οδικες μεταφορεσ

Ηαυτοκινητοβιομηχανία διανύει μια μετάβαση στον σχεδιασμό του κινητήρα των οχημάτων λόγω της άμεσης ανάγκης για μείωση σε εκπομπές διοξείδιου του άνθρακα. Αυτή η εξέλιξη δημιουργεί μεγάλες προκλήσεις και ευκαιρίες στην αυτοκινητοβιομηχανία, να μειώσει τις περιβαλλοντολογικές επιπτώσεις του κλάδου που αντιστοιχεί στο 10% της παγκόσμιας εκπομπής αερίων του θερμοκηπίου. Τα πρόσφατα γεγονότα όπως το σκάνδαλο “Dieselgate”, η σημαντική ανάπτυξη της Tesla και σχετικές δηλώσεις από πολιτικούς και media έχουν δημιουργήσει μεγάλη δημοσιότητα στο θέμα, απλοποιώντας πολύ συχνά τα εμπόδια για την αποτελεσματική υιοθέτηση νέων τεχνολογιών. Τι όμως πραγματικά ισχύει και ποιές είναι οι προκλήσεις που καλούνται να αντιμετωπίσουν οι αυτοκινητοβιομηχανίες;
Ο κλάδος των οδικών μεταφορών τροφοδοτείται σχεδόν αποκλειστικά από υγρούς υδρογονάνθρακες λόγω της ανώτερης πυκνότητας ενέργειας αυτών των καυσίμων που σημαίνει ότι το βάρος και ο όγκος της ενέργειας που μεταφέρει το όχημα είναι πολύ μικρή. Το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) είναι το κύριο αέριο του θερμοκηπίου που εκπέμπεται από τον κλάδο των οδικών μεταφορών και συσχετίζεται με την κατανάλωση καυσίμου του οχήματος. Η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει θέσει τα αυστηρότερα όρια ρύπων για τη μείωση των εκπομπών CO2 στα επιβατικά οχήματα που στοχεύουν σε μείωση 37.5% το 2030 σε σχέση με το 2021. Η αυτοκινητοβιομηχανία εξετάζει διάφορες λύσεις για να πιάσει τους στόχους διοξειδίου του άνθρακα, που περιλαμβάνουν την αύξηση της απόδοσης των κινητήρων εσωτερικής καύσης, τη χρήση καυσίμων με μειωμένο ή μηδενικό άνθρακα και την ηλεκτροκίνηση. Η ηλεκτροκίνηση έχει καταφέρει να αναδειχθεί σαν μια υποσχόμενη λύση την περασμένη δεκαετία λόγω της δραστικής μείωσης του κόστους των μπαταριών. Η μέγιστη απόδοση των καλύτερων βενζινοκινητήρων είναι περίπου 40%, ωστόσο η απόδοσή τους μειώνεται όταν λειτουργούν σε συνθήκες χαμηλής ισχύος (π.χ. κίνηση σε μικρές ταχύτητες). Παρόλο που η ηλεκτροκίνηση μπορεί να προσφέρει λύσεις προς την επίτευξη βιώσιμων οδικών μεταφορών, υπάρχουν πολλοί μύθοι σχετικά με τα αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα.
Η χρήση ηλεκτροκινητήρα μπορεί να προσφέρει μεγάλα οφέλη στη συνολική απόδοση, όταν αντικαθιστά τη λειτουργία του κινητήρα εσωτερικής καύσης στα χαμηλά φορτία. Εάν η χωρητικότητα της μπαταρίας είναι μεγάλη, μπορεί επίσης να ανακτηθεί μεγάλο κομμάτι της ενέργειας στην μπαταρία. Επιπλέον, η χρήση ηλεκτροκινητήρα μπορεί να εξαλείψει την τοπική ρύπανση των οχημάτων όπως οξείδια του αζώτου και τα σωματίδια, που είναι σημαντικό πλεονέκτημα σε μεγάλες, πυκνοκατοικημένες πόλεις. Από την άλλη πλευρά, υπάρχει ένα διαδεδομένο επιχείρημα ότι τα ηλεκτρικά οχήματα είναι οχήματα μηδενικών ρύπων, το οποίο είναι παραπλανητικό. Ενώ το αμιγώς ηλεκτρικό όχημα δεν παράγει εκπομπές CO2 κατά τη λειτουργία του, υπάρχουν σημαντικές εκπομπές CO2 από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και την παραγωγή των μπαταριών. Σε αντίθεση με τα ορυκτά καύσιμα, τον ήλιο και τον άνεμο, η ηλεκτρική ενέργεια δεν είναι πρωτογενής πηγή ενέργειας αλλά δευτερογενής. Ως αποτέλεσμα, οι συγκρίσεις μεταξύ της απόδοσης των ηλεκτροκινητήρων με τους κινητήρες εσωτερικής καύσης είναι άσκοπες, δεδομένου ότι οι ηλεκτρικοί κινητήρες δεν μετατρέπουν μια πρωτογενή πηγή ενέργειας σε μηχανική. Το όφελος σε εκπομπές CO2 από τα plug-in υβριδικά και τα αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα κατά τη διάρκεια της χρήσης τους, είναι μεγάλο αλλά είναι ένας ανούσιος τρόπος για να εξετάσουμε αυτό το θέμα, δεδομένου ότι πρέπει να ληφθούν υπόψη οι εκπομπές CO2 του κύκλου ζωής των οχημάτων.
