Влияние автомобильной промышленности и ее цепочки поставок на изменение климата: технико-экономические аспекты Соммы

Цель настоящего документа состоит в том, чтобы представить и обсудить некоторые технико-экономические аспекты воздействия автомобильной промышленности и ее цепочки поставок на изменение климата.

Метод

Чтобы дать хорошо структурированную оценку этой глобальной проблеме в настоящее время, мы будем иметь дело со следующим: мы четко определим, что подразумевается под изменением климата, и подведем итоги происхождения, распространения и вклада автомобилей в это явление. ; мы дадим отчет о фактическом мировом парке транспортных средств и ожидаемом увеличении этого парка в ближайшем будущем, принимая во внимание прогнозируемый в будущем вклад мирового парка транспортных средств в изменение климата и действия, которые были предприняты регулирующими органами для уменьшения этого явления путем ограничения выбросов двуокиси углерода (CO₂) а также других загрязняющих веществ вновь выпускаемыми транспортными средствами; мы обеспечим комплексный подход к комплексным исследованиям выбросов и энергопотребления, в основном проводимых в США, Японии и Европейском Союзе.

Полученные результаты

Вышеупомянутые исследования позволят нам оценить альтернативные технологии, которые автомобильная промышленность рассматривает для соблюдения этих правил и внесения вклада в снижение воздействия транспортных средств на окружающую среду и, следовательно, на изменение климата.

Выводы

СО₂ в ближайшие годы ожидается увеличение выбросов эквивалента газов автотранспортом и, следовательно, возрастет вклад транспортного сектора в изменение климата. Аккумуляторные электромобили (BEV) представляют собой технологию, которая должна быть принята для уменьшения вклада транспортных средств в изменение климата.Учитывая многонациональный характер автомобильной промышленности и ее поставщиков, не возникнет серьезных проблем с внедрением новых транспортных средств, предназначенных для решения проблем окружающей среды и изменения климата.

Введение: изменение климата/парниковый эффект

Большинство ученых в настоящее время согласны с тем, что изменение климата связано с парниковым эффектом (ПГЭ), явлением, возникающим в результате деятельности человека, см., например, [1, 2]. Это в основном связано с выбросами парниковых газов (ПГ), в частности CO.₂ производится путем сжигания органического материала. ПГ поглощают и повторно излучают обратно на землю тепло, поступающее от солнечного излучения, провоцируя климатические изменения, о чем подробно сообщается в [3].

Изменение климата можно научно оценить, рассмотрев изменения следующих трех параметров в течение длительных периодов времени:

• Повышение глобальной средней температуры поверхности земли;
• Повышение среднего уровня моря земли;
• Уменьшение снежного покрова земли.

На рис. 1 представлены данные, воспроизведенные из официального отчета Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) 2010 г. [4], которые резюмируют изменения трех указанных выше параметров. Можно наблюдать непрерывное повышение глобальной средней температуры поверхности земли в период 1850–2000 гг., непрерывное повышение среднего уровня моря Земли с 1870 по 2000 г. и непрерывное уменьшение снежного покрова земной поверхности. Северное полушарие с 1921 по 2000 год.

В этом отношении связь между CO₂ выбросы и изменение климата теперь установлены. Следовательно, вклад эмиссионного CO₂ и другие газы (оцениваются в эквиваленте CO₂) к изменению климата можно отнести каждую отрасль человеческой деятельности. Этот вклад показан на рис. 2 [4]. Общие выбросы CO₂ и других газов (оценивается в эквиваленте CO₂) составляли 49 Гт/год в 2004 году, в то время как вклад транспортной системы составляет 13,1 %, что эквивалентно 6,42 Гт/год. Обратите внимание, что это количество относится ко всей транспортной системе, включая выбросы от автотранспорта, поездов, кораблей и самолетов.

Влияние на автомобильную промышленность

В таблицах 1 и 2 [5] представлены данные о мировом парке транспортных средств, среднемировое значение транспортных средств на 1000 жителей за 2000 и 2010 годы, количество транспортных средств, составляющих парк крупнейших стран мира, и количество транспортных средств. на 1000 жителей в этих странах за тот же период соответственно.

