Przyszłość układów napędowych pojazdów użytkowych

Przyszłość układów napędowych pojazdów użytkowych Daimler Truck
Bogdan Kruk
15.5.2024

Wraz z dynamicznym rozwojem innowacyjnych technologii przyszłość układów napędowych w pojazdach użytkowych nabiera coraz większego znaczenia. Elektryfikacja flot pojazdów i rozwój alternatywnych źródeł energii to tylko niektóre z obszarów, które kształtują ewolucję tej kluczowej gałęzi transportu.

  • Porozumienie Paryskie a zmniejszenie wpływu transportu drogowego na środowisko naturalne. Branżowa transformacja ekologiczna.
  • Przełomowe technologie napędzające przejście na gospodarkę niskoemisyjną. 
  • Infrastruktura ładowania e-pojazdów i tankowania wodoru. Realizacja rozporządzenia AFIR.

W 2015 r. w Paryżu podpisano Porozumienie Paryskie, które było przełomowym momentem w globalnych działaniach na rzecz ochrony klimatu i przeciwdziałania zmianom klimatycznym. Jednym z kluczowych celów tego historycznego porozumienia było zobowiązanie wszystkich państw do podjęcia działań, które mają na celu ograniczenie emisji gazów cieplarnianych (w tym emisji CO2). Ten ambitny cel, podkreślony w porozumieniu, skłonił wiele krajów do zintensyfikowania wysiłku w różnych sektorach gospodarki, także w branży transportowej.

Rygorystyczne normy CO2 dla pojazdów ciężkich 

Dla sektora transportu drogowego, który jest jednym z głównych emitentów gazów cieplarnianych, Porozumienie Paryskie było impulsem do podjęcia konkretnych działań, których celem jest zmniejszenie wpływu transportu drogowego na środowisko naturalne. W 2019 r., w ramach pierwszego etapu ustaleń, określono emisje dwutlenku węgla dla czterech grup najbardziej emisyjnych pojazdów ciężkich – które odpowiadały za ok. 65–70% wszystkich emisji CO2 pochodzących z unijnego parku pojazdów ciężkich.

Jednocześnie ustalono poziomy docelowych indywidualnych emisji CO2 dla powyższych grup nowych pojazdów ciężkich na lata 2025–2030 i po 2030 r. W lutym 2023 r. Komisja Europejska zaproponowała zmianę rozporządzenia w sprawie norm emisji CO2 dla nowych pojazdów ciężkich w UE. Proponowane zmiany rozszerzyły zakres rozporządzenia na:

  • autobusy miejskie,
  • autokary,
  • przyczepy
  • i dodatkowe typy samochodów ciężarowych.

Zmniejszyły też średni poziom emisji CO2 parku nowych pojazdów ciężkich – w porównaniu z poziomem z 2019 r. – o 45% od 2030 r., o 65% od 2035 r. i o 90% od 2040 r.

ciezarowka_Volvo Elekryczna ciężarówka z odznaczeniem „International Truck of the Year” 2024. Źródło Volvo

Transformacja ekologiczna w branży transportowej 

Te regulacje mają kluczowe znaczenie dla przyszłości układów napędowych pojazdów użytkowych. Rozwój ekologiczniejszych technologii napędowych stał się nie tylko wyzwaniem, lecz także koniecznością w obliczu rosnących oczekiwań co do redukcji emisji CO2 i ograniczenia globalnego ocieplenia do 1,5°C. Transformacja ekologiczna stała się więc faktem, na który branża transportowa musi odpowiedzieć, żeby osiągnąć cele zrównoważonego rozwoju i chronić środowisko naturalne dla przyszłych pokoleń.

Przejście na technologie przyjazne dla klimatu otwiera szerokie możliwości firmom transportowym, w tym zmniejszenie kosztów eksploatacji pojazdów, budowanie pozytywnego wizerunku ekologicznego, zwiększanie lojalności klientów i uzyskanie konkurencyjnej przewagi na rynku. Zastosowanie ekologicznych rozwiązań w sektorze transportu to więc nie tylko wyzwanie, ale również szansa na lepszą przyszłość dla nas wszystkich.

Sukces tej ekologicznej transformacji zależy od wielu czynników. To m.in.