Σύμφωνα με την πρόσφατη ανάλυση κύκλου ζωής (βλέπε γράφημα) για ένα μεσαίο επιβατικό όχημα από τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας (ΙΕΑ), τα υβριδικά αυτοκίνητα (HEV) μπορούν να επιτύχουν κατά μέσο όρο περίπου 20% χαμηλότερες εκπομπές CO2 από τα συμβατικά οχήματα με κινητήρες εσωτερικής καύσης (ICE). Τα plug-in υβριδικά οχήματα (PHEV) προσφέρουν μια επιπλέον μείωση CO2 κατά 10%, η οποία είναι παρόμοια με τη μείωση που επιτυγχάνουν τα αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα (BEV). Η ανάλυση αυτή χρησιμοποιεί την παγκόσμια μέση ένταση άνθρακα του δικτύου ηλεκτρισμού που είναι 518g-CO2/kWh. Σε χώρες (π.χ. Κίνα, Ινδία, Γερμανία, Ελλάδα) όπου το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας έχει υψηλή ένταση άνθρακα (>450g-CO2/kWh), η βραχυπρόθεσμη έως μεσοπρόθεσμη χρήση υβριδικών και plug-in υβριδικών οχημάτων έχει άμεσο αντίκτυπο στο αποτύπωμα άνθρακα με ελάχιστο πρόσθετο κόστος και είναι μια λύση που θα πρέπει να προωθηθεί. Σε άλλες περιοχές (π.χ. Καναδάς, Καλιφόρνια, Νορβηγία, Ηνωμένο Βασίλειο) που το δίκτυο ηλεκτρισμού είναι χαμηλής έντασης άνθρακα (<200g- CO2/kWh), τα ηλεκτρικά οχήματα με μπαταρίες παρέχουν σημαντικό όφελος στη μείωση του CO2 και είναι ο καλύτερος τρόπος για να μειωθεί το αποτύπωμα άνθρακα από τα επιβατικά οχήματα. Ωστόσο, ακόμη και για τα καθαρότερα δίκτυα ηλεκτρισμού, το υψηλό αρχικό κόστος, η περιορισμένη υποδομή φόρτισης και η χαμηλή αυτονομία μπορούν να γίνουν εμπόδια για την ευρύτερη υιοθέτηση αμιγώς ηλεκτρικών οχημάτων.
Η παγκόσμια ζήτηση ενέργειας στις μεταφορές είναι μεγάλη και αυξανόμενη, αλλά δεν υπάρχει μια λύση για όλους καθώς το πρόβλημα είναι σύνθετο. Όλες οι τεχνολογικές λύ- σεις έχουν περιβαλλοντικές επιπτώσεις και είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί μια ανάλυση κύκλου ζωής για την αποτελεσματική μείωση του αποτυπώματος άνθρακα από τις οδικές μεταφορές. Ο κινητήρας εσωτερικής καύσης έχει δαιμονοποιηθεί, αλλά στην πραγματικότητα, το πρόβλημα είναι η χρήση ορυκτών καυσίμων που έχουν ως αποτέλεσμα την αύξηση του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Βραχυπρόθεσμα έως μεσοπρόθεσμα, πολλές χώρες (π.χ. Κίνα, Ινδία, Γερμανία, Ελλάδα) θα επιτύχουν άμεσα τη μέγιστη μείωση των εκπομπών CO2 από τη χρήση υβριδικών οχημάτων, χωρίς τις δυσκολίες που προκύπτουν από τη χρήση αμιγώς ηλεκτρικού αυτοκίνητου. Μακροπρόθεσμα, καθώς το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας γίνεται πιο πράσινο, το κόστος των ηλεκτρικών οχημάτων μειώνεται, η τεχνο- λογία για την οικονομική ενσωμάτωση της ανανεώσιμης ενέργειας στο δίκτυο είναι διαθέσιμη και η υποδομή φόρτισης οχημάτων είναι διαθέσιμη, η ευρεία χρήση των ηλεκτρικών οχημάτων μπαταριών στα επιβατικά οχήματα θα είναι επιτακτική. Ο μακροπρόθεσμος στόχος για βιώσιμες οδικές μεταφορές είναι η αντικατάσταση των ορυκτών καυσίμων με ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια στα επιβατικά οχήματα και η χρήση ανανεώσιμων καύσιμων στις μεταφορές όπου απαιτείται υψηλή ενεργειακή πυκνότητα (π.χ. βαρέα οχήματα).

