BATERIE CZY WODÓR? OTO JEST PYTANIE - ARTYKUŁ BRANŻOWY

W przeprowadzonych niedawno testach ciągnik z naczepą i załadunkiem o masie 20 ton (44 000 funtów) pokonał trasę z Freemont do Sandiego o długości 500 mil zużywając 93% pojemności baterii. Według zgrubnych wyliczeń daje to około 915 kWh pojemności baterii przy konsumpcji około 106 kWh/100 km. Według producenta zużycie energii wynosi 1,7 kWh/milę (106 kWh/100 km).

To daje kilka ciekawych informacji na temat koniecznej infrastruktury ładowania. Tesla podaje, że 70% pojemności baterii będzie możliwe do naładowania w 30 minut. To oznacza, że w pół godziny dostarczymy 640 kWh energii, co oznacza, że stacja ładowania musi mieć moc na poziomie 1,28 MW (1,28 MW*0,5h=640kWh). Jest to scenariusz optymistyczny, ponieważ przebieg ładowania przebiega nieliniowo, a na początku procesy występuje pik, który gwałtownie się obniża powodując zmniejszenie ilości energii dostarczanej do baterii w czasie. A to znaczy, że stacje ładowania będą musiały dysponować mocą większą, niż obliczone 1,28 MW. Mają to zapewnić systemy ładowania o nazwie „Megacharger” ładujące napięciem 1000V. Za napęd ciągnika Tesla Semi odpowiadają 3 silniki elektryczne z których jeden pracuje nieprzerwanie z optymalną wydajnością, podczas gdy dwa pozostałe zapewniają dodatkową moc podczas przyspieszania i podjeżdżania pod górę.

W trakcie testów zestawu (masa całkowita 82 000 funtów) ciągnik miał na naczepie ładunek o masie 44 000 funtów (19958 kg), więc jego masę razem z naczepą szacuje się na 17237 kg, a bez naczepy – 12 246 kg.

Ilustracja 1. Tesla Semi wzbudza wiele kontrowersji. Pierwsze ciągniki trafiły do Pepsi. 
Źródło: TESLA

Tesla wzbudza wiele kontrowersji między innymi za sprawą przepisów panujących w Europie. Aktualne wymiary zestawu z Teslą Semi wykluczają używanie go w Europie – ciągnik jest po prostu zbyt długi. W związku z tym warto spojrzeć bliżej. W Polsce w maju 2022 roku zarejestrowano pierwszą śmieciarkę o napędzie elektrycznym. Renault D-Wide Z.E. to 3-osiowy samochód w konfiguracji 6x2 z tylną osią kierowaną. Jego DMC wynosi 27 ton. Napędzają go 2 silniki elektryczne o łącznej mocy maksymalnej 370 kW. Samochód występować może z dwoma pojemnościami akumulatorów – 200 kWh lub 265 kWh, które ważą 520 lub 560 kg. Szacunkowy zasięg nie jest tak duży jak w Tesli, jednak pozwala na przejechanie 100 km, co jest równoznaczne z jednym cyklem pracy śmieciarki. Model Renault Trucks D Wide Z.E. ze śmieciarką Terberg przez 1,5 roku testowany był we flotach firm komunalnych w Polsce i był traktowany na równi z innymi pojazdami. Po tych testach trafił do gminy Świebodzice, gdzie dziś regularnie pracuje.

Ilustracja 2. Renault  D-Wide Z.E. jako śmieciarka pełniąca służbę w Świebodzicach.
Źródło: Renault Trucks

Niemiecka odpowiedź na Teslę

Na niedawnych targach IAA Transportation 2022 Daimler prezentował swoją odpowiedź na ciągnik Tesli. Koncepcyjny model Mercedes eActros LongHaul ma pokonać 500 km na jednym ładowaniu akumulatorów o pojemności 600 kWh. Podobnie jak Tesla – ma być ładowany napięciem 1000V, aby móc naładować do 80% baterii w czasie 30 minut. Napęd mają stanowić silniki elektryczne o mocy maksymalnej 600 kW (400 kW mocy ciągłej).

Wariant modelowy eActrosa 300 – ciągnik siodłowy – przy uwzględnieniu maksymalnej dopuszczalnej długości całkowitej zestawu, może ciągnąć wszystkie naczepy stosowane powszechnie w Europie. Ta elektryczna ciężarówka bazuje na tych samych rozwiązaniach technicznych, co eActros 300/400. Trzy pakiety akumulatorowe, każdy o zainstalowanej pojemności 112 kWh, umożliwiają zasięgi nawet do 220 km na jednym ładowaniu. Rozpoczęcie produkcji seryjnej przewidziano na drugą połowę 2023 r.