  • szybkie przyjęcie ekologiczniejszych technologii,
  • wsparcie ze strony władz publicznych,
  • dostępność alternatywnych źródeł energii
  • i międzynarodowa współpraca.

Na przykład w Niemczech w ciągu ostatnich trzech dekad wielkość przewozów drogowych wzrosła ponad dwukrotnie, osiągając ponad 500 mld tonokilometrów rocznie. Żeby więc osiągnąć cele dotyczące ochrony klimatu, około jedną trzecią wszystkich pokonanych kilometrów musiałyby przemierzać pojazdy użytkowe wyposażone w zeroemisyjny napęd.

Dodatkowo dane z BloombergNEF wskazują, że do 2040 r. popyt na towary przewożone transportem drogowym ma wzrosnąć o 50%. BloomberNEF jest dostawcą badań strategicznych, które obejmują światowe rynki towarów i przełomowe technologie napędzające przejście na gospodarkę niskoemisyjną. A to jeszcze bardziej podkreśla znaczenie kontynuacji wysiłku, który jest podejmowany na rzecz przejścia na ekologiczniejsze rozwiązania i dekarbonizację transportu.

Technologie przyszłości dla pojazdów użytkowych 

Napędy przyszłości dla pojazdów użytkowych obejmują różnorodne technologie, które zmierzają do ograniczenia emisji zanieczyszczeń z silników wysokoprężnych. Te innowacyjne rozwiązania obejmują:

  • elektryfikację,
  • technologie wodorowe,
  • skroplony gaz ziemny,
  • napędy hybrydowe
  • i wiele innych.

Główny kierunkami rozwoju są obecnie elektryfikacja oraz napędy wodorowe, jednak nie można zapominać o potencjale innych technologii. Każda z nich ma na celu osiągnięcie neutralności pod względem szkodliwej emisji CO2, a ich rozwój jest kluczowy dla transformacji sektora transportowego w kierunku bardziej zrównoważonej mobilności.

Elektryfikacja pojazdów ciężarowych 

Elektryfikacja samochodów ciężarowych rozwija się dynamicznie, umożliwiając pokonywanie coraz dłuższych tras. Przekłada się to na zwiększenie wszechstronności ich zastosowania, które obejmuje nie tylko obszary miejskie, ale również transport długodystansowy. Przykładowo: firma Mercedes-Benz Trucks podaje, że jej elektryczny ciągnik Actros A600 jest obecnie w stanie przejechać 500 km bez konieczności doładowania. Natomiast dzięki doładowaniu może osiągnąć nawet 700 km dziennego przebiegu.

Zastosowane w nim akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe (Lithium Ferro (Iron) Phosphate – LFP) nie zawierają niklu ani kobaltu, co przekłada się na korzyści związane z ich żywotnością i przepływem prądu. Producent podaje, że dzięki ładowaniu megawatowemu można go naładować z 20% do 80% w ciągu zaledwie 30 minut. Napędy akumulatorowo-elektryczne w samochodach ciężarowych stają się powoli rzeczywistością.

Inni producenci pojazdów ciężarowych również wprowadzają do swojej oferty elektryczne pojazdy ciężarowe i intensywnie pracują nad zwiększeniem dziennego zasięgu tych pojazdów. Żeby uzyskać większy zasięg, konieczne jest osiągnięcie większej gęstości energii w akumulatorze. Prognozy wskazują, że będzie to możliwe po 2030 r., kiedy powinien pojawić się akumulator półprzewodnikowy.

Producenci akumulatorów rozważają również zastosowanie połączenia akumulatora z ultrakondensatorami. Choć superkondensatory mają ograniczoną zdolność do magazynowania energii, mogłyby zapewnić dodatkową moc podczas pokonywania przez ciężarówkę stromych wzniesień. Innymi słowy, napędy elektryczne nie tylko stają się coraz powszechniejsze. Stale także są rozwijane, aby mogły sprostać wymaganiom transportu ciężarowego w zakresie wydajności, zasięgu i mocy.

Pojazdy zasilane paliwem wodorowym 

W kontekście pojazdów ciężarowych zasilanych paliwem wodorowym warto zwrócić uwagę na różnorodne podejścia technologiczne. Jedną z głównych technologii jest połączenie napędu elektrycznego z akumulatorami i ogniwami paliwowymi. Ten hybrydowy system umożliwia bezemisyjnym ciężarówkom wykorzystanie zalet obu technologii.

