Топливо будущего: Обзор альтернативной транспортной энергетики

Как грузоотправителям, так и перевозчикам есть над чем подумать, стремясь диверсифицировать свой ассортимент транспортных энергоносителей. Это сбалансированный акт, включающий несколько факторов, в том числе капитальные вложения, стоимость потребления, доступную инфраструктуру и цели устойчивого развития.

Хотя традиционное дизельное топливо, скорее всего, останется стандартным топливом для большегрузного транспорта в ближайшем будущем, другие виды энергии постепенно становятся более жизнеспособными вариантами. Каждый из них предлагает потенциальные преимущества и препятствия, которые необходимо преодолеть.

В своей статье, посвященной Трудности альтернативной энергетики на транспорте, директор по прикладным знаниям Breakthrough Бретт Ветцель отмечает, что отрасль достигла точки, на которой многие ждут и наблюдают, как ранние последователи делают первые шаги в области альтернативной энергетики. Рынку предстоит проделать большую работу, чтобы преодолеть такие проблемы, как стоимость входа, инфраструктурные ограничения, недостаточная осведомленность, а также необходимость стандартизации.

В 2018 году доклад Международного энергетического агентства (МЭА) показал, что, несмотря на ожидаемый рост внедрения возобновляемых источников энергии в транспортном секторе на 19 процентов в период с 2018 по 2023 год, транспорт отстает от электроэнергетики и теплоэнергетики с самым низким уровнем проникновения возобновляемых источников энергии.

На конференции The Mercury Group в 2018 году мы привели данные о том, что в 2016 году транспорт обогнал электроэнергетику по уровню выбросов углекислого газа. Исторически сложилось так, что энергетика, зависящая от угля, стала одной из самых вредных и "грязных" отраслей с точки зрения энергопотребления. Однако в последние годы энергетика значительно сократила свой углеродный след, в то время как транспорт по-прежнему в значительной степени зависит от продуктов нефтепереработки - еще одной ниши известных грязных источников энергии. Теперь настала очередь транспорта пойти по стопам энергетики и искать пути сокращения выбросов.

Ветцель говорит, что на фоне всего оптимизма, связанного с достижениями в области устойчивого развития транспорта, участники отрасли должны работать вместе, чтобы расчистить путь для использования альтернативных источников энергии.

"Эти задачи должны решаться транспортной отраслью сообща, чтобы способствовать распространению использования различных видов энергии."

Подробное рассмотрение четырех основных видов альтернативной энергии поможет грузоотправителям определить стратегии, которые имеют наибольший смысл для транспортной стратегии их организации.

1.  Биодизель, возобновляемое дизельное топливо

Федеральное правительство поощряет внедрение альтернативных видов топлива, особенно на транспорте, с помощью программы Renewable Fuel Standard (RFS). Эта программа требует смешивания альтернативных видов топлива, таких как возобновляемое дизельное топливо, биодизель, этанол и возобновляемый природный газ (о котором мы расскажем позже), с ископаемым топливом, чтобы постепенно снизить выбросы парниковых газов.

По мере того как правительство ежегодно повышает минимальные требования к смешиванию, существующая доля рынка будет распределяться между более широким спектром видов топлива. Идея программы заключается в том, чтобы способствовать постепенному внедрению новых видов энергии, а не навязывать их всем сразу. RFS также является причиной того, что этанол содержится в бензине, которым заправляется ваш автомобиль или личный транспорт. Узнайте больше о программе RFS в блоге Breakthrough.

Примерами распространенных смесей биодизеля и биотоплива, которые можно увидеть на большинстве заправочных станций, являются E10, B5 и B2. Кроме того, в Миннесоте в летние месяцы требуется использовать биодизель B20.

Возобновляемое дизельное топливо получают из тех же видов сырья, что и биодизель. В результате процесса гидроочистки, который обычно используется на нефтеперерабатывающих заводах, получается продукт, практически идентичный обычному дизельному топливу.

Возможности и проблемы: Наиболее ограничивающим аспектом биодизеля и аналогичных передовых видов биотоплива является то, что они используются только для смешивания. Чистый биодизель нельзя использовать при более низких температурах, поскольку он может кристаллизоваться и загустевать, что может привести к повреждению двигателя грузовика. По этой причине большинство крупных производителей двигателей аннулируют гарантию, если в дизельном двигателе используется смесь с концентрацией выше 20 процентов.

Самым большим преимуществом возобновляемого дизельного топлива является то, что оно может стать прямой заменой традиционного дизельного топлива и может использоваться в обычных дизельных двигателях, однако высокая стоимость производства препятствует более широкому распространению в промышленности.

Устойчивость: И биодизель, и возобновляемое дизельное топливо - это неископаемые виды топлива, изготовленные из органических отходов, таких как растительное масло и животные жиры, что делает их более устойчивыми видами топлива по сравнению с традиционными продуктами переработки нефти.

В настоящее время биодизель и биотопливо доминируют среди альтернативных видов дизельного топлива в национальном масштабе благодаря требованиям к смешиванию на уровне штатов и программе стандартов возобновляемого топлива. Больше всего возобновляемого дизельного топлива продается в Калифорнии, где действует стандарт штата по низкоуглеродному топливу, делающий его конкурентоспособным по сравнению с ценами на традиционное дизельное топливо. Чистое возобновляемое дизельное топливо выбрасывает на 60 % меньше вредных веществ в течение всего жизненного цикла, чем традиционное дизельное топливо, что делает его привлекательным вариантом с точки зрения выбросов, однако стоимость производства делает его сложным для единичного внедрения в автопарках.

Стоимость возобновляемого дизельного топлива, как и других альтернативных видов топлива, постоянно становится более доступной, поскольку новые нормативные акты и стимулы создают конкурентную среду.

2.  Природный газ

Сжатый природный газ (СПГ) был ведущей альтернативой в потребительских автомобилях несколько десятилетий назад, но в последнее время продолжает завоевывать рынок в сфере тяжелых грузовиков. Это топливо отличается низкой и стабильной ценой, а также сниженным уровнем выбросов по сравнению с дизельным топливом.

Сжиженный природный газ (СПГ) менее популярен, чем сжиженный, поскольку для сжижения топлива его необходимо доводить до очень низких температур, что делает его производство, хранение и транспортировку более дорогостоящими. Кроме того, в процессе охлаждения выделяется большее количество парниковых газов, что делает его экологические преимущества более скромными. Возобновляемый природный газ (СПГ) по химическому составу такой же, как и обычный природный газ, однако его источником служат возобновляемые источники, такие как отходы животноводства, свалочный газ и разлагающиеся органические вещества. Это важно отметить из-за его углеродоемкости - в некоторых случаях, особенно при использовании молочных отходов, он фактически исключает выбросы углерода в процессе жизненного цикла производства. КПГ и СПГ используют одну и ту же сеть трубопроводов, поэтому после переработки до конечной формы они неотличимы друг от друга, но понимание жизненного цикла этого источника энергии становится необходимым для понимания общей углеродоемкости.Более подробную информацию о выбросах в течение жизненного цикла можно найти в нашей статье что нужно знать грузоотправителям о LCFS.

Транспортные средства, работающие на природном газе, требуют других двигателей и заправочных станций, чем дизельные грузовики, что означает значительные первоначальные инвестиции.

Смотрите нашу статью, Природный газ | Альтернативная энергетика 101 для полного разделения КПГ и СПГ и более детального рассмотрения этого источника топлива.

