Miért kevésbé környezetbarát az elektromos hajtás, mint gondolnánk – Megállapítások egy ICOMIA tanulmány alapján – 2. rész

A cikk első része itt olvasható

A reális összehasonlítások elvégzésének nehézségei 

A mérlegelt öt energiaellátó rendszer mindegyike olyan rendszer volt, amely a jelenleg kereskedelmi forgalomban kapható meglévő technológiákat használja. Ezek a következők voltak:

• hagyományos benzines vagy dízel belsőégésű motorok (ICE), mint kiindulópontként szolgáló alapérték;
• belsőégésű motorokban a fosszilis tüzelőanyagok alternatívájaként használt fenntartható, vagyis bio, növényi eredetű üzemanyagok;
• hibrid üzemanyag (fosszilis/fenntartható) és elektromos rendszerek;
• akkumulátoros elektromos hajtások és hidrogén- vagy üzemanyagcellák.

A különféle alternatív meghajtási rendszerekkel felszerelt hajók életciklus-értékelésének kiszámításához nem reális az összehasonlítást a teljesítmény és hatótáv alapján elvégezni.

Ahogy Patrick Hemp, az ICOMIA műszaki tanácsadója kifejtette: „A fosszilis üzemanyagokkal meghajtott hajókkal felállított egységes sebesség/hatótávolság alapértékeket egyszerűen nem lehetséges hidrogénes belsőégésű motorokkal vagy akkumulátoros elektromos motorral produkálni (túl nagy tömeg és térfogat), ezért (az összehasonlításhoz) szükség volt a méretcsökkentésre.”

Például egy kis motorcsónak hatótávolsága 14 óra és 166 mérföld lehet. Ahhoz, hogy ugyanazt a hatótávolságot egyetlen munkaciklusban (egy tank vagy akkumulátortöltés) hidrogénhajtással biztosítsuk, az üzemanyag-tárolónak körülbelül 430%-kal nagyobbnak kell lennie, mint a belsőégésű motoros rendszer esetében, miáltal 350%-kal nehezebbé is válik, a hajó vízkiszorítása pedig 56%-kal növekszik.

Bármilyen alternatív meghajtás alkalmazása egy kishajón a megnövekedett helyigény és összsúly miatt jelentős kompromisszumot igényel

Elektromos meghajtás esetén az akkumulátorok térfogata ebben a tartományban 360%-kal nagyobb és 820%-kal nehezebb lenne, 133%-kal nehezebb vízkiszorítással.

A számítások során, az összehasonlíthatóság érdekében a kutatók úgy döntöttek, hogy az energiarendszert úgy optimalizálják, hogy az továbbra is megfeleljen a legtöbb ember által használt hajónak, de a meghajtó rendszerrel a lehető legközelebb álljon a meglévő rendszer tömegéhez, térfogatához és teljesítményéhez.

Ha ugyanazzal a kis motorcsónakkal csak 3 órás menetet, és 35 mérföldes hatótávot kell elérni – ami körülbelül 80%-os csökkentést jelent az eredeti alapértékekhez képest – ahhoz egy 61%-kal nagyobb és 13%-kal nehezebb hidrogénrendszer szükséges. Ennek mindössze 6%-os a vízkiszorítás-növekedése. Az azonos, a csökkentett hatótávolság eléréséhez szükséges elektromos teljesítmény esetében a rendszer 23%-kal nagyobb, ugyanakkor 81%-kal nehezebb lett, és 16%-kal nőtt az az összsúly.

Vitorlás hajó – mi változik az alternatív meghajtások alkalmazása esetén

A számításokhoz a kutatás viszonyítási bázisul, alapvonalként egy dízel üzemanyaggal működő vitorlást használt. A HVO (Hydrotreated Vegetable Oil) vagyis növényi olajból készült üzemanyag-adatok megegyeznek a hagyományos fosszilis gázolajjal. A 21 kW/28 LE teljesítményű motorral és 70 literes üzemanyagtartállyal a hajó hatótávolsága 24,5 óra és 147 mérföld, és sem a dízel, sem a HVO esetében nem nő a tömeg, a térfogat vagy a lökettérfogat.

