![[09127409082]](https://barast.com/wp-content/uploads/2021/01/newlogo.png){kind=small}
ارزیابی چرخه عمر آیندهنگرانه گزینههای پایدار برای حمل و نقل جادهای بار
این مطالعه با ارزیابی سه جایگزین برای کامیونهای دیزلی معمولی، مسیرهای کربنزدایی را برای بخش حمل و نقل جادهای بار بررسی میکند: کامیونهایی که با سوختهای زیستی کار میکنند، کامیونهای برقی باتریدار و کامیونهای پیل سوختی با هیدروژن. ارزیابی چرخه عمر آیندهنگر این گزینهها تحت دو سناریوی سیاستگذاری برای کربنزدایی در ۱۲ منطقه مجزا در طول قرن انجام شده است. این ارزیابی با استفاده از رویکرد گهواره تا گور، فعالیتهایی را از تولید سوخت و برق تا پایان عمر قطعات کامیون پوشش میدهد. یافتهها نشان میدهد که در هشت منطقه از ۱۲ منطقه مورد بررسی، گذار زودهنگام به کامیونهای برقی باتریدار میتواند انتشار گازهای گلخانهای چرخه عمر را تا سال ۲۰۳۰ در مقایسه با استفاده مداوم از کامیونهای دیزلی معمولی تا ۷۰ درصد افزایش دهد، که اهمیت سوختهای مایع را برای کربنزدایی کوتاهمدت تا میانمدت برجسته میکند. با این حال، در درازمدت، با کربنزدایی مخلوطهای برق و تولید هیدروژن، کامیونهای برقی باتریدار و کامیونهای پیل سوختی هیدروژنی به عنوان جایگزینهای برتر در همه مناطق ظاهر میشوند و حداقل ۲۹ درصد گازهای گلخانهای کمتری نسبت به کامیونهای سوخت زیستی و ۴۵ درصد کمتر از کامیونهای دیزلی منتشر میکنند. گذار بهینه از کامیونهای دیزلی معمولی به کامیونهای دارای سوخت زیستی و متعاقباً به کامیونهای برقی باتریدار و/یا هیدروژن میتواند از انتشار معادل CO2 در سراسر جهان به میزان ۱۳۴ تا ۲۰۴ گیگاتن جلوگیری کند و از افزایش دما به میزان ۰.۲۲ تا ۰.۳۳ درجه سانتیگراد در مقایسه با سناریوی مبتنی بر دیزل جلوگیری کند. این امر بر نقش حیاتی سیاستهای مناسب برای تحول به موقع در بخش حمل و نقل جادهای بار تأکید دارد. با وجود این، کامیونهای باتریدار و هیدروژنی میتوانند تا ۲۳۹ تا ۱۲۰۰ درصد بیشتر از کامیونهای دیزلی بر سلامت انسان تأثیر بگذارند، که نباید آن را ساده گرفت.
مقدمه
طبق گزارش آژانس محیط زیست اروپا، حمل و نقل جادهای تقریباً 20 درصد از کل انتشار گازهای گلخانهای (GHG) اتحادیه اروپا را تشکیل میدهد و حمل و نقل بار جادهای (RFT) حدود 25 درصد از این میزان را به خود اختصاص میدهد [1]. پیشبینی میشود که در صورت ادامه سیاستهای فعلی، انتشار گازهای RFT تا سال 2050، 22 درصد افزایش یابد و بحران جهانی آب و هوا را تشدید کند [2]. با وجود این، احتمالاً خودروهای احتراق داخلی (ICV) در کوتاه مدت تا میان مدت همچنان مورد استفاده قرار خواهند گرفت. به عنوان مثال، مناطقی مانند آلمان که قبلاً فروش ICVها را پس از سال 2035 محدود کرده بودند، این مقررات را برای تضمین حضور مداوم ICVها، تا زمانی که از سوختهای کم انتشار CO2 استفاده کنند، مورد بازنگری قرار دادهاند [3].
