Ekopaliwa zmienią rynek pojazdów użytkowych

Do 2030 r.

Populacja samochodów użytkowych w 2018 r. była oceniana na 120 mln pojazdów. Przybyło wtedy blisko 15 mln nowych pojazdów użytkowych. Większość z nich stanowiły lekkie samochody dostawcze (LCV), których liczba zwiększyła się wtedy o blisko 11,5 mln. O około 3,3 mln zwiększyła się natomiast liczba samochodów ciężarowych dużej ładowności.

Widać zatem w jakich sektorach przewozów najpilniej potrzebujemy zmian w zakresie źródeł napędu. Są to lekkie pojazdy użytkowe. Zmiany są konieczne, tym bardziej, że w większości są to samochody poruszające się w centrach miast i mające zdecydowanie największy wpływ na jakość powietrza w naszych aglomeracjach.

Do 2030 r. średnie tempo przyrostu liczby samochodów użytkowych na świecie wyniesie około 2%, co oznacza kilkadziesiąt milionów nowych samochodów, które powinny być wyposażone w coraz czystsze układy napędowe.

Ponad 35% wszystkich dostarczanych na rynek lekkich pojazdów użytkowych (dostawczych – LCV) będzie do 2030 r. wyposażona w nowe źródła napędu. 70% z nich będzie miało bateryjny napęd elektryczny.

Samochody ciężkie (HDT - Heavy Duty Transport) będą w 2030 r. w około 26% napędzane nowymi nośnikami energii.

Największe wzrosty liczby pojazdów użytkowych są przewidywane w krajach bardzo dynamicznie rozwijających się, które inwestują w rozwój transportu i sieci drogowej.

fot. UPSTankowanie LNG niewiele różni się od tankowania diesla, także w zakresie czasu trwania

Perspektywiczne nośniki energii dla motoryzacji

Pojazdy użytkowe będą wyposażane w układy napędowe bardziej przyjazne środowisku, czyli zasilane innymi (bardziej ekologicznymi) źródłami energii. Za takie nośniki energii uważa się skroplony gaz ziemny (LNG), wodór zasilający ogniwo paliwowe oraz energię elektryczną zgromadzoną w baterii trakcyjnej.

Warto zauważyć, że 2 spośród trzech wymienionych źródeł są przeznaczone do zasilania elektrycznych układów napędowych. Niestety nie są one pozbawione wad.

Wodorowe ogniwo paliwowe wytwarzające napięcie elektryczne z reakcji wodoru z tlenem pochodzącym z powietrza pozwala na uzyskiwanie praktycznie zerowej emisji. Niestety dostępne technologie pozyskiwania wodoru są bardzo energochłonne, przez co wodór jest paliwem bardzo drogim. Powoduje to, że wykorzystanie ogniw paliwowych w pojazdach jest uzależnione od dostępu do taniego wodoru, czyli uzyskiwanego przy wykorzystaniu taniej energii elektrycznej. Aby paliwo to było ekologiczne także energia elektryczna do jego wytwarzania powinna być stosunkowo "czysta", a z tym jak wiadomo w różnych częściach świata różnie bywa.

Wodór jest także paliwem stosunkowo trudnym do przechowywania z uwagi na silną migrację bardzo małych atomów przez różne materiały oraz bardzo duże ciśnienie konieczne do przechowywania wodoru w odpowiedniej ilości.

Bateria trakcyjna - pochodząca z niej energia elektryczna (w zależności od miksu paliwowego na danym rynku) często jest obarczona bardzo wysoką emisją szkodliwych składników spalin (przy wytwarzaniu prądu w systemie energetycznym opartym się na węglu).

Oprócz emisji przy produkcji energii elektrycznej, sama technologia jej przechowywania nie jest doskonała. Obecnie główną wadą baterii trakcyjnych jest bardzo niska gęstość gromadzonej w nich energii, co powoduje mały zasięg pojazdów elektrycznych i ograniczenie ich ładowności. Nawet pomimo rozwoju technologii, zastosowanie napędu bateryjnego w samochodach użytkowych operujących na długich dystansach jest bardzo mało prawdopodobne.

Nie zmienia to faktu, że w warunkach ruchu miejskiego bateria trakcyjna może być bardzo atrakcyjnym źródłem energii. Po 2030 r. ma to być najpopularniejszy nośnik energii w transporcie miejskim wykorzystującym lekkie pojazdy użytkowe (LCV).

Bateryjny napęd elektryczny jest uznawany przez opinię publiczną i decydentów za najbardziej ekologiczny (nie powodujący emisji w miejscu użytkowania). Dlatego też producenci pojazdów przeznaczyli duże środki finansowe i intelektualne na rozwój nowych technologii w bateriach trakcyjnych, czego efektem jest stały rozwój takich rozwiązań.

fot. UPSCiągniki LNG w barwach UPS

Skroplony gaz ziemny (LNG) jest jedynym paliwem (nośnikiem energii) pozostających w perspektywie 2030 r, przeznaczonym do zasilania klasycznych tłokowych silników o spalaniu wewnętrznym. Opanowana technologi i szybko rozwijająca się infrastruktura powodują, że to bardzo perspektywiczne paliwo o realnie niskiej emisji szkodliwych składników spalin.

Z uwagi na konieczność wykorzystania specjalistycznej infrastruktury, uważa się, że LNG najszybciej rozwinie się na rynkach już rozwiniętych, czyli: amerykańskim, chińskim i europejskim.

Preferencje w zakresie napędu w różnych regionach świata

Nowe źródła napędu będą wdrażane w zależności od uwarunkowań poszczególnych rynków, rodzaju pojazdów i ich zastosowania (dystrybucja miejska, regionalna, przewozy dalekie czy też przewozy w ramach transportu wewnętrznego).

Na rozwój poszczególnych technologii napędowych będą miały wpływ następujące czynniki:

• sprawność dostaw energii i jej nośników,
• zdolności produkcyjne energii,
• infrastruktura do tankowania (ładowania),
• polityka władz (szczegółowe uregulowania i subwencje).

Ocenia się, że do 2030 r. kluczowe rynki (amerykański, chiński oraz europejski) będą nasycone pojazdami z nowymi napędami w następujących proporcjach.

Dla lekkich samochodów użytkowych może to być nawet 35% udział w rynku.

Dla pojazdów ciężkich (Heavy Duty Transport - HDT) szacuje się udział nowych nośników energii na poziomie około 26%.

Stany Zjednoczone

Do 2030 r. udział pojazdów napędzanych nowymi nośnikami energii w Stanach Zjednoczonych wyniesie około 25%. Będzie to z pewnością niższa wartość niż na innych wiodących rynkach światowych. Sytuacja ta będzie konsekwencją malejącej sprzedaży pojazdów ciężkich z nowymi napędami.

Największy odsetek aut napędzanych nowymi nośnikami energii (36%) pojawi się w segmencie LCV. Będą to głównie pojazdy bateryjne (31%). Bardzo podobnie sytuacja będzie się kształtować w samochodach średniej ładowności (Medium Duty Transport – MDT) używanych w dystrybucji miejskiej.

fot. UPSZestaw drogowy UPS z ciągnikiem LNG

W przewozach regionalnych i dalekich przewagę cały czas mają i będą miały LNG i wodór (ogniwo paliwowe). Niestety pomimo dużej podaży LNG infrastruktura do tankowania skroplonego gazu ziemnego nie jest jeszcze w USA bardzo rozwinięta.

W Stanach Zjednoczonych, LNG nie stanie się zatem paliwem popularnym w takim samym stopniu na całym terytorium, choć w niektórych stanach np. w Kalifornii może się bardzo rozwinąć.

Bardziej opłacalnym nośnikiem energii w przewozach transkontynentalnych w USA stanie się wodór zasilający ogniwa paliwowe.

Europa

W Europie samochody zasilane nowymi nośnikami energii będą miały około 31% udziału rynkowego. Sprzedaż takich pojazdów będzie napędzana przez lekkie samochody dostawcze, które będą stanowić 46% całkowitej sprzedaży - 40% tej liczby będą stanowić pojazdy bateryjne.

Zasilanie energią elektryczną pochodzącą z baterii będzie bezkonkurencyjne w lekkich i średnich samochodach wykorzystywanych w miejskiej dystrybucji z uwagi na niewielkie odległości i łatwość zbudowania infrastruktury w obrębie aglomeracji miejskich.

W przypadku samochodów dużej ładowności, w przewozach dalekich, przewiduje się, że LNG będzie dominującym nośnikiem energii. Z drugiej jednak strony technologia oparta na ogniwach paliwowych będzie stanowić poważną konkurencję dla skroplonego gazu ziemnego.

Chiny

W Chinach odsetek pojazdów zasilanych alternatywnie do 2030 r. będzie stanowił nawet 47% całkowitej sprzedaży pojazdów użytkowych.