Akumulatory mogą przechowywać energię elektryczną, która jest wykorzystywana w codziennej eksploatacji. Natomiast ogniwa paliwowe służą jako źródło energii do produkcji prądu. Takie rozwiązanie pozwala na użytkowanie pojazdu na dłuższych dystansach, gdzie korzystanie wyłącznie z akumulatorów nie jest możliwe (np. na obszarach pozbawionych infrastruktury do ładowania).

Dodatkowe zwiększenie zasięgu pojazdów zasilanych paliwem wodorowym możliwe jest dzięki przechowywaniu płynnego wodoru w zbiornikach. Ten stan skupienia nośnika energii oferuje znacznie wyższą gęstość i potencjalnie niższe koszty transportu. Druga technologia to spalinowe silniki zasilane wodorem. W tym przypadku wodór jest spalany w silniku spalinowym, podobnie jak w przypadku tradycyjnych pojazdów spalinowych zasilanych benzyną lub olejem napędowym.

Wodór jest paliwem ekologicznym, a więc podczas jego spalania nie są emitowane szkodliwe substancje, a wytwarzana jest jedynie woda. Czyni to tę technologię przyjazną dla środowiska. Dodatkowo silniki na wodór oferują podobną wydajność i zasięg jak silniki spalinowe, co sprawia, że są atrakcyjną alternatywą dla tradycyjnych pojazdów. Niestety obie technologie wodorowe wymagają przeprowadzenia kolejnych testów. Dla przewoźników będą dostępne przypuszczalnie w drugiej połowie tej dekady.

Infrastruktura ładowania e-pojazdów i tankowania wodoru 

Infrastruktura ładowania odgrywa kluczową rolę w pomyślnym wdrożeniu elektryfikacji pojazdów ciężarowych i pojazdów, które są zasilane paliwem wodorowym. Aby umożliwić szerokie przyjęcie tych nowych technologii, konieczne jest zapewnienie odpowiedniej liczby dostępnych stacji ładowania pojazdów elektrycznych i tankowania wodorem.

W dniu 13 kwietnia 2024 r. weszło w życie Rozporządzenie AFIR (Alternative Fuels Infrastructure Regulation), opublikowane w Dzienniku Urzędowym Unii Europejskiej. Dotyczy ono rozwoju infrastruktury paliw alternatywnych i będzie miało wpływ na tempo rozwoju całego sektora zeroemisyjnego transportu. Ma ono dla Polski ogromne znaczenie, ponieważ infrastruktura ładowania w naszym kraju rozwija się bardzo wolno.

Rozporządzenie AFIR przewiduje m.in. wybudowanie wzdłuż najważniejszych unijnych korytarzy transportowych (tzw. transeuropejskiej sieci transportowej TEN-T) stacji do szybkiego ładowania pojazdów osobowych i ciężarowych, a także stacji tankowania wodoru. W przypadku infrastruktury ładowania dla pojazdów ciężarowych w 2025 r. kierowcy będą mogli skorzystać ze stacji ładowania w 29 lokalizacjach, w 2027 r. będzie to już 77 lokalizacji, a w 2030 r. – 166 lokalizacji.

Przygotowano także propozycję 34 lokalizacji, w których zostanie rozmieszczona infrastruktura stacji tankowania wodoru. Wraz z dynamicznym rozwojem technologii elektrycznych i zasilanych wodorem przyszłość układów napędowych pojazdów użytkowych kształtuje się obiecująco.

Wprowadzenie elektryfikacji do sektora pojazdów ciężarowych przynosi coraz więcej korzyści, zapewniając nie tylko zwiększoną wydajność, ale także zmniejszenie emisji CO2 i kosztów eksploatacji. Rozwój infrastruktury ładowania i tankowania wodoru będzie kluczowy dla pełnego wykorzystania potencjału tych nowoczesnych rozwiązań. Zapewni więc mobilność przyjazną dla środowiska i efektywność operacyjną w transporcie.

Źródło: Materiały redakcyjne

O Autorze

Bogdan Kruk

Redaktor miesięcznika „autoEXPERT”

Tagi artykułu

autoExpert 05 2024

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę