![[09127409082]](https://barast.com/wp-content/uploads/2021/01/newlogo.png){kind=small}
تأثیر بزرگراه الکترونیکی بر انتشار مستقیم گازهای گلخانهای توسط حمل و نقل جادهای بار
طبق قانون آلمان، گازهای گلخانهای ناشی از فعالیتهای انسانی باید از سال ۲۰۴۵ به بعد به صفر خالص برسند (KSG، ۲۰۱۹). در مقابل، پیشبینی میشود که حمل و نقل جادهای بار به طور قابل توجهی رشد کند (BMVBS، ۲۰۰۸؛ BMVI، ۲۰۲۱). اگر راهحلهای پایدار برای حمل و نقل جادهای بار به سرعت اجرا نشوند، آلمان قادر به دستیابی به اهداف حفاظت از آب و هوا نخواهد بود. این مطالعه پتانسیل سیستم eHighway – یک سیستم برقیسازی کامیونها مبتنی بر خط تماس هوایی – را برای کاهش ردپای کربن حمل و نقل جادهای بار تجزیه و تحلیل میکند. بر اساس بیش از سه سال عملیات آزمایشی میدانی با بیش از ۵۰۰۰۰۰ کیلومتر رانندگی در دنیای واقعی، ما پتانسیل صرفهجویی در گازهای گلخانهای منتشر شده مستقیم از پنج کامیون آزمایشی خط تماس هوایی که از سیستم eHighway (کامیونهای O-trucks) استفاده میکنند را تخمین میزنیم. ما نتیجه میگیریم که تنها با یک سفر الکتریکی پنج درصدی، ۱۴ تا ۱۷ درصد از انتشار گازهای گلخانهای مستقیم در مقایسه با یک کامیون معمولی صرفهجویی میشود. ما یک محاسبهگر مقیاسبندی و مقایسه برای تخمین گازهای گلخانهای منتشر شده مستقیم کامیونهای O-trucks توسعه میدهیم. ما استدلال میکنیم که با ترکیبی از برق مبتنی بر انرژیهای تجدیدپذیر و یک شبکه eHighway به طور مناسب توسعهیافته، حمل و نقل جادهای بار قادر به ارائه حمل و نقل با انتشار گازهای گلخانهای خالص صفر است. بر اساس یک مجموعه داده منحصر به فرد، ما معیاری برای تمام تحقیقات بیشتر در ارزیابی فناوری eHighway و مقایسه آن با فناوریهای جایگزین رانندگی ارائه میدهیم.
مقدمه
طبق قانون حفاظت از آب و هوای فدرال آلمان، بخش حمل و نقل آلمان مجاز است در سال 2030، 85 میلیون تن دی اکسید کربن منتشر کند (KSG، 2019). این معادل کاهش تقریباً نصف انتشار گازهای گلخانهای مرتبط با حمل و نقل در مقایسه با پیشبینیهای فعلی CO2 است (BMUV، 2022a). تا سال 2045، آلمان باید به خنثی بودن خالص گازهای گلخانهای دست یابد – به طور مؤثر: دیگر هیچ گاز گلخانهای ناشی از فعالیتهای انسانی منتشر نشود یا با انتشار منفی جبران نشود (Die Bundesregierung، 2021؛ KSG، 2019). برای مواجهه با این چالش، یک راه حل ممکن میتواند سیستم بزرگراه الکترونیکی متصل به خط تماس بالاسری باشد. سیستم بزرگراه الکترونیکی به کامیونهای موسوم به خط تماس بالاسری (O-trucks) این امکان را میدهد که هنگام شارژ انرژی الکتریکی، رانندگی کنند. هنگام رانندگی کاملاً برقی – طبق نظریه – هیچ گاز گلخانهای مستقیمی منتشر نمیشود. بنابراین، مفهوم تأمین انرژی کارآمد حمل و نقل ریلی برقی بدون به خطر انداختن انعطافپذیری زمانی و مکانی بالای حمل و نقل جادهای بار، به جاده منتقل میشود. برای عملی کردن این امر، یک سیستم خط تماس هوایی در زیرساخت جادهای موجود ادغام میشود. کامیونهای O-truck دارای یک پانتوگراف هستند که میتواند اتصال نیرو-اتصال را به سیستم خط تماس هوایی برقرار کند. در نتیجه، سیستم خط تماس هوایی انرژی کامیون O-truck را تأمین میکند. دستگاههای ذخیرهسازی انرژی الکتریکی به کامیونهای O-truck اجازه میدهند تا در بخشهای غیربرقی (مثلاً بین دو بخش برقی، در تونلها و تقاطعها، برای سبقت گرفتن از وسایل نقلیه کندتر یا جلوگیری از نقاط خطرناک) حرکت کنند (Jöhrens و همکاران، 2022؛ Wietschel و همکاران، 2017). علاوه بر این، این امر منجر به این واقعیت میشود که یک کامیون O-truck برای شارژ ثابت، مانند مثلاً یک کامیون برقی باتریدار که در آن وسیله نقلیه نمیتواند کار کند، به زمانهای خاموشی نیاز ندارد (Siemens AG، 2012).