Вклад транспортного сектора в эквивалент CO₂ выбросы (13,1 %), упомянутые выше, возможно, не так уж высоки по сравнению, например, с вкладом энергоснабжения, оцениваемым в 25,9 % (рис. 2). Однако в любом случае это настораживает, так как прогнозируемое изменение СО₂ выбросы эквивалентных газов транспортным сектором, по отношению к базовым показателям 2010 г., представляют собой значительное увеличение, как показано на рис. 4 [3], несмотря на все запланированные меры, тогда как во всех других секторах таких как энергетика, промышленность, сельское хозяйство и отходы, прогнозируется значительное снижение. В основном это связано с:

• Постоянное увеличение мирового парка транспортных средств (утроение к 2050 г. по отношению к базовому показателю 2000 г.).
• Старение этих транспортных средств, которое варьируется от одной страны к другой. Обратите внимание, что в богатых странах средний возраст парка транспортных средств не превышает 5 лет, и, следовательно, уровень технологий, реализованных на этих транспортных средствах, соответствует самым последним европейским или другим эквивалентным нормам по выбросам. Но в бедных и слаборазвитых странах устанавливаются другие приоритеты, позволяющие использовать парк транспортных средств со средним возрастом около 10–20 лет с гораздо более высокими уровнями выбросов.

Обзор доступных технологий для экологического автопарка

Следует отметить, что недостаточно заменить тепловые транспортные средства транспортными средствами с нулевым уровнем выбросов в районе эксплуатации, например, электромобилями. Мы также должны быть уверены, что цепочка производства материалов, используемых для производства этих транспортных средств, и для производства энергии, используемой этими транспортными средствами в течение их срока службы, не способствует изменению климата и загрязнению земли. Эта проблема, безусловно, является наиболее сложной в ряде стран, не располагающих необходимыми природными ресурсами. Хорошо к колесу исследования необходимы в каждой стране для оценки каждой из новых транспортных средств с точки зрения выбросов CO2 и потребления энергии с учетом структуры энергопотребления, используемой в каждой стране для производства электроэнергии.

Доступные технологии, которые уже были или будут представлены на рынке для уменьшения или полного устранения вклада транспортных средств в изменение климата, могут быть перечислены как:

• Гибридные электромобили (HEV)
• Подключаемые гибридные электромобили (PHEV)
• Аккумуляторный электромобиль с расширителем запаса хода (RE-BEV)
• Аккумуляторные электромобили (BEV)
• Электромобили на топливных элементах (FCEV)

На самом деле HEV, PHEV, RE-BEV и BEV уже представлены на рынке. Технологии FCEV уже разработаны и проходят оценочные испытания. Они будут коммерциализированы, когда будет доступна необходимая инфраструктура для снабжения их соответствующей энергией.

Полномасштабные исследования

Оценка пригодности одной из вышеперечисленных автомобильных технологий для сокращения выбросов и решения проблем изменения климата была подтверждена несколькими исследованиями. успешные исследования в основном проводятся в США, Японии и странах ЕС, которые являются крупными игроками автомобильной промышленности [8–11]. Однако эти исследования не проводились при одних и тех же предположениях и для одного и того же энергетического баланса, и, следовательно, результаты не совпадают, и их сравнение затруднено.

Исследование Ванга в Аргоннской лаборатории [8] дает самые последние данные, действительные для США, резюмированные на рис. 5 и 7. Можно видеть, что технология транспортных средств на топливных элементах в сочетании с производством водорода из возобновляемых источников энергии является лучшей технологией для окружающей среды нашей планеты. Но если рассматривать реальное производство электроэнергии в кВт·ч в США, то предпочтительнее использовать технологию электромобилей (рис. 6).

Полномасштабные исследования, проведенные в Японии [9], представлены на рис. 7 и 8. См. также аналогичные исследования, опубликованные ЕС [10]. Следует отметить, однако, важный вклад в решение этой проблемы, т. е. фирменное программное обеспечение, разработанное Daimler, под названием OPTIRESOURCE, которое позволяет анализировать любой энергетический путь для любой системы привода транспортного средства [11].

Общий вывод всех представленных полномасштабных исследований заключается в том, что BEV выделяет меньше CO.₂ чем любое другое транспортное средство, когда электричество производится из смеси с низким содержанием углерода и обладает самым высоким коэффициентом энергоэффективности. FCEV лучше, только если производство водорода происходит из возобновляемых источников энергии, что возможно не во всех случаях. Это объясняет недавний сдвиг в транспортной политике США, решение о внедрении технологии BEV и строительстве атомных станций для производства энергии. Влияние этого решения на автомобильную промышленность является значительным, поскольку современная аккумуляторная технология не обеспечивает для BEV запас хода, достаточный для замены транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Следовательно, должна использоваться существующая технология RE-BEV. Однако в будущем ожидаются улучшения, а до тех пор существующие HEV, PHEV и RE-BEV могут положительно влиять на окружающую среду, снижая выбросы ПГ на 30–50 %.

Ключевые технологии для BEV

Появление BEV на рынке зависит от расстояния (километров), которое большую часть времени преодолевают пользователи, а также от следующих ключевых технологий, кратко изложенных ниже:

(я) Аккумуляторная технология является первой ключевой технологией для BEV. Об этом свидетельствуют данные, представленные на рис. 9 [12], где удельная мощность аккумуляторов разных технологий представлена ​​как функция удельной энергии. Целью отрасли является литий-ионный аккумулятор с удельной энергией 240–250 Вт·ч/кг и удельной мощностью около 1000 Вт/кг, тогда как производительность существующих аккумуляторов составляет примерно половину этих показателей.

• Домашняя ночная зарядка: 230 В — 10 А — 2,3 кВт
• Домашняя зарядка: 230 В — 16 А — 3,7 кВт
• Домашняя быстрая зарядка: 230 В — 32 А — 7,4 кВт
• 3 фазы быстрой зарядки: 3 × 230 В — 32 А — 22 кВт
• 3-фазная сверхбыстрая зарядка: 3 × 230 В — 63 А — 43 кВт
• Быстрая зарядка постоянного тока: 50 кВт постоянного тока
• Сверхбыстрая зарядка постоянным током: 100 кВт постоянного тока
• Замена батареи

Плотность станций быстрой и сверхбыстрой зарядки напрямую связана с аккумуляторной технологией, реализованной в транспортных средствах, и с расстоянием (километрами), проходимым ежедневно большую часть времени; например, требования для Японии связаны с очень плотной зарядной сетью, тогда как для Швейцарии требуются менее плотные зарядные устройства. Однако отметим, что реальное время зарядки при использовании вышеуказанных зарядных станций представлено на рис. 10 [13].

Вклад транспортных средств в изменение климата не может быть обнулен в короткие сроки, так как внедрение в мировой автопарк транспортных средств, основанных на новых технологиях, происходит поступательно и фактически зависит от мировой экономической ситуации.

Дорожная карта для разработки эффективной политики в разумные сроки не может быть одинаковой для всех стран, но она должна быть адаптирована к местным условиям и учитывать местную доступность сырья, существующий уровень технологий. , фактический энергетический баланс и, очевидно, местные экономические условия. Таким образом, меры, которые, как ожидается, будут реализованы для решения проблемы изменения климата, могут быть перечислены как:

• Спланировать и построить соответствующее расширение сети производства и распределения электроэнергии;
• Построить адекватную сеть зарядных станций;
• Разместите зарядные станции в стране так, чтобы максимально увеличить дальность поездки BEV с сегодняшней аккумуляторной технологией, а также предсказать будущие улучшения этой технологии (иначе деньги будут потрачены впустую на зарядные станции, которые в будущем не понадобятся);
• Предоставьте потребителям определенные стимулы для покупки электромобилей в умеренных масштабах, чтобы темпы роста рынка электромобилей ассоциировались с темпами строительства инфраструктуры.

Влияние на международный бизнес и торговлю

Автомобильная промышленность является многонациональной отраслью, которая уже развернула свои производственные предприятия на разных континентах и ​​в разных странах, чтобы воспользоваться местными условиями (доступность сырья, стоимость рабочей силы, уровень налогообложения, простота местных административных требований со стороны правительства). , и многие другие). На рис. 11 [5] представлено распространение автомобилестроения по всему миру.

