем у тесловской NCA. Аккумуляторный «ров» На данный момент Model 3 оснащена батареей, содержащей 4416 цилиндрических элементов формата 2170 (21 на 70 миллиметров). Средняя энергетическая плотность на уровне субмодуля батарейного блока — 223 ватт-час на килограмм, на уровне цилиндрического элемента — 270 ватт-час на килограмм. На данный момент эти значения выше, чем у любого другого производителя серийных электромобилей. То есть, чтобы иметь батарею той же емкости, Jaguar и Chevrolet Bolt нужны лишние килограммы. А они увеличивают расход энергии электромобиля и снижают его дальность. Tesla — единственный заметный производитель, использующий цилиндрические элементы; все остальные используют призматические элементы. Логику крупных автопроизводителей понять несложно. Для них меньше мороки собирать крупные призматические элементы, чем много мелких цилиндрических. К тому же такая сборка позволяет иметь больше ватт-часов на единицу объема. Поэтому батарея Chevrolet Bolt состоит всего из 288 элементов и собрана в одном месте, а не разнесена по всему днищу, как у «тесл». Для традиционного автомобилестроения вообще типично выбирать решения, которые выносят «мелкие детали» на откуп поставщикам компонентов и позволяют экономить объем внутри машины. Аккумуляторы Tesla можно заряжать и разряжать быстрее, чем аккумуляторы конкурентов, поскольку опасность перегрева меньше У Nissan Leaf батарея расположена под полом, как у Tesla, но элементы у нее призматические, а жидкостного охлаждения нет, что вызывает большие проблемы в реальной эксплуатации. У этой логики есть и крупные недостатки. Много мелких элементов в батареях Tesla расположены с большими зазорами друг относительно друга. Между ними куда больше места, а расстояние от их центра до охлаждающей ленты (окружающей цилиндрический элемент) — всего сантиметр. Это значит, что им проще избегать перегрева, чем более крупным призматическим элементам. Между цилиндрами проще разместить эффективное жидкостное охлаждение, и они менее уязвимы для возгорания всех элементов сразу при аварии. Все это означает, что аккумуляторы можно заряжать и разряжать быстрее, чем аккумуляторы конкурентов, поскольку опасность перегрева меньше Да, такие батареи занимают больше места, но это, как ни парадоксально, делает машины Tesla даже более просторными в ширину и длину, чем у конкурентов. «Размазанная» по днищу батарея находится в горизонтальной плоскости, не пересекающейся с салоном, то есть при одинаковой колесной базе расстояние между сиденьями (и/или емкость багажника) получается больше. Заодно полутонная батарея делает центр тяжести машины очень низким, отчего автомобиль устойчивее к переворачиванию. Вернемся к перегреву и более быстрой зарядке. Отдельный батарейный элемент у Nissan Leaf в полдюжины раз, а у Chevrolet Bolt — на порядок крупнее тесловских, что ведет к тому, что их владельцы будут заряжаться куда медленнее. Электромобили от GM и Nissan за 30 минут зарядки получат достаточно энергии, чтобы проехать 140-144 километра. И это заявки производителей: в реальности все куда хуже из-за перегрева слишком плохо охлаждаемой батареи. Разработчики Jaguar I-PACE утверждают, что в светлом будущем у них будет лучше: на 30-минутной зарядке авто сможет проехать 200 километров. Но только когда «общественные заправки получат нужные технические усовершенствования». А до тех пор покупателю машины стоимостью от $68000 предлагают наслаждаться 135 километрами пробега за 30 минут зарядки. Тем временем, продающаяся сегодня Tesla Model 3 за те же 30 минут набирает энергии на 270 километров пробега. При этом, в отличие от других автопроизводителей, Tesla имеет сеть собственных суперчарджеров, которые заряжают потребителя уже сегодня — а не предлагают ему ждать прогресса на «общественных зарядках», которых сегодня радикально меньше, чем суперчарджеров. Так выбор более простого для и более традиционного для автомобильной индустрии решения — призматических крупных аккумуляторных элементов — сделал электромобили традиционных игроков заметно менее практичными в дальних поездках. Потребитель в развитой стране может проехать на машине до тысячи километров в сутки. На Model 3 – c часом остановки в пути (~500 километров в час на исходной зарядке, плюс две зарядки по 30 минут на еще 540 километров). За этот час он как раз успеет поесть. Лучший (и самый дорогой) электромобиль-конкурент от Jaguar — потребует полутора часов зарядки, а более дешевые — двух и более часов. Ров энергоэффективности Есть еще одна область, где инженеры традиционных игроков поработали спустя рукава — расход энергии на километр пробега. Для ДВС-машин она не так важна, поскольку меньший пробег на одной заправке можно исправить, просто заехав на бензоколонку. Так сказать, «засыпать деньгами» энергонеэффективность своего авто. У электромобили пока все иначе — большая батарея дорога, и все хотят сделать ее поменьше. Поэтому и важно иметь минимально возможное потребление энергии на километр