در سال ۱۹۹۰، بخش حمل و نقل آلمان ۱۶۳ میلیون تن معادل CO2 منتشر شده را ثبت کرد. در سال ۲۰۱۹، آخرین سال مرجع قابل اعتماد قبل از شروع همهگیری کووید-۱۹، بخش حمل و نقل مسئول ۱۶۴ میلیون تن معادل CO2 بود (BMUV، ۲۰۲۲a). بنابراین، حداقل در آلمان، بخش حمل و نقل تنها بخشی است که قادر به کاهش انتشار گازهای گلخانهای خود نیست. کاملاً برعکس: گازهای گلخانهای مرتبط با حمل و نقل حتی با رشد جزئی مواجه شدند (BMUV، ۲۰۲۲a؛ هندزلیک و همکاران، ۲۰۲۲). در این زمینه، بخش حمل و نقل را باید به عنوان بخشی در نظر گرفت که برای دههها رشد را تجربه کرده است (BMVBS، ۲۰۰۸؛ BMVI، ۲۰۲۱). حتی بحرانهای مختلف، که باعث رکودهای موقت کوتاه مدت در بخش حمل و نقل شده و همچنان ادامه دارد، نتوانستهاند روند رشد بلندمدت را بشکنند (BMUV، ۲۰۲۲b؛ BMVI، ۲۰۱۹). اینکه آیا همهگیری کووید-۱۹ که از بهار ۲۰۲۰ شیوع پیدا کرده است، این روند را تغییر خواهد داد یا خیر و اینکه آیا یک رکود پایدار در عملکرد حمل و نقل وجود خواهد داشت یا خیر، هنوز مشخص نیست (BMUV, 2022b). با این حال، اولین شاخصهای بهبود در بخش حمل و نقل از قبل مشهود است. بدون شک، حمل و نقل همیشه به عنوان یک جزء اساسی از یک اقتصاد جهانی و مرفه مبتنی بر تقسیم کار، از اهمیت ویژهای برخوردار خواهد بود. اما دستیابی به یک تحول موفقیتآمیز به یک بخش حمل و نقل سازگار با آب و هوا بسیار مهم است. تلاشها برای جلوگیری از انتشار گازهای گلخانهای مرتبط با حمل و نقل از قبل آغاز شده است. برای حمل و نقل موتوری خصوصی، وسایل نقلیه الکتریکی باتریدار به تدریج اهمیت پیدا میکنند، سوختهای بیوژنیک مدتی است که مورد استفاده قرار میگیرند و محدودیتهایی برای انتشار CO2 مجاز در هر کیلومتر رانندگی تعریف شده است (BMU، 2021). به طور مشابه، حمل و نقل ریلی و آبراههای داخلی، که هر دو به عنوان سازگار با محیط زیست در نظر گرفته میشوند، همچنان از طریق برنامههای اصلی مختلف که تغییرات کیفی را تقویت میکنند، از نظر سیاسی حمایت میشوند (Aberle، 2009؛ BMVI، 2019؛ BMVI، 2017). با این وجود، بخش حمل و نقل هنوز در دستیابی به کاهش قابل توجه انتشار گازهای گلخانهای موفق نبوده است (Boltze، 2020). با وجود رشد قابل توجه ترافیک در دهههای اخیر، سطح گازهای گلخانهای که سالانه در بخش حمل و نقل منتشر میشود، تا حد زیادی راکد مانده است. بنابراین، فرآیندهای فردی باید سازگارتر با محیط زیست شوند (BMUV، 2022a؛ BMUV، 2022c). نگرانکننده است که روندهای فعلی برای تضمین انطباق با اهداف حفاظت از آب و هوا در سال ۲۰۴۵ کافی نیستند.
میتوان نیاز ویژهای به اقدام در مورد حمل و نقل جادهای بار را شناسایی کرد (Boltze, 2019). حمل و نقل جادهای بار مسئول یک سوم گازهای گلخانهای منتشر شده در بخش حمل و نقل داخلی آلمان است که معادل حدود هفت درصد از کل گازهای گلخانهای منتشر شده در آلمان است (BMU, 2021; BMUV, 2022a). تقریباً همه این انتشار گازهای گلخانهای را میتوان به احتراق سوختهای فسیلی نسبت داد (BMU, 2021). در حمل و نقل جادهای بار، تقریباً به طور انحصاری از وسایل نقلیه دیزلی استفاده شده است (Allekotte et al., 2020; Boltze, 2020). علاوه بر این، حمل و نقل جادهای بار تا حد زیادی به سوختهای فسیلی وابسته به واردات متکی است (BMVI, 2021). در سال 2019، آلمان 99.1 درصد از روغنهای معدنی مورد استفاده را وارد کرد (BMWi, 2021). این امر منجر به وابستگیهای غیرقابل پیشبینی بین کشورهای مختلف شده است (Andruleit et al., 2015). در درازمدت، ذخایر سوخت فسیلی در حال کاهش هستند (Andruleit و همکاران، ۲۰۱۵؛ Quaschning، ۲۰۲۰).
فشار برای اقدام، به ویژه در حمل و نقل جادهای بار، با توجه به این واقعیت که این بخش به ویژه برای دههها رشد را تجربه کرده است، حتی بیشتر مشهود است (BMVBS, 2008; BMVI, 2021). به دلیل طیف گستردهای از تأثیرات، عملکرد حمل و نقل جادهای بار بین سال 1990 و امروز دو برابر شده و سهم بازار آن به 75 درصد رسیده است (Aberle, 2009; BMVBS, 2008; BMVI, 2021; Kummer et al., 2006; Muchna et al., 2021; Posset et al., 2014; Schulte, 2013). در مجموع، چالشهای ذکر شده در بالا در آینده به جای کاهش، افزایش خواهند یافت. بنابراین، بخش حمل و نقل جادهای بار به یک حوزه فعال تحقیقاتی تبدیل شده است. Rüdisüli et al. (2021) گزینههای مختلف حمل و نقل مبتنی بر برق را از نظر تأثیر آنها بر ارزیابی چرخه عمر مقایسه کردند. آنها تصمیم گرفتند که اولاً، حتی سوختهای هیدروژنی مشتقشده از برق و همچنین سوختهای مصنوعی نیز به حملونقل مبتنی بر برق تعلق دارند و ثانیاً، این وسایل نقلیه الکتریکی در آینده نزدیک کمترین میزان انتشار گازهای گلخانهای را خواهند داشت. یئو و همکاران (2022) با بررسی چرخه عمر انتشار گازهای گلخانهای سوختهای جایگزین و پیشرانهها، بر اساس یک مطالعه موردی در سنگاپور، موضوع مشابهی را در نظر گرفتند. کلوچکه و همکاران (2019) ارزیابی بازار بخش حملونقل بار جادهای را انجام دادند. بر اساس بررسی ادبیات، آنها به این نتیجه رسیدند که فناوریهای محرکه الکتریکی نقش عمدهای در تبدیل حملونقل بار جادهای به بیطرفی اقلیمی ایفا خواهند کرد (کلوچکه و همکاران، 2019). هزینه مالکیت فناوریهای محرکه جدید و جایگزین نیز از قبل موضوع تحقیق بوده است (هوین و همکاران، 2021؛ نول و همکاران، 2022).