Возможности и проблемы: Одним из преимуществ КПГ является то, что он испытывает гораздо меньшую волатильность цен, чем дизельное топливо. Обычно, когда грузоотправитель возмещает перевозчику стоимость КПГ, возмещение основывается на цене, установленной в начале каждого месяца.  Природный газ в США очень распространен благодаря сланцевому буму, который привел к росту добычи нефти и газа внутри страны. Объем добываемого в настоящее время природного газа настолько велик, что некоторые производители нефти вынуждены сжигать излишки из-за нехватки мощностей трубопроводов.

Одна из самых больших проблем, стоящих на пути внедрения КПГ, заключается в том, что его сравнивают непосредственно с дизельным топливом, поскольку дизельное топливо является промышленным стандартом.   В последние месяцы, цены на дизельное топливо были низкими что делает его более экономически эффективным вариантом по сравнению с КПГ. До резкого падения рынка сырой нефти в конце 2014 года, когда цена на нефть превышала 100 долларов за баррель, КПГ обеспечивал экономию около 1 доллара за галлон по сравнению с дизельным топливом при грамотной стратегии. Однако недавние низкие цены на дизельное топливо делают заправку грузовиков дизельным топливом более экономически выгодной. Если цена на нефть снова подскочит, КПГ станет одним из самых практичных альтернативных видов топлива, если все остальные факторы совпадут.

Как мы уже отмечали в нашей статье Возможность использования КПГ в цепочке поставок, инфраструктура для природного газа продолжает расширяться, однако этот рост замедляется из года в год с 2014 года. Тем не менее, постоянная стабильность цен делает его привлекательным вариантом при правильном использовании.

Устойчивость: КПГ сгорает гораздо чище, выбрасывая меньше парниковых газов (GHG), чем дизельное топливо в момент сгорания. Тем не менее, это все еще ископаемое топливо, и большая его часть поступает в результате крупномасштабных буровых работ, которые оказывают большое влияние на выбросы углекислого газа. СПГ - это возобновляемый вариант потребления природного газа, но стоимость его производства по-прежнему высока. СПГ, также известный как биометан, - это передовое биотопливо, изготовленное из органических материалов, включая отходы со свалок и скота. Программы, использующие федеральные и государственные стимулы, могут повысить их финансовую жизнеспособность. Выбросы за весь жизненный цикл становятся более важными для СПГ, поскольку в процессе его производства перерабатываются метановые газы, которые в противном случае выбрасывались бы в атмосферу.

Калифорния является лидером в использовании СПГ в качестве транспортного топлива, принимая нормативные акты и стимулируя внедрение технологий, позволяющих сделать его более конкурентоспособным по стоимости по сравнению с дизельным топливом.

3.

Хотя КПГ на данный момент является наиболее жизнеспособным вариантом альтернативной энергии для дальних перевозок, электромобили на аккумуляторных батареях (BEV) также попадают в заголовки газет и могут стать наиболее перспективным вариантом, если технология продолжит развиваться.

На данный момент BEV еще не получили широкого распространения в тяжелых грузовиках, но крупные предварительные заказы в сфере грузоперевозок свидетельствуют о начале сдвигов. Среди них - заказ компанией UPS 950 электрогрузовиков Workhouse и резервирование тяжелых аккумуляторных электрогрузовиков класса 8, таких как полуприцепы Tesla, у крупных грузоотправителей, ритейлеров и перевозчиков потребительских товаров (CPG).

С такими "разрушителями" рынка, как Tesla и Thor, работают такие мейнстримы отрасли, как Daimler и Cummins, разрабатывая BEV-мобили для завтрашнего рынка грузоперевозок. Некоторые из этих компаний объявили, что грузовики с аккумуляторными батареями появятся и будут включены в транспортные цепочки поставок в конце 2019 или начале 2020 года.

