Транспортные средства с нулевым уровнем выбросов.

Введение

Класс транспортного средства

Транспортное средство с нулевым уровнем выбросов, или ZEV, – это транспортное средство, которое не выделяет выхлопные газы или другие загрязняющие вещества из бортового источника энергии. В определении, принятом в Калифорнии, также указывается, что это относится ко всем возможным режимам и условиям эксплуатации. Это объясняется тем, что, например, при холодном пуске двигатели внутреннего сгорания обычно производят максимальное количество загрязняющих веществ. Во многих странах и штатах транспорт считается основным источником парниковых газов (ПГ) и других загрязняющих веществ. Поэтому стремление к сокращению выбросов имеет сильную политическую поддержку.

Терминология

Вредные для здоровья и окружающей среды загрязнители включают в себя твердые частицы (сажу), углеводороды, угарный газ, озон, свинец и различные оксиды азота. Хотя в первоначальных определениях California Air Resources Board (CARB) или Агентства по охране окружающей среды США (EPA) эти вещества не рассматривались как выбросы, в современном употреблении этот термин также включает в себя летучие органические соединения, ряд опасных веществ, содержащихся в воздухе (в частности, 1,3-бутадиен), и глобальные загрязнители, такие как углекислый газ и другие парниковые газы. Примеры транспортных средств с нулевым уровнем выбросов, использующих различные источники энергии, могут включать в себя транспортные средства с мускульным приводом, такие как велосипеды, электровелосипеды и аппараты для скоростного спуска.

Автомобильные транспортные средства

Также другие аккумуляторные электромобили, которые могут переносить выбросы в место производства электроэнергии (если электроэнергия вырабатывается на угольных или газовых электростанциях, а не на гидроэлектростанциях, ветряных, солнечных или атомных электростанциях); и транспортные средства с топливными элементами, работающие на водороде, которые могут переносить выбросы в место производства водорода. В это определение не входят автомобили с двигателями внутреннего сгорания, работающими на водороде, поскольку они всё же производят определенные выбросы (хотя и незначительные). Также не включены транспортные средства, работающие на 100% биотопливе, поскольку они также выделяют выхлопные газы, несмотря на общую углеродную нейтральность. Выбросы, возникающие в процессе производства, таким образом, не учитываются в данном определении, и утверждается, что объём этих производственных выбросов в настоящее время сопоставим с выбросами, образующимися в течение всего срока службы транспортного средства. Однако эти транспортные средства находятся на ранних этапах разработки; производственные выбросы могут быть снижены за счёт развития технологий, масштабирования производства и всё более широкого использования возобновляемых источников энергии во всей цепочке поставок.

