![[09127409082]](https://barast.com/wp-content/uploads/2021/01/newlogo.png){kind=small}
تحلیل سیستم پیچیده پیامدهای کامیونهای پیل سوختی هیدروژنی در حمل و نقل جادهای بار چین
حجم حمل و نقل جادهای بار در چین طی سالهای اخیر به طرز چشمگیری افزایش یافته است که منجر به مصرف قابل توجه انرژی و انتشار گازهای گلخانهای شده است. خودروهای پیل سوختی هیدروژنی رویکردی نوین برای بخش صنعتی که به سختی میتوان از شر آن خلاص شد، ارائه میدهند. این تحقیق مدلی از صنعت حمل و نقل جادهای چین را بر اساس یک سیستم پیچیده مبتنی بر عامل توسعه داده است. این مدل برای ارزیابی انتشار ناوگان کامیونهای پیل سوختی هیدروژنی (HFCT) و اثرات زیستمحیطی آنها با بررسی پنج مسیر متنوع مورد استفاده قرار گرفت. در این مسیر، مسیر ۱ نشان دهنده رویکرد مرسوم تجارت به روال معمول است، مسیر ۲ پتانسیل پیشرفتهای فناوری را نشان میدهد، مسیر ۳ کاربرد فناوری CCS را نشان میدهد، مسیر ۴ پتانسیل افزایش تولید هیدروژن سبز را نشان میدهد، در حالی که مسیر ۵ ترکیبی از این سناریوها را در بر میگیرد. بر اساس نتایج شبیهسازی، میتوان نتایج زیر را استخراج کرد: خریداران کامیون، به ویژه خریداران کامیونهای سنگین، نسبت به HFCTها نسبت به قیمت هیدروژن حساستر هستند. بدون مداخله سیاستی، HFCTها در آینده نزدیک در جذب مصرفکنندگان با مشکل مواجه خواهند شد. تولید هیدروژن مبتنی بر سوختهای فسیلی با استفاده از فناوری CCS همراه با یارانههای مالی تقویتشده، تنها راه برای دستیابی به هدف یک میلیون HFCT تا سال ۲۰۳۵ است. از دیدگاه مخزن تا چرخ، تمام مسیرها پس از سال ۲۰۳۰ به اوج انتشار کربن خواهند رسید که میتواند در زودترین زمان در سال ۲۰۳۳ تکمیل شود. از دیدگاه چاه تا چرخ، هم مسیر ۴ که نسبت هیدروژن سبز را افزایش میدهد و هم مسیر ۳ که جذب و ذخیرهسازی کربن (CCS) را در تولید هیدروژن مبتنی بر سوختهای فسیلی معرفی میکند، میتوانند به کاهش قابل توجه انتشار کربن دست یابند.
مقدمه
حمل و نقل متعارف به شدت به سوختهای فسیلی وابسته است که سهم قابل توجهی در انتشار گازهای گلخانهای دارند و تقریباً 20٪ از کل انتشار گازهای گلخانهای را تشکیل میدهند [1]. در چین، بخش حمل و نقل در سال 2021، 439 میلیون تن زغال سنگ استاندارد مصرف کرد که 9.0٪ از کل مصرف انرژی کشور را تشکیل میدهد [2]. این صنعت همچنین 980 میلیون تن انتشار مستقیم CO2 تولید کرده است که حمل و نقل جادهای با 73.5٪ بیشترین سهم را در این انتشار دارد [3،4]. هدف توافقنامه پاریس برای محدود کردن گرمایش جهانی به 2 درجه سانتیگراد و وعده چین برای تلاش برای دستیابی به هدف کربن دوگانه در هفتاد و پنجمین مجمع عمومی سازمان ملل، مشکلات شدیدی را در کاهش انتشار CO2 از بخش حمل و نقل، به ویژه حمل و نقل جادهای، ایجاد کرده است [5].