By Vassilis Triantopoulos, PhD Research Fellow, Lay Automotive Lab,
University of Michigan, Αυτή η διεύθυνση ηλεκτρονικού ταχυδρομείου προστατεύεται από τους αυτοματισμούς αποστολέων ανεπιθύμητων μηνυμάτων. Χρειάζεται να ενεργοποιήσετε τη JavaScript για να μπορέσετε να τη δείτε.

Θαλάσσιες μεταφορές

ΟΟ ναυτιλιακός κλάδος υφίσταται τεχνολογικό μετασχηματισμό που υποκινείται από τους πρόσφατους κανονισμούς του Διεθνή Ναυτιλιακού Οργανισμού (ΙΜΟ) για τη μείωση της έντασης του άνθρακα της ναυτιλίας. Οι αρχικοί στόχοι είναι η μείωση των μέσων εκπομπών CO2 κατά τουλάχιστον 40% έως το 2030 σε σύγκριση με τα επίπεδα του 2008, με στόχο την επίτευξη 70% έως το 2050, καθώς και τη μείωση κατά 50% των συνολικών αερίων του θερμοκηπίου έως το 2050. Επιπλέον, ο ΙΜΟ έχει υιοθετήσει ένα παγκόσμιο ανώτατο όριο περιεκτικότητας σε θείο στο 0,5% για τα καύσιμα που χρησιμοποιούνται από την 1η Ιανουαρίου 2020, καθώς και τους κανονισμούς εκπομπών οξειδίων του αζώτου (NOx) Tier III. Για την επίτευξη αυτών των στόχων, ο ναυτιλιακός κλάδος θα πρέπει να υιοθετήσει μια σειρά λύσεων, συμπεριλαμβανομένων εναλλακτικών καυσίμων, τεχνολογικών βελτιώσεων και επιχειρησιακών μέτρων.

Εναλλακτικά καύσιμα

Οι διαθέσιμες επιλογές καυσίμων βρίσκονται σε τρεις κατηγορίες: α) ελαφρύ αέριο, β) βαρύ αέριο και αλκοόλη, και γ) η οδός βιο-συνθετικού καυσίμου. Η επιλογή του καυσίμου και των συναφών τεχνολογιών θα πρέπει να βασίζεται σε δύο θεμελιώδη κριτήρια: τον τύπο του σκάφους και το προφίλ λειτουργίας του. Ελαφριά αέρια καύσιμα όπως το υγροποιημένο φυσικό αέριο (LNG) προσφέρουν έως και 21% χαμηλότερες εκπομπές CO2 σε σύγκριση με το βαρύ μαζούτ, αλλά αυτό δεν περιλαμβάνει την απελευθέρωση άνθρακα από τις εκπομπές μεθανίου. Η ελαχιστοποίηση των εκπομπών μεθανίου είναι ζωτικής σημασίας για την υλοποίηση των οφελών του LNG. Μακροπρόθεσμα, το υδρογόνο μπορεί να αποτελέσει λύση για τα πλοία με μηδενικούς ρύπους άνθρακα. Το υδρογόνο προσφέρει το υψηλότερο ενεργειακό περιεχόμενο ανά μάζα μεταξύ όλων των υποψήφιων καυσίμων, αλλά απαιτεί κρυογονική αποθήκευση και ειδικά συστήματα τροφοδοσίας καυσίμων. Χρειάζεται ωστόσο σημαντική πρόοδος στην τεχνολογία για να μπορεί το υδρογόνο να θεωρηθεί επιλογή εμπορικών καυσίμων μεγάλης κλίμακας. Οι επιλογές στα βαρέα αέρια και αλκοόλες περιλαμβάνουν καύσιμα όπως υγραέριο (LPG), μεθανόλη, αιθανόλη και αμμωνία. Όταν χρησιμοποιείται ως κύριο καύσιμο, η μεθανόλη μπορεί να μειώσει τις εκπομπές CO2 κατά περίπου 10% σε σύγκριση με το βαρύ μαζούτ. Ωστόσο, η μεθανόλη έχει τη δυνατότητα να είναι ένα καύσιμο μηδενικού άνθρακα στο μέλλον, εάν παράγεται ανανεώσιμα. Το LPG έχει υψηλότερο ενεργειακό περιεχόμενο από τις αλκοόλες και μπορεί να είναι πιο ευνοϊκό για τη χρήση σε σύγχρονους κινητήρες, αλλά δεν έχει υιοθετηθεί τόσο ευρέως όσο το LNG. Ωστόσο, η μεθανόλη και το υγραέριο θεωρούνται επί του παρόντος ως ώριμα καύσιμα από τους κατασκευαστές κινητήρων, οι οποίοι έχουν διαθέσει στην αγορά πλατφόρμες κινητήρων ικανές να τα χρησιμοποιήσουν. Η αμμωνία μπορεί να είναι ένα καύσιμο μηδενικού άνθρακα εάν παράγεται με ανανεώσιμες πήγες ενέργειας. Παρά την τοξικότητά της και τις αυστηρότερες απαιτήσεις χειρισμού, η αμμωνία θεωρείται βιώσιμη μακροπρόθεσμη επιλογή καυσίμου. Ωστόσο, θα πρέπει να κατασκευαστούν υποδομές παροχής αμμωνίας μαζί με αντίστοιχους κανονισμούς ασφαλείας. Τα βιοσυνθετικά καύσιμα παράγονται από βιομάζα και έχουν παρόμοιες ιδιότητες με το ντίζελ, οπότε μπορούν να χρησιμοποιηθούν με ελάχιστες ή καθόλου μετατροπές στους κινητήρες πλοίων και στα συστήματα διανομής καυσίμων. Η παραγωγή των βιοσυνθετικών καυσίμων είναι επί του παρόντος περιορισμένης κλίμακας και θα πρέπει να αυξηθεί για να μπορέσει να θεωρηθεί βιώσιμη εμπορική επιλογή.

Τεχνολογικές βελτιώσειΣ

Tα σύγχρονα σκάφη σχεδιάζονται βασισμένα στη βελτιστοποίηση του κύτους και μπορούν να εξοπλιστούν με προπέλες υψηλής απόδοσης, χρησιμοποιώντας τεχνικές εξοικονόμησης ενέργειας. Οι σχεδιαστές διερευνούν επίσης, τη χρήση αντιρρυπαντικών συστημάτων και επιστρώσεων υλικών χαμηλής τριβής για το κύτος. Τα μηχανικά μέρη των σύγχρονων σκαφών βελτιώνονται συνεχώς, με περαιτέρω εξελίξεις στους κύριους και βοηθητικούς κινητήρες, με επίκεντρο την αύξηση της αποδοτικότητάς τους και τη μείωση των εκπομπών ρύπων. Άλλος βοηθητικός εξοπλισμός, όπως αντλίες και κλιματιστικά συστήματα, βελτιώνονται επίσης για να μειωθεί το βασικό ηλεκτρικό φορτίο ενός σκάφους. Οι βασικές νέες τεχνολογίες που εξετάζονται για τα μελλοντικά σκάφη είναι τα υβριδικά συστήματα παραγωγής ενέργειας, καθώς και τα συστήματα με αιολική και ηλιακή ενέργεια. Η υβριδική-ηλεκτρική πρόωση χρησιμοποιείται επί του παρόντος σε πλοία υποστήριξης ανοικτής θάλασσας και ρυμουλκά λιμανιών, όπου τα συστήματα παρέχουν εύκολα πρόσθετη ενέργεια. Η αρχιτεκτονική ενός υβριδικού συστήματος μπορεί να σχεδιαστεί ειδικά για τις απαιτήσεις κάθε σκά-φους και έτσι να βελτιστοποιήσει τη χρήση κάθε υποσυστήματος για μέγιστο βαθμό απόδοσης.

Επιχειρησιακά μέτρα

Οι τεχνολογικές βελτιώσεις μπορούν να συνδυαστούν με επιχειρησιακά μέτρα, τα οποία αποσκοπούν στην αύξηση της αποτελεσματικότητας ενός ταξιδιού και μπορούν να είναι εξίσου αποτελεσματικά. Δύο από τα αποτελεσματικότερα επιχειρησιακά μέτρα είναι to Just-In-Time (JIT) και η βέλτιστη δρομολόγηση πλοίων. Τα πλοία περνούν περίπου το 50% του χρόνου τους, όντας προσδεμένα, αγκυροβολημένα ή κάνοντας ελιγμούς, οι οποίοι αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το 15% της ετήσιας κατανάλωσης καυσίμου τους. Η υιοθέτηση του JIT μπορεί να μειώσει τον χρόνο αναμονής για θέσεις ελλιμενισμού, να μεγιστοποιήσει τη χρησιμοποίηση των λιμένων και να μειώσει τη χρήση των καυσίμων. Αυτό θα μείωνε σημαντικά τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου και άλλων ρύπων. Το JIT μπορεί να επιτευχθεί με τη βελτιστοποίηση της ταχύτητας του σκάφους κατά τη διάρκεια του ταξιδιού, ώστε να εξασφαλίζεται ότι φτάνει και αναχωρεί χωρίς περιττές καθυστερήσεις. Η εφαρμογή της μεθόδου JIT απαιτεί μια ολιστική εικόνα του ταξιδιού, συμπεριλαμβανομένων των λιμενικών δραστηριοτήτων. Η βέλτιστη δρομολόγηση πλοίων είναι μια άλλη τεχνική που σχετίζεται άμεσα με την JIT. Οι καιρικές συνθήκες, η γεωγραφία και άλλοι παράγοντες μπορεί να απαιτούν την παρακολούθηση μιας διαδρομής διαφορετικής από τη μικρότερη απόσταση, προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί η κατανάλωση καυσίμου. Ο προσδιορισμός αυτής της διαδρομής περιλαμβάνει μια εργασία βελτιστοποίησης, χρησιμοποιώντας αλγόριθμους.

By Sotirios Mamalis, PhD - Global Sustainability Manager,
American Bureau of Shipping (ABS), Αυτή η διεύθυνση ηλεκτρονικού ταχυδρομείου προστατεύεται από τους αυτοματισμούς αποστολέων ανεπιθύμητων μηνυμάτων. Χρειάζεται να ενεργοποιήσετε τη JavaScript για να μπορέσετε να τη δείτε.