пройденного пути. Для этого у Model 3 есть то, чего нет у конкурентов. Во-первых, коэффициент аэродинамического сопротивления 0,23 — самый низкий среди всех серийных машин в мире (у Bolt, например — 0,31). Он обеспечивает очень умеренные затраты энергии на трассе. Во-вторых, основной мотор на задней оси на постоянном токе — его КПД на 5-10% выше, чем у моторов на переменном токе. А ведь именно последние выбрали — в силу их большей распространенности и технической «привычности» — конкуренты Tesla. В итоге при батарее на 78 киловатт-часов пробег Model 3 на одной зарядке — 537 километров по циклу EPA. У Jaguar I-PACE емкость батареи 90 киловатт-часов, а вот пробег на одной зарядке — всего 480 километров, Chevrolet Bolt с 60 киловатт-часами — 383 километра. Цифры пробега по разным циклам далеко не так важны, как те, что можно получить в реальной жизни. В сущности, пробег на одной зарядке становится важен только на трассе: в городе типичный покупатель вряд ли проедет 537 километров в сутки. На трассе отличная аэродинамика Model 3 дает ей вырваться далеко вперед. При 120 километрах в час она проезжает 443 километра (480 на 113 километрах в час). Chevrolet Bolt на такой же скорости — только 305 километров. Jaguar I-PACE, к сожалению, все еще недоступен для независимых тестировщиков, но его пробег на большой скорости скорее всего будет хуже Tesla — коэффициент аэродинамического сопротивления выше. #Rapidgate Вспомним еще раз о преимуществах лучше охлаждаемой батареи. Если Model 3 на обещанной скорости заряжать удается, то ни у Nissan Leaf, ни у Chevrolet Bolt это не выходит. Дело в том, что производители измерили скорость зарядки машины с «пустым» аккумулятором и долгое время стоявшей на месте. Однако реальный пользователь вовсе не заряжает машину на трассе таким образом. Он предварительно на ней едет — отчего батарея с призматическими элементами перегревается. Поэтому контролирующая ее электроника не дает Nissan Leaf заряжаться быстрее — за полчаса добавляет только 50 километров пробега вместо обещанных 140 километров! Илон Маск «не любит» олигополию, зато не против монополии — пока она принадлежит ему. Chevrolet Bolt тут сильно лучше — у него хотя бы есть жидкостное охлаждение. Но и у него призматические большие элементы охладить хорошо не получается. Поэтому реально за 30 минут он заряжается только на 112 километров пробега. И это вместо рекламируемых 144 километров. Когда Jaguar I-PACE появится в свободной продаже, он тоже вряд ли подтвердит свои рекламируемые возможности по быстрой зарядке на трассе — у него такие же ошибки в архитектуре аккумуляторов, что и у остальных «теслакиллеров». Хотя вышеприведенные цифры приведены по одному тестированию на ресурсе Evobsession, но остальные данные, включая блоги и форумы — еще хуже. Пользователи жалуются, что «скоростная зарядка» предлагает подождать пару часов уже при плюс 18 градусах по цельсию. Сколько же покупатель «теслакиллера» будет заряжаться жарким днем? Вся эта некрасивая история с откровенно разочаровывающей скоростью перезарядки уже получила в соцсетях собственный хэштег — #Rapidgate. Когда обанкротится Tesla Вышеописанные проблемы показывают, что на данный момент практически пригодных к дальним поездкам электромобилей, кроме Tesla, никто не производит. Основные страхи потребителей в отношении электромобилей относятся именно к дальним поездкам. Так что Leaf и Bolt, как, скорее всего, и I-PACE текущих версий рискуют остаться нишевыми машинами для города. Илон Маск «не любит» олигополию, зато не против монополии — пока она принадлежит ему. Он так успешно копал технологические рвы — батарейный, аэродинамические, «ров» из сети суперчарджеров — что конкуренты еще долго их не одолеют. И не факт, что к тому времени Tesla не выкопает новых. В ее случае «рвы» привели даже не к олигополии, а к фактической монополии на практичный электромобиль. Чтобы нарушить эту монополию, классическим автопроизводителям надо сдать в утиль созданные ими электромобили, отказаться от призматических батарей, собранных в одном месте, перейти к более мелким элементам, «размазанным» по днищу машин. Но в платформы уже вложены большие деньги, возьмут ли производители на себя смелость сказать руководству: «Вы знаете, наш традиционный подход к компоновке авто сделал эти платформы неконкурентоспособными. Давайте просто забудем о них и о том, сколько они нам стоили, начнем с чистого листа». По-видимому, такая ситуация в ближайшие годы не позволит появиться реальным конкурентам машинам Маска как минимум в сегменте Model 3 и Model Y. Между тем, во время звонка по итогам второго финквартала 2018 года основатель Tesla заявил, что компания разрабатывает свои чипы Hardware 3 для управления беспилотными машинами. Это пробивает брешь в монополии nVidia на чипы. Пожалуй, Маск и самому Баффету может рассказать, как именно надо копать рвы в высокотехнологичном секторе. Читайте также Tesla в России: «Связной» запустил услугу аренды электромобилей