Более того, международная кооперация в производстве автокомпонентов уже стала реальностью. Например, немецкие Bosch и Toyota уже много лет являются совладельцами двух заводов по производству тормозных систем с АБС в Японии. Все производители автомобилей уже наладили международное сотрудничество с производителями литий-ионных аккумуляторов, чтобы обеспечить их поставку аккумуляторов для своих новых транспортных средств. Это сотрудничество представлено в таблице 4 [5].

Следовательно, внедрение новых технологий в автомобилестроение технологически возможно и будет зависеть от цены аккумуляторов по отношению к цене на нефть. Рассматриваются литий-ионные аккумуляторы, поскольку они представляют собой новейшую и наиболее перспективную технологию. Три рассмотренных альтернативных сценария для аккумуляторной промышленности представлены на рис. 12 [12].

С другой стороны, известный запас и спрос на сырье, используемое для производства литий-ионных аккумуляторов, оказывает решающее влияние на цену этих материалов и, в конечном итоге, на цену аккумуляторов. В табл. 3 приведены табличные данные по трем вышеупомянутым сценариям [12].

Таблица 4 OEM-производители или поставщики аккумуляторов (первый столбец), производители аккумуляторов (второй столбец) и совместное предприятие производителей аккумуляторов (третий столбец) [5]

Выводы

Подводя итог вышеизложенным основным характеристикам воздействия автомобильной промышленности и ее цепочки поставок на изменение климата, можно сделать следующие заключительные замечания:

1. а) СО₂ в ближайшие годы ожидается увеличение выбросов эквивалента газов автотранспортом, а, следовательно, возрастет и вклад транспортного сектора в изменение климата, поскольку, по самым скромным прогнозам, к 2050 году мировой парк транспортных средств утроится. .
2. (b) Аккумуляторные электромобили (BEV) представляют собой технологию, которая должна быть принята для уменьшения вклада транспортных средств в изменение климата, но для эффективного применения технологии BEV на рынке может потребоваться серьезный переход к производству экологически чистой энергии. . Также необходимо обеспечить эффективную адаптацию сети распределения электроэнергии, чтобы справляться с нагрузками, связанными с зарядкой электромобилей, как вне пика, так и в часы повышенного спроса.
3. с) учитывая многонациональный характер автомобильной промышленности и ее поставщиков, не возникнет серьезных проблем с внедрением новых транспортных средств, предназначенных для решения экологических проблем и проблем изменения климата, но темпы освоения этих транспортных средств в рынок будет зависеть не только от интенсивности климатических изменений, но и от цены аккумуляторов по отношению к цене на нефть, а также от решительной позиции регулирующих органов.Однако следует отметить, что недавний глобальный экономический кризис может сильно повлиять на продажи автомобилей и прогнозируемый постоянный рост парка экологических транспортных средств.

использованная литература

1. Хоутон Дж. (2009) Глобальное потепление: полный брифинг. Издательство Кембриджского университета, Cambridge BookGoogle Scholar
2. Каунидес Л. (2011) Изменение климата и реструктуризация мировой экономики и торговли, Программы магистратуры специалистов SMM714, Бизнес-школа Касс, Лондон, май 2011 г.
3. Tsoskunoglou M (2010) Столкновение с изменением климата открывает новую эру технологической эволюции автомобилей. Материалы конференции по электромобилям и экологическому транспорту, Греческий институт электромобилей, Каламата/Греция, апрель 2010 г.
4. Отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) (2010 г.)
5. Каталог Automobil Revue (2011)
6. Отчет Всемирного совета предпринимателей по устойчивому развитию (WBCSD) (2004 г.)
7. Уорд Дэвид, «Глобальные тенденции 2020 и последующие годы: использование автомобилей, проблемы окружающей среды и безопасности», документ, представленный от имени отчета Фонда FIA в Autoworld, Брюссель, 22 июня 2011 г.
8. Ван М. (2003 г.) Энергия и выбросы транспортных средств/топливных систем в полном