Возможности и проблемы: Будущее BEV выглядит блестящим, как только эти технологии будут внедрены в основную цепочку поставок. Основными преимуществами BEV являются повышенная энергоэффективность и долгосрочная экономическая выгода благодаря более низким затратам на энергию по сравнению с дизельным топливом. Мощность и производительность смогут напрямую конкурировать с дизельными трансмиссиями, чего пока не наблюдается ни у одного другого вида энергии. Наконец, выбросы выхлопных газов сводятся к нулю, что делает их весьма привлекательными для перегруженных городских районов, а выбросы в течение всего жизненного цикла будут продолжать улучшаться по мере того, как энергосистема США будет отказываться от ископаемого топлива.

Самым большим препятствием для BEV является отсутствие инфраструктуры. По этой причине грузоотправители, которые с наибольшей вероятностью воспользуются преимуществами электрических грузовиков, - это те, у кого есть частные автопарки, работающие на определенных полосах. Такие грузоотправители могут инвестировать в зарядную инфраструктуру на месте или на выделенных маршрутах. Другая потенциальная стратегия заключается в использовании электромобилей в черте города на повторяющихся маршрутах, таких как городской транспорт, в то время как дизельные грузовики продолжают перевозить грузы на более длинных маршрутах (LOH) по всей стране.

Инфраструктура может быть скудной, однако ограничения по дальности зарядки батарей усугубляют эту проблему. Батареи очень тяжелые. Грузовики имеют ограничение по весу, поэтому отказываться от полного грузовика ради электрифицированного силового агрегата непривлекательно. Кроме того, для зарядки батареи требуется слишком много времени, а после полной зарядки ее запас хода недостаточен для большинства дальних перевозок - она гарантирует лишь около 300 миль, в то время как традиционные OTR-перевозки достигают 1 000 миль и более. За каждую минуту, в течение которой грузовик не движется, он зарабатывает 0 долларов, поэтому такие простои и частые остановки неприемлемы для большинства цепочек поставок. В конечном итоге мы можем увидеть, как коммунальные предприятия, транснациональные энергетические компании и производители электромобилей, такие как Tesla, строят станции для обслуживания своей конкретной сети грузовиков.

Устойчивость: Калифорнийские нормы и стимулы в отношении выбросов парниковых газов прокладывают путь и для этой альтернативной энергии. В конце 2018 года компания Anheuser-Busch, крупный производитель пива, объявила о своих планах пополнить свой парк сорока полностью электрическими грузовиками Tesla в рамках усилий по сокращению выбросов углекислого газа.

Электричество как альтернативный вид энергии открывает большие перспективы для грузоотправителей, которые ищут варианты устойчивого развития, поскольку исключаются выбросы углерода из выхлопных труб. Однако оценить истинные преимущества электрических грузовиков с точки зрения экологичности довольно сложно, поскольку необходимо также учитывать выбросы в течение всего жизненного цикла, а точнее, способ производства электроэнергии. Например, электроэнергия, произведенная на угольных электростанциях, по-прежнему выбрасывает в атмосферу значительное количество парниковых газов по сравнению с электроэнергией, полученной с помощью ветряной турбины. Это будет становиться все более актуальным по мере распространения технологии в отрасли, а также по мере того, как отчетность и устранение выбросов углерода будут все больше регулироваться.

4.  Водородные топливные элементы

Электромобили на водородных топливных элементах (FCEV) похожи на электрические грузовики, поскольку оба они работают на аккумуляторах, однако источник энергии отличает их друг от друга. В этих тяжелых автомобилях используется топливный элемент для соединения чистого водорода и кислорода, который, в свою очередь, вырабатывает электричество для питания аккумулятора грузовика. Наиболее известными производителями этого вида транспорта являются Nikola и Toyota.

Возможности и проблемы: Ценовой фактор является самой большой проблемой, стоящей на пути внедрения водородных топливных элементов в качестве альтернативного источника энергии. Энергия для питания грузовика стоит дорого и может не иметь финансового смысла для большинства грузоотправителей и перевозчиков. Водород дорого и сложно перерабатывать, а его транспортировка может быть еще дороже. Однако с появлением новых аккумуляторных технологий цена может снизиться, и такой вариант станет более привлекательным.

Самым большим преимуществом грузовиков на водородных топливных элементах перед другими электрическими вариантами является дальность хода. Ожидается, что максимальный запас хода электромобилей на одной зарядке составит от 100 до 300 миль, хотя Tesla утверждает, что ее электрические полуприцепы способны проехать 600 миль. С другой стороны, Nikola утверждает, что ее грузовики на водородных топливных элементах могут проехать более 1000 миль за один раз, что делает их привлекательным и энергоэффективным вариантом для дальних перевозок.

Технология водородных топливных элементов сталкивается с еще более трудной задачей, чем электрическая, с точки зрения инфраструктуры. Хотя водородные грузовики будут нуждаться в меньшем количестве подзарядок благодаря увеличенному запасу хода, им все равно нужны специальные водородные заправочные станции. В 2018 году в США насчитывалось всего 40 общественных водородных заправок, и все они находились в Калифорнии.

Устойчивость: Преобразование водородного газа в электричество является относительно чистым, если учитывать выбросы выхлопных труб. При использовании газообразного водорода в качестве побочных продуктов образуются только тепло и вода. Несмотря на чистоту выбросов, производство водорода вызывает озабоченность с точки зрения устойчивости.  В некоторых случаях для производства водорода используется ископаемое топливо и термохимический процесс, известный как паро-метановый риформинг. Эти процессы приводят к выбросам парниковых газов, поэтому учет выбросов за весь жизненный цикл источников энергии становится все более важным для обеспечения истинной устойчивости цепочки поставок.

Альтернативой является использование возобновляемого водорода путем электролиза молекул воды и микробов, производящих водород, но эта технология все еще используется ограниченно, а процессы считаются дорогостоящими.

Какова ваша стратегия использования альтернативного топлива?

Решение о том, какие альтернативные виды топлива подходят для вашей транспортной стратегии, может зависеть от основных ценностей вашей организации. Если вы делаете акцент на устойчивом развитии и хотите, чтобы вас воспринимали как экологичный и дальновидный бренд, выбирайте альтернативные виды топлива. Если вы привержены идее сокращения выбросов парниковых газов, вы можете столкнуться с более высокими ценами на энергоносители, пока технология и методы не станут более распространенными, но вы с большей вероятностью окажетесь на переднем крае быстро меняющейся отрасли.

Самой большой проблемой для всех грузоотправителей и перевозчиков являются затраты и сложности, связанные с переходом с дизельного топлива на альтернативные виды топлива. Даже по мере того, как альтернативные виды топлива завоевывают все большую долю рынка, дизельное топливо остается наиболее экономически выгодным вариантом доставки грузов на рынок и, скорее всего, останется таковым в обозримом будущем. Однако дизельное топливо - очень нестабильный товар, и диверсификация энергетических портфелей обеспечивает грузоотправителям гибкость, поддерживая гибкую цепочку поставок. Установление стратегических партнерских отношений с перевозчиками и поставщиками энергии может повысить финансовую устойчивость и долгосрочный успех программы. Breakthrough может помочь.

Управлять стоимостью топлива и принимать решения относительно будущего транспорта проще, если у вас есть Breakthrough в качестве партнера по стратегии цепочки поставок. Мы обладаем собственным опытом и сетевыми связями, чтобы помочь вам принимать решения, основанные на данных, относительно будущего ваших транспортных стратегий и стратегий цепочек поставок.

Посетите наш страницу решений чтобы узнать больше о том, как Breakthrough работает с грузоотправителями, обеспечивая прозрачность и точность перевозок и информируя клиентов о том, куда движется рынок, благодаря прогнозам и советам нашей команды прикладных знаний.

Свяжитесь с Breakthrough сегодня чтобы узнать больше о том, как мы предоставляем грузоотправителям инновации, которые работают.