Pojazdy elektryczne będą stanowiły 43% wszystkich pojazdów LCV zasilanych alternatywnie w Chinach.

Dla samochodów średniej ładowności używanych w mieście odsetek ten będzie wynosił 20% na korzyść pojazdów elektrycznych (bateryjnych) wśród 24% wszystkich takich pojazdów zasilanych alternatywnie. W transporcie międzymiastowym prognozuje się dominację ogniw paliwowych zarówno w pojazdach MDT (średniej ładowności) jak i HDT (dużej ładowności).

fot. UPSElektryczny pojazd dla kurierów firmy Arrival, w której UPS ma udziały

Bateryjne pojazdy elektryczne, których rozwój jest jeszcze we wczesnym stadium rozwoju, nie zapewniają dużych zasięgów i znajdują zastosowanie w miejskiej dystrybucji, czyli w przewozach na stosunkowo niewielkie odległości przy niskich prędkościach średnich. Pracują one w ciągu dnia, co pozwala na wygodne ładowanie baterii trakcyjnych w godzinach nocnych.

Wskaźniki udziału nowych nośników energii dla lekkich samochodów dostawczych w Europie i Chinach będą prawdopodobnie takie same (około 1/3 sprzedaży. Udziały nowych napędów MDT i HDT w USA i Europie będą prawie identyczne. Chiny wyraźnie jednak wyprzedzą rynek pojazdów MDT, a zwłaszcza HDT. Sieć dróg, większe zaludnienie oraz wyznaczane przez władze cele w zakresie ograniczenia emisji szkodliwych składników spalin samochodów wyjaśniają szybsze wzrost udziału alternatywnych nośników energii w Chinach w obu kategoriach przewozów.

Pojazdy autonomiczne

Tempo rozwoju technologii pojazdów autonomicznych a w rezultacie ich wdrożenia będzie bezpośrednio związane z rozwojem pojazdów wykorzystujących alternatywne technologie napędu w pojazdach użytkowych. Wynika to z faktu, że użytkownicy komercyjni znacznie dokładniej analizują koszty użytkowania pojazdów. Silnik spalinowy będzie dominował w pojazdach autonomicznych, szczególnie w początkowym etapie ich wdrażania w sektorze przewozów komercyjnych.

W poszczególnych segmentach pojazdów do 2030 r. udział pojazdów autonomicznych bezie przedstawiał się następująco.

• Około 10% nowych samochodów dostawczych (LCV) będzie pojazdami autonomicznymi. Stosunkowo niewielki odsetek w tym segmencie przewozów wynika z ograniczeń w technologii, która nie jest w stanie podołać wyzwaniom miejskiego transportu dystrybucyjnego oraz braku odpowiednich uregulowań prawnych. Ponadto obowiązujący model dystrybucji w miastach i stosowane samochody wymagają udziału człowieka do obsługi dostaw.
• 20% pojazdów ciężkich będzie poruszała się autonomicznie. Ten segment przewozów.  najszybciej zostanie pozbawiony pojazdów z kierowcami, co wynika z faktu, że jazda na długich dystansach jest znacznie prostsza w trybie autonomicznym niż miejska. Reakcja rynków na autonomiczne przewozy ciężkie będzie bardzo podobna. Najwięcej takich pojazdów pojawi się jednak na rynku amerykańskim.

  Warto wiedzieć

  Pojazdy autonomiczne mogą pracować 24 godziny na dobę przez 7 dni w tygodniu.

• Około 25% transportu wewnętrznego w firmach (kopalnie, porty) będzie składało się z aut autonomicznych, co wynikać będzie z czysto ekonomicznych względów.

Podsumowanie

Wprowadzenie jednego nisko- lub zeroemisyjnego źródła energii będzie w praktyce niemożliwe z uwagi na niedoskonałości poszczególnych rozwiązań, szczególnie obu napędów elektrycznych (bateryjengo i wodorowego). Z tego powodu w przewozach regionalnych i dalekich przewiduje się szerokie zastosowanie skroplonego gazu ziemnego (LNG). Rozwiązanie zagadnienia zastosowania LNG w pojazdach mniejszych, stosowanych w miastach, ale także w przewozach na większe odległości spowodowałoby, że LNG mogłoby stać się bardziej uniwersalnym nośnikiem energii w pojazdach stosowanych we wszystkich rodzajach transportu. A w Polsce chyba nie trzeba nikogo przekonywać, że LNG stanowi także znakomite paliwo dla pojazdów pracujących w miastach, przykład - MZA Warszawa.