Водород, газ или электричество – в какие грузовики следует инвестировать транспортным компаниям?

Европейская «Зеленая инициатива» четко указывает направление, по которому должна двигаться транспортная отрасль ради более чистого будущего, а это означает, что приближается дата прекращения использования ископаемого горючего. Производители грузовиков начали гонку по созданию большегрузов, которые не только экологически безопасны, но также развиты технологически и позволяют экономить время и расходы предпринимателей. В результате чего, перевозчики и покупатели транспорта все чаще ищут альтернативы дизельному топливу.

Ответить на вопрос автоперевозчиков, что удобнее, водород, газ или электричество, очень сложно. Каждое из этих решений имеет как ряд достоинств, так и недостатков, ведь следует учесть не только влиятельность большегрузов на окружающую среду, но также финансовую сторону, затраты на эксплуатацию и правовое регулирование производства и использования альтернативных видов топлива. Мы решили провести анализ рынка, чтобы выяснить, какие виды коммерческих автотранспортных средств являются наиболее экологичными, экономичными и выгодны с точки зрения транспортного бизнеса.

Будущее газа – сомнительно?

«На сегодняшний день грузовики, работающие на СПГ (сжиженном природном газе), являются наиболее коммерчески выгодной альтернативой привычному дизельному топливу для большегрузных дальних перевозок», – считает Ларс Мертенссон, директор по охране окружающей среды и инновациям Volvo Trucks. «Это горючее доступно в достаточно больших количествах и по конкурентоспособной цене. Использование большего количества грузовиков с газовым двигателем в долгосрочной перспективе создает благоприятные условия для перехода к активному использованию сжиженного биогаза».

Новые большегрузные автомобили Volvo FH и Volvo FM имеют двигатели, работающие на сжиженном природном газе и биогазе и не уступающие эффективности дизельным двигателям. Двигатель также использует небольшое количество HVO (синтетическое дизельное топливо второго поколения) из возобновляемых источников или дизельного топлива, а также AdBlue для очистки выхлопных газов. 

Используя био-СПГ и HVO, можно сократить выбросы CO2 до 100 проц. Выбрав один из трех различных размеров бака, можно оптимизировать свой Volvo FM на газу в соответствии с потребностями. И получить запас хода до 1 тыс. км, что полностью соответствует требованиям дальнемагистральных перевозок с учетом растущей сети заправок СПГ.

В 2020 году литовская логистическая компания cargoGO в течении 3 месяцев испытала грузовики Scania, работающие на сжиженном природном газе, в реальных рабочих условиях. В ходе тест-драйва было пройдено более 17 тыс. км. Тягач использовался на дорогах Германии, Бельгии, Нидерландов, Франции, Австрии и Дании. В ходе испытаний оценивались следующие основные показатели: расход топлива и затраты на заправку, дорожные сборы, показатели загрязнения, инфраструктура заправки, эксплуатационные характеристики тягачей.

Результаты испытаний показали, что по сравнению с дизельными грузовиками биометан снижает выбросы CO2 на 90 проц.

«67 г/км – это средний уровень выбросов CO2, полученный в результате испытаний на био-СПГ, что ниже уровня выбросов CO2 среднего малотоннажного автомобиля. Кроме того, выбросы твердых частиц практически равны нулю. Это ключевые показатели воздействия автомобиля на окружающую среду и снижения загрязнения окружающей среды», – сказал Нериюс Шивицкас, руководитель департамента автопарка компании.

Среди основных преимуществ грузовиков, работающих на газе, компания cargoGO отметила экономичность транспортного средства. 

«Средний расход топлива на 100 километров по данным телематики составил 25 кг газа, что является очень хорошим результатом», – сказал Шивицкас. «По сравнению с расходами на топливо для дизельных грузовиков, типичный пробег в 12 тыс. километров позволяет экономить до 500 евро в месяц. С полным баком газовый грузовик может проехать до 1,1 тыс. км».

Анализируя результаты испытаний, cargoGO пришла к выводу, что грузовики на СПГ являются наиболее эффективными в случае постоянного клиента и в случае перевозок по фиксированным маршрутам в Германии, где транспортные компании, использующие экологические грузовики, получают разные льготы.