چگونه میتوان انتشار کربن تولید شده توسط حمل و نقل جادهای را کاهش داد؟ دولت چین ابتکارات مختلفی را برای مقابله با کاهش CO2 در صنعت حمل و نقل به کار گرفته است. تلاشهایی برای رسیدگی به این موضوع شامل کاهش مصرف سوخت با بهبود بهرهوری سوخت خودرو [6،7]، گسترش ظرفیت جادهها و کاهش ازدحام خیابانها [8،9]، اولویت دادن به حمل و نقل عمومی بر وسایل نقلیه شخصی [[10]، [11]، [12]] و کاهش تقاضای سفر با اجرای ابزارهای اقتصادی مانند عوارض ازدحام [13،14]، محدودیتهای نظارتی و مالیات سوخت [15،16] میشود. راه دیگر برای کاهش انتشار کربن در حمل و نقل جادهای، روی آوردن به منابع انرژی تجدیدپذیر سبز به جای سوختهای فسیلی [[17]، [18]، [19]] است که عمدتاً شامل برق و هیدروژن میشود. اتخاذ سوختهای جایگزین به عنوان یکی از تأثیرگذارترین روشها برای کاهش انتشار کربن در صنعت حمل و نقل برجسته است. این سوختها میتوانند به انتشار صفر از اگزوز دست یابند و چشماندازهای قابل توجهی برای رشد داشته باشند.
پیشرفت وسایل نقلیه الکتریکی (EV) در چین اخیراً به طرز شگفتآوری سریع بوده است. از سال 2019 تا 2022، تقریباً 60 درصد افزایش در برق مورد نیاز برای حمل و نقل جادهای وجود داشته است، به طوری که EVها 14 درصد از سهم بازار را در بین وسایل نقلیه تازه ثبت شده به خود اختصاص دادهاند [20]. با وجود پتانسیل آنها، EVها به دلیل مسافت رانندگی محدود و مدت زمان طولانی شارژ، در استفاده عملی خود محدود هستند. افزایش مسافت رانندگی مستلزم افزایش ظرفیت باتری است که منجر به وسیله نقلیه سنگینتر و کاهش راندمان میشود. در نتیجه، EVهای خالص در بخش خودروهای سواری عملکرد مطلوبی داشتهاند. با این وجود، بازار خودروهای باری سنگین برای حمل و نقل مسافتهای طولانی در بازار خودروهای تجاری، پیادهسازی و استفاده در مقیاس وسیع با گزینههای الکتریکی چالش برانگیز است. بخش حمل و نقل بار ممکن است دریابد که خودروهای پیل سوختی هیدروژنی (HFCV) به دلیل چگالی انرژی قابل توجه و قابلیتهای مسافتهای طولانی، راهی ایدهآل برای کاهش ردپای کربن هستند. هیدروژن یک منبع انرژی تجدیدپذیر است که مزایای متنوعی از جمله سازگاری با محیط زیست، راندمان بالای انرژی، چگالی انرژی بالا [21] و قابلیت ذخیره سازی را ارائه میدهد. هیدروژن را میتوان از منابع مختلفی از جمله سوختهای فسیلی سنتی که معمولاً به عنوان هیدروژن خاکستری شناخته میشوند، تولید کرد. این فرآیندها با انتشار قابل توجه CO2 همراه هستند [22،23]. هیدروژنی که از سوختهای فسیلی تولید میشود اما با فناوری جذب و ذخیره کربن (CCS) کربنزدایی میشود، هیدروژن آبی نامیده میشود. اگرچه CCS انتشار CO2 از سوختهای فسیلی تولیدکننده هیدروژن را به میزان قابل توجهی کاهش میدهد، اما هزینههای مرتبط با ذخیرهسازی و حمل و نقل دیاکسید کربن میتواند منجر به هزینههای اضافی شود [24]. هیدروژن همچنین میتواند از الکترولیز آب با استفاده از انرژی تجدیدپذیر، که هیدروژن سبز نامیده میشود، تولید شود. انرژی باد و خورشید گزینههای بهینهای هستند که به دلیل ماهیت بدون انتشار و در دسترس بودن فراوانشان مورد استقبال قرار گرفتهاند. علاوه بر این، هیدروژن را میتوان از طریق الکتروکاتالیز یا تجزیه فوتوکاتالیستی آب تولید کرد که گزینهای بالقوه مقرون به صرفهتر و راحتتر از روشهای جایگزین است [25،26]. از این منظر، هیدروژن راهی عالی برای اتصال بخشهای انرژی تجدیدپذیر و حمل و نقل جادهای فراهم میکند [27].
هیدروژن دارای چگالی انرژی ۳۳.۶ کیلووات ساعت بر کیلوگرم است که تقریباً ۲.۷ برابر بیشتر از دیزل است. برای یک کامیون هیدروژنی با وزن ۴۹ تن و برد ۱۰۰۰ کیلومتر، تنها ۸۰ کیلوگرم هیدروژن کافی است. در مقابل، همتایان دیزلی در همان کلاس معمولاً به حدود ۳۰۰ کیلوگرم دیزل نیاز دارند. در مورد کامیونهای سنگین، استفاده از هیدروژن مزایای خاص خود را دارد – سوختگیری سریع و عملکرد عالی در شرایط سرما – مزایایی که از رویکردهای شارژ یا تعویض باتری پیشی میگیرد. در سال ۲۰۲۰، پنج وزارتخانه به رهبری وزارت دارایی ملی، کمیسیون توسعه و اصلاحات ملی و اداره ملی انرژی به طور مشترک «کاربرد نمایشی وسایل نقلیه پیل سوختی» را با تأکید ویژه بر پیشرفت وسایل نقلیه تجاری هیدروژنی به عنوان اولویت اصلی در حوزه حمل و نقل انرژی هیدروژنی منتشر کردند. «طرح میانمدت-بلندمدت برای توسعه صنعت انرژی هیدروژنی (2021-2035)» در سال 2022 ارائه شد که هدف آن دستیابی به تعداد 50،000 خودروی HFCV در چین تا سال 2025 است. صنعت HFCV به دلیل عواملی مانند بلوغ پایین فناوری، زیرساختهای ناقص و زنجیره توسعه نیافته صنعت انرژی هیدروژن، به کندی در حال پیشرفت است. علاوه بر این، عدم شناخت کافی مصرفکننده در مقایسه با خودروهای برقی، به کندی صنعتی شدن کمک کرده و بازار را در مراحل اولیه خود نگه داشته است. در عین حال، هیدروژن سبز مورد انتظار با هزینههای تولید و حمل و نقل نسبتاً بالایی همراه است و در حال حاضر فاقد رقابتپذیری موجود در منابع انرژی سنتی مانند دیزل و گاز طبیعی مایع است.
علیرغم اینکه دولت چین اهمیت ترکیب انرژی هیدروژن سبز و HFCVها را برای دستیابی به پیشرفتهای کم کربن در حمل و نقل جادهای، به ویژه در کاهش انتشار کربن در حمل و نقل جادهای طولانی، به رسمیت میشناسد، نقشه راه برای توسعه انرژی هیدروژن در حمل و نقل جادهای هنوز باید روشن شود. از این رو، کدام مسیرهای توسعه انرژی هیدروژن با ویژگیهای بازار حمل و نقل بار چین همسوتر هستند؟ چگونه مسیرهای مختلف در توسعه انرژی هیدروژن به کاهش انتشار کربن در آینده کمک میکنند؟ چین چگونه میتواند به هدف اوج کربن در حمل و نقل جادهای دست یابد؟ پیشبینی میشود کدام ساختار کامیون و ترکیب سوخت در بازار حمل و نقل بار آینده مؤثرترین باشند؟ به همین ترتیب، هیدروژن سبز، که به دلیل قابلیتهای قابل توجه کاهش کربن شناخته شده است، در چه مقطعی میتواند در بین مصرفکنندگان در بخش حمل و نقل بار چین پذیرفته شود؟ در سناریوهای مختلف توسعه، چه سطحی از تعهد و استانداردهای سیاستی برای هیدروژن سبز لازم است تا خود را به عنوان یک سوخت جایگزین رقابتی تثبیت کند؟
در صنعت حمل و نقل چین، مسائلی که در بالا ذکر شد، مانع پیشرفت انرژی هیدروژن و HFCVها میشوند و تمرکز اصلی تحقیقات ما در این مقاله را تشکیل میدهند. ادامه این مقاله به شرح زیر سازماندهی شده است: بخش 2 خلاصهای از ادبیات قبلی در مورد هیدروژن حمل و نقل و HFCVها را ارائه میدهد. بخش 3 روشهای تحقیق و منابع داده را ارائه میدهد. بخش 4 پنج مسیر برای پیادهسازی انرژی هیدروژن در حمل و نقل جادهای بار چین را بررسی میکند. نتایج شبیهسازی ارائه و مورد بحث قرار میگیرد. بخش 5 نتیجهگیری و پیامدهای سیاستی را پیشنهاد میدهد.(منبع).