Porovnanie emisií produkovaných CNG a elektrickými vozidlami

Je nezmysel myslieť si, že elektrifikované riešenia a technológie na zemný plyn by si navzájom konkurovali. Dopravný sektor bude naďalej používať spaľovacie motory aj v rôznych hybridných aplikáciách a tieto motory musia byť napájané najčistejšími dostupnými palivami.

https://www.sytner.co.uk/news/seat-test-landfill-biofuel/

Kvôli stále zvyšujúcemu sa dopytu po energii je dekarbonizácia najväčším problémom dopravy v Európe aj napriek neustálemu zefektívňovaniu prevádzky vozidiel. Emitovanie COemisií v doprave stále rastie. V sektore osobnej dopravy, v roku 2018 priemerné emisie COstúpli o 1,7% oproti roku 2017. Údaje zo štúdie Europe an Environmental Agency EEA.

Do roku 2025 a 2030 boli nastavené nové emisné limity CO2. Emisné limity boli revidované pre sektor „light-duty“ osobnú dopravu ale konečne po prvýkrát aj pre „heavy-duty“ nákladnú dopravu. Tieto limity boli nastavené podľa výsledkov metodiky merania COvýfukových plynov.

Vysvetlíme si prečo metodika merania výfukových plynov je limitovaný nástroj pre zistenie uhlíkovej stopy vozidla.

Prečo merať CO2 emisie z výfuku ?

Meranie výfukových plynov bolo vytvorené pre určovanie spotreby paliva vozidla. Výsledky sú vypočítané cez takzvanú „uhlíkovú bilanciu“ , ktorá prináša kompletný uhlíkový obsah cez CO2, CO a THC (Total Unburnt Hydrocarbons – všetky nespálené uhľovodíky) a následne tieto hodnoty premení do korešpondujúcich hodnôt paliva.

Metodiku merania výfukových plynov CO2 môžeme používať na porovnávanie efektivity vozidiel iba vtedy ak nie je používaný žiaden iný zdroj energie (hybrid). Ale ak elektricky nabíjateľné vozidlá (PHEV, BEV) sú merané, elektrická energia nie je nijako zachytená v meraniach výfukových plynov a tým pádom vytvára vozidlo dojem nulových emisií. Realita je taká, že uhlíková stopa z produkcie elektrickej energie je rozdielna naprieč Európou. Priemernou hladinou produkovaných emisií, pri produkcii el. energie, je 106 g CO2/MJ ( podľa https://www.electricitymap.org)

Pokiaľ ide o kategóriu palív, keď sú testované obnoviteľné palivá (ako napríklad obnoviteľný plyn – biometán), metodika merania výfukových plynov CO2 naďalej vyhodnocuje spotrebu paliva ale je úplne „slepá“ oproti výhodam pri meraní metodikou well-to-tank (WtT), ktoré sa objavujú pri obnoviteľných palivách.

Metodika merania výfukových plynov CO2 nevie oceniť ani zistiť žiaden rozdiel medzi fosílnymi palivami a obnoviteľnými alternatívami. ( zemný plyn vs biometán)

Tento spôsob merania dokáže rozpoznať obnoviteľné palivo iba ak má rozdielnu uhlíkovú stopu od fosílneho paliva, čo nie je prípad zemného plynu.

V prípade obnoviteľného plynu, biometánu alebo syntetického metánu, finálny produkt je rovnaký ako zemný plyn. Tým pádom COemisie namerané z výfuku sa nelíšia. Aj keď to nie je relevantné pre stanovenie spotreby paliva vozidla, nejedná sa o dekarbonizáciu, čo je hlavným cieľom momentálne v doprave.

V skutočnosti emitovanie COdo ovzdušia spaľovaním obnoviteľného paliva je vyvážené tým, že zachytávanie COz ovzdušia a premieňanie ho na biomassu vytvára základnú surovinu pre výrobu paliva.

Výsledkom je, že čisté emisie COgenerované z obnoviteľných palív sú emisie spojené s procesom premeny biomasy na palivo a jeho distribúciou, ako je znázornené na nasledujúcom obrázku:
 

https://www.ngva.eu/medias/co2-emissions-and-carbon-neutrality/

Ľudsky povedané, tým že spotrebovaná CO2 biomasou slúži ako surovina pre palivo tak emisie, ktoré sú z tohto paliva emitované sa rovnajú využitým emisiám COpotrebným pre výrobu paliva.

Z toho dôvodu, ak sa pozrieme len na metodiku merania emisií z výfukových plynov CO2, nedokážeme odmerať celkový vplyv vozidla na emisie skleníkových plynov (GHG emissions).

S týmto prístupom, elektrické vozidlá s batériou alebo plug-in hybridy vychádzajú ako najúčinnejšie technológie pre splnenie nových emisných štandardov, ale vedie to k rozporu s „technologicky neutrálnym“ prístupom v doprave.

Vzhľadom na komplexnosť budúcich konštrukcií vozidiel a rastúcu kombináciu obnoviteľných zdrojov energie používaných na výrobu palív a elektriny sú výsledky z metodiky merania výfukových plynov výrazne obmedzené.

Z tohto hľadiska je meranie emisií z výfukových plynov ako pozeranie sa cez „ružové okuliare“, ktoré umožňujú iba čiastočný pohľad na celý problém.