«Например, если мы перевозим грузы между одними и теми же терминалами или с терминалов на склады снабжения, это упрощает планирование заправок и обслуживания. Максимальное использование тягача в Германии позволяет нам значительно сократить расходы на оплату дорожных сборов», – сказал представитель литовской компании.

Директор Scania в Литве Рамунас Савейкис заявил, что «двойной экипаж работающий 24 часа в сутки 7 дней в неделю может сэкономить до 45 тыс. евро в год».

Так, газовые тягачи и грузовые автомобили «выглядят» неплохо, однако есть нюансы – в ноябре 2022-го Еврокомиссия предложила новый стандарт выхлопных газов для автомобилей Евро-7, требования по уменьшению загрязнения воздуха новыми автомобилями, продаваемыми в ЕС для достижения амбиций Европейского зеленого курса.

Стандарт Евро-7 направлен на дополнительные ограничения для выбросов твердых частиц от тормозов и выбросов микропластика от шин. Эти правила будут касаться всего транспорта, включая электрокары. Как оказалось, не все транспортные средства могут соответствовать строгим нормам выбросов вредных веществ.

Директор по развитию Volkswagen Франк Вельш сообщил, что концерн прекращает разработку новых моделей автомобилей, работающих на компримированном природном газе, так как не собирается заниматься модернизацией таких двигателей, тратя на это десятки миллионов евро. Volkswagen решил не распыляться и всецело сосредоточиться на разработке и производстве электромобилей. 

Похоже, что в недалеком будущем основными конкурентами на рынке станут электромобили и водородные грузовики.

Электричество будет доминировать

В 2022 году рынок электрических грузовиков большой грузоподъемности (свыше 16 тонн) в Европе вырос на 200 проц. По оценкам аналитиков ОПЕК (международной организации, созданной нефтеэкспортирующими странами в целях контроля квот добычи на нефть), к 2045 году в мире будет 2,6 млрд автомобилей, 430 млн из которых – электрические.

По всем имеющимся на рынке оценкам, уже в 2025 году аккумуляторные электромобили начнут конкурировать по цене с дизельными грузовиками. 

«Тенденция очевидна, многие наши клиенты сейчас начинают переход на электромобили. Мы намерены сопровождать эту трансформацию и стремимся к тому, чтобы к 2030 году 50 проц. наших глобальных продаж новых грузовиков были электрическими», – считает Роджер Альм, президент Volvo Trucks.

Электромобили работают бесшумно и не производят выхлопные газы, что означает отсутствие шума и загрязнения воздуха, а также они не потребляют энергии, когда стоят. Электродвигатели также надежны из-за отсутствия подвижных механических частей (по сравнению с двигателями внутреннего сгорания). Электрический автомобиль питается от литий-ионной батареи, подающей электроэнергию на двигатель для питания разных частей автомобиля. Батареи заряжаются путем подключения к электросети, как и любое другое электрическое устройство, например компьютер или телефон. 

Именно аккумуляторная батарея является самым дорогим компонентом на борту грузовика, она составляет примерно 60 проц. от общей стоимости грузовика, более чем в пять раз больше, чем следующий самый дорогой компонент, электропривод. Для аккумуляторных электрических грузовиков розничная цена в первую очередь зависит от дальности пробега, более высокие ежедневные потребности в энергии требуют более крупной бортовой батареи. Срок службы аккумулятора зависит от активности его эксплуатации и составляет от 1 тыс. до 1,5 тыс. циклов заряда/разряда. Если переложить эту цифру на расстояние, то получится от 200 тыс. до 500 тыс. км. Таким образом, для электромобиля, проезжающего 20 тыс. км в год, батарея может прослужить от 10 до 15 лет. АКБ в современных моделях способны сохранять работоспособность до 20 лет.  

Ожидается, что затраты на аккумуляторную батарею значительно сократятся в течение нынешнего десятилетия, упав ниже 150 долл. за кВтч к 2025 году и до 100 долл./кВтч к 2030 г. В целом затраты на аккумуляторно-электрический грузовик снизятся на 23 проц. к 2025 г. и 40 проц. к 2030 г. за счет технологических усовершенствований и увеличения продаж, предполагается на основе данных, предоставленных ICCT (Международного совета по чистому транспорту).

К плюсам выбора электромобиля относится и тот факт, что инфраструктура для электромобилей достаточно развита. Правительства по всему миру инвестируют в такую ​​инфраструктуру как зарядные станции на существующих автозаправочных станциях и остановках на автомагистралях, автостоянках торговых центров и даже на обочинах некоторых улиц.

Кроме того, согласно исследованию консалтинговой компании McKinsey (Preparing the world for zero-emission trucks), в долгосрочной перспективе электрические грузовики будут на около 30 проц. дешевле в эксплуатации, чем сейчас. Ожидается, что общие операционные расходы на электрические грузовики снизятся на 65 проц. к 2040 г. по сравнению с 2021 г. Это будет обусловлено тремя факторами:

1. Технологический прогресс и связанное с ним снижение цен и стоимости аккумуляторов, силовых установок и зарядной инфраструктуры. 
2. Развитие производства электромобилей, что позволит снизить стоимость одного автомобиля и комплектующих за счет эффекта масштаба.
3. Расширение сети точек зарядки, что позволит снизить эксплуатационные расходы на дорогах.

А к минусам выбора электромобиля является тот факт, что утилизация литий-ионных батарей, на которых они работают, представляет серьезную проблему. Согласно законам, действующим на территории ЕС, за утилизацию и переработку аккумуляторов отвечают компании-производители. Переработка батарей технически возможна. Пилотные заводы уже пытаются это реализовать. 

Вопрос в том, при каких условиях и с каким результатом можно это делать. Все производители аккумуляторов обязаны забирать отработанные батареи без взимания платы с конечных пользователей. АКБ снимают в специализированных мастерских и передают в пункты приема. Далее их направляют на предприятия по переработке отходов или для вторичного использования. 

Эксперты ожидают обострение вопроса утилизации отработанных батарей к 2028–2030 гг. Поэтому время для отработки процесса рециклинга или полностью безотходного производства аккумуляторов у европейцев еще есть. Сейчас в Европе заметен рост инициатив в области переработки, а также вторичного использования отработанных аккумуляторов. Главная задача Европейского аккумуляторного альянса (EBA – The European Battery Alliance) – создание замкнутого цикла. Прежде всего это доступ к вторичному сырью через переработку.

И возможно, наибольшим недостатком электромобилей является запас хода по сравнению с временем, который необходим для подзарядки. Это зависит от батареи и типа используемой зарядной станции, но в целом запас хода и время заправки затрудняют поездки на электромобиле на большие расстояния, по сравнению с водородными или традиционными двигателями внутреннего сгорания. Это доказал эксперимент, проведенный швейцарской транспортной компанией Krummen Kerzes. Она решила отправить своего водителя на электрическом грузовике Volvo из Швейцарии в Испанию и обратно на расстояние 3 тыс. километров (водитель перевозил 20 тонн апельсинов). Это путешествие привело к некоторым интересным выводам.

По данным производителя, запас пробега Volvo FH составляет до 300 км. Поэтому нетрудно догадаться, что большегруз нужно было очень часто подзаряжать. Трасса заняла дальнобойщику … неделю, тогда как водителю дизельного автомобиля потребовалось бы четыре дня. Водитель, конечно, должен был соблюдать режим труда и отдыха. Он останавливался около 20 раз и должен был тщательно планировать, чтобы время зарядки совпадало с перерывами, установленными тахографом.

Маршрут между Цюрихом и Валенсией не предназначен для зарядки электрических прицепов, поэтому водителю пришлось заряжаться на обычных зарядных станциях. «Как только другие транспортные средства начали пользоваться станцией, скорость зарядки заметно снизилась», – сказал водитель. 

Преимущества? Экономия до 3 тонн диоксида углерода, который был бы выброшен дизельным двигателем внутреннего сгорания, используемого на маршруте. Вопрос в том, откуда взялась энергия для зарядки грузовика и была ли она чистой? В любом случае, компания считает эксперимент успешным и планирует инвестировать в инфраструктуру зарядных станций для электрических грузовиков. Компания также хочет расширить свой парк электрических грузовиков до 18 единиц к концу 2023 года.

