مقایسه زیست‌محیطی و اقتصادی کامیون‌های دیزلی و برقی در عملیات معدنکاری روباز

بخش معدن جهانی ۴ تا ۷ درصد از انتشار گازهای گلخانه‌ای (GHG) را تشکیل می‌دهد. شرکت‌های معدنی قصد دارند تا سال ۲۰۵۰ انتشار گازهای گلخانه‌ای حوزه ۱ و ۲ را برای عملیات پایدار زیست‌محیطی به شدت کاهش دهند. گذار از ناوگان حمل و نقل دیزلی به تمام برقی، رویکردی امیدوارکننده برای حذف انتشار گازهای گلخانه‌ای حوزه ۱ و همسو شدن با اهداف خالص صفر است. استفاده از وسایل نقلیه الکتریکی باتری‌دار در صنعت، پتانسیل افزایش بهره‌وری عملیاتی را با کاهش هزینه‌های عملیاتی، کاهش مصرف انرژی و کاهش قابل توجه انتشار گازهای گلخانه‌ای دارد. با این حال، با پیشرفت برق‌رسانی، نگرانی‌هایی در مورد قابلیت اطمینان، بهره‌وری، نگهداری، محدودیت‌های ظرفیت و هزینه‌های مرتبط ایجاد می‌شود. این تحقیق به بررسی تأثیر احتمالی گازهای گلخانه‌ای ناشی از گذار به کامیون‌های برقی در حمل و نقل روباز می‌پردازد. یک مدل شبیه‌سازی رویداد گسسته به عنوان یک چارچوب کلی برای مقایسه تقاضای دیزل و برق سیستم‌های حمل و نقل، با در نظر گرفتن عواملی مانند سرعت، بار، تعمیر و نگهداری و تاب‌آوری در آب و هوای نامساعد، توسعه داده شد. سپس، یک ارزیابی اقتصادی بر اساس تقاضای انرژی حمل و نقل، پتانسیل صرفه‌جویی در هزینه‌های عملیاتی برای کامیون‌های برقی را شناسایی کرد. نتایج مدل‌سازی ما نشان می‌دهد که انتشار گازهای گلخانه‌ای می‌تواند در یک مورد فرضی تا 92.6 درصد به طور قابل توجهی کاهش یابد و هزینه‌های عملیاتی نیز می‌تواند 40 تا 62 درصد کاهش یابد که نشان‌دهنده مزایای زیست‌محیطی و اقتصادی هم‌افزایی برق‌رسانی در عملیات معدن است.

مقدمه

صنعت معدن در آستانه‌ی گذار به سمت عملیات معدنکاری با ردپای کم زیست‌محیطی است. در آغاز دهه‌ی 2020، شرکت‌های معدنی چندملیتی متعهد شدند که تا سال 2050 به انتشار کربن خالص صفر برسند تا به اهداف توافق‌نامه‌ی پاریس دست یابند (سازمان ملل، 2015). همچنین، فشار ذینفعان برای اقدام در مورد تغییرات اقلیمی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای (GHG) یکی از محرک‌های اصلی برای تبدیل شدن گازهای گلخانه‌ای به اولویت اصلی صنعت معدن است (KPMG International، 2023). برای دستیابی به اهداف انتشار خالص صفر، استراتژی‌هایی که این شرکت‌های چندملیتی قصد دارند در سال‌های آینده دنبال کنند. شرکت‌های معدنی پیشرو مانند آنگلو امریکن، نیومونت و ویل در حال بررسی اهداف انرژی تجدیدپذیر و تغییر سوخت برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در محدوده‌ی 1 و 2 در حین عملیات خود هستند (ویل، 2022). شرکت‌های معدنی بیشتری از این روند پیروی کرده و شروع به تخمین انتشار گازهای گلخانه‌ای در زنجیره‌های ارزش خود کرده‌اند.

انتشار گازهای گلخانه‌ای در صنعت معدن در سه حوزه اصلی بررسی می‌شود (ICMM، 2023). انتشار گازهای گلخانه‌ای در حوزه 1، انتشار مستقیم ناشی از عملیات معدنکاری، مانند عملیات تولید، سوزاندن متان و مصرف سوخت فسیلی توسط تجهیزات در طول عملیات واحد است. از سوی دیگر، حوزه 2 تمام انتشارهای غیرمستقیم تولید شده از تولید برق برای فعالیت‌های معدنی را پوشش می‌دهد. حوزه 3 تمام انتشارهای غیرمستقیم دیگر در زنجیره ارزش، از جمله خرید کالاها و خدمات، دارایی‌های اجاره‌ای بالادستی، ضایعات تولید شده در عملیات و فعالیت‌های مرتبط با انرژی را پوشش می‌دهد (ICMM، 2023). در حالی که شرکت‌های معدنی کنترل مستقیمی بر انتشار گازهای گلخانه‌ای حوزه 3 ندارند، تمرکز اصلی آنها به کاهش تأثیر انتشار گازهای گلخانه‌ای حوزه 1 و حوزه 2 تغییر یافته است که مسئول 4 تا 7 درصد از انتشار گازهای گلخانه‌ای جهانی در بخش معدن هستند. به همین ترتیب، این شرکت‌ها به طور فعال در حال بررسی نوسازی ناوگان خود با گزینه‌های سازگارتر با محیط زیست و استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر برای تأمین نیازهای انرژی عملیات معدن هستند. جایگزینی کامیون‌های دیزلی سنتی با وسایل نقلیه الکتریکی باتری‌دار نویدبخش کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در عملیات معدنکاری است و به طور بالقوه آلودگی، هزینه‌های عملیاتی و الزامات نگهداری کمتری را به همراه خواهد داشت.

معرفی تجهیزات الکتریکی به سیستم‌های حمل و نقل مستلزم بررسی دقیق عوامل مختلف اقتصادی و زیست‌محیطی در مرحله برنامه‌ریزی است. این ملاحظات با پرداختن به مسائل مربوط به انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از عملیات حمل و نقل و تأثیرگذاری بر هزینه‌های کلی معدن، به طور قابل توجهی بر امکان‌سنجی پروژه تأثیر می‌گذارند. بنابراین، برنامه‌ریزی و تجزیه و تحلیل کامل برای اطمینان از سودآوری مالی عملیات معدن بسیار مهم است (Bazzazi et al., 2008). هزینه‌های حمل و نقل بیش از 50 درصد از هزینه‌های معدن در معادن کوچک تا متوسط و تا 60 درصد از هزینه‌های معدن در عملیات بزرگ معدن روباز را تشکیل می‌دهد. در یک عملیات معدن روباز که از سیستم کامیون و بیل برای جابجایی مواد زائد و سنگ معدن استفاده می‌کند، هزینه‌های نگهداری تقریباً 30 تا 50 درصد از کل هزینه‌های حمل و نقل را تشکیل می‌دهد (Topal and Ramazan, 2010). با توجه به اینکه عملیات معدن بسیار گران است، حتی پیشرفت‌های جزئی در سیستم‌های حمل و نقل می‌تواند با کاهش هزینه‌های عملیاتی، بر امکان‌سنجی پروژه تأثیر قابل توجهی بگذارد.

با توجه به اثرات زیست‌محیطی آنها، صنعت معدن با یک تصمیم حیاتی در مورد جایگزینی تجهیزات با برق یا دیزل روبرو است. استفاده از ماشین‌آلات دیزلی در تجهیزات سیار هنوز بخش قابل توجهی از مصرف انرژی در صنعت معدن را تشکیل می‌دهد که تقریباً 46٪ از کل انرژی مورد استفاده در عملیات معدن را تشکیل می‌دهد (آلن و بوکانان، 2021). کامیون‌های حمل و نقل دیزلی به دلیل ظرفیت بارگیری قابل توجه، انعطاف‌پذیری و راندمان حمل و نقل، در عملیات معدن روباز غالب هستند (جین و همکاران، 2018؛ سانچز و هارتلیب، 2020). وسایل نقلیه دیزلی و برقی (EV) مزایا و چالش‌های متمایزی را در صنعت معدن ارائه می‌دهند. وسایل نقلیه دیزلی که با انرژی ویژه بالاتر و هزینه‌های سرمایه‌ای پایین‌تر مشخص می‌شوند، با راندمان پایین (حدود 35٪)، نیازهای نگهداری بالا و مسائل زیست‌محیطی مانند سر و صدا و انتشار گازهای گلخانه‌ای مواجه هستند. در مقابل، خودروهای برقی راندمان موتور الکتریکی بالاتری (>95%)، نیاز به نگهداری کمتری و مزایای زیست‌محیطی بیشتری دارند (Ertugrul و همکاران، 2020). علاوه بر این، بررسی ادبیات ما نشان می‌دهد که راندمان کلی مخزن به چرخ کامیون‌ها با برق‌رسانی مستقیم تقریباً 77% است (Transport & Environment، 2020). در مورد برق‌رسانی معادن زیرزمینی، پیش‌بینی می‌شود استفاده از خودروهای برقی باتری‌دار (BEVs)، که در کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و محدود کردن اثرات زیست‌محیطی نقش دارند، منجر به صرفه‌جویی قابل توجه انرژی در سیستم‌های تهویه و خنک‌کننده در عملیات معدنکاری شود.

همانطور که بررسی شد، کمبود برنامه‌های مدل‌سازی که انتشار گازهای گلخانه‌ای و سایر عوامل خارجی مانند آب و هوای شدید را در شرایط تغییرات اقلیمی هنگام مقایسه کامیون‌های حمل و نقل برقی و دیزلی در عملیات معدن در نظر بگیرند، وجود دارد. برای بررسی تأثیر احتمالی تصمیمات جایگزینی ناوگان، ما یک چارچوب شبیه‌سازی جدید را برای برجسته کردن پیامدهای زیست‌محیطی و اقتصادی جایگزینی واحدهای حمل و نقل دیزلی با کامیون‌های باتری‌دار در زمینه معدنکاری روباز معرفی می‌کنیم. سهم اصلی این مطالعه در توسعه یک مدل شبیه‌سازی رویداد گسسته (DES) است که به طور مؤثر عملیات حمل و نقل در معدن را با در نظر گرفتن عوامل خارجی مانند دما و بارندگی و تأثیر آنها بر مصرف انرژی تکرار می‌کند. با پیوند دادن این عوامل به انتشار گازهای گلخانه‌ای در محدوده ۱ و ۲، این مطالعه یک روش معیارسنجی جدید را معرفی می‌کند که تصمیم‌گیری عملیاتی برای جایگزینی ناوگان را با اهداف موجود در طرح جامع کربن‌زدایی شرکتی مرتبط می‌کند. (منبع).