Well- to-Wheel (WtW) metodika merania
(od zdroja ku kolesám)

Metodika WtW je prvým krokom na porovnanie vplyvu rôznych riešení na emisie skleníkových plynov (GHG). WtW vyplýva zo spojenia 2 spôsobov meraní:

  • Tank to Wheel (TtW) – emisie z výfukových plynov
  • Well to Tank (WtT) – od zdroja do nádrže

Patrí sem COgenerované počas výroby palivaprepravu paliva na čerpaciu stanicu výdaj paliva do nádrže vozidla.
 

https://www.ngva.eu/medias/co2-emissions-and-carbon-neutrality/

Ďalším krokom je porovnanie rôznych motorizácií a palív, kombinácie toho čo sa meria z výfukových plynov a čo je generované z toho ktorého paliva (elektrické vozidlá, plug-in hybridy, PHEVs alebo obidve). Výsledky týchto ukazovateľov sú ukázané v nasledujúcej tabuľke vo vzťahu k takzvanému „medium passeneger cars“ – priemerné osobné vozidlo, C-segment. Spotreba paliva a spotreba energie pre elektrifikované riešenia boli dohodnuté na internej báze v NGVA Europe na základe prieskumu trhu (spotreba elektrického vozidla s batériou = 14,5 kWh/100km), zatiaľ čo údaje WtT boli spracované počnúc posledným súborom údajov, ktorý predstavila spoločnosť Concawe na EUSEW, očakávajúc 5 verziu štúdie WtW od konzorcia JEC.
 

https://www.ngva.eu/medias/co2-emissions-and-carbon-neutrality/

Výsledok, ktorý vieme zhodnotiť na základe tabuľky porovnávajúcu bežne používané palivá s elektrickými riešeniami:

  • Na základe TtW metodiky elektrické riešenia ponúkajú najlepší výsledok
  • S ohľadom na aktuálny EU energetický mix (106g CO2/MJ), WtT- COpríspevok z elektrických vozidiel s batériou (BEV) je približne dvojnásobný v porovnaní s bežnými palivami
  • Na základe WtW metodiky, BEV ponúkajú lepší výsledok v porovnaní s bežnými palivami vďaka vyššej efektivite motorizácie

Teraz sa pozrime na zemný plyn a obnoviteľný plyn

Zemný plyn má priamy vplyv na emisie z výfukových plynov, emitované COje približne o 23% nižšie ako pri bežných palivách.

V tejto časti článku porovnáme CNG (stlačený zemný plyn) riešenia a elektrické vozidlá s batériami (BEV) s pohľadom na dnešok a energetický mix v roku 2030.

Pre produkciu elektriny je momentálny Európsky energetický mix 106g CO2/MJ. JEC (spolupráca medzi Európskou komisiou JRC, EUCAR, CONCAWE) predpovedá v roku 2030 energetický mix 72g CO2/MJ. S energetickou spotrebou elektrických vozidiel 14,5 kWh/100km, celková WtW emisií v2030 by mali dosiahnuť úroveň 37g CO2/km.
 

https://www.ngva.eu/medias/co2-emissions-and-carbon-neutrality/

CNG vozidlá s 94g CO2/km emisií z výfukových plynov generujú 114g CO2/km s metodikou merania WtW pri použití zemného plynu ako fosílne palivo.

Keď vezmeme do úvahy rôzne možnosti ako:

  • konverzia biomasy (komunálny odpad a kvapalné hnojivo)
  • výroba syntetického metánu z Ha CO2
    môžeme docieliť obrovské benefity v oblasti emitovaných emisií.

Z metodiky WtW sú produkované emisie CNG vozidiel nasledovné:

  • s biometánom z komunálneho odpadu cca 17g CO2/km
  • s „power to methane“ (syntetický metán) cca 7g CO2/km
  • s biometánom z kvapalného hnojiva cca -171g CO2/km

Tieto výsledky ukazujú, že máme už dnes dostupnú technológiu výrazne pôsobiacu na znižovanie globálnych skleníkových plynov (GHG emissions):

  • s čistým biometánom z komunálneho odpadu je uhlíková stopa podľa WtW metodiky lepšia ako pri elektrických vozidlách s batériami (BEV)
  • s „power to methane“ technológiou (syntetickým metánom) je uhlíková neutralita dosiahnuteľná
  • keď premeníme kvapalné hnojivo na biometán, docielime negatívne emisie

Čo to znamená, že sú emisie negatívne ? znamená to, že dokážeme zachytávať a premieňať COz atmosféry takže poskytujeme rovnakú funkciu ako lesy = absorbovanie CO2.

Jednoducho presunom z metodiky merania emisií COvýfukových plynov na WtW (well-to-wheel) metodiku si uvedomíme, že je množstvo iných riešení ako elektrifikácia, ktoré môžu efektívne prispievať k dekarbonizačnému procesu.

Z dôvodu okamžitej naliehavosti a potreby začať s obmedzovaním emisií CO2 z dopravného sektoru musíme zachovať otvorený legislatívny rámec, v ktorom môžeme znásobiť a určiť možnosti pre uskutočniteľné riešenia.

Veľkou príležitosťou, ktorú ponúka infraštruktúra (plynová sieť) a vozidlá na CNG (stlačený zemný plyn), je to, že sú plne kompatibilné so 100% obnoviteľným plynom s nulovými dodatočnými nákladmi !

Je nezmysel myslieť si, že elektrifikované riešenia a technológie na zemný plyn by si navzájom konkurovali. Dopravný sektor bude naďalej používať spaľovacie motory aj v rôznych hybridných aplikáciách a tieto motory musia byť napájané najčistejšími dostupnými palivami. A zemný a obnoviteľný plyn je tu, aby svoje výhody ukázal celému svetu.

 

Vypracoval a preložil
Ing. Michal Smolnický
Zdroj: https://www.ngva.eu/medias/co2-emissions-and-carbon-neutrality/

Prázdny