Rozważając obniżenie emisyjności drogowego transportu towarowego najłatwiej jest skoncentrować się na tych obszarach, w których dokonano już wyraźnego postępu. W centrum uwagi opinii publicznej znajdują się hybrydowe pojazdy elektryczne ładowane z sieci (plug-in), pojazdy zasilane z wodorowych ogniw paliwowych lub pojazdy napędzane gazem ziemnym, postrzegane jako środki ograniczenia emisji CO2.
Odnosi się to głównie do samochodów osobowych i lekkich samochodów użytkowych. Istnieje jednak często pomijany sektor transportu: drogowy transport towarowy. W Niemczech, na przykład, samochody ciężarowe o dużej ładowności stanowią10% floty pojazdów, ale mają jedną trzecią udziału w całej emisji CO2 transportu drogowego, a przy tym zwiększa się wolumen drogowego transportu towarowego.
Pomimo zmian znalezienie właściwego rozwiązania problemu zmniejszenia emisji CO2 drogowego transportu towarowego nie jest łatwe. Potencjalne opcje obniżenia emisyjności obejmują bezpośrednią elektryfikację samochodów ciężarowych z użyciem akumulatorów, napowietrznych sieci zasilających, wodoru lub innych sposobów zasilania poprzez konwersję, a następnie rekonwersję energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych.
ZOBACZ TAKŻE: Elektromobilność w Polsce. Autobusy napędzają rozwój
Pięć układów napędowych
W analizie przeprowadzonej przez Instytut Fraunhofera w zakresie badania systemów i innowacji porównano pięć różnych układów napędowych:
- Pojazdy z silnikiem Diesla, jako technologię odniesienia
- Pojazdy napędzane skroplonym gazem ziemnym (LNG)
- Pojazdy z ogniwami paliwowymi (FCEV)
- Pojazdy elektryczne zasilane z akumulatorów (BEV)
- Pojazdy hybrydowe zasilane z sieci trakcyjnej (CHV).
Instytut analizował początkowy nakład inwestycyjny, zużycie paliwa, koszty operacyjne, koszty obsługi i konserwacji, zasięg oraz emisję CO2. Końcowe wnioski są interesującą lekturą.
Uznano, że obecnie najbardziej opłacalnym i wykonalnym rozwiązaniem jest zasilanie skroplonym gazem ziemnym (LNG), gdyż nie wymaga ono znaczących zmian infrastruktury (tj. punktów tankowania). Emisja CO2 z pojazdu napędzanego LNG jest niższa niż pojazdu z silnikiem wysokoprężnym na olej napędowy, a przy tym pojazdy zasilane LNG są już na rynku. Po stronie negatywów są koszty pojazdu i infrastruktury, a zwłaszcza niższa sprawność liczona od źródła energii do koła pojazdu (WtW).
Sprawność WtW pojazdów FCEV jest wyższa niż pojazdów z silnikiem wysokoprężnym a emisja CO2 niższa, szczególnie jeżeli wodór jest otrzymywany z wykorzystaniem źródeł odnawialnych. Przeszkodę stanowi jednak wysoki koszt wodoru, a także nakłady inwestycyjne w nową infrastrukturę tankowania tego paliwa.
ZOBACZ TAKŻE:
Z punktu widzenia niskiej emisji CO2, potrzebnej energii odnawialnej oraz sprawności WtW, przekonywującym argumentem są pojazdy elektryczne zasilane z akumulatorów (BEV). Przy obecnych technologiach zasięg samochodów ciężarowych zasilanych z akumulatorów jest jednak niewystarczający, a zwiększanie pojemności akumulatorów znacznie obniży ładowność. Obecnie brak jest także niezbędnej infrastruktury ładowania, która pociąga za sobą znaczne nakłady finansowe.
Co może być zaskakujące, pojazdy hybrydowe zasilane z sieci trakcyjnej (CHV) wykazują takie zalety, jak niska wartość energii odnawialnej niezbędnej dla całkowitego zastąpienia, niższa emisja CO2 i wysoka sprawność WtW. Koszty operacyjne są korzystne, ale koszt infrastruktury jest wysoki.
W świetle tego ostatniego ustępu nasuwa się pytanie: Czym są pojazdy hybrydowe zasilane z sieci trakcyjnej?
Funkcjonowanie pojazdów hybrydowych zasilanych z sieci trakcyjnej (CHV) umożliwia specjalny system wyposażony w napowietrzną linię trakcyjną, z której energia elektryczna jest pobierana i przekazywana do przystosowanych do tego celu samochodów ciężarowych. Aktywny pantograf, umieszczony na dachu samochodu ciężarowego, przekazuje energię elektryczną z sieci napowietrznej do elektrycznych silników samochodu.
Pantograf, wykorzystując system czujników umożliwia automatyczne połączenie z przewodem jezdnym, lub odłączenie od niego, w czasie ruchu pojazdu. Zapewnia to taką samą elastyczność kierowania pojazdem w ruchu drogowym jak tradycyjnym samochodem ciężarowym z silnikiem Diesla: pojazd może łatwo zmieniać pasy ruchu, wymijać lub wyprzedzać inne pojazdy, nie będąc na stałe związanym z napowietrznym systemem trakcyjnym. W czasie jazdy poza zasięgiem napowietrznej linii trakcyjnej samochody ciężarowe CHV wykorzystują hybrydowy układ napędowy, w którym źródłem energii jest olej napędowy, sprężony gaz ziemny (CNG), akumulator lub inne pokładowe źródło energii. Samochody ciężarowe CHV przyłączone do linii trakcyjnej są pojazdami zeroemisyjnymi. Poza systemem trakcyjnym samochody ciężarowe przechodzą na własny silnik zasilany paliwem aby dojechać do miejsca przeznaczenia.
Siemens uruchomił w 2016 r. pierwszy na świecie system e-autostrady (eHighway) na dwukilometrowym odcinku publicznej autostrady w Szwecji. W projekcie tym używane są dwa pojazdy hybrydowe na biodiesel. Demonstracyjny projekt e-autostrady o długości 1,6 km funkcjonuje w Carson, w Kalifornii. Obejmuje on trzy samochody ciężarowe – akumulatorowy samochód elektryczny, samochód elektryczny wspomagany gazem ziemnym i samochód hybrydowy na biodiesel. Rozpoczęcie dalszych trzech prób technologii e-autostrady w warunkach eksploatacyjnych jest planowane na niemieckich autostradach w r. 2019. W tej dziedzinie Scania jest jednym z pionierskich producentów samochodów.
CZYTAJ TAKŻE: Elektromobilność. Jak zmieniać transport i komunikację, by chronić środowisko?
A elektryczne samochody ciężarowe?
W tej dziedzinie dużą aktywność przejawia wielu spośród z głównych producentów samochodów ciężarowych. W ślad za swoimi pierwszymi dostawami w Stanach Zjednoczonych, Daimler obecnie dostarcza w Europie w pełni elektryczne samochody ciężarowe. Model FUSO eCanter o maksymalnym zasięgu 100 km i ładowności do 3,5 tony jest przeznaczony do ruchu na trasach miejskich. Pojazd jest napędzany układem elektrycznym zasilanym z wysokonapięciowych pakietów akumulatorów o napięciu 420 V i pojemności 13,8 kWh każdy, co daje całkowitą pojemność ok. 83 kWh.
Następnie, w październiku 2017 Daimler wypuścił model E-Fuso Vision One, elektryczny samochód ciężarowy o ładowności 11 ton, zdolny do przejechania dystansu 350 km na jednym ładowaniu. Daimler pracuje także nad elektrycznym samochodem ciężarowym o ładowności 26 ton i zasięgu ok. 200 km, z zestawem akumulatorów o pojemności 212 kWh.
W Stanach Zjednoczonych Cummins przedstawił swój demonstracyjny ciągnik siodłowy z kabiną klasy 7, wyposażony w baterię akumulatorów o pojemności 140 kWh. Posiada on zasięg 160 km i może ciągnąć 22-tonową naczepę. Jest przeznaczony dla dostaw miejskich i krótkodystansowych przejazdów. W październiku 2017 r. w celu przyspieszenia swojej platformy elektryfikacji Cummins nabył spółkę Brammo, która projektuje i rozwija baterie akumulatorów dla zastosowań mobilnych i stacjonarnych.
Oczywiście jest także Tesla ze swoim elektrycznym samochodem ciężarowym Semi i jego oczekiwanymi doskonałymi osiągami. Zespół napędowy umożliwia jazdę pod górę przy nachyleniu 5% z szybkością 100 km/godz. tj. około 50% szybciej niż przeciętna ciężarówka. Tesla zapowiada dwie różne konfiguracje zestawu akumulatorów dla zasięgów ok. 500 km i 800 km na jednym ładowaniu, rozszerzając zakres o długie trasy.
Elektryczne samochody ciężarowe z wodorowymi ogniwami paliwowymi
Toyota uważa, że samochody ciężarowe zasilane z ogniw paliwowych są ekonomicznie opłacalną alternatywą zarówno dla standardowych samochodów ciężarowych z silnikiem wysokoprężnym, jak i dla wchodzących na rynek elektrycznych samochodów ciężarowych zasilanych z akumulatorów. Działa już wykonany indywidualnie prototyp Toyoty, przewożąc importowane części Toyoty z portów w Los Angeles i Long Beach do magazynów i odbiorców w Południowej Kalifornii na odległość do 160 km.
Firma Nicola Corporation przeprowadzi w końcu roku 2018 testy w warunkach eksploatacyjnych swojego samochodu ciężarowego zasilanego z ogniw paliwowych. Firma Nicola obejmuje szwedzkie przedsiębiorstwo PowerCell (spółka zależna wydzielona z Volvo Group) oraz niemiecką firmę Bosh jako podstawowych dostawców ogniw paliwowych. Nicola deklaruje, że ich samochody ciężarowe będą mogły przejechać do 1800 km pomiędzy punktami tankowania paliwa, zależnie od ilości wodoru przewożonego w zbiorniku.
Dynamicznie zmieniający się sektor
Pod względem dekarbonizacji transportu drogowego, samochody osobowe i lekkie samochody użytkowe mogły szybciej wystartować, ale technologia samochodów ciężarowych dopiero zaczyna przechodzić na szybki pas ruchu.
Nadal jednak stoją przed nami ogromne wyzwania technologiczne, społeczne, a także wiążące się z przedsiębiorczością i zarządzaniem, dotyczące dekarbonizacji towarowego transportu drogowego. W szczególności zachodzi potrzeba rozważenia oddziaływań i rodzajów ryzyka związanych z wyborem technologii. Obejmuje to nowe uzależnienia od takich zasobów, jak lit i kobalt, niezbędnych do produkcji akumulatorów. Należy bardzo starannie ocenić koszty, szczególnie w odniesieniu do infrastruktury. Istnieje także potrzeba potraktowania zagadnień z perspektywy całości systemu, a dla wszystkich zainteresowanych podmiotów w całym sektorze – potrzeba uczestniczenia i przekazywania ich informacji zwrotnych i spostrzeżeń.
CZYTAJ TAKŻE: Zmniejszenie emisji CO2 w transporcie publicznym. Dlaczego w wielu krajach stawiają na autobusy elektryczne?
