![[09127409082]](https://barast.com/wp-content/uploads/2021/01/newlogo.png){kind=small}
گذار به ساخت و ساز با انتشار صفر: مطالعه تطبیقی لودرها و کامیونهای دیزلی و برقی در ساخت تونل نروژ
صنعت ساخت و ساز به طور فزایندهای به دنبال راهحلهای پایدار برای کاهش اثرات زیستمحیطی، به ویژه در حوزه عملیات ماشینآلات سنگین است. این مطالعه، تجزیه و تحلیل مقایسهای جامعی بین لودرها و کامیونهای دیزلی و برقی در زمینه ساخت تونل انجام میدهد و تمرکز ویژهای بر گذار به شیوههای بدون انتشار گازهای گلخانهای دارد. این مطالعه با تجزیه و تحلیل دادههای 30 سال پروژههای حفاری در تونلهای استاندارد جادهای نروژ در طول حفاری و انفجار تونل، اثرات زیستمحیطی، از جمله انتشار کربن، کاهش لایه ازن، تشکیل ذرات معلق و پتانسیل سمیت اکولوژیکی و سمیت انسانی را با استفاده از روشهای ارزیابی چرخه عمر ارزیابی میکند. مقایسه ماشینآلات دیزلی با ماشینآلات باتریدار برای طول تونل از 500 متر تا 5 کیلومتر نشان میدهد که تجهیزات باتریدار مزایای زیستمحیطی قابل توجهی دارند، به طوری که به ترتیب 83٪ و 80٪ در پتانسیل گرمایش جهانی، 75٪ و 73٪ در پتانسیل تخریب لایه ازن، 81٪ و 76٪ در تشکیل ذرات معلق و 76٪ و 71٪ در پتانسیل اسیدی شدن زمین کاهش مییابند. با این حال، استفاده از موتورهای باتریدار منجر به افزایش قابل توجه پتانسیل سمیت میشود، به طوری که مقادیر سمیت زیستمحیطی زمینی تقریباً 10 تا 11 برابر و سمیت انسانی 6 تا 7 درصد در مقایسه با ماشینهای موتور احتراق داخلی افزایش مییابد و طول تونلها را از 0.5 تا 5 کیلومتر در بر میگیرد. این امر نشاندهندهی یک بدهبستان در پذیرش برقرسانی است، که در آن انتشار CO2 کاهش مییابد اما سمیت زیستمحیطی زمینی افزایش مییابد. با افزایش طول تونل، به دلیل افزایش فعالیتهای حمل و نقل و بهبود راندمان بارگیری، میزان انتشار گازهای گلخانهای ناشی از حمل و نقل از میزان انتشار گازهای گلخانهای ناشی از بارگیری پیشی میگیرد. بنابراین، این تحقیق بر مزایای برقرسانی برای کاهش انتشار گازهای گلخانهای و پایداری تأکید میکند و بینشهای ارزشمندی را برای سیاستگذارانی که به دنبال شیوههای ساخت و ساز با انتشار صفر و همسو با تعهد نروژ به خنثیسازی کربن هستند، ارائه میدهد.
مقدمه
تغییرات اقلیمی، که عمدتاً ناشی از انتشار گازهای گلخانهای ناشی از فعالیتهای انسانی است، یکی از مهمترین چالشهای زمان ما را تشکیل میدهد. در این زمینه، بخش ساخت و ساز به دلیل تأثیر قابل توجه ماشینآلات سنگین بر محیط زیست، جایگاه قابل توجهی در انتشار گازهای گلخانهای جهانی دارد. این بخش به طور قابل توجهی در مصرف سوخت دیزل وسایل نقلیه موتوری و آلایندههای منتشر شده نقش دارد و از ۴۵٪ تا ۴۸٪ متغیر است (باراتی و شن ۲۰۱۹). به ویژه، ساخت و ساز جاده به عنوان یکی از عوامل اصلی کاهش منابع در اتحادیه اروپا شناخته شده است (استگر و بلیشویتز ۲۰۱۱)، که نقش محوری این بخش را در آلودگی محیط زیست و تغییرات اقلیمی برجسته میکند. در حالی که پیامدهای زیست محیطی حمل و نقل، به ویژه از نظر انتشار گازهای گلخانهای و تغییرات اقلیمی، به طور گسترده مورد تأیید قرار گرفته است، کامیونهای سنگین، با وجود اینکه تنها ۱٪ از وسایل نقلیه را تشکیل میدهند، ۲۵٪ از کل انتشار گازهای گلخانهای وسایل نقلیه را منتشر میکنند. اگرچه احتراق سوخت فسیلی در وسایل نقلیه همچنان عامل اصلی مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانهای در بخش حمل و نقل است، اما پرداختن به انتشار غیرمستقیم ناشی از عملیات تجهیزات سنگین میتواند منجر به کاهش قابل توجهی در انتشار کلی گازهای گلخانهای شود (باراندیکا و همکاران، ۲۰۱۳). این امر مستلزم درک جامع از ردپای زیستمحیطی این ماشینها و بررسی فناوریهای جایگزین برای کاهش تأثیر کربن آنها است. در نتیجه، صرفهجویی در مصرف انرژی، کاهش انتشار گازهای گلخانهای و ابتکارات زیستمحیطی کم کربن به عنوان الزامات اجتنابناپذیر برای پیشرفت اجتماعی ظهور کردهاند (ژو و همکاران، ۲۰۲۳، هوانگ و همکاران، ۲۰۱۸). با توجه به این سناریو، برقی کردن حمل و نقل، به ویژه وسایل نقلیه سنگین، ممکن است انتشار گازهای گلخانهای را کاهش داده و کمبود سوخت فسیلی را برطرف کند.