Впрочем, не только она. Немецкий оператор DB Schenker в этом году добавит в свой парк 150 электрогрузовиков Volta Zero. В рамках испытаний планируется при их использовании реализовать безэмиссионный транспорт в 18 европейских городах, в том числе в Скандинавии, Франции, Германии, Испании, Италии, Нидерландах, Швеции и Норвегии.

В начале марта также Volvo поставила 20 электрических грузовиков компании DFDS в Гетеборге в Швеции. Заказ является частью стратегии DFDS по достижению нулевого уровня выбросов углерода к 2050 году. Инициатива также является важным шагом для Volvo Trucks к достижению своей цели устойчивого развития, так как к 2040 году производитель хочет освободить цепочку поставок от ископаемого топлива. 

«Замена наших обычных дизельных грузовиков альтернативными автомобилями (…) окажет значительное влияние на уровень наших выбросов. Однако эти усилия требуют гораздо большего, чем просто финансовые вложения. Чтобы наши климатические амбиции стали реальностью, нужно сотрудничать с поставщиками энергии и лидерами отрасли (…)», – сказал Никлас Андерссон, исполнительный вице-директор и руководитель отдела логистики DFDS.

Аналитики приходят к выводу, что электромобили будут продолжать доминировать на рынке частных транспортных средств (согласно отчету McKinsey, в 2035 году более половины ново регистрируемых грузовиков в мире будут с электрическим приводом, в 2040 году это должно быть уже 85 проц.). А вот в обезуглероживании тяжелого автомобильного транспорта, в перспективе ключевую роль будет играть водород.

Перспективный водород

В ЕС прогнозируют, что в 2030 году 17 проц. новых грузовиков будут водородными. Они предоставляют много преимуществ, как и электромобили, включая чрезвычайно важное отсутствие загрязняющих выбросов.

Водородные автомобили также содержат электродвигатель, питающийся от водородных топливных элементов, позволяющих водороду реагировать с кислородом, создавая химическое производство электроэнергии и водяного пара. Электричество питает двигатель, а безвредный водяной пар выделяется в атмосферу. Автомобили на водородных топливных элементах, также известные как электромобили на топливных элементах, заправляются водородом на специальных станциях технического обслуживания, содержащих баки с природным газом под давлением.

Розничная цена грузовиков на топливных элементах в основном определяется номинальной мощностью их топливных элементов. Силовая установка на топливных элементах и ​​хранилище водорода системы составляют почти 80 проц. от общих затрат на грузовые автомобили.

Водородные транспортные средства дороже электромобилей, поскольку сейчас на рынке нет бюджетных вариантов, цена нового водородного транспортного средства сравнима с ценой самого высокого класса электромобилей. 

В соответствии с TWI Global (одной из ведущих независимых исследовательских и технологических организаций) водородные автомобили дороже в производстве, чем аккумуляторные. Водород, будучи самым распространенным химическим элементом во вселенной, все еще стоит довольно дорого – примерно в 8-10 раз дороже бензина.

Во-вторых, его производство весьма энергозатратное – на производство одного кубометра водорода с помощью электролиза, например, требуется 4-5 киловатт электроэнергии, и далеко не всегда она поступает из «зеленых’’ источников. По оценке Международного агентства по энергетике, замещение водородом всего транспортного топлива потребовало бы производства вчетверо большего количества электроэнергии. Для электролиза требуется, в частности, платина, добыча которой тоже очень затратна и энергоемка и тоже не соответствует растущим требованиям экологов.

«Эти автомобили по-прежнему значительно дороже, чем сопоставимые дизельные автомобили, поэтому требуют крупных инвестиций. Однако в транспортном секторе нам нужны быстрые решения для достижения наших климатических целей», – сказал  Питер Фог-Петерсен, руководитель отдела автомобильного транспорта DSV. «Водород может сыграть значительную роль в энергетической трансформации. Технология уже достигла такого уровня развития, который позволяет нам протестировать ее применение и запустить мощный пилотный проект».

По данным DSV, грузовики с водородным двигателем могут достигать большей дальности движения, чем электромобили, а водород может сыграть важную роль в будущем, особенно в секторе грузовых автомобилей. Именно поэтому компания начала тестирование водородного грузовика Hyundai Xcient Fuel Cell Type 6×2.

