Verringerung des Schadstoffausstoßes im gewerblichen Transportwesen mit dem Ziel der völligen Emissionsfreiheit
Nach Jahrzehnten der Auseinandersetzung vereinte die COP26-Konferenz im letzten Jahr in Großbritannien die Welt in einer Wahrheit: Der Klimawandel ist die krisengemeinte Krise unserer Zeit. Und wir befinden uns in diesem Kampf in einem kritischen Moment; mit Daten von 900 Gigatonnen CO2, um die globale Erwärmung unter 2o Celsius1 zu halten. Währenddessen steht der Transportsektor weiterhin im Mittelpunkt und wird in den Vereinigten Staaten der größte Beitrag zu den Treibhausgasemissionen und übertrifft sogar die Stromerzeugung. Aber genauso wie die Geschichte immer von Innovation durchbrochen wurde, haben wir die notwendigen Lösungen, um unseren Weg umzudrehen, wenn wir mutig genug sind, dem Problem frontal zu begegnen und entschlossen zu handeln.
Kohlenstoff ist eines der am häufigsten vorkommenden Elemente im Universum und das Epizentrum der Klimakrise, das drei Viertel der THG ausmachen. In der wissenschaftlichen Gemeinschaft gibt es keinen Zweifel daran, dass die von Menschen verursachten Kohlenstoffemissionen die Menschen dazu bringen, keinen Rücklauf zu erreichen, aber die Quellen dieser Emissionen sind immer noch gegenstandsorientierter Erkenntnisse. Wenn wir zurückziehen und versuchen, unsere sich verändernde Welt durch ein klares Bild zu sehen, entsteht ein grundlegendes Bild, das sich nicht aus dem Weg räumen lässt, wenn wir den Klimawandel an der Quelle bekämpfen wollen: Wachsender wirtschaftlicher Erfolg ist ein wirkungsvoller Motor steigender Kohlenstoffemissionen.
Mit dem Wachstum der globalen Wirtschaft haben wir mehr als eine Milliarde Menschen aus extremer Not herausgeholt und die Mittelklasse erweitert. Das "The Institute of The The Institute" (2018) zum Beispiel war das erste Jahr, in dem mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung in der Mittelklasse und reichen Haushalten lebte. Dieser wachsende wirtschaftliche Erfolg hat den Handel, die Infrastrukturentwicklung und die industrielle Aktivität vorangetrieben – und hat leider das Wachstum der Kohlenstoffemissionen angetrieben. Dieses wesentliche Bindeglied zwischen Prosperität und Kohlenstoffemissionen stellt die Frage: Können gesundes Wirtschaftswachstum und ein gesunder Planet zusammen bestehen? Ja, die Investition in die Dekarbonisierung ist eine der vielversprechendsten Wachstumschancen für unsere Generation; und Fortschritte in dieser Hinsicht können unsere Gesellschaft wohlhabender und unseren Planeten gleichzeitig gesünder machen.
Diese Reise zur Destination Zero, die Cummins' Reise zur Eliminsierung von Kohlenstoffemissionen betont, basiert auf einem umfassenden Technologieplan für Transport und Mobilität mit drei Hauptkomponenten: Emissionsfreie Technologien wie batterieelektrische und Brennstoffzellenelektrik, kohlenstoffarme bis null Kraftstoffe und kraftstoffaggnostische Antriebsstrangplattformen als Übergangstechnologien.
Nr. 1: Emissionsfreie Technologien wie batterie- und Brennstoffzellen-Elektrik
Heutzutage sind batterieelektrische und Brennstoffzellen-Elektrolösungen für ausgewählte Anwendungsfälle im kommerziellen Transport wirtschaftlich und betriebsfähig. Diese kohlenstofffreien Technologien helfen bereits bei Problemen mit lokalen Emissionen und der Luftqualität, da sie aus Sicht des Tanks bis zum Rad keinen Kohlenstoff ausstoßen. Wenn ihre Energiequelle grün ist und z. B. erneuerbarer Strom für batterieelektrische Busse verwendet wird, können diese Technologien aus Sicht des Bohrlochs keine CO2-Emissionen bieten. Wir arbeiten bereits mit Schul- und Transitbusherstellern für vollelektrische Anwendungen zusammen, und es gibt sogar einen Personenzug im kommerziellen Betrieb, der von Brennstoffzellen-Elektrotechnologie angetrieben wird.
Wir verfügen über beeindruckende Technologien, dennoch gibt es viele kommerzielle Transportanwendungen, die mit erheblichen Hindernissen für die Elektrifizierung konfrontiert sind. Wirtschaftlichkeit, Erfüllung von Missionen und Infrastrukturunterstützung sind die Wichtigsten Faktoren hinter diesen schwer zu elektrifizierenden Anwendungen. Eine Denkweise besteht darin, auf batterieelektrische oder Brennstoffzellen-Elektrotechnologien zu warten, um diese Anwendungen aufzuholen. Aber wir können es uns einfach nicht leisten, jeden Tag mehr Kohlenstoffemissionen freizusetzen, die wir nicht zurücknehmen können. Jedes Gramm Kohlenstoff-Ausstoß trägt zum Klimawandel bei. Allein in den USA stoßen mittelschwere und schwere Lkw jeden Tag über eine Million Tonnen CO2 aus2. Für diese schwer zu elektrifizierenden kommerziellen Transportanwendungen gibt es heute Optionen zur deutlichen Reduzierung oder vollständigen Eliminierung von Kohlenstoffemissionen: kohlenstoffarme bis null kohlenstofffreie Kraftstoffe.
Nr. 2: Kohlenstoff-Kraftstoffe sind niedrig bis null und eliminieren Kohlenstoffemissionen auf Rad-zu-Rad-Basis
Kohlenstoffarme bis null Kohlenstoff-Kraftstoffe emittieren auf Rad-zu-Rad-Basis weniger Kohlenstoff als Dieselkraftstoff bei der Stromerzeugung. Diese kohlenstoffarmen bis null Kohlenstoff-Kraftstoffe kann ich in vier Gruppen einordnen.
Erstens handelt es sich um kohlenstoffarme Kraftstoffe. Diese Kraftstoffe emittieren weiterhin Kohlenstoff, wenn sie verbrannt werden, aber emittieren weniger Kohlenstoff als Dieselkraftstoff. Zweitens: kohlenstoffneutrale Kraftstoffe. Diese Kraftstoffe emittieren auch Bei der Verbrennung Kohlenstoff, aber die Kohlenstoffemissionen werden vollständig durch eine andere Aktivität kompensiert. Drittens: Kohlenstofffreie Kraftstoffe. Diese Kraftstoffe emittieren bei der Verbrennung überhaupt keinen Kohlenstoff. Zum Beispiel ist grüner Wasserstoff ein kohlenstofffreier Brennstoff. Viertens: Kohlenstoff-negative Kraftstoffe. Dies sind die Kraftstoffe, bei denen die Auswirkungen der Kraftstofferzeugung und des Kraftstoffverbrauchs zu einer Nettoreduktion der THG-Emissionen geführt haben.
Aus diesem überfüllten Feld kohlenstoffarmer bis nuller Brennstoffe werden nur wenige die wirkungsstärksten sein: Wasserstoff, Erdgas und Biodiesel. Jenseits dieser drei sind synthetische Kraftstoffe – auch bekannt als E-Kraftstoffe – eine spannende zusätzliche Technologie, die sich in Zukunft als dominierender Faktor herausstellen kann.
Wasserstoff wird immer häufiger als Energiequelle eingesetzt. Dies liegt in erster Linie daran, dass es sich um einen kohlenstofffreien Brennstoff handelt, wenn er mit erneuerbaren Energiequellen wie Solar-, Wind- und Wasserkraft zur Elektrolyse von Wasser erzeugt wird. Wasserstoff kann Fahrzeuge über einen Verbrennungsmotor oder wasserstoffbetriebene Brennstoffzelle betanken und liefert beeindruckende Reduzierungen der KOHLENSTOFF-Emissionen. Ein Modelljahr 2027 der Klasse 8, das von einem Wasserstoffmotor angetrieben und von grünem Wasserstoff angetrieben wird, würde gegenüber seinem dieselbetriebenen Gegenstück3 1.437 Tonnen CO2 über seine Lebensdauer einsparen. Dies sind beeindruckende Umweltgewinne, aber Wasserstoff steht heute vor zwei Hauptblockaden: der Infrastrukturbereitschaft und der reichlichen Verfügbarkeit von grünem Wasserstoff – einem kohlenstofffreien Kraftstoff, der gut am Rad ist.
Im Gegensatz zu Wasserstoff ist Erdgas ein fossiler Brennstoff, produziert aber weniger Kohlenstoff als andere fossile Brennstoffe wie Diesel. Erdgas bietet jetzt auch wichtige Emissionsreduzierungen, da sich die Infrastruktur für kohlenstofffreie Technologien ständig weiterentwickelt. In bestimmten Anwendungsfällen kann erneuerbares Erdgas (RNG) ebenfalls kohlenstoffneutral sein. Zum Beispiel hat RNG, das aus dem Abbau organischer Materie erzeugt wird und die sonst Methanemissionen ausstoßen würde, eine negative Kohlenstoffbelastung. Inzwischen gibt es zwei aktuelle Diskussionen über die Rolle von Erdgas bei der Reduzierung der Kohlenstoffemissionen. Erstens wird weithin akzeptiert, dass ein Teil der Emissionszunahmen von Erdgas durch Methanleckagen durch Pipelines kompensiert wird. Zweitens die Mathematik hinter RNGs negativer Kohlenstoff-Belastung. Es ist wichtig zu erkennen, dass nicht alle RNG eine negative Kohlenstoffbelastung haben. Wir sollten die Herkunft des aufgefangenen Methans und die Effizienz des RNG-Transports bewerten, um zu ermitteln, ob der nachfolgende RNG-Verbrauch zu einer Nettoreduktion der GHG-Emissionen führt.
Biodiesel ist ein erneuerbarer Kraftstoff, der hauptsächlich aus Fetten und Pflanzenölen hergestellt wird. Die Pflanzen, die als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Biodiesel verwendet werden, ziehen Kohlenstoff aus der Atmosphäre zurück, und wenn Biodiesel verbrannt wird, gibt er die gleichen Kohlenstoffatome zurück in die Atmosphäre; theoretisch macht dies Biodiesel kohlenstoffneutral4. Praktisch müssen auch die Emissionen berücksichtigt werden, die beim Anbau dieser Feldfrüchte und bei der Herstellung von Biodiesel entstehen. Der B20 ist heute bereits in unserem Leben, da viele Motoren darauf laufen können; Der nächste Schritt zur Reduzierung der Emissionen wird sein, dass Motoren mit B40 und dann mit B100, reinem Biodiesel, betrieben werden können.
Synthetische Kraftstoffe oder E-Kraftstoffe gibt es in verschiedenen Formen; E-Diesel und E-Benzin sind die beiden, die für kommerzielle Transportanwendungen relevanter sind. Diese Kraftstoffe können mit CO2 und grünem Wasserstoff erzeugt werden; Daher sind sie klimaneutral, da sie den Kohlenstoff freisetzen, der ursprünglich zur Herstellung der Atmosphäre verwendet wurde. Darüber hinaus können sie auch unsere bestehende Kraftstoffinfrastruktur nutzen. Derzeit bestehen zwei Hindernisse für diese Kraftstoffe: ihre hohen Kosten und die eingeschränkte Verfügbarkeit.
Die Einsatzbereitschaft der Infrastruktur stellt ein häufiges Hindernisse für den vermehrten Einsatz einiger kohlenstoffarmer bis null kohlenstoffarmer Kraftstoffe dar. Inzwischen gibt es kommerzielle Transportanwendungen, die kein umfangreiches Netzwerk an Tankstellen und anderer Infrastruktur benötigen. Zum Beispiel können Flotten, die mittelschwere und schwere Lkw betreiben, über eine kleine Anzahl von Tankstellen, die auf festgelegten Strecken platziert sind, Routen erstellen. Dies kann den erforderlichen Infrastrukturaufbau fördern.
Heutzutage sind diese kohlenstoffarmen bis null Kohlenstoff-Kraftstoffe für diejenigen erhältlich, die ihre Dekarbonisierungsbemühungen voranbringen möchten. Und ihr Einsatz kann mit Hilfe einer bekannten Technologie erweitert werden: Verbrennungsmotoren – aber mit einem innovativen Twist: kraftstoff-aggnostische Motorplattformen. Diese Plattformen sind die Mittel, um uns dabei zu helfen, die Vorteile von kohlenstoffarmen bis null kohlenstoffhaltigen Kraftstoffen zu nutzen.
Nr. 3: Kraftstoff-aggnostische Motoren- und Antriebsstrangplattformen können den Einsatz von kohlenstoffarmen bis null Kohlenstoff-Kraftstoffen erweitern
Die aggnostischen Motorplattformen verfügen über eine Reihe von Motorversionen, die von einem gemeinsamen Basismotor abgeleitet sind. Das untere Ende des Motors sieht gleich aus, und die einzigartigen Zylinderköpfe sind so konzipiert, dass sie einen anderen kohlenstoffarmen oder kohlenstofffreien Kraftstoff aufnehmen. Jede Motorversion wird mit einem bestimmten Kraftstofftyp betrieben, einschließlich Diesel, Propan, Erdgas oder Wasserstoff. Diese Motoren nutzen die Vorteile der bestehenden Technologie und können die GHG-Emissionen durch kohlenstoffarme und kohlenstofffreie Kraftstoffe reduzieren. Sie verfügen über bekannte Betriebspraktiken, Fahrzeuginstallationen und Leistungscharakteristiken mit den heutigen Dieselmotoren. Diese kraftstoff-aggnostischen Plattformen eignen sich ideal für Anwendungen, in denen batterieelektrische und Brennstoffzellen-elektrische Lösungen noch nicht finanzierbar oder betriebsbereit sind. Dies ist eine Branchenneuzeit bei der Entwicklung von aggnostischen Verbrennungsmotoren für Kraftstoffe von Grund auf. Dies ist unser Bestreben, die richtigen Motoren für die richtigen Anwendungen zu mischen und zu kombinieren, während wir uns in eine Zukunft ohne Emissionen bewegen.
Außerdem ist zu beachten, dass diese drei Komponenten innerhalb der Technologie-Roadmap nicht nur im Vordergrund stehen. Sie können batterieelektrische Lösungen mit kraftstoffunabhängigen Antriebsstrangplattformen kombinieren, um Hybridlösungen für die richtigen Anwendungsfälle zu entwickeln.
Der Klimawandel ist die belastende Krise unserer Zeit, und immer mehr Regierungen und Unternehmen auf der ganzen Welt haben sich bereits verpflichtet, kohlenstofffrei oder negativ zu sein. Diese Lösungen bieten einen praktikablen Weg auf dieser Reise in den nächsten paar Jahrzehnten. Aber Die Endverbraucher sollten nicht warten, um greifbare Schritte auf ihren Fahrten zu unternehmen. Jetzt ist der richtige Zeitpunkt für eine Dekarbonisierung. Unser Planet kann nicht warten. So haben Endanwender jetzt die Werkzeuge und Innovationen, die erforderlich sind, um ihre eigenen einzigartigen Pfade zur Destination Zero zu chartern.
Verweise:
1 Ininternes Gremium zum Klimawandel. (August 2021). Klimawandel 2021, Die grundlage für die physische Wissenschaft [PDF-Datei]. Von https://www.ipcc.ch
2 United States Environmental Protection Agency. (Dezember 2021). Treibhausgasemissionen im US-Transportsektor. [PDF-Datei]. Von https://www.epa.gov/
3 Analyse mit dem Treibhausgas-Emissionsmodell (GEM) der U.S. EPA für die Einhaltung der Vorschriften für mittelschwere und schwere Fahrzeuge. Angenommene 19 Tonnen Nutzlast, 120.000 Tausend Meilen pro Jahr Nutzung. Von https://www.epa.gov/
4 United States Energy Information Administration. (n.d.). Biokraftstoffe erläutert, Diesel auf Biomassebasis und die Umwelt. [Website]. Von https://www.eia.gov/
Srikanth Padmanabhan
Srikanth Padmanabhan ist Vizepräsident und Präsident des Geschäftsbereichs für Motoren, dem größten der vier Geschäftsbereiche von Cummins. In dieser Rolle definiert er die Grenzen der kundenorientierten Innovation neu, um Cummins als führenden Anbieter von Antriebssträngen zu positionieren, deren Portfolio Diesel- und Erdgas- sowie Hybrid- und Elektroantriebe umfasst. Lesen Sie mehr über Srikanths mehr als 30 Jahre bei Cummins.