Również w przypadku MANa sprecyzowany jest jasny harmonogram przejścia na napędy elektryczne - od 2024 r. MAN zamierza seryjnie produkować ciężkie e-ciężarówki w Monachium. Akumulatorowy MAN eTGM (zasięg ok. 190 km) jeździ już po ulicach miast jedenastu krajów Europy. Ponadto w 2025 r. w Norymberdze rozpocznie się masowa produkcja akumulatorów na dużą skalę, co stanowi inwestycję w wysokości 100 mln euro w ciągu pięciu lat. Inwestycja ta jest wspierana przez grant technologiczny w wysokości 30 milionów euro od Wolnego Państwa Bawarii.

MAN Truck & Bus przewiduje obecnie, że w 2030 r. samochody elektryczne będą miały 60% udziału w zastosowaniach dystrybucyjnych i 40% w transporcie dalekobieżnym. Elektryfikacja autobusów miejskich rozpoczęła się wcześniej, a MAN spodziewa się, że do 2025 r. 50% jego sprzedaży stanowić będą ciężarówki z napędem elektrycznym.

Szwedzi nie pozostają z tyłu

Ikea i Raben Group korzystają już z ciężarówek elektrycznych między w zakładach w Zbąszynku i Babimoście. W tym celu do współpracy przyłączyło się Volvo z modelem FM Electric w którym mieszczą się baterie o pojemności do 540 kWh. Auto posiada 12-biegową skrzynię I-Shift, maksymalnie 490 kW/666 KM mocy i dwa lub trzy silniki elektryczne. Producent zapewnia, że ciągnik może mieć nawet 380 km zasięgu.

Ilustracja 3. Volvo FM Electric w transporcie IKEA.
Źródło: IKEA

Elektryfikacja europejskiego transportu dalekobieżnego niesie za sobą jednak pewne konsekwencje. Według szacunków stowarzyszenia branżowego ACEA potrzebnych jest 42 000 stacji ładowania. Zakłada się również, że do 2030 roku po europejskich drogach będzie poruszało się 350 000 elektrycznych ciężarówek, co będzie równoznaczne z zapotrzebowaniem na zdolność ładowania na poziomie 37 terawatogodzin rocznie w oparciu o energię odnawialną. Obecnie po europejskich drogach porusza się blisko 6.2 mln. samochodów ciężarowych ciężkich oraz średnich. W przypadku wyprodukowania 350 000 ciężarówek wykorzystujących energię elektryczną do roku 2030, będą one stanowić zaledwie 5-6% wszystkich samochodów ciężarowych poruszających się po Unii Europejskiej. Odpowiada to średniej rocznej produkcji energii przez około 6000 turbin wiatrowych.

Sama produkcja energii elektrycznej to niestety za mało. Trzeba ją bowiem przetransportować do miejsc, gdzie będą ładowane samochody. W przypadku elektrycznych samochodów osobowych w Wielkiej Brytanii i w Szwajcarii już pojawiają się problemy związane z wydajnością sieci energetycznej, co skutkuje apelami o nieładowanie samochodów elektrycznych w pewnych przedziałach godzinowych w trakcie doby. W przypadku ładowarek o mocy 1 MW i większej do samochodów ciężarowych konieczna będzie poważna modyfikacja infrastruktury.

Zapotrzebowanie na duże baterie do samochodów ciężarowych (oraz osobowych) wpływa także na ciągle rosnące zapotrzebowanie na lit do ich produkcji. Problem z pozyskiwaniem i przyszłą dostępnością tego pierwiastka zauważyli już najwięksi producenci baterii, którzy eksperymentują z nowymi pierwiastkami. Chiński gigant – firma CATL w przyszłym roku chce uruchomić produkcję akumulatorów sodowo-jonowych w których całkowicie wyeliminowany zostanie lit. Na razie jednak jest to pieśń przyszłości.

Warto w tym miejscu zadać pytanie – ile energii będzie konieczne do całkowitego przejścia na napęd elektryczny? Zestawiając planowaną ilość samochodów, możliwości produkcyjne energii i akumulatorów oraz konieczność rozwoju infrastruktury można dojść do wniosku, że jest to scenariusz nierealny.

Co z ogniwami paliwowymi?

W segmencie pojazdów osobowych napęd wodorowy został odsunięty na drugi plan i ustąpił miejsca napędowi elektrycznemu z baterii. W pojazdach ciężarowych napęd wodorowy, a dokładnie napęd elektryczny z ogniw paliwowych zasilanych wodorem (FCEV) jest testowany i wdrażany. W transporcie dalekobieżnym i intermodalnym dostrzega się najwięcej możliwości dla rozwoju tej technologii. Prognozy mówią, że do 2030 roku roczna sprzedaż samochodów ciężarowych z takim napędem wynosić będzie 140 000 sztuk z czego ponad 60% udziału będzie miał rynek chiński. Ale ustanowiona przez UE w 2020 roku wodorowa mapa drogowa spowodowała, że tym napędem zainteresowały się takie kraje, jak Niemcy, Francja, Włochy i Hiszpania, natomiast Szwajcaria uruchomiła pierwszą komercyjną eksploatację ciężarówek z tym rodzajem napędu.

ARTYKUŁ POWSTAŁ WE WSPÓŁPRACY Z REDAKCJĄ: