Глава Daimler Мартин Даум и Билл Гейтс в разное время, но вполне единодушно отмечали, что законы физики делают грузовую фуру — ключевой элемент современных перевозок — несовместимой с чистой электротягой. Многотонная батарея отнимает слишком много пространства и веса у коммерческого груза, поэтому проекты Tesla Semi Дауму и Гейтсу представлялись «непрактичными». А теперь Илон Маск наконец начал поставки этого грузовика — и просачивающиеся данные о его реальной массе показывают, что Гейтс и Даум ошибались. Как Маску удалось то, что все в один голос считали настолько невозможным, что никто даже не попытался составить ему конкуренцию? И почему это изменит мир вокруг нас?
Почему законы физики были против Tesla Semi
Физика реального мира — неумолимая вещь. Давным давно, в конце 1950-х годов, в США в серии экспериментов выяснили, что при росте нагрузки на одну ось автомобиля в 10 раз износ дорог от него увеличивается в 10 тысяч раз. Да, вы прочитали правильно: износ трассы растет пропорционально четвертой степени от нагрузки на одну ось. Ваша легковушка делает это в 10 тысяч раз слабее груженой фуры. Поэтому более 95 процентов всего износа дорог по всему миру приходится на тяжелые грузовики.
По этой причине в странах, где власти знакомы с упомянутыми выше исследованиями, существуют жесткие ограничения на предельную массу грузовиков. В Штатах — 36,16 тонны («Класс-8»). Это не прихоть: если ее сделать хотя бы на 20 процентов выше, каждая такая фура станет изнашивать дорогу вдвое сильнее (1,2х1,2х1,2х1,2=~2,07).
Для обычных грузовиков это не проблема: 450-литровый бак с дизтопливом весит 0,4 тонны, а уехать на нем можно на 1200-1300 километров (типичный расход — 35 литров на 100 километров). Поэтому грузовик с пустым полуприцепом в Штатах весит лишь 10-16 тонн (из которых лишь 5,5-11,5 тонны сама фура). На груз остается 20-26 тонн.
Билл Гейтс, Мартин Даум и многие другие отмечали: фуре с большим запасом хода нужен многотонный аккумулятор. Это резко сократит перевозимый ею груз, что делает машину «непрактичной» (выражение Гейтса). Глава Daimler и вовсе сказал:
«Если Tesla действительно реализует это обещание, мы определенно купим два таких грузовика: один — чтобы разобрать, второй — чтобы протестировать. Потому что если это случится, что-то прошло мимо нас. Но пока одинаковые законы физики действуют и в Германии, и в Калифорнии».
Этим он вежливо дал понять: реализовать планы Tesla по Semi объективно невозможно. Законы физики не позволяют.
Однако недавний тестовый пробег первой серийной Tesla Semi показал, что машина с суммарной массой 36,7 тонны (недизельным фурам в США можно быть на 0,9 тонны тяжелее дизельных) прошла 800 километров, причем с подъемом в серьезные горы. И везла при этом 11 бетонных барьеров, каждый 1,8 тонны массой. Получается, она показала общую нагрузку 19,8 тонны — очень близко к 20-26 тоннам дизельных фур «Класса-8». При этом сама фура с пустым полуприцепом весила лишь 16,9 тонны. Стандартный полуприцеп (16,165 метра) в Штатах весит 4,5 тонны, следовательно, Tesla Semi имеет массу ~12,4 тонны.
eCascadia, лучший электрогрузовик Daimler. Как и Semi, он имеет предельную массу в 37 тонн, но вот дальность у него 370 километров. Учитывая, что пополнить батарею еще на 80% можно только за полтора часа, такая фура не имеет шансов на рынке дальних перевозок. Почему вроде бы приличный немецкий производитель, стоявший у истоков мирового автомобилестроения, так сильно отстал от явного новичка? / ©Daimler
Илон Маск сам не огласил эти цифры на презентации первой серийной машины, скорее всего, по простому нежеланию устраивать резкие колебания курса акций своей компании. Учитывая, что пресса обычно слабо вникает в технические вопросы, понятно, что газеты вышли бы с заголовками «Semi берет груза на шесть тонн меньше дизельных фур».
Однако нетрудно заметить: на самом деле эти шесть тонн — цифра не очень большая. Из всех грузов в США 68 процентов (27 тонн на душу населения в год) перевозят именно фуры — и большинство этих грузов представляют собой потребительские товары в картонных коробках и иной упаковке. Их типичная плотность невелика, и объем полуприцепа в любом случае просто не позволит разместить в нем более 20 тонн потребительских товаров.
Масса имеет большое значение только для нишевых (грузовики с топливом) или сравнительно редких видов перевозок. Именно поэтому у Tesla уже сейчас множество предзаказов и планы на производство 50 тысяч единиц в год.
Как это получилось
Возникает вопрос: неужели глава Daimler да и тот же Билл Гейтс не могли заранее просчитать, что все так и случится? Ведь не секрет, что электромобили Tesla далеко не вчера добились емкости 1 киловатт-час на шесть килограммов веса. Более крупная батарея явно должна была иметь более высокую емкость просто за счет эффекта масштаба: при росте размеров объем объекта растет пропорционально кубу линейных размеров, а площадь стенок и структурных компонентов — только пропорционально квадрату. Как это можно было не предусмотреть?
Ответ на этот вопрос таков: Билл Гейтс, как и Мартин Даум, ориентировался на мнение инженеров из традиционной западной автоиндустрии. Те мыслят просто: груженая дизельная фура тратит ~35 литров на 100 километров, КПД у нее ~40 процентов, литр дизеля при сгорании дает 10,7 киловатт-часа в пересчете на тепло, значит, такой машине надо 150 киловатт-часов энергии на 100 километров.
Подавлющее большинство попыток войти на такой сложный рынок как тяжелые грузовики заканчиваются неудачей. Например, так было с Nikola Motors: она выбрала водород, топливо заведомо тупиковое, в силу его неустранимо высокой цены / ©Wikimedia Commons
Tesla планирует Semi c дальностью до 800 километров? Даже при 150 киловатт-часах на сотню на такой дистанции нужно 1200 киловатт-часов емкости. Такая 6,5-тонная батарея будет огромной, тяжелой, и реальный расход энергии будет еще выше, чем у дизельных фур. Следовательно, потери груза в сравнении с типичным ДВС-конкурентом у Semi будут от семи тонн и выше.
На практике типовая фура в США везет не более 23-24 тонн (до 26 тонн получается у более легких категорий, не очень пригодных для дальних поездок). А Tesla Semi, как показала испытания, вполне везет 20 тонн на 800 километров. То есть потери перевозимой массы у Tesla вышли вдвое меньше ожидавшихся Daimler и прочими. Почему?
Ответ на этот вопрос тоже предсказуем. Tesla не проектирует машины так, как другие компании: она стремится сделать их гораздо лучше. Основную часть времени нормальная фура (напомним, речь идет не о России) движется со скоростью выше 80 км/ч, а в США — даже выше 90 км/ч. Уже при 80 км/ч более 50 процентов энергозатрат грузовика приходится на преодоление сопротивления воздуха.