Hibrid elektromos hajtásrendszerre váltással, 21 kW-os elektromotorral a dízel üzemanyagtartállyal szemben a rendszer össztérfogata 69%-kal nő, és 137%-kal nehezebb, ami 6%-kal növelné a hajó vízkiszorítását.

A vitorlások segédmotoros hajtásának vizsgálatakor sem reális az összehasonlítást a teljesítmény és hatótáv alapján elvégezni – Fotó: sailingphoto.hu

Elektromos vagy hidrogénes rendszereknél a rendszereket a vizsgálathoz 4 óra / 24 mérföld hatótávolságot határoztak meg, az ennek megfelelő 6 csomós sebességgel, ami körülbelül 84%-os hatótávolság-csökkenést jelent.

A 21 kW-os motorral szerelt tisztán elektromos rendszer 49 kW-os akkumulátorkapacitást igényelt, így az alapul vett méreteknél 18%-kal kisebb, viszont 61%-kal nehezebb rendszer lett.

A hidrogénüzemű, 21 kW-os motorral rendelkező hajóban nagynyomású üzemanyagtartályok voltak, amelyek 3,7 kg hidrogén tárolására alkalmasak. Ez a rendszer 49%-kal nagyobb, és és 12%-kal nehezebb volt, mint egy szabványos motor és tank, mindössze 1%-kal növelve a hajó vízkiszorítását.

Tehát az alternatív meghajtórendszereket úgy optimalizálták, hogy lehetővé tegyék az életciklus-értékelés valósághű összehasonlítását. Az adatokat tekintve a hajósok szabadon dönthetnek arról, hogy szívesen vállalnának-e kompromisszumot a hatótávolság, a teljesítmény, a hajón belüli szabad tér csökkenése, illetve az összsúly, valamint a költségek növekedése tekintetében.

Nem meglepő módon a jelentés úgy találta, hogy az alternatívák drágábbak, mint hagyományos megoldások, bár az eltérések óriási tartományban mozognak. Az optimalizált felhasználási esetekben meghatározott elektromos rendszerek 40-250%-kal drágábbak, hidrogén esetében 85-200%-kal, hibrideknél 25-115%-kal drágábbak, és összességében 5-45%-kal drágább az ilyen vízijárművek fenntartása.

Mennyire használják a hajókat?

Míg az „akkumulátoros elektromos közúti gépjárművek” (BEV) élettartamuk során 50–70%-kal csökkentik a CO₂-kibocsátást a hagyományos fosszilis tüzelésű motorokhoz képest, az elektromos járművek (EV) gyártása során keletkező kezdeti CO₂ mennyisége legalább 50%-kal több, mint egy hagyományos belsőégésű motorral hajtott (ICE) járműnél a nyersanyagok és az akkumulátor előállítás energiaigényes folyamata miatt.

Ez azt jelenti, hogy egy elektromos autónak 100 000–150 000 km megtétele szükséges ahhoz, hogy elérje azt a fedezeti pontot, ahol elkezdi pozitívan befolyásolni a széndioxid-kibocsátást, ami 3-5 évig is eltarthat még meglehetősen intenzív használat esetén is.

Ez azt is figyelembe veszi, hogy a sofőrök hatótávolság-elvárásai átlagosan csökkentek, így tudomásul véve, hogy az autója egyetlen akkumulátortöltéssel körülbelül csak a 60%-át teszi meg annak a távolságnak, amelyet a régi dízel- vagy benzines autója megtett volna. Az akkumulátorok költsége, mérete és súlya megfizethetetlen lenne egy hasonló kínálathoz képest, és a környezetvédelmi költségek – többnyire az akkumulátoroknak tulajdoníthatóan – még magasabbak lennének.

A kedvtelési célú hajók esetében, egy átlagos túrahajónak (nem a lakhelyként vagy charterben használt túrahajó) az adatok szerint 45 éves élettartama alatt mindössze évi 24 óra motorhasználattal kell számolni.

A kedvtelési célú hajók többségének hosszú az élettartama, viszont keveset hajózik , inkább sokat állnak a kikötőben

Ez talán túl kevésnek tűnhet. A jelenséget a hajóbecsűs Ben Sutcliffe Davies így magyarázta: „Amikor elmegyek felmérni egy hajót, gyakran megdöbbenek, hogy milyen kevés órát mentek a motorok. Ritkán találni olyan jachtot, amely jóval több mint 50 órát teljesít egy évben.

Természetesen sok hajót az ebben a jelentésben feltételezettnél többet használnak. Ugyanakkor sok olyan is akad, amelyik még többet áll, és nyáron mindössze néhány napon vagy csak néhány órányit használnak. Bármely hajó egyedi „használati jellemzője” a kulcsfontosságú tényező abban, hogy esetében melyik meghajtási technológia lesz a legzöldebb megoldás. Itt érdemes újra emlékezni arra, hogy ennek a jelentésnek a célja a átlag vizsgálata volt, nem pedig a kiugró értékeké.

Ahhoz, hogy egy átlagos műanyagtestű túrahajó elérje azt a pontot, ahol az új meghajtási rendszer csökkentett használati károsanyag-kibocsátása már kompenzálta a megnövekedett gyártási kibocsátást, évente 60 órát kell elektromos motorozni (szemben a 24-gyel a hajó teljes 45 éves élettartama alatt!

Ahhoz, hogy elérje azt a pontot, ahol 50%-kal csökkentette károsanyag-kibocsátását – ez az autóipar mércéje –, 600%-kal kell növelnie a felhasználást az átlag felett, ami évi 168 órányi (!!!) motorozást feltételez az elektromos motorjával. A számok majdnem azonosak egy hibrid rendszer esetében.

A hidrogén-rendszereknél, amelyek gyártási lábnyoma valamivel kisebb, mint az akkumulátoros rendszereké, hamarabb jön a nullszaldós pont, szerény, 52%-os felhasználásnövekedéssel (36,5 óra), de valamivel magasabb használat mellett 50%-os karbonlábnyommal. A károsanyag-kibocsátás csökkentése egy dízelmotorhoz képest évi 192 óra motorozást igényel!

Meglepő felismerések

A vizsgált eseteket és az optimalizált meghajtási rendszereket figyelembe véve, sok, a feltételezett használati esetnek megfelelő kedvtelési célú vitorlás esetében rosszabb lesz az elektromos meghajtás választása egy új hajón, vagy egy használt darab hidrogén-, hibrid vagy elektromos meghajtására való átalakítása, mint a fosszilis tüzelőanyaggal működő belső égésű motor (ICE) használata.

A legtöbb hajó és átlagos használati eset esetében a környezetterhelés csökkentésének legjobb módja egyelőre a hagyományos belsőégésű motorok megtartása, de fenntartható szintetikus vagy bioüzemanyagokra, például hidrogénnel kezelt növényi olajra (HVO) vagy e-benzinre való átállással – áll a jelentésben.

Dízel-elektromos, párhuzamos hibrid rendszerű hajómotor

Ha egy dízelmotoros vitorlás hajó bio üzemanyag meghajtásra vált, akkor a hajó 45 éves élettartama alatt, átlagosan 24 órás éves használat mellett, körülbelül 35%-kal csökkenti a hajó globális felmelegedési potenciálját ahhoz képest, mintha egy belsőégésű motorban hagyományos, fosszilis tüzelőanyagokat használna. Ugyanez az előny vonatkozik mind az új hajókra, mind a számszerűen jelentősebb, meglévő, már használatban lévő hajóflottára.

Ezzel szemben az elektromos vagy hibrid meghajtásra való átállás több mint 35%-kal növelheti a hajó globális felmelegedési potenciálját!

A vizsgált kilenc hajótípus közül a villamosítás csak a 12,5 éves élettartam alatt évi 156 órát használt, kereskedelmi forgalomban üzemeltetett személyi vízi jármű esetében volt a legzöldebb lehetőség. A legrosszabb eredményt az elektromos hajtású vízkiszorításos motorcsónak produkálta.

