![[09127409082]](https://barast.com/wp-content/uploads/2021/01/newlogo.png){kind=small}
تحلیل چرخه خودرو و چرخه عمر کامیونهای نیمه سنگین و سنگین در ایالات متحده
وسایل نقلیه نیمه سنگین و سنگین بخش قابل توجهی (25٪) از انتشار گازهای گلخانهای (GHG) مرتبط با حمل و نقل در ایالات متحده را تشکیل میدهند. تلاشها برای کاهش این انتشارها در درجه اول بر روی هیبریدهای دیزلی، پیلهای سوختی هیدروژنی و وسایل نقلیه الکتریکی باتریدار متمرکز است. با این حال، این تلاشها شدت بالای انرژی تولید باتریهای لیتیوم (Li)-یونی و فیبر کربن مورد استفاده در وسایل نقلیه پیل سوختی را نادیده میگیرند. در اینجا، ما یک تحلیل چرخه عمر انجام میدهیم تا تأثیرات چرخه تولید خودرو را برای کامیونهای کلاس 6 (وانت و تحویل، PnD) و کلاس 8 (کابین یک روزه و تختدار) با پیشرانههای دیزلی، الکتریکی، پیل سوختی و هیبریدی مقایسه کنیم. ما فرض میکنیم که همه کامیونها در سال 2020 در ایالات متحده تولید شده و طی سالهای 2021 تا 2035 فعالیت داشتهاند و ما یک فهرست جامع از مواد برای همه کامیونها تهیه کردهایم. تجزیه و تحلیل ما نشان میدهد که سیستمهای رایج (تریلر/ون/جعبه، بدنه کامیون، شاسی و بالابرهای دروازهای) بر انتشار گازهای گلخانهای چرخه خودرو (سهم ۶۴ تا ۸۳ درصد) از پیشرانههای دیزلی، هیبریدی و پیل سوختی تسلط دارند. در مقابل، سیستمهای پیشرانه (باتریهای لیتیوم-یون و سیستمهای پیل سوختی) سهم قابل توجهی در این انتشار گازهای گلخانهای برای پیشرانههای الکتریکی (۴۳ تا ۷۷ درصد) و پیل سوختی (۱۶ تا ۲۷ درصد) دارند. این سهم چرخه خودرو ناشی از استفاده گسترده از فولاد و آلومینیوم، شدت بالای انرژی/گازهای گلخانهای تولید باتریهای لیتیوم-یون و فیبر کربن و برنامه جایگزینی باتری فرضی برای کامیونهای برقی کلاس ۸ است. تغییر از سیستم انتقال قدرت دیزلی مرسوم به سیستمهای انتقال قدرت الکتریکی و پیل سوختی جایگزین باعث افزایش انتشار گازهای گلخانهای در چرخه خودرو (به ترتیب ۶۰ تا ۲۸۷ درصد و ۱۳ تا ۲۹ درصد) میشود، اما با در نظر گرفتن چرخههای ترکیبی خودرو و سوخت (کلاس ۶: ۳۳ تا ۶۱ درصد، کلاس ۸: ۲ تا ۳۲ درصد) منجر به کاهش قابل توجه گازهای گلخانهای میشود که مزایای این تغییر در سیستمهای انتقال قدرت و زنجیره تأمین انرژی را برجسته میکند. در نهایت، تغییر بار مفید به طور قابل توجهی بر عملکرد نسبی چرخه عمر سیستمهای انتقال قدرت مختلف تأثیر میگذارد، در حالی که شیمی کاتد LIB تأثیر ناچیزی بر گازهای گلخانهای در چرخه عمر BET دارد.
مقدمه
تهدیدات فزاینده زیستمحیطی ناشی از تغییرات اقلیمی (IPCC، 2021) ایالات متحده را بر آن داشته است تا با استفاده از سوختها و فناوریهای جایگزین، برای انتشار گازهای گلخانهای (GHG) به صفر خالص تلاش کند (CoP26، 2021). این جایگزینها برای بخش حمل و نقل که بیشترین درصد گازهای گلخانهای را در کشور منتشر میکند، حیاتی هستند (U.S. DOE، 2021). تمرکز اصلی تلاشهای ایالات متحده بر گذار از موتورهای احتراق داخلی مبتنی بر نفت به برقیسازی از طریق هیبریداسیون، باتریها و فناوریهای پیل سوختی است (Kluschke و همکاران، 2019؛ Cunanan و همکاران، 2021). این تغییر که در ابتدا در وسایل نقلیه سبک (LDV) اتخاذ شد، اکنون در وسایل نقلیه متوسط و سنگین (MHDV) نیز در حال وقوع است. این گذار مهم است زیرا خودروهای MHDV با وجود سهم ناچیزشان (5%) از ناوگان خودروهای جادهای کشور، دومین درصد بالای انتشار گازهای گلخانهای را در بخش حمل و نقل ایالات متحده به خود اختصاص میدهند (وزارت انرژی ایالات متحده، 2021؛ دیویس و باندی، 2021). با این حال، این تغییر نیازمند تجزیه و تحلیل دقیق اثرات زیستمحیطی مرتبط با تولید پیشرانههای جایگزین است، زیرا آنها از مقدار قابل توجهی مواد انرژیبر مانند باتریها (MHDVهای برقی) (دان و همکاران، 2014) و فیبر کربن (مخازن هیدروژن [H2] در MHDVهای پیل سوختی) استفاده میکنند (جانسون و سالیوان، 2014؛ گوش و همکاران، 2021). این تجزیه و تحلیل همچنین با توجه به تقاضای رو به رشد برای تحویل مستقیم کالا به مصرفکننده – روندی که انتظار میرود در آینده سرعت بگیرد (هو، 2021) – به طور فزایندهای مرتبط است.
تحلیل چرخه عمر (LCA) روش پیشفرض تحلیلگران برای تعیین اثرات زیستمحیطی محصولات، شناسایی عوامل اصلی مؤثر بر این اثرات و درک دلایل سهم برجسته در مراحل مختلف چرخه عمر است (Hellweg and Canals, 2014). محققان از LCA به طور گسترده برای مطالعه فناوریهای انرژی متعدد، از جمله فناوریهای مرتبط با حمل و نقل، استفاده کردهاند. برای خودروهای MHDV، LCA عمدتاً برای تحلیل «چاه تا چرخ» یا چرخه سوخت برای ارزیابی کاهش انتشار گازهای گلخانهای و گازهای خروجی از اگزوز با تغییر از دیزل به سوختهای جایگزین مانند سوختهای زیستی و برق استفاده شده است. در مقابل، تنها تعداد کمی از مطالعات، چرخه حمل و نقل MHDVها را تجزیه و تحلیل کردهاند.
برای پر کردن شکاف موجود در ادبیات، ما یک LCA جامع از سه MHDV در چرخههای حمل و نقل مربوطهشان انجام دادیم: کامیونهای کلاس 6 برای تحویل و تحویل (PnD) و کامیونهای کلاس 8 منطقهای با کابین روز و کابین خوابدار برای مسافتهای طولانی. کامیونهای کلاس 8 به دلیل کاربرد گستردهشان در حمل و نقل بار سنگین برای مسافتهای طولانی و کاربردهای منطقهای انتخاب شدند (شورای ملی تحقیقات، 2010، صفحات 5-42؛ لوول و کالکین، 2021). کامیونهای کلاس 6 PnD، وسایل نقلیه با ظرفیت متوسط هستند که برای تحویل کالا در آخرین مایل در نظر گرفته شدهاند و بیشترین انرژی را در بین تمام کاربردهای نهایی این کلاس از وسایل نقلیه مصرف میکنند (کای و همکاران، 2015؛ لوول و کالکین، 2021).
برای هر کلاس خودرو، ما عملکرد زیستمحیطی سه سیستم انتقال قدرت را ارزیابی کردیم: (الف) کامیون با موتور دیزل احتراق تراکمی معمولی یا کامیون با موتور احتراق داخلی (ICET)؛ (ب) کامیون برقی باتریدار (BET)؛ و (ج) کامیون برقی پیل سوختی (FCET) که از H2 گازی به عنوان سوخت اصلی خود استفاده میکند. برای کامیونهای کلاس 6، ما همچنین یک سیستم انتقال قدرت چهارم را بررسی کردیم: یک کامیون برقی هیبریدی (HET) با موتور احتراق تراکمی به عنوان منبع انرژی اصلی. با استفاده از فهرست جامع مبتنی بر فرآیند ما برای این خودروها (Iyer و همکاران، 2021؛ Iyer و Kelly، 2022)، ما اثرات زیستمحیطی چرخه خودرو آنها را با استفاده از مدل GREET® (گازهای گلخانهای، انتشار گازهای گلخانهای تنظیمشده و مصرف انرژی در فناوریها) 2021 آزمایشگاه ملی آرگون (Argonne، 2021a؛ Wang و همکاران، 2021) تعیین و سپس مقایسه کردیم. همچنین، برای اینکه نتایج چرخه خودرو در چارچوب مناسب قرار گیرد، آنها را با نتایج چرخه سوخت بهدستآمده با استفاده از GREET 2021 برای همه MHDVها ترکیب کردیم تا تأثیر مربوطه آنها را بر نتایج چرخه عمر درک کنیم. علاوه بر این، ما تعدادی تحلیل مبتنی بر سناریو انجام دادیم تا تأثیر تغییرات در بار مفید و شیمی باتری لیتیوم-یونی بر تأثیرات چرخه عمر MHDV برای پیشرانههای مختلف را درک کنیم.(منبع).