علاوه بر این، پیشرفتهای اخیر در برقیسازی سیستم انتقال قدرت، همراه با افزایش قیمت سوختهای فسیلی، علاقه به سیستمهای انتقال قدرت جایگزین برای تجهیزات ساختمانی را افزایش میدهد (Bilgin و همکاران، ۲۰۱۵). در حالی که بهرهوری انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانهای در وسایل نقلیه جادهای در اولویت قرار گرفتهاند، تغییر رو به رشدی به سمت برقیسازی در ماشینآلات خارج از جاده نیز وجود دارد (Lajunen و همکاران، ۲۰۲۴). با وجود اینکه وسایل نقلیه مسافربری تمرکز اصلی تلاشهای برقیسازی هستند، ماشینآلات ساختمانی در این زمینه توجه کمتری را به خود جلب کردهاند. دلیل این امر این است که فناوریها و زیرساختها در حال توسعه هستند. به طور خاص، فناوری باتری هنوز به اندازه کافی بالغ نشده است تا از عملیات بسیار فشرده مانند معدن و تونلسازی زیرزمینی که به قدرت کافی برای ماشینآلات برای انجام این کارها نیاز دارند، پشتیبانی کند (Vaccaro و همکاران، ۲۰۲۴). با این حال، عدم قطعیت در مورد روندهای سوخت فسیلی آینده و مقررات زیستمحیطی، علاقه به راهحلهای سیستم انتقال قدرت هیبریدی الکتریکی، کاملاً الکتریکی و مبتنی بر پیل سوختی برای تجهیزات ساختمانی را افزایش میدهد (Khan و Huang، ۲۰۲۳). بنابراین، انتظار میرود برقیسازی سیستم انتقال قدرت در سالهای آینده به عنوان یک روند قابل توجه در بخش ماشینآلات ساختمانی پدیدار شود.
آخرین تحقیقات، پتانسیل بهبود قابل توجه در بهرهوری انرژی از طریق سیستمهای انتقال قدرت جایگزین را برجسته کردهاند (Lajunen و همکاران، 2023). معماریهای مختلفی برای سیستمهای انتقال قدرت الکتریکی بررسی شده است که در آنها انرژی الکتریکی برای ابزارهای مختلف ساختمانی مفید شناخته شده است. پیشرفتهای تکنولوژیکی در باتریهای خودروهای الکتریکی میتواند عملیات ماشینآلات سنگین را تسهیل کند و در نتیجه مصرف انرژی ناشی از انتشار گازهای گلخانهای را کاهش دهد (Lajunen و همکاران، 2024). انواع مختلفی از برقرسانی در دسترس است که هر کدام مزایا و چالشهای متمایزی دارند. خودروهای الکتریکی هیبریدی (HEV) (Zacharof و همکاران، 2024)، موتور احتراق داخلی (ICE) را به سیستم پیشران الکتریکی اضافه میکنند، در حالی که خودروهای الکتریکی پیل سوختی (FCEV) از سلولهای سوختی هیدروژنی برای تولید برق استفاده میکنند (Pardhi و همکاران، 2022). خطوط برق هوایی (سیستمهای واگن برقی یا زنجیرهای) کامیونها و لودرهای سنگین را قادر میسازد تا مانند قطارهای برقی، از خطوط برق هوایی برق دریافت کنند. سیستمهای بازیابی انرژی جنبشی (KERS) انرژی را در طول ترمز یا کاهش سرعت جذب و ذخیره میکنند و به شتاب خودرو کمک میکنند (Glišović et al. 2021). خودروهای الکتریکی باتریدار (BEV) دارای بستههای باتری بزرگتری هستند که از طریق منبع تغذیه خارجی قابل شارژ هستند (Sandvik, 2021, TORO™, xxxx). مناسب بودن هر فناوری به عواملی مانند الزامات عملیاتی، شرایط محیطی و در دسترس بودن زیرساختها بستگی دارد.