Выбросы от скважины до колеса

Термин "нулевые выбросы" или ZEV, как первоначально введенный Калифорнийским советом по контролю за качеством воздуха (CARB), относится исключительно к выбросам автотранспортных средств от бортового источника питания. Следовательно, определение CARB учитывает только загрязняющие вещества, выделяемые в процессе эксплуатации транспортного средства, а преимущества чистого воздуха обычно носят локальный характер, поскольку, в зависимости от источника электроэнергии, используемой для зарядки аккумуляторов, выбросы загрязняющих веществ перемещаются в место расположения электростанций. В более широком контексте, электроэнергия, используемая для зарядки аккумуляторов, должна генерироваться из возобновляемых или чистых источников, таких как ветровая, солнечная, гидро- или атомная энергия, чтобы ZEV имели практически нулевые выбросы "от колодца до колеса". Иными словами, если ZEV заряжаются от электроэнергии, произведенной электростанциями, работающими на ископаемом топливе, их нельзя считать транспортными средствами с нулевым уровнем выбросов. Однако распространение электромобилей может способствовать развитию систем зарядки аккумуляторов электромобилей от избыточной электроэнергии, которая в противном случае не может быть использована. Например, спрос на электроэнергию минимален ночью, и избыточная генерируемая в это время электроэнергия может быть использована для зарядки аккумуляторов электромобилей. Стоит отметить, что возобновляемые источники энергии, такие как ветряные турбины или солнечные панели, менее управляемы с точки зрения объема генерируемой электроэнергии по сравнению с электростанциями, работающими на ископаемом топливе; большинство возобновляемых источников энергии являются непостоянными. Поэтому развитие этих ресурсов приведет к избытку энергии, которую можно более эффективно использовать при развитии электромобилей. Кроме того, большинство электромобилей могут использовать рекуперативное торможение и другие системы оптимизации, повышающие энергоэффективность этих транспортных средств. Транспортные средства с топливными элементами (ТПЭ) могут еще больше способствовать развитию устойчивых источников энергии, поскольку эти автомобили используют водород в качестве топлива. Сжатый водород может использоваться в качестве элемента хранения энергии, в то время как электроэнергия должна храниться в аккумуляторах. Водород может быть получен из электроэнергии посредством электролиза, и эта электроэнергия может поступать из экологически чистых источников. Водород может производиться непосредственно на месте, например, из избыточной энергии на ветряной электростанции, когда генерируемая электроэнергия не требуется, или он может быть подключен к сети для использования избыточной электроэнергии из сети и производства электроэнергии, например, на водородных заправочных станциях. Таким образом, развитие ТПЭ может стать важным шагом на пути к устойчивому развитию и сокращению выбросов парниковых газов в долгосрочной перспективе. В других странах существует иное определение ZEV, особенно в последнее время, с включением парниковых газов, поскольку многие европейские нормы теперь регулируют выбросы CO2. Роль CARB в регулировании парниковых газов началась в 2004 году на основе Закона Павлей 2002 года (AB 1493), но была заблокирована судебными исками и EPA в 2007 году, отклонившим необходимое разрешение. CARB были предоставлены дополнительные полномочия Законом Калифорнии о решениях в области глобального потепления 2006 года (AB 32), который включает в себя обязательство устанавливать низкоуглеродные стандарты топлива. Выбросы парниковых газов и других загрязняющих веществ образуются в процессе производства транспортных средств. Выбросы от производства во много раз превышают выбросы из выхлопных труб, даже в автомобилях с бензиновыми двигателями. Большинство отчетов о влиянии ZEV на климат не учитывают эти производственные выбросы. При текущем энергетическом балансе США ZEV приведет к сокращению выбросов углекислого газа в среднем на 58% на километр пробега. Учитывая текущий энергетический баланс в других странах, прогнозируется, что такие выбросы сократятся на 40% в Великобритании и на 19% в Китае.

The term zero emissions or ZEV, as originally coined by the California Air Resources Board (CARB), refers only to motor vehicle emissions from the onboard source of power. Therefore, CARB's definition is accounting only for pollutants emitted at the point of the vehicle operation, and the clean air benefits are usually local because depending on the source of the electricity used to recharge the batteries, air pollutant emissions are shifted to the location of the electricity generation plants. In a broader perspective, the electricity used to recharge the batteries must be generated from renewable or clean sources such as wind, solar, hydroelectric, or nuclear power for ZEVs to have almost none or zero well to wheel emissions. In other words, if ZEVs are recharged from electricity generated by fossil fuel plants, they cannot be considered as zero emissions. However, the spread of electrical powered vehicles can help the development of systems for charging the EV batteries from excess electricity which cannot be used otherwise. For instance, electricity demand is lowest at night and the excess generated electricity at this time can be used for recharging the EVs' batteries. It's worth mentioning that renewable sources such as wind turbines or solar panels are less controllable in terms of the amount of generated electricity compared to fossil fuel power plants; most renewable energy sources are intermittent energy sources. Therefore, development of these resources will lead to excess energy which can be better used by development of EVs. Moreover, most EVs can benefit from regenerative brakes and other optimization systems which increases the energy efficiency in these vehicles. Fuel cell vehicles (FCVs) can help even more in terms of the development of sustainable energy sources because these cars use hydrogen as their fuel. Compressed hydrogen can be used as an energy storage element, while electricity must be stored in batteries. The hydrogen can be produced by electricity through electrolysis, and this electricity can come from green sources. Hydrogen can be produced in situ, e. g. excess at wind farm when the generated electricity is not needed, or it can be connected to the grid to use the excess electricity from the grid and produce electricity, e. g. at hydrogen pump stations. As a result, development of FCVs can be a big step toward sustainable development and reducing GHG emission in a long term perspective. Other countries have a different definition of ZEV, noteworthy the more recent inclusion of greenhouse gases, as many European rules now regulate CO2 emissions. CARB's role in regulating greenhouse gases began in 2004 based on the 2002 Pavley Act (AB 1493), but was blocked by lawsuits and by the EPA in 2007, by rejecting the required waiver. Additional responsibilities were granted to CARB by California's Global Warming Solutions Act of 2006 (AB 32), which includes the mandate to set low carbon fuel standards. Greenhouse gases and other pollutant emissions are generated by vehicle manufacturing processes. The emissions from manufacturing are many factors larger than the emissions from tailpipes, even in gasoline engine vehicles. Most reports on ZEVs' impact to the climate do not take into account these manufacturing emissions,