سیستم بزرگراه الکترونیکی (eHighway) نیز بخشی از تحقیقات قبلی بود. کولوویچ و همکاران (2022) یک مدل چند هدفه برای حمل و نقل بار جادهای بر اساس یک سیستم بزرگراه الکترونیکی طراحی کردند. شوردفگر و همکاران (2022) بررسی کردند که چگونه میتوان سیستمهای بزرگراه الکترونیکی را با حداقل هزینه ساخت. نتزر و همکاران (2022) تأثیر یک سیستم بزرگراه الکترونیکی را بر ظرفیت ناخالص لازم دستگاههای ذخیره انرژی الکتریکی کامیونهای برقی بررسی کردند. ترکیب هوش مصنوعی و عملکرد یک سیستم بزرگراه الکترونیکی، لینک و همکاران (2022) را تجزیه و تحلیل کرد و دریافتند که این میتواند همافزاییهای مثبتی را ایجاد کند. پلوتز و همکاران (2019) تأثیر کامیونهای O-trucks را بر سیستم برق، از جمله تحقیقات در مورد انتشار گازهای گلخانهای، تجزیه و تحلیل کردند. آنها نتیجه گرفتند که اجرای کامیونهای O-trucks میتواند انتشار گازهای گلخانهای را در حمل و نقل بار جادهای کاهش دهد، حتی اگر انرژی الکتریکی تأمین شده صرفاً بر اساس انرژی سبز تجدیدپذیر تولید نشود (پلتز و همکاران، 2019).
برای اینکه سیستم بزرگراه الکترونیکی به خنثیسازی گازهای گلخانهای کمک کند، باید انتشار گازهای گلخانهای را کاهش دهد، بنابراین این سوال را مطرح میکنیم: «سیستم بزرگراه الکترونیکی تا چه حد میتواند انتشار مستقیم گازهای گلخانهای را در حمل و نقل جادهای بار کاهش دهد؟» برای پاسخ به سوال تحقیق، فرضیههای زیر را آزمایش میکنیم.
• سیستم بزرگراه الکترونیکی منجر به صرفهجویی قابل اندازهگیری در گازهای گلخانهای منتشر شده مستقیم از حمل و نقل جادهای بار میشود.
• ترکیب برق بر میزان صرفهجویی احتمالی در گازهای گلخانهای منتشر شده مستقیم کامیونهای O-trucks تأثیر میگذارد.
• سهم بخشهای برقی در مقایسه با بخشهای غیربرقی در یک سفر، بر میزان صرفهجویی احتمالی در گازهای گلخانهای منتشر شده مستقیم کامیونهای O-trucks تأثیر میگذارد.
برای آزمایش فرضیهها، ابتدا موضوع را در آخرین وضعیت دانش قرار میدهیم: ما به جامعه تحقیقاتی، مروری بر مسیر کاهش انتشار گازهای گلخانهای در حمل و نقل جادهای بار ارائه میدهیم. دوم، روششناسی مورد استفاده برای شرح نتایج خود را توضیح میدهیم. سوم، تمرکز خود را بر سهم سیستم بزرگراه الکترونیکی در کاهش انتشار گازهای گلخانهای در حمل و نقل جادهای بار معطوف میکنیم. در این بخش از مطالعه، مصرف انرژی کامیونهای O، تأثیر مخلوطهای برق بر پتانسیل صرفهجویی در انتشار گازهای گلخانهای و تأثیر سهم بخشهای برقی بر صرفهجویی احتمالی در انتشار گازهای گلخانهای را تجزیه و تحلیل میکنیم. در نهایت، نتایج خود را در چارچوب وضعیت فعلی دانش و نظریه نحوه عملکرد یک بزرگراه الکترونیکی مورد بحث قرار میدهیم.(منبع)