Основная проблема использования энергии водорода заключается в необходимости усовершенствовать технологии его производства. Общий бюджет на реализацию водородных проектов только в Европе уже исчисляется миллиардами евро. Сегодня ученые со всего мира работают над удешевлением отрасли за счет внедрения новых методов. Сверхзадача – сделать водород таким же доступным, как и природный газ; с последующим полным переходом на него.

Предполагается, что в период с 2025 по 2030 год затраты на системы хранения водорода (т. е. резервуары на 700 бар и соответствующие трубопроводы и структурные компоненты) снизятся на 21 проц.

В исследовании, проведенном по заказу государственно-частного партнерства ЕС и Совместного предприятия по топливным элементам и водороду (FCH JU) сделан вывод о том, что грузовики на водородных топливных ячейках (FCH) могут стать конкурентоспособными по стоимости эксплуатации к 2027 г., если стоимость водорода упадет до 6 евро за 1 кг. 

Из преимуществ водородных грузовиков аналитики отмечают высокую эксплуатационную гибкость и относительно короткое время дозаправки по сравнению с электрогрузовиками. Водородный автомобиль не нужно заряжать, как электромобиль с батарейным питанием; его можно заправить менее чем за пять минут. Фактически, большинство водородных автомобилей могут легко проехать до 483 км на полном баке. К примеру, Renault Kangoo ZE Hydrogen и Master ZE Hydrogen имеют топливные элементы с удлинителем запаса хода, которые обеспечивают запас хода более 350 км и время зарядки всего 5 минут.  

Автомобили с водородным двигателем также имеют небольшой вес. Используемые в них топливные элементы намного легче аккумуляторов, применяемых в электромобилях, и существенно не снижают грузоподъемность автомобиля. Полный водородный бак весит около 5 килограммов, а аккумулятор в электромобиле весит до 700 килограммов.

Проблема утилизации компонентов водородных большегрузах стоит на порядок менее остро, чем у транспортных средств на электробатареях.

Среди минусов выбора водородного автомобиля в первую очередь то, что на данный момент недостаточно инфраструктуры для их поддержки. Согласно оценкам американской Национальной лаборатории по изучению возобновляемой энергии, стоимость строительства одной водородной заправочной станции варьируется от 1 до 4 млн. долл. в то время как оборудование для обычной АЗС обходится в среднем в 100 тыс. долл. В Европе прогнозируется, что к 2030 году необходимо более 1 тыс. водородных станций и около 300 тыс. электрических зарядных станций. При этом определение надлежащего расположения зарядных станций для большегрузных транспортных средств часто ограничено наличием необходимой энергетической инфраструктуры и пропускной способностью направления.

«Для достижения целей ЕС по декарбонизации транспорта к 2030 г. водородные заправочные станции (ВЗС) должны быть доступны не менее чем через каждые 150 км вдоль автомобильной сети TEN-T», – считает Адина Вэлеан, еврокомиссар по транспорту, «Это позволит создать достаточно плотную сеть ВЗС, которая обеспечит адекватную трансграничную связь с ЕС и поддержит 60 тыс. водородных грузовиков, которые мы ожидаем увидеть на дорогах Евросоюза к 2030 г.».

На эти цифры – 60 тыс. – ориентируется и коалиция крупных производителей автомобилей, включающая Daimler, Honda и Hyundai. Здесь обязались к 2030 году выпустить 100 тыс. грузовиков на топливных элементах для поддержки «декарбонизации европейского транспортного сектора».

В этом свете машины на батарейках – временное решение на ближайшие 20-30 лет, в среднесрочной перспективе потенциал водорода куда выше. Особенно, что на данный момент основным барьером для транспортного сектора является не инфраструктура или стоимость технологии, а нехватка грузовых транспортных средств на водороде.

«Водород, несомненно, станет топливом будущего. Однако это не ближайшее будущее. Мы обсудили с перевозчиками возможность приобретения водородных автомобилей. Оказалось, что это практически невозможно», – признал Михал Шимковски, председатель правления Dachser в Польше. «Этих машин нет на рынке, есть только прототипы и тестовые образцы. Так что я думаю, что в ближайшее время перевозчикам придется пройти фазу электромобилей – этого не избежать», – добавил Михал Шимковски.

Оба эти направления требуют дальнейших исследований и разработок, причем электромобили требуют эффективной переработки отработанных аккумуляторов, более быстрого заряда и увеличения запаса хода. Между тем водород нуждается в усовершенствовании инфраструктуры и снижении затрат на добычу водорода для заправки. Однако и то и другое направление можно считать перспективным в защите климата.

Электрические грузовики самые экологичные?

В марте 2023 г. ICCT опубликовал результаты исследования, которое сравнивает выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла электрических, водородных, работающих на природном газе и дизельном топливе грузовиков и автобусов.

Любимое клише сторонников «лучше использовать масло» заключается в том, что электромобили не чище, чем автомобили с ДВС, потому что для их производства и зарядки расходуется ископаемое топливо. 

В «Сравнении выбросов парниковых газов в течение жизненного цикла европейских большегрузных транспортных средств и топлива» авторы рассматривают не только выбросы CO2 из выхлопных труб транспортных средств, но и выбросы ПГ, возникающие в результате производства транспортных средств и их компонентов, технического обслуживания транспортных средств, производство топлива и производство электроэнергии.

Ключевой вывод: наибольшее воздействие на климат грузовых автомобилей и автобусов в течение всего срока их службы связано с фазой использования или потребления топлива, а не с добычей сырья, строительством или техническим обслуживанием.

«Проблема не в заводе, а в дороге», – говорит Никита Павленко, руководитель топливной программы ICCT. «Высокая интенсивность выбросов парниковых газов, связанных с вождением грузовика в течение всего срока его службы, уравновешивает выбросы парниковых газов, образующиеся при его производстве или производстве топлива или энергии, которую он потребляет. Наше исследование рассматривает неопределенности, связанные с участием выбросов на всех этапах жизни транспортного средства. Это показывает, что только электрические грузовики с аккумуляторами и некоторые электрические грузовики с топливными элементами могут соответствовать климатическим целям сектора

Сравнение различных вариантов трансмиссии показывает, что аккумуляторные электрические грузовики являются лучшим вариантом для снижения выбросов парниковых газов. В течение всего срока службы 40-тонный тягач с прицепом с аккумуляторной батареей будет производить как минимум на 63 проц. меньше выбросов по сравнению с дизельным двигателем. Поскольку сеть продолжает декарбонизироваться, эти выбросы будут падать — исследование показывает сокращение выбросов на 84 проц. при использовании только возобновляемой электроэнергии.

Вместе с тем, согласно выводам исследования, грузовики на топливных элементах, использующие водород, полученный из ископаемого топлива, производят на 15 проц. меньше выбросов парниковых газов по сравнению с их дизельными аналогами. Сокращение выбросов сильно зависит от источника водорода. Если бы водород производился только с использованием возобновляемой электроэнергии, сокращение выбросов могло бы достичь 85 проц.

Выбросы транспортных средств, работающих на природном газе, в течение жизненного цикла варьируются от 4 проц. до 18 проц. ниже, чем у их дизельных аналогов. По мнению авторов отчета, баланс автомобилей на газовом топливе отягощен выбросами метана, которые образуются при производстве и транспортировке газов. Устойчивый биогаз может улучшить баланс, но ICCT предполагает, что устойчивый биометан может покрывать только 2 проц. парниковых газов.

«Таким образом, цели по защите климата на автомобильном грузовом транспорте могут быть достигнуты только с использованием электромобилей или транспортных средств на топливных элементах», – считает Никита Павленко.

Ученые Норвежского института экономики и транспорта несколько лет назад провели исследования, после которых опыт грузоперевозок электротягачами был признан «многообещающим». «С точки зрения затрат, мы ожидаем, что аккумуляторные грузовики станут конкурентоспособными, когда технология достигнет массового производства», – заявили авторы исследования. Хотя они обратили внимание на кое-какие недостатки (например, ограничение гибкости операций для логистических компаний), ученые видят потенциал для полноценного использования электротягачей на определенных сегментах.