نروژ، که به خاطر تعهدش به بیطرفی کربن شناخته شده است، محیطی ایدهآل برای کاوش در پروژههای زیرساختی نوآورانه فراهم میکند. استاتنس وِگِوِسن (اداره راههای عمومی نروژ) پیشگام ابتکاراتی در ترویج شیوههای ساختوساز بدون انتشار گازهای گلخانهای، بهویژه در ساخت تونل، که ماشینآلات سنگین نقش حیاتی ایفا میکنند، بوده است (وِگِوِسن ۲۰۲۰). در بخشهای مختلف مانند توسعه زیرساختها، معدن و ساختوساز، ماشینآلات سنگین همچنان برای فعالیتهای حملونقل و ساختوساز ضروری هستند. پروژههای اخیر، مانند پروژه تونل راگفست نروژ، بهطور فزایندهای ماشینآلات ساختمانی برقی را در خود جای دادهاند که بر گذار این بخش به سمت شیوههای پایدار تأکید دارد (SAT 2023) و (وِگِوِسن ۲۰۲۳). در ساخت تونل، بارگیری و حمل مصالح با استفاده از کامیون و لودر برای پیشرفت پروژه حیاتی است. زمین نروژ، که اغلب ناهموار است، مستلزم تونلهای طولانی است و تقاضا برای روشهای حمل و نقل کارآمد را افزایش میدهد (Huang et al. 2015b). روش تونلسازی نروژی (NMT) به دلیل تلاشهایش برای به حداقل رساندن اثرات زیستمحیطی از طریق روش تونلسازی نروژی شناخته شده است. تونلسازی با مته و انفجار (D&B)، به عنوان بخشی از آن، یک روش حفاری رایج است که برای محیطهای زیرزمینی متنوع مناسب است. نروژ با تکیه بر برق آبی، در حمایت از برقرسانی پیشرو است و یک راه حل پایدار برای تولید انرژی تقریباً بدون کربن ارائه میدهد. تونلهای نروژی که معمولاً از طریق تودههای سنگی قوی ساخته میشوند، زمینه منحصر به فردی را برای ارزیابی اثربخشی برقرسانی در کاهش انتشار گازهای گلخانهای مرتبط با بارگیری و حمل و نقل در طول فعالیتهای ساختمانی فراهم میکنند (Miliutenko et al. 2012). این تجزیه و تحلیل با مطالعات انجام شده روی تونلها در تودههای سنگی ضعیفتر، مانند مواردی که توسط (Xu et al. 2019) مورد بحث قرار گرفته است، متمایز است، جایی که شرایط زمینشناسی و عوامل انتشار ممکن است به طور قابل توجهی متفاوت باشند.
با توجه به چالشهای زیستمحیطی ناشی از فعالیتهای ساختمانی، بررسی فناوریهای جایگزین که قادر به کاهش اثرات زیستمحیطی آن باشند، امری ضروری است. در سطح جهانی، تلاشهایی برای کربنزدایی و کاهش انتشار CO2 در حال انجام است. هزینههای فنی بالاتر ممکن است مانع اصلی برای پذیرش پیشرانههای جایگزین در تجهیزات ساختمانی باشد. با این حال، مطالعات قبلی روی ماشینآلات و کامیونهای خارج از جاده نشان میدهد که حتی با وجود هزینههای اولیه بیشتر برای توسعه و قطعات، این هزینهها ممکن است در صورت در نظر گرفتن هزینههای طول عمر، منجر به بازده قابل توجهی شوند. ادبیات موجود به طور گسترده جنبههای متعددی از عملیات خودروهای الکتریکی (EV) را بررسی میکند. با این حال، بخش عمدهای از تلاشهای تحقیقاتی عمدتاً بر روی خودروهای سواری و اتوبوسهای ترانزیتی متمرکز بوده است؛ عمدتاً گزینههای سیستم انتقال قدرت انفرادی را بررسی میکند و بر لزوم مقایسه جامع بین خودروهای سوخت فسیلی و الکتریکی تأکید دارد. بررسی ادبیات قبلی، شکاف قابل توجهی را در مطالعاتی که تمام مراحل چرخه عمر یک پروژه ساخت تونل جادهای را پوشش میدهند، نشان داد. ادبیات موجود نشان میدهد که تمرکز غالب بر مطالعات تأثیر زیستمحیطی مربوط به زیرساختهای جادهای، به ویژه با تأکید بر مصالح ساختمانی، انفجار سنگ و سایر بلایای زمینشناسی (یانگ و همکاران، 2024)، روسازیها (بالاگوئرا و همکاران، 2018، تروپیا و همکاران، 2017)، برنامهریزی (کارلسون و همکاران، 2017، رودریگز و همکاران، 2024) و ارزیابیهای سطح ملی (گشوسر و والباوم، 2013) است، در حالی که توجه نسبتاً کمتری به ساخت تونل زیرزمینی میشود.
در حالی که مطالعاتی مانند (Huang et al. 2015a؛ (Miliutenko et al. 2012) و (Xu et al. 2019) اثرات زیستمحیطی عملیات تونلسازی را بررسی کردهاند، اما تمرکز اصلی آنها بر روی ماشینهای دیزلی سنتی بوده است. با این حال، مطالعات کمی امکانسنجی ماشینهای برقی را در زمینه ساخت تونل، به ویژه در شرایط منحصر به فرد تونلهای نروژ، ارزیابی کردهاند. ارزیابی اثربخشی و تأثیر زیستمحیطی عملیات بارگیری و حمل و نقل در ساخت تونل با استفاده از کامیونها و لودرها برای تضمین موفقیت و پایداری چنین پروژههایی ضروری است. با این حال، تا آنجا که ما میدانیم، هیچ مطالعهای وجود ندارد که اثرات زیستمحیطی چنین تجهیزاتی را با استفاده از برقرسانی، با در نظر گرفتن کل چرخه عمر، تجزیه و تحلیل کرده باشد. فقدان دادههای جامع در مورد ساخت تونل میتواند عامل مؤثری در این مشاهده باشد. بنابراین، یک تحلیل جامع چرخه عمر برای درک اثرات زیستمحیطی بسیار مهم است. آخرین مطالعات انجام شده توسط (SAT 2023) و (Vegvesen 2023) معیار قابل توجهی برای تجزیه و تحلیل ارائه میدهند و پتانسیل در حال تکامل ماشینآلات ساختمانی برقی در عملیات تونل را نشان میدهند. این مقاله یک LCA مقایسهای از تجهیزات بارگیری و حمل و نقل مورد استفاده در تونلسازی با سوخت دیزل و باتری، با تمرکز بر عملیات حفاری و انفجار، انجام میدهد. این مطالعه بر اساس 30 سال دادههای تونلسازی نروژ، اثرات زیستمحیطی تجهیزات دیزلی و برقی را با تأکید بر کاهش انتشار گازهای گلخانهای در طول ساخت تونل در شرایط واقعی مقایسه میکند. این مقاله با ارزیابی سهم خاص انتشار گازهای گلخانهای از لودرها و کامیونهای دیزلی و برقی، بر یافتهها بنا شده و یک تحلیل جامع برای پر کردن شکاف موجود در تحقیقات موجود ارائه میدهد.
این مطالعه به دو سوال اصلی میپردازد:
• چگونه گذار از ماشینآلات سنتی دیزلی به وسایل نقلیه باتری-الکتریکی برای بارگیری و حمل و نقل در ساخت تونل، بر پایداری محیط زیست، به ویژه در کاهش انتشار گازهای گلخانهای در طول حفاری و انفجار تونل، تأثیر میگذارد؟
• پیامدهای زیستمحیطی برقی کردن ماشینآلات، به ویژه در محیط تونل، در طولهای مختلف تونل چیست؟
بنابراین، این تحقیق با هدف ترویج شیوههای ساخت و ساز بدون انتشار گازهای گلخانهای و پایداری در صنعت انجام میشود. با حمایت از استفاده از ماشینآلات برقی، از تلاشهای نروژ برای دستیابی به شیوههای ساخت و ساز سبزتر مطابق با اهداف جهانی آب و هوا حمایت میکند.(منبع).