در حال حاضر، بخش حمل و نقل در یک گذار حیاتی قرار دارد و بسیاری از سیاستهای جهانی در تلاش برای کربنزدایی تدریجی آن از طریق نوآوریهای فناوری هستند [4،5]. یکی از اهداف پیشنهادی کمیسیون اروپا به عنوان وسیلهای برای دستیابی به خنثیسازی کربن تا سال 2050، دستیابی به کاهش 40 درصدی انتشار گازهای گلخانهای در بخش حمل و نقل تا سال 2030 است [6]. با وجود این، سوختهای مبتنی بر نفت هنوز هم در بخش حمل و نقل پیشرو هستند و منابع انرژی تجدیدپذیر تنها حدود 3.7 درصد از تأمین انرژی را تشکیل میدهند که 93 درصد آن از سوختهای زیستی تأمین میشود [7].
در این زمینه، نفوذ در بازار سوختهای کمکربن مانند سوختهای زیستی، سوختهای مصنوعی، دیمتیل اتر و وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) باید بخشی از راهحل جامع برای دستیابی به اهداف اقلیمی فوقالذکر باشد [[8]، [9]، [10]]. در میان این گزینهها، این مطالعه به تجزیه و تحلیل گزینههایی با سطح آمادگی فناوری (TRL) و راندمان بالاتر، یعنی سوختهای زیستی و وسایل نقلیه الکتریکی، میپردازد. سایر جایگزینها برای کامیونهای سنگین، مانند آمونیاک، نادیده گرفته میشوند [11].
سوختهای زیستی جایگزین امیدوارکنندهای برای RFT مسافتهای طولانی هستند. برخلاف وسایل نقلیه سبک که در مسافتهای کوتاه کار میکنند و تقاضای انرژی آنها را میتوان راحتتر برآورده کرد، وسایل نقلیه سنگین مورد استفاده برای RFT به مقدار بیشتری انرژی برای کار نیاز دارند و بنابراین به سوختهایی با چگالی انرژی بالاتر نیاز دارند [12]. سوختهای زیستی پیشرفته کاملاً در این کاربرد جای میگیرند، زیرا محتوای انرژی مشابهی با دیزل دارند، به علاوه قابلیت استفاده از موتورها، سیستمهای ذخیرهسازی و زیرساختهای موجود را با حداقل یا بدون تغییر دارند [13].
از سوی دیگر، توسعه و پذیرش کامیونهای برقی اکنون به عنوان بخشی از روند گستردهتر به سمت برقیسازی بخش حمل و نقل به سرعت در حال پیشرفت است. کامیونهای برقی باتریدار (BETs) میتوانند به مسافتهای سفر تا 900 کیلومتر و ظرفیتهای تا 14 تن بار برسند [14،15]. آنها همچنین از این مزیت برخوردارند که در طول عملیات هیچ گونه انتشار گازهای احتراقی ندارند و انتظار میرود به دلیل هزینههای نگهداری کمتر، هزینههای عملیاتی کمتری نسبت به کامیونهای دیزلی در طول عمر خود داشته باشند [16،17]. کامیونهای برقی همچنین میتوانند از کامیونهای پیل سوختی هیدروژنی (FCTs) تشکیل شوند که مزایای متعددی از جمله برد بیشتر و کاهش وزن خودرو را برای BETها ارائه میدهند [18].
اگرچه کامیونهای برقی اغلب پایدارتر از کامیونهای دیزلی (dICT) در نظر گرفته میشوند، اما از انتشار گازهای گلخانهای در چرخه عمر معاف نیستند. به عنوان مثال، انتشار CO2 در چرخه عمر BETها میتواند بین 0.3 تا 2.0 برابر dICTها [19] متغیر باشد، بسته به منبع انرژی مورد استفاده برای شارژ باتریها. اگر برق از منابع تجدیدپذیر مانند باد یا انرژی خورشیدی تأمین شود، این انتشارها ممکن است کمتر از dICTها باشد، اما استفاده از انرژی فسیلی میتواند به وضعیت معکوس منجر شود. علاوه بر این، علاوه بر انتشارهای غیرمستقیم مرتبط با تولید برق و تولید و بازیافت باتری، BETها با ترمز کردن، سایش جاده و سایش لاستیک، انتشار گازهای گلخانهای قابل توجهی ایجاد میکنند که به دلیل وزن اضافی باتریها، بیشتر از کامیونهای احتراق داخلی (ICTها) است [20،21]. به طور مشابه، FCTهای هیدروژنی نیز میتوانند بسته به روشهای مورد استفاده برای تولید و انتقال هیدروژن، مقادیر قابل توجهی از گازهای گلخانهای را منتشر کنند.
آگاهسازی تصمیمگیرندگان در مورد پایدارترین فناوریها و سوختهای خودرو برای بخش RFT نیازمند مقایسهای جامع و شفاف از تمام انتشارات مربوط به گزینههای مختلف است. این امر مستلزم استفاده از ارزیابی چرخه حیات (LCA) است که امکان کمیسازی بارهای زیستمحیطی مرتبط با چرخه حیات گزینههای مختلف، از جمله تولید سوخت، ساخت کامیون و بهرهبرداری از آن را فراهم میکند.
تا به امروز مطالعات مختلفی در مقایسه کامیونهای سوخت زیستی و الکتریکی ارائه شده است که بسته به نوع ماده اولیه مورد استفاده برای سوختها و منابع انرژی اولیه مورد استفاده برای تولید برق باتریها، نتایج متفاوتی را نشان میدهند [19، [22]، [23]، [24]]. ساتر و همکاران [23] BETها را با برق تولید شده از زیست توده، باد و خورشید، و با ICTهای مبتنی بر دی متیل اتر مقایسه کردند. آنها دریافتند که وقتی BETها بر اساس ترکیبی تجدیدپذیر باشند، انتشار گازهای گلخانهای بسیار کمتری نسبت به ICTهایی که از دیزل یا دی متیل اتر استفاده میکنند، دارند. برعکس، ترنل و همکاران [24] استفاده از سوختهای زیستی، سوختهای فسیلی و خودروهای برقی را در خودروهای متوسط در سال 2030 بررسی کردند و دریافتند که در منطقه اروپا، کامیونهای سوخت زیستی انتشار گازهای گلخانهای کمتری نسبت به خودروها و خودروهای برقی مبتنی بر فسیلی دارند. سایر آثار نشان دادهاند که منطقه جغرافیایی، فرآیند تولید سوخت، ماده اولیه و فرضیات روششناختی به کار رفته میتوانند به شدت بر نتیجه نهایی مطالعه تأثیر بگذارند [[22]، [23]، [24]، [25]]. در نهایت، بای و همکارانش [18] BETها و FCTهایی را که منحصراً از انرژی تجدیدپذیر به عنوان جایگزینی برای dICTها تهیه شدهاند، مقایسه کردند و تأثیر GWP کمتری را از BETها نسبت به سایر گزینهها نشان دادند.
بیشتر این آثار فرض میکنند که فناوریهای کامیون و ترکیب برق در درازمدت مانند امروز باقی خواهند ماند، بنابراین تأثیر بهبود راندمان یا استفاده از فناوریهای جدید کربنزدایی را نادیده میگیرند. از این رو، اگرچه این مقالات بینشهای ارزشمندی در مورد عملکرد زیستمحیطی فعلی فناوریهای حمل و نقل ارائه میدهند، اما ممکن است تأثیرات و پیامدهای بلندمدت انتخابهای فناوری امروزی را در نظر نگیرند.
برای جلوگیری از این امر، در اینجا به مفهوم ارزیابی چرخه حیات آیندهنگر (p-LCA) متوسل میشویم. برخلاف LCA سنتی، p-LCA به صراحت اثرات تغییرات آینده را در سیستم پسزمینه مجموعه دادههای LCA (یعنی در تمام فعالیتهایی که به صراحت مدلسازی نشدهاند) لحاظ میکند. این کار با تولید فهرستهای چرخه حیات آینده بر اساس نتایج به دست آمده از مدلهای ارزیابی یکپارچه (IAMs) برای سیاستهای مختلف اجتماعی-اقتصادی و زیستمحیطی انجام میشود. از این رو، p-LCA تغییرات بالقوه مؤثر بر اثرات زیستمحیطی را در طول زمان در نظر میگیرد و بنابراین تضمین میکند که تصمیمات بلندمدت فقط بر اساس داراییهای امروز گرفته نمیشوند.
تا آنجا که ما میدانیم، تعداد کمی از مقالات در زمینه بخش RFT به p-LCA متوسل شدهاند [22،26]. در یک کار پیشگامانه، ون دن اوور و همکارانش [22] دو نوع BET (یعنی هیبریدی و 100٪ الکتریکی) را با کامیونهای دیزلی و سوخت زیستی در اروپا برای سالهای 2030 و 2050 مقایسه کردند و دریافتند که فناوری اطلاعات و ارتباطات مبتنی بر سوختهای زیستی حاصل از سنتز فیشر-تروپش میتواند اثرات کمتری نسبت به BET و کامیونهای دیزلی داشته باشد. از سوی دیگر، رن و همکارانش سناریوهای مختلف نفوذ برای سوختهای جایگزین را با هدف پیشبینی تغییرات در اثرات GWP مقایسه کردند [26]. در نهایت، کامپوس-کاریدو و همکارانش از ابزاری که توسط دستورالعمل طراحی زیستمحیطی اروپا ارائه شده است، برای ارزیابی اینکه آیا خودروهای سواری پیل سوختی و کامیونهای سنگین پیل سوختی گزینههای پایداری بین سالهای 2020 تا 2030 هستند یا خیر، استفاده کردند [27].
در این مقاله، هدف ما ارزیابی عملکرد زیستمحیطی سه جایگزین کلیدی برای کربنزدایی بخش RFT در طول قرن است: فناوریهای اطلاعات و ارتباطات (ICTs)، BETs و FCTهای هیدروژنی، و ارائه اطلاعات در مورد مزایا یا معایب بالقوه آنها. برای دستیابی به این هدف، ما یک p-LCA از بخش RFT در مناطق مختلف جهان انجام میدهیم و از رویکرد گهواره تا گور، یعنی پوشش تمام فعالیتها از تولید سوخت تا پایان عمر قطعات کامیون، استفاده میکنیم. مقایسه تأثیرات ناشی از این سه جایگزین با تأثیرات ناشی از سناریوی «کسب و کار طبق معمول»، که تحت سلطه کامیونهای دیزلی (dICT) است، به ما این امکان را میدهد که میزان کاهش انتشار CO2 را که میتوان از طریق سیاستهای مناسب برای استقرار هر یک از این فناوریها در مناطق مختلف مورد مطالعه به دست آورد، کمّی کنیم. علاوه بر این، ما همچنین تأثیرات بر کمبود منابع معدنی (MRS) و بر سلامت انسان (HH) را ارزیابی میکنیم و در نتیجه ارزیابی جامعی از پیامدهای گسترده استقرار این فناوریها در هر منطقه ارائه میدهیم.
این مطالعه، تحقیقات قبلی را به روشهای مختلف گسترش میدهد. از یک سو، ما بر یک منطقه جغرافیایی واحد تمرکز نمیکنیم، بلکه تغییرات منطقهای را در سراسر جهان مطالعه میکنیم. از سوی دیگر، ما فراتر از انتشار کربن میرویم و تأثیرات آن را بر دو شاخص دیگر که به شدت با بخش حمل و نقل مرتبط هستند، محاسبه میکنیم. در نهایت، ما بر سوختهای زیستی حاصل از روغنهای گیاهی به جای گازیسازی زیستتوده تمرکز میکنیم و بنابراین مزایای بالقوه سایر مسیرهای سنتز سوختهای زیستی را بررسی میکنیم. به طور کلی، نتایج ما میتواند مسیرهای مناسبی را برای انتشار کم کربن در بخش RFT در سراسر جهان شناسایی کند و تصمیمگیرندگان را در مورد مزایای حمایت از پایدارترین فناوریها با توجه به سطح توسعه در آن زمان آگاه سازد.(منبع)