Дорога к нулевым выбросам: Большегрузные электро- и водородные автомобили

По мере того как политики и заинтересованные стороны переключают внимание на транспортный сектор в поисках возможностей сокращения выбросов, появляются новые виды топлива и технологии. Электромобили для тяжелых условий эксплуатации (HDEV) и электромобили на топливных элементах для тяжелых условий эксплуатации (HDFCEV) становятся жизнеспособными альтернативными источниками топлива. И электромобили, и водородные автомобили часто объединяют в группу автомобилей с нулевым уровнем выбросов (ZEV), поскольку у них отсутствуют выхлопные газы. Однако общий объем выбросов за весь жизненный цикл различается в зависимости от методов производства.

Электрические и водородные автомобили представляют собой многочисленные возможности и проблемы для транспортного сектора.

Электрические большегрузные автомобили

Электрические большегрузные автомобили более совершенны, чем электромобили на топливных элементах, благодаря обширным разработкам в области пассажирских электромобилей. HDEV обеспечивают большую эффективность и устойчивость грузоперевозок, но при этом возникают вопросы, связанные с емкостью батареи, инфраструктурой зарядки, дальностью хода, стоимостью автомобиля и обслуживания, снижением выбросов, поддержкой политики, участием коммунальных служб и доступностью рынка.

Батарея

Батарея HDEV является ключевым фактором, определяющим применение и эффективность перемещения грузов. Североамериканский совет по эффективности грузоперевозок (NACFE) утверждает, что аккумулятор HDEV потребляет энергию из расчета 2 кВт-ч/милю при весе батареи от 14 до 25 фунтов/кВт-ч. По мере увеличения дальности хода HDEV увеличивается размер и вес требуемой батареи, что приводит к компромиссу между грузоподъемностью:

• 250 миль - сокращение примерно на 4 000 фунтов груза
• 500 миль - сокращение примерно на 7 700 фунтов. грузов
• 750 миль - сокращение примерно на 15 400 фунтов грузов

Зарядка

Время зарядки также является важным фактором для заинтересованных сторон, работающих с большегрузными автомобилями, поскольку оно влияет на стоимость и время. Для обеспечения экономической эффективности и своевременности HDEV необходимы более мощные и быстрые зарядные устройства, такие как зарядные устройства 2-го уровня, быстродействующие зарядные устройства постоянного тока (DCFC) и зарядки на мегаватт-час (MWh). Зарядные устройства DCFC будут предпочтительнее для автомобилей с большими батареями или меньшим временем пребывания, в то время как зарядные устройства 2-го уровня идеально подходят для автомобилей, припаркованных на несколько часов или на ночь в депо.

Большая часть существующей инфраструктуры для зарядки HDEV находится на частных депо, однако разработанная администрацией Байдена Национальная стратегия грузовых коридоров с нулевым уровнем выбросов направлена на решение проблемы отсутствия инфраструктуры, чтобы сделать маршруты дальнего следования достижимыми.

Дальность

Мероприятие NACFE "Run on Less Electric Depot" показало, что некоторые моделиHDEV могут проехать до 200 миль на одной зарядке. Такая способность делает их идеальными для средних региональных маршрутов с возвращением на базу, когда грузовик выезжает и затем возвращается в центральную автобазу, проезжая в общей сложности около 300 миль. Учитывая, что 22% транспортных выбросов приходится на маршруты с пробегом менее 250 миль в день, HDEV могут оказать существенное влияние.

Затраты на транспортное средство и его обслуживание

Средний дизельный грузовик стоит около $120 000 - $180 000, в то время как HDEV могут стоить от $350 000 до $500 000. Однако, по прогнозам NACFE, общие эксплуатационные расходы для HDEV будут на 40-70 % ниже, чем для дизельных грузовиков. Исследование Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL) показало, что паритет стоимости HDEV с дизельными грузовиками может наступить уже в 2035 году.

Снижение выбросов

Хотя HDEV могут иметь нулевой уровень выбросов в атмосферу, их выбросы на протяжении всего жизненного цикла зависят от источника электроэнергии, используемого для зарядки. Например, при зарядке в штатах, где электросети питаются от альтернативных источников топлива, выбросы за весь жизненный цикл будут меньше, чем у дизеля. По данным Министерства энергетики, электричество может сократить выбросы примерно на 60 % по сравнению с дизельным топливом.

Источник: Администрация Байдена, политики штатов и местных органов власти, а также коммунальные компании проводят политику и выделяют средства для снижения более высоких первоначальных затрат и недостаточной инфраструктуры зарядки HDEV.

• Снижение инфляции (IRA) включает такие субсидии, как кредит на коммерческий чистый автомобиль, который субсидирует 40 000 долларов на грузовик, и кредит на инфраструктуру альтернативного топлива, стоимость которого варьируется.
• Стратегия Национальная стратегия грузовых коридоров с нулевым уровнем выбросов направлена на создание инфраструктуры для зарядки и заправки ZEV на основе политики штатов и регионов, концентрации грузовых перевозок и расположения портов, а также других факторов.
• Агентство по охране окружающей среды (EPA) завершило разработку третьей фазы стандартов выбросов для большегрузных автомобилей, что, как ожидается, побудит производителей еще больше сосредоточиться на предложениях ZEV.

На уровне штата Калифорния продвигает внедрение HDEV с помощью ключевых инициатив, таких как правило Advanced Clean Trucks, которое уже принято во многих других штатах, и правило Advanced Clean Fleets. Для поддержки политики ZEV Калифорния внедрила программу HVIP для стимулирования покупок. Несколько штатов также объединились в поддержку Меморандума о взаимопонимании между несколькими штатами по средним и тяжелым автомобилям с нулевым уровнем выбросов (MHDZEVs), направленного на увеличение количества MHDEVs и инвестиций в необходимую зарядную инфраструктуру.

Компании

Компании активно предоставляют льготы для зарядной инфраструктуры и проводят исследования для обеспечения эффективного развертывания зарядной инфраструктуры HDEV. Участникам цепочки поставок следует начать обсуждать свои планы с коммунальными службами, чтобы сотрудничать в реализации инициатив и учитывать сроки создания инфраструктуры.

Доступность на рынке

Крупные производители HDEV, подписавшие California's Clean Truck Partnership, включают Cummins, Inc, Daimler Truck North America, Ford Motor Company, General Motors Company, Hino Motors Limited, Inc, Isuzu Technical Center of America, Inc, Navistar, Inc, PACCAR Inc, Stellantis N.V., Truck and Engine Manufacturers Association и Volvo Group North America.

Тяжелые электромобили на топливных элементах

Многие факторы рынка и политики для электрических тяжелых автомобилей также применимы к электромобилям на топливных элементах. Однако автомобили на водородных топливных элементах в настоящее время менее развиты и меньше представлены на рынке.

Аккумулятор и топливный элемент

HDFCEV предлагают больший запас хода, более быструю заправку и увеличенную грузоподъемность по сравнению с HDEV благодаря использованию двух топливных элементов и электрического аккумулятора. Целевая группа по чистоте воздуха (CATF) установила, что дальнемагистральный грузовик класса 8 со 100-килограммовым водородным баком может заправляться примерно в 15 раз быстрее, чем заряжать 1- или 2-мегаваттную батарею на HDEV. Более легкие топливные элементы HDFCEV также позволяют им перевозить больше груза. Анализ, проведенный CATF, показывает, что HDFCEV необходимо уменьшить объем перевозимого груза примерно на 500-1000 фунтов. Таким образом, в долгосрочной перспективе HDFCEV предпочтительнее использовать для дальних грузоперевозок.

Снижение выбросов

Переход с дизельных автомобилей на электромобили с водородными топливными элементами может значительно снизить выбросы, но степень этого снижения зависит от способа производства водорода и электроэнергии. Большее сокращение выбросов происходит, если водород производится путем электролиза с использованием возобновляемых источников энергии, а не парового риформинга метана на природном газе. По данным Международного совета по чистому транспорту, выбросы за весь жизненный цикл у HDFCEV на 15-33% ниже при использовании электричества и водорода на основе ископаемого топлива по сравнению с дизельными грузовиками.

Политическая поддержка

Водородный выстрел

МЭ США объявило о выделении около 7 миллионов долларов на реализацию семи проектов водородных хабов по всей стране, включая Калифорнию, Тихоокеанский Северо-Запад, Средний Запад, Великие озера, Среднюю Атлантику и другие регионы. В рамках инициативы "Водородный выстрел" будут изучены различные виды сырья и варианты использования, чтобы снизить стоимость чистого водорода на 80% - до $1/килограмм - к 2031 году. В рамках проектов будут изучаться различные виды сырья и варианты его использования, что в конечном итоге поможет снизить себестоимость производства и продвинуть HDFCEV (среди других областей применения водорода).

Доступность на рынке

Никола является наиболее известным производителем в области HDFCEV, отчасти из-за трудностей, которые возникли из-за того, что она была первой. Несмотря на проблемы, с которыми столкнулась компания, другие производители, такие как Honda и Toyota Kenworth, увидели потенциал участия в рынке HDFCEV. Тем не менее, по сравнению с растущей доступностью HDEV, предложение HDFCEV заметно ограничено.

Роль CleanMile в внедрении HDEV и HDFCEV

Как государственный, так и частный секторы способствуют повышению доступности и жизнеспособности HDEV и HDFCEV. Хотя на начальном этапе их внедрение может быть медленным, будущие достижения в области веса батарей, стоимости транспортных средств, развития инфраструктуры и политики повысят их эффективность и экономичность.

Чтобы понять варианты использования альтернативной энергии в вашей транспортной сети, рассмотрите CleanMile.