Considering the current U. S. energy mix, a ZEV would produce an average 58% reduction in carbon dioxide emissions per mile driven. Given the current energy mixes in other countries, it has been predicted that such emissions would decrease by 40% in the U. K. and 19% in China.

Типы транспортных средств с нулевым уровнем выбросов

Кроме транспортных средств, приводимых в движение животными и людьми, аккумуляторные электромобили (включая автомобили, самолеты и лодки) также не выделяют ни одного из вышеперечисленных загрязняющих веществ и не производят выбросов CO2 при эксплуатации. Это особенно важно в густонаселенных районах, где здоровье жителей может быть серьезно подвержено риску. Однако производство топлива для заправки ZEV, например, производство водорода из ископаемого топлива, может приводить к большим выбросам на километр пробега, чем выбросы от традиционного транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания. Для оценки экологических последствий эксплуатации ZEV необходим анализ жизненного цикла "от источника энергии до колеса".

Велосипеды

В середине XIX века владение велосипедом стало обычным явлением (во время велосипедного бума) — задолго до распространения автомобилей. В 1960-х годах велосипед "Летающий голубь" стал самым популярным механизированным транспортным средством на планете. В Китае по дорогам ездят около 210 миллионов электровелосипедов.

Автомобильные транспортные средства

Segway Personal Transporters – это двухколесные, самобалансирующиеся, электроприводимые устройства, которые в одиннадцать раз энергоэффективнее среднего американского автомобиля. Работающие от двух литий-ионных аккумуляторов, Segway PT не производят выбросов во время эксплуатации и потребляют незначительное количество электроэнергии при зарядке от обычной розетки.

Морской

Существуют наземные транспортные средства, приводимые в движение ветром (с использованием ветряных турбин и воздушных змеев). Для лодок и других судов существуют обычные и специальные паруса (такие как роторные паруса, крыльевые паруса, турбопаруса, скайсейлы), способные обеспечивать движение без выбросов. Lloyd's Register сотрудничает с консорциумом компаний для разработки судна, работающего на аммиаке.

Воздух

Электрический самолет – это летательный аппарат, приводимый в движение электродвигателями. Электроэнергия может поступать различными способами, включая аккумуляторы, наземные кабели, солнечные батареи, ультраконденсаторы, топливные элементы и передачу энергии направленным лучом. В период с 2015 по 2016 год Solar Impulse 2 совершил кругосветный перелет вокруг Земли, используя солнечную энергию.

Субсидии на общественный транспорт

Японский общественный транспорт движется к нулевым выбросам в связи с растущей обеспокоенностью состоянием окружающей среды. Компания Honda представила концептуальный автобус, оснащенный тренажерами в задней части салона для выработки кинетической энергии, используемой для привода. Учитывая прерывистый характер работы общественного транспорта с частыми остановками и пусками, рекуперативное торможение может стать перспективным решением для транспортных систем будущего.

Субсидии на разработку электромобилей

В попытке сократить выбросы углекислого газа и шумовое загрязнение в городах Южной Африки, южноафриканский Департамент науки и технологий (DST), а также частные инвесторы, выделили 5 миллионов долларов США через Инновационный фонд на разработку автомобиля Joule. Joule – пятиместный автомобиль, выпуск которого планировался на 2014 год. Однако компания прекратила существование в 2012 году.

Зоны с низким уровнем и нулевым уровнем выбросов

Несколько городов ввели зоны с низким уровнем выбросов. Запущенная в 2019 году и планируемая к расширению в 2023 году, реализация лондонской зоны ультранизких выбросов (ULEZ) стимулирует и ускоряет переход на более экологичные транспортные средства, устанавливая ежедневную плату за использование автомобилей, не соответствующих стандартам выбросов ULEZ.