Snižování emisí z komerční přepravy pro dosažení cíle nula
Po desetiletích, kdy jsme se ochuzeli, se vedla loňská konference 26 ŘEDITELŮ, která se konala v Centru pro přizpůsobení se změnám klimatu, kdy se svět spojil s jedinou skutečností: změna klimatu je existenční krize naší doby. A v tomto boji jsme v kritickém okamžiku; s údaji jasně vyobrazenými jako 900 giga tun CO2, aby se globální oteplování udrželo pod 2o Celsius1. Dopravní odvětví je mezitím i nadále ve středu dění, kdy se nejvíce přispívá k emisím skleníkových plynů (GHG) ve Spojených státech, a tak překonává i výrobu elektřiny. Ale stejně jako historie byla inovacemi vždy protkána, máme potřebná řešení, abychom zvrtli naši cestu, pokud jsme dostatečně k tomu, abychom se dokázali vyrovnat s problémem a jednat s rozhodným účelem.
Uhlík je jedním z nejrozšířenějších prvků ve vesmíru a epicentrem klimatické krize, v rámci které se skládá ze tří čtvrtí skleníkových plynů. Ve vědecké komunitě není pochyb o tom, že člověkem vyrobené emise uhlíku posouvají obratnost směrem k bodu, který není návratu, ale zdroje těchto emisí jsou stále předmětem výrazného ukazování prstem. Když se snažíme vidět náš měnící se svět s jasným přístupem k životu, vynoří se základní paradigma. Rostoucí ekonomická prosperita je hnací silou rostoucích emisí uhlíku a je třeba se jí zabývat, pokud chceme bojovat se změnou klimatu u zdroje.
S růstem globální ekonomiky jsme z nejextrémnějších lidí získali více než miliardu lidí a rozšířili střední třídu. Například Ústav Proýsa -, který byl označen rokem 2018 jako první rok, kdy více než polovina světové populace žila ve střední třídě a v bohatých domácnostech. Tato rostoucí ekonomická prosperita otevřela obchod, rozvoj infrastruktury a průmyslovou aktivitu - a bohužel vedla k růstu emisí uhlíku. Tato zkamenělinová spojení mezi prosperitu a emisemi uhlíku je otázkou: může se zdravý ekonomický růst a zdravá planeta co-existovat? Ano, investice do dekarbonizace jsou jednou z nejslibnějších příležitostí pro růst naší generace; a pokrok v něm mohou naší společnosti stát se zároveň prosperující a zároveň zdravější na naší planetě.
Tato cesta do cíle Zero, která zdůrazňuje cestu společnosti Cummins k odstranění uhlíkových emisí, je schopna zakořenit komplexní technologickou plán pro dopravu a mobilitu. Technická mapa technologií se skládá ze tří základních komponentů: technologie s nulovými emisemi jako jsou bateriové elektrické motory a elektrické palivové články, nízkouhlíková paliva a agnostické pohonné jednotky na paliva jako přechodové technologie.
Č. 1: Technologie s nulovými emisemi jako jsou elektrické baterie a elektrické palivové články
V současné době jsou elektrická řešení na baterie a palivové články ekonomicky a provozně životaschopná pro vybrané případy použití v komerční dopravě. Tyto technologie s nulovými emisemi již pomáhají s místními emisemi a kvalitou ovzduší, protože z pohledu nádrže na kolo nevykazují žádný uhlík. Pokud je jejich zdroj energie zelený, například obnovitelná elektřina používaná pro elektrobusy na baterie, mohou tyto technologie navíc nabídnout nulové emise uhlíku z pohledu vrtu do kola. Již spolupracujeme s výrobci školních a tranzitních autobusů pro plně elektrické aplikace a v komerčním provozu je dokonce i osobní vlak, který je poháněn elektrickou technologií s palivovými články.
Máme k dispozici působivé technologie, ale stále existuje mnoho aplikací v komerční dopravě, které se potýkají s velkými elektrifikacemi. Klíčovými faktory, které tyto aplikace těží z elektrifikace, jsou ekonomická využitelnost, dosahování poslání a podpora infrastruktury. Jednou z myšlenkových škol je čekat na bateriové elektrické technologie nebo elektrické technologie s palivovými články, které se z nich vymění. Každý den, kdy stále uvolňujeme emise uhlíku, je však těžší poškození zvrácet. Každý gram uhlíkového uhlíku bude přispívat ke změně klimatu. In the U.S. alone, medium and heavy-duty trucks emit over one million metric tons of CO2 every single day2. Pro tyto těžkou elektrifikaci využití v komerční dopravě jsou dnes k dispozici možnosti, jak výrazně snížit nebo plně eliminovat emise uhlíku: nízkou až nulová uhlíková paliva.
Č. 2: Nízkouhlíková až nulová uhlíková paliva jsou nižší a eliminují emise uhlíku při velmi nízké spotřebě uhlíku
Nízkouhlíková až nulová uhlíková paliva emitují při výrobě energie méně uhlíku než motorová nafta. Do čtyř skupin jsem zařadil tato paliva s nízkými až nulovými emisemi uhlíku.
Za prvé jsou nízkouhlíková paliva. Tato paliva stále emitují uhlík při spalování, ale emitují méně uhlíku než motorová nafta. Za druhé jsou uhlíková neutrální paliva. Tato paliva také při spalování emitují uhlík, ale emise uhlíku jsou plně kompenzovány jinou činností. Třetí jsou nulová uhlíková paliva. Tato paliva při spalování nevypouštějí emise uhlíku vůbec. Například zelený vodík je palivo s nulovými emisemi uhlíku. Začtvrté je uhlíková, záporná paliva. Jde o paliva, u nichž dopad výroby a spotřeby paliva vede k čistému snížení emisí skleníkových plynů.
Z tohoto přeplněného pole paliv s nízkými až nulovými emisemi uhlíku bude mít jen velmi málo lidí - vodík, zemní plyn a bionafta. Kromě těchto tří jsou syntetická paliva známá také jako e-paliva vzrušující další technologií, která se může v budoucnu stát dominantním faktorem.
Vodík je stále oblíbenějším přepravcem energie. Důvodem je především to, že se jedná o palivo s nulovými emisemi uhlíku, pokud se vyrábí pomocí obnovitelných zdrojů energie, jako je solární, větrná a vodní energie, k elektrolýze vody. Vodík může palivová vozidla prostřednictvím spalovacího motoru nebo vodíkového palivového článku a zajistit působivé snížení emisí uhlíku. Modelový rok 2027 třídy 8 jako spací kabina, poháněný vodíkovým motorem a poháněným zeleným vodíkem, ušetřil 1 437 metrických tun CO2 oproti jeho protějšku poháněnému naftou3. Jedná se o působivé ekologické zisky, ale dnes čelí vodíku dva primární motory: připravenosti na infrastrukturu a bohaté dostupnosti ekologického vodíku - nulové uhlíkové palivo, které je dobře kolové.
Na rozdíl od vodíku je zemní plyn fosilní paliva, ale produkuje méně uhlíku, než ostatní fosilní paliva, jako je nafta. Zemní plyn nyní nabízí také významné snížení emisí, protože se stále vyvíjí infrastruktura pro nulové uhlíkové technologie. V určitých případech použití může být i obnovitelný zemní plyn (RNG) uhlíkově negativní. Například RNG produkovaný degradací organických látek, který by jinak zůstal na emise metanu, má negativní uhlíkové omezení. V oblasti snižování emisí zemního plynu jsou mezitím dva probíhající rozhovory o roli zemního plynu. Za prvé je všeobecně uznáván, že část zisků ze zemního plynu z výfukových plynů je kompenzována metanovými úniky potrubím. Za druhé, matematika, která stojí za negativními emisemi uhlíku RNG. Uznávajíce, že ne všechny RNG jsou negativní na emise uhlíku, je důležité. Abychom posoudili, zda následné používání RNG vede k čistému snížení emisí skleníkových plynů, měli bychom vyhodnotit původ zachyceného metanu a účinnost přepravy RNG.
Bionafta je obnovitelné palivo produkované především z tuků a rostlinných olejů. Závody používané k výrobě bionafty absorbují uhlík z atmosféry. Bionafta je považována za uhlíkovou neutralitu, protože při spalování vrací stejný atom uhlíku zpět do atmosféry. 4 Je prakticky nutné uvažovat o emisích vznikajících při pěstování těchto plodin a produkci bionafty. B20 je již v našem životě, přičemž na něj může běžet mnoho motorů; Dalším krokem ke snížení emisí bude mít motory, které mohou fungovat na B40 a poté na B100, čistou bionaftu.
Syntetická paliva, nebo e-paliva, se dodávají v různých formách; E-diesel a e-benzín jsou dva, které jsou významnější pro použití v komerční dopravě. Tato paliva lze vyrábět pomocí CO2 a ekologického vodíku; proto jsou uhlíkově neutrální, protože uvolňují uhlík, který byl původně použit k jejich vytvoření zpět do atmosféry. Kromě toho mohou využít i naši stávající palivovací infrastrukturu. V současnosti jsou na těchto palivech dvě překážky: vysoké náklady a omezená dostupnost.
Připravenost na infrastrukturu je častou překážkou pro častější zavádění některých nízkouhlíkových paliv s nulovými emisemi uhlíku. Mezitím jsou v provozu komerční dopravní aplikace, které nevyžadují rozsáhlou síť čerpacích stanic a jiné infrastruktury. Například flotily provozované středně těžkými nákladními vozidly mohou vytvářet nájezdy pomocí malého počtu čerpacích stanic umístěných po pevných trasách. To pak může řídit potřebnou infrastrukturu.
V současné době jsou tato nízkouhlíková paliva k dispozici pro ty, kteří chtějí zvýšit svoje úsilí o dekarbonizaci. A jejich využití lze rozšířit pomocí známé technologie: spalovacích motorů - ale s inovativními platformami motorů s otočným zatočením: palivové a agnostiky motorů. Tyto platformy jsou prostředkem, který nám pomáhá realizovat výhody nízkouhlíkových paliv a paliv s nulovými emisemi uhlíku.
Č. 3: Palivově agnostické platformy motorů a pohonných jednotek mohou rozšířit použití nízkouhlíkových paliv až po nulová uhlíková paliva
Platformy palivových a agnostikických motorů se vyznačují řadou verzí motorů, které jsou odvozené od společného základního motoru. Spodní konec motoru vypadá stejně a jedinečné hlavy válců jsou navrženy tak, aby vyhovovaly různým palivům s nízkou nebo nulovými emisemi uhlíku. Každá verze motoru používá konkrétní druh paliva, včetně nafty, propanu, zemního plynu nebo vodíku. Tyto motory využívají stávající technologie a mohou snižovat emise skleníkových plynů pomocí nízkouhlíkových paliv a paliv s nulovými emisemi uhlíku. Mají známé provozní postupy, instalaci vozidla a výkonnostní vlastnosti dnešních naftových motorů. Tyto palivově agnostické platformy jsou ideální pro použití v případech, kdy elektrická bateriová řešení a elektrická řešení na palivové články nejsou dosud finanční ani provozní proveditelná. Jedná se o první v oboru vývoje agnostikového spalovacího motoru s palivem od základů. Jedná se o naši snahu míchat a přizpůsobovat ty pravé motory pro správné aplikace při cestě k budoucnosti s nulovými emisemi.
Důležité je také si uvědomit, že tyto tři komponenty v technologické mapě nejsou volby. Můžete kombinovat bateriová elektrická řešení s platformami palivových agnostikických pohonných jednotek a vytvářet hybridní řešení pro správná použití.
Změna klimatu je existenční krize naší doby a rostoucí počet vlád a společností na celém světě se již zavázaly, že budou mít uhlíkovou nulu nebo negativní dopad. Tato řešení nabízejí životaschopnou cestu v této cestě v příštích několika desetiletích. Koncoví uživatelé by se však neměli dočkat, až na svých cestách podniknou hmatatelné kroky. Nyní je čas na dekarbonizaci. Naše planeta se nemůže dočkat. A nyní mají koncoví uživatelé k dispozici nástroje a inovace, které jsou potřebné k tomu, aby si pronajímali vlastní jedinečné cesty k cíli Destination Zero.
Odkazy:
1.1 Intergosporační panel pro změnu klimatu. (2021 srpna). Klimatické změny 2021, The Physical Science Basis [soubor ve formátu PDF]. Získávána z https://www.ipcc.ch
2.2.2 Agentura pro ochranu životního prostředí ve Spojených státech. (prosinec 2021). Emise skleníkových plynů v americkém odvětví dopravy. [PDF soubor]. Získávána z https://www.epa.gov/
3.2.2 Analýza provedená s využitím modelu emisí skleníkových plynů americké agentury EPA(40) PRO splnění požadavků středně těžkých a těžkých vozidel. Předpokládaná nosnost 19 tun, použití 120 000 tisíc mil za rok. Získávána z https://www.epa.gov/
4.2.2 Správa energetických informací ve Spojených státech. (j.n.). Vysvětleno biopalivo, nafta na bázi biomasy a životní prostředí. [Webová stránka]. Získávána z https://www.eia.gov/
Srikanth Padmanabhan
Srikanth Padmanabhan je viceprezidentem a prezidentem obchodní jednotky motorů, největšího z obchodních segmentů společnosti Cummins. V této roli posunuje hranice inovací zaměřených na zákazníky, aby společnosti Cummins pomohl stát se předním preferovaným dodavatelem pohonných jednotek, jehož portfolio sahá of naftových jednotek a jednotek na zemní plyn po hybridní a elektrické pohonné jednotky. Přečtěte si více o Srikanthových více než 30 letech ve společnosti Cummins.