Fontos megjegyzés a tanulmányban: Ha az Ön hajója, rendszerei, gyártása és felhasználása nem egyezik a jelentésben használt átlagokkal, akkor az életciklus-értékelés eltérő következtetésekre juthat, különösen akkor, ha az Ön használata meghaladja az átlagot, de érdemes figyelembe venni az élettartamot e döntések meghozatalakor.

Következtetések

A kutatás arra a következtetésre jutott, hogy a megújuló dízelüzemanyag, különösen a hidrogénnel kezelt növényi olajjal (HVO) működő belsőégésű motorok biztosítják a legnagyobb globális felmelegedési potenciál (GWP) csökkentését a jelenlegi belsőégésű motorral történő hajtásokhoz képest, de csak akkor, ha az üzemanyagot hulladék alapanyagokból állítják elő úgy, hogy az ne vonja el az erőforrásokat a globális élelmiszertermelésből, és a legnagyobb esélyt adja a hajóiparnak arra, hogy 2035-re akár 90%-os szén-dioxid-kibocsátás csökkentést érjen el anélkül, hogy ez a hajó hatótávolságát vagy teljesítményét veszélyeztetné.

A tanulmány arra a következtetésre jutott, hogy mivel a csak elektromos rendszereknél „nagyobb lehet az üvegházhatású gázok kibocsátása a nyersanyagokból és a gyártásból, mint a hagyományos meghajtórendszereknél”, az alacsony használati idővel rendelkező hajók élettartama során nem valószínű, hogy „csökkentik az üvegházhatást okozó gázokat”. A gyakran és hosszan tartó használatban lévő hajók nagyobb valószínűséggel érik el a fedezeti pontot, míg a hidrogén- és hibridrendszerek bizonyos esetekben a legzöldebb megoldást jelenthetik.

Az ICOMIA tanulmány szerint a csak elektromos meghajtó rendszerek esetében az alacsony használati idővel rendelkező hajók élettartama során nem valószínű, hogy „csökkentik az üvegházhatást okozó gázokat”

Az ICOMIA jelenleg azon dolgozik, hogy egy teljes életciklus-értékelő eszközt tegyen elérhetővé az iparág számára, hogy a hajókat és a használati módozatokat eseti alapon meg lehessen vizsgálni.

Az ICOMIA elnöke, Darren Vaux kifejti: „Ezeknek a használati eseteknek le kell fedniük a piac nagy részét, de lesznek olyan kiugró értékek, amelyek nem illeszkednek ezekhez a felhasználási értékekhez. Igyekszünk elmozdítani a hajózást a hajóipar szén-dioxid-mentesítésére vonatkozó Párizsi egyezmény teljesítése érdekében. Jelenleg az egyetlen dolog, ami ezt segíti, azok a HVO üzemanyagok.

„Mindezt tudatosítanunk kell a politikai döntéshozókban” – folytatja Vaux. „Infrastruktúrát építünk az elektromos járművek számára, de szükségünk van egy infrastruktúrára a fenntartható üzemanyag-ellátáshoz is. Szeretnénk kihívás elé állítani az innovációt is, arra ösztönöve a hajóipari résztvevőket, hogy kihívásként használják az adatkészletet, egyértelműen az ellátási lánc szén-dioxid-hatásaira összpontosítva.

„A mi adatkészletünk a többségi eset, ami viszont segítheti a hajóépítőket abban, hogy a saját területükön megtalálják a módját, miként produkálhatnak az átlagnál jobb eredményeket, és ha sikerült, akkor ezt joggal hirdethessék is.”

Még egy megjegyzés

E cikk írásakor és a hivatkozott tanulmány keresésekor többször találkoztam azzal, hogy egyes írások – általában motorgyártók sajtóban megjelenő marketinganyagai – pontos, teljes név szerint hivatkoznak erre a tanulmányra, azt a hatást keltve, hogy az igazolja valamelyik általuk is éppen fejlesztett alternatív meghajtás azonnali karbonlábnyom csökkentő hatását. Holott a tanulmány esetleg éppen az ellenkezőjét mutatja ki. A hivatkozásnál link is szerepel, ám arról a linkről nem a tanulmány érhető el, hanem egy másik rövid, “Commitment to Reduce Carbon Emissions” című szöveg Darren Vaux, az ICOMIA elnökének aláírásával, amely a szervezet “Propelling Our Future” oktatási kampányára hívja fel a figyelmet.

Maga a tanulmány innen nem elérhető. A rá vonatkozó rész így szól: “…Erőfeszítéseink hatékonysága érdekében a Ricardo plc-vel, egy vezető globális mérnöki tanácsadó céggel készttettünk egy a maga nemében úttörő tanulmányt, hogy (a szabadidős hajózás széndioxid-kibocsátásának további csökkentéséhez) jobban megértsük a haladás útját. Azt találtuk, hogy nincs egyetlen egyszerű megoldás. Iparunk nem hasonlít más közlekedési ágazatokhoz, és számos technológiai megoldást kell figyelembe venni, a fenntartható folyékony tengeri üzemanyagoktól az elektromos meghajtásig, valamint a hidrogén- és hibrid energiarendszerekig.

Ez a kutatás csak egy lépés az úton. Tudjuk, hogy még több dolgunk van. Annak érdekében, hogy továbbra is élvezhessük a vízi életet, elkötelezettek vagyunk amellett, hogy iparágunk legjobbjait hozzuk elő, hogy megértsük a kihívásokat és az adatokon alapuló döntések meghozatalának lehetőségeit. A jövőre tekintve keressük és hívjuk a kellő szakértelmet, hogy támogassuk a globális szabadidős tengeri hajózást az iparágunk együttes előremozdításához szükséges kutatások és innovációk terén. Reméljük, csatlakozik hozzánk.”

E szöveg oldaláról nincs link a tanulmányhoz, hanem csak az ICOMIA honlap alapoldalára visszatérve, ott a “Könyvtár” menüpont alatt található meg. Látszólag ingyen, ám tovább lépve ezért egy szinopszis, összefoglaló érhető el az igénylő pontos adatainak megadása után. Maga a teljes tanulmány 2450 Euróért vásárolható meg.

A környezetvédelem nagyon fontos. Ebbe az irányba haladva kell tevékenykedni, ez vitathatatlan. Az már nekem kissé fals, ha az ésszerű és műszakilag is elérhető tempójú haladást felülbírálja, felgyorsítja valamely ideológia, netán hisztériakeltő politikai irányzat, így vagy úgy elfedve azokat a tényeket, amelyek felhívják arra a figyelmet, hogy a szükséges lépések túlhajszolásával, idő előtt elsődlegessé vagy kötelezővé tételével rövidtávon éppen a céllal ellentétes eredményt érhetünk el.

Ruji

A teljes tanulmány: Pathways to Propulsion Decarbonisation for the Recreational Marine Industry elvileg elérhető az ICOMIA (International Council of Marine Industry Associations, vagyis a hajóipari szövetségek nemzetközi tanácsa) honlapján, ám e cikk írásakor a megadott címről csak az „oldal nem található” jelzést sikerült elérnem. Tehát a teljes tanulmányt, illetve az ingyenesen elvileg elérhető összefoglalóját nem olvastam, hanem a Yachting Monthlyban 2024 február 7-én  megjelent cikken, Theo Stocker írásán alapul mindaz, amit itt leírtam.  

A címlapkép Dobó Pál fotója

Kapcsolódó

Miért kevésbé környezetbarát az elektromos hajtás, mint gondolnánk – Megállapítások egy ICOMIA tanulmány alapján – 1. rész

A Nemzetközi Hajóipari Tanács számára két év alatt elkészített alapos kutatás kilencféle hajókategóriában megvizsgálta, hogy melyik meghajtó rendszernek lehet a legalacsonyabb a karbonterhelése a természetre