Reducerea emisiilor transportului comercial pentru a ajunge la destinația zero
După zeci de ani de dezbateri, Conferința COP26 de anul trecut de la Glasgow a unit lumea într-un singur adevăr: schimbările climatice sunt criza existențială a vremurilor noastre. Și suntem într-un moment critic în această luptă; cu date care ilustrează clar un plafon de 900 tone giga de CO2 pentru a menține încălzirea globală sub 2o Celsius1. Între timp, sectorul transporturilor continuă să fie în centrul atenției, devenind cel mai mare contributor la emisiile de gaze cu efect de seră (GHG) din Statele Unite, depășind chiar generarea de energie electrică. Dar, la fel cum istoria a fost întotdeauna punctată de inovație, avem soluțiile necesare pentru a ne inversa calea dacă suntem suficient de bravi pentru a face față problemelor și pentru a acționa cu un scop decisiv.
Carbonul este unul dintre cele mai abundente elemente din univers și epicentrul crizei climatice, constituind trei sferturi din GHG-uri. Nu există nicio îndoială în cadrul comunității științifice că emisiile de carbon provocate de om împing omenirea către un punct fără întoarcere, dar sursele acestor emisii fac încă obiectul unor semne considerabile cu degetul. Când încercăm să vedem lumea noastră în schimbare printr-o obiectivă clară, apare o paradigmă fundamentală. Prosperitatea economică în creștere reprezintă un factor de impact al creșterii emisiilor de carbon și trebuie soluționată dacă vrem să combatem schimbările climatice la sursă.
Pe măsură ce economia globală a crescut, am scos peste un miliard de oameni din sărăcie extremă și am extins clasa de mijloc. Institutul Brookings, de exemplu, a marcat 2018 ca primul an în care peste jumătate din populația lumii a locuit în clasa de mijloc și în gospodăriile bogate. Această prosperitate economică în creștere a stimulat comerțul, dezvoltarea infrastructurii și activitatea industrială - și, din păcate, a condus creșterea emisiilor de carbon. Această legătură intrinsecă dintre prosperitate și emisiile de carbon ridică întrebarea: poate exista o creștere economică sănătoasă și o planetă sănătoasă? Da, a investi în decarbonizare este una dintre cele mai promițătoare oportunități de creștere pentru generația noastră; iar progresele înregistrate în aceasta pot face societatea noastră mai prosperă și planeta noastră mai sănătoasă în același timp.
Această călătorie către Destinația Zero, care evidențiază călătoria Cummins către eliminarea emisiilor de carbon, este înrădăcinată într-o foaie de parcurs tehnologică cuprinzătoare pentru transport și mobilitate. Foaia de parcurs tehnologică constă din trei componente principale: tehnologii cu emisii zero, cum ar fi baterii electrice și electrice cu celule de combustibil, combustibili cu emisii reduse până la zero de carbon și platforme de sistem de propulsie agnostic pentru combustibil ca tehnologii de tranziție.
Nr.1: Tehnologii cu emisii zero, cum ar fi baterii electrice și electrice cu celule de combustibil
Astăzi, soluțiile electrice cu baterie electrică și cu celule de combustibil sunt viabile din punct de vedere economic și operațional pentru anumite cazuri de utilizare a transportului comercial. Aceste tehnologii cu emisii zero de carbon contribuie deja la problemele locale privind emisiile și calitatea aerului, deoarece nu emit carbon dintr-un rezervor în perspectivă pe roți. În plus, atunci când sursa lor de energie este verde, de exemplu, electricitate regenerabilă utilizată pentru autobuzele electrice cu baterii, aceste tehnologii pot oferi emisii de carbon zero dintr-o perspectivă bine la volant. Suntem deja parteneri cu producătorii de autobuze școlare și de tranzit pentru aplicații complet electrice și există chiar și un tren de pasageri în exploatare comercială care este alimentat de tehnologia electrică cu celule de combustibil.
Avem la dispoziție tehnologii impresionante, dar există încă multe aplicații de transport comercial care se confruntă cu blocaje majore la electrificare. Viabilitatea economică, îndeplinirea misiunilor și sprijinul pentru infrastructură sunt factorii cheie din spatele acestor aplicații greu de electrificat. O școală de gândire este să așteptați ca tehnologiile electrice cu baterie sau celule de combustibil să se maturizeze. Cu toate acestea, în fiecare zi în care continuăm să eliberăm emisiile de carbon, devine mai greu să inversăm daunele. Fiecare gram de carbon emanat va contribui la schimbările climatice. Numai în SUA, camioanele medii și grele emit peste un milion de tone metrice de CO2 în fiecare zi2. Pentru aceste aplicații de transport comercial greu de electrificat, există opțiuni disponibile astăzi pentru a reduce sau elimina complet emisiile de carbon: combustibili cu emisii de carbon scăzute la zero.
Nr.2: Combustibilii cu emisii de carbon cu emisii reduse până la zero scad și elimină emisiile de carbon pe roți
Combustibilii cu carbon scăzut la zero emit mai puțin carbon, pe o bază bine-la-roată, decât motorina atunci când este utilizat pentru a produce energie. Clasific acești combustibili cu emisii reduse până la zero de carbon în patru grupuri.
Primul este combustibilii cu emisii reduse de carbon. Acești combustibili încă emit carbon atunci când sunt arși, dar emit mai puțin carbon decât motorina. Al doilea este combustibilii neutri din punct de vedere al carbonului. Acești combustibili emit, de asemenea, carbon atunci când sunt arși, dar emisiile de carbon sunt complet compensate de o altă activitate. Al treilea este zero combustibili cu carbon. Acești combustibili nu emit deloc carbon atunci când sunt arși. De exemplu, hidrogenul verde este un combustibil cu zero carbon. Al patrulea este combustibilii negativi cu carbon. Aceștia sunt combustibilii în care impactul generării și consumului de combustibil are ca rezultat o reducere netă a emisiilor GHG.
Din acest câmp aglomerat de combustibili cu carbon scăzut până la zero, puțini vor fi cei mai impacti: hidrogenul, gazul natural și biodieselul. Dincolo de acești trei, combustibilii sintetici - cunoscuți și sub numele de e-combustibili, sunt o tehnologie suplimentară extraordinară care ar putea apărea ca un factor dominant în viitor.
Hidrogenul este un transportator de energie din ce în ce mai popular. Acest lucru se datorează în principal faptului că este un combustibil cu zero carbon atunci când este produs folosind surse regenerabile de energie, cum ar fi energia solară, eoliană și hidroelectrică pentru a electroliza apa. Hidrogenul poate alimenta vehiculele printr-un motor cu ardere internă sau o celulă de combustibil cu hidrogen și poate oferi reduceri impresionante ale emisiilor de carbon. Un model de an 2027 Clasa 8 cabină de dormit semi, propulsată de un motor pe hidrogen și alimentată cu hidrogen verde, ar economisi 1.437 tone metrice de CO2 pe durata sa de viață comparativ cu omologul său pe motorină3. Acestea sunt câștiguri impresionante de mediu, dar hidrogenul se confruntă astăzi cu două blocaje principale: pregătirea infrastructurii și disponibilitatea abundentă a hidrogenului verde - un combustibil cu carbon zero la volant.
Spre deosebire de hidrogen, gazul natural este un combustibil fosil, dar produce mai puțin carbon decât alți combustibili fosili, cum ar fi motorina. Gazul natural oferă, de asemenea, reduceri importante de emisii acum, pe măsură ce infrastructura pentru tehnologiile cu emisii zero de carbon continuă să se dezvolte. În anumite cazuri de utilizare, gazul natural regenerabil (RNG) poate fi, de asemenea, negativ din carbon. De exemplu, RNG produs din degradarea materiei organice, care altfel ar fi lăsat să emită emisii de metan, are o intensitate negativă a carbonului. Între timp, există două dezbateri în desfășurare cu privire la rolul gazului natural în reducerea emisiilor de carbon. În primul rând, este acceptat pe scară largă faptul că o porțiune din câștigurile de emisii de gaze naturale prin conducte este compensată de scurgerile de metan prin conducte. În al doilea rând, calculul din spatele intensității negative a carbonului RNG. Este important să recunoaștem că nu toate RNG au o intensitate negativă a carbonului. Pentru a determina dacă utilizarea ulterioară a GNR are ca rezultat o reducere netă a emisiilor GHG, ar trebui să evaluăm originea metanului capturat și eficiența transportului RNG.
Biodieselul este un combustibil regenerabil produs în principal din grăsimi și uleiuri vegetale. Plantele utilizate pentru a produce biodiesel absorb carbonul din atmosferă. Biodieselul este considerat neutru din punct de vedere al carbonului, deoarece atunci când este ars, returnează aceleași atomi de carbon înapoi în atmosferă. 4 Practic, emisiile generate în timp ce aceste culturi cresc și produc biodiesel trebuie, de asemenea, să fie luate în considerare. B20 este deja în viața noastră astăzi cu multe motoare capabile să funcționeze pe el; următorul pas către reducerea emisiilor va fi acela de a avea motoare care pot funcționa pe B40 și apoi pe B100, biodiesel pur.
Combustibilii sintetici sau e-combustibilii vin sub diverse forme; e-diesel și e-benzina sunt cele două care sunt mai relevante pentru aplicațiile de transport comercial. Acești combustibili pot fi produsi folosind CO2 și hidrogen verde; prin urmare, acestea sunt neutre din punct de vedere al carbonului, deoarece eliberează carbonul care a fost utilizat inițial pentru a le crea înapoi în atmosferă. În plus, aceștia pot profita și de infrastructura noastră existentă de alimentare. În prezent, există două obstacole în jurul acestor combustibili: costul ridicat și disponibilitatea limitată a acestora.
Pregătirea infrastructurii este un impediment comun pentru adoptarea crescută a unor combustibili cu emisii de carbon scăzute până la zero. Între timp, există aplicații de transport comercial care nu necesită o rețea extinsă de stații de alimentare și alte infrastructuri. De exemplu, flotele care operează camioane medii și grele pot crea trasee folosind un număr mic de stații de alimentare amplasate pe trasee fixe. Acest lucru poate conduce apoi la acumularea infrastructurii necesare.
Astăzi, acești combustibili cu carbon scăzut până la zero sunt disponibili pentru cei care doresc să își avanseze eforturile de decarbonizare. Iar utilizarea lor poate fi extinsă cu ajutorul unei tehnologii familiare: motoare cu ardere internă - dar cu o răsucire inovatoare: platforme pentru motoare cu agnostic combustibil. Aceste platforme sunt mijloacele care ne ajută să realizăm beneficiile combustibililor cu emisii scăzute de carbon până la zero.
Nr.3: Motoarele cu agnostic combustibil și platformele sistemului de propulsie pot extinde utilizarea combustibililor cu emisii reduse până la zero de carbon
Platformele motoarelor cu agnostic combustibil dispun de o serie de versiuni de motor derivate dintr-un motor de bază comun. Capătul inferior al motorului arată la fel, iar chiulasele unice sunt proiectate pentru a găzdui un alt combustibil cu emisii scăzute sau zero de carbon. Fiecare versiune a motorului funcționează folosind un anumit tip de combustibil, inclusiv diesel, propan, gaz natural sau hidrogen. Aceste motoare profită de tehnologia existentă și pot reduce emisiile GHG folosind combustibili cu emisii reduse și zero de carbon. Aceștia au practici de operare familiare, instalare vehicul și caracteristici de performanță cu motoarele diesel de astăzi. Aceste platforme agnostice pentru combustibil sunt ideale pentru cazurile de utilizare în care soluțiile electrice cu baterie electrică și cu celule de combustibil nu sunt încă fezabile din punct de vedere financiar sau operațional. Aceasta este o premieră în industrie în dezvoltarea motoarelor cu combustie internă agnostică de la zero. Acesta este efortul nostru de a combina și potrivi motoarele potrivite pentru aplicațiile potrivite, pe măsură ce ne îndreptăm către un viitor cu emisii zero.
De asemenea, este important să vă amintiți că aceste trei componente din foaia de parcurs tehnologică nu sunt opțiuni binare. Puteți combina soluțiile electrice cu baterie cu platforme de propulsie agnostic pentru a crea soluții hibride pentru cazurile de utilizare adecvate.
Schimbările climatice reprezintă criza existențială a vremurilor noastre și un număr tot mai mare de guverne și companii din întreaga lume s-au angajat deja să fie zero sau negativ. Aceste soluții oferă o cale viabilă în această călătorie în următoarele câteva decenii. Dar utilizatorii finali nu ar trebui să aștepte să ia măsuri tangibile în călătoriile lor. Acum este momentul să decarbonizăm. Planeta noastră nu poate aștepta. Iar acum, utilizatorii finali au instrumentele și inovațiile necesare pentru a-și închiria propriile căi unice către Destinația Zero.
Referinţe:
1 Grupul interguvernamental privind schimbările climatice. (2021 august). Schimbările climatice 2021, Baza științifică fizică [fișier PDF]. Preluat de la https://www.ipcc.ch
2 Agenția pentru Protecția Mediului din Statele Unite ale Americii. (Decembrie 2021). Sectorul transporturilor din S.U.A. emisiile de gaze cu efect de seră. [Fișier PDF]. Preluat din https://www.epa.gov/
3 Analiză realizată folosind modelul EPA privind emisiile de gaze cu efect de seră (GEM) pentru conformitatea vehiculelor de tonaj mediu și greu. Sarcină utilă presupusă de 19 tone, 120.000 mii de mile pe an. Preluat din https://www.epa.gov/
4 Administrația Informațiilor Energetice din Statele Unite. (n.d.). S-au explicat biocombustibilii, dieselul pe bază de biomasă și mediul. [Pagina web]. Preluat din https://www.eia.gov/
Srikanth Padmanabhan
Srikanth Padmanabhan este vicepreședinte și președinte al diviziei Motoare, cel mai mare segment din cele patru segmente comerciale ale companiei Cummins. În această funcție, Srikanth împinge limitele inovației centrate pe client pentru a poziționa compania Cummins în rolul de furnizor principal de sisteme de propulsie, cu un portofoliu care variază de la sisteme de propulsie diesel și pe gaz natural la sisteme hibride și electrice. Citiți mai multe despre cei peste 30 de ani ai lui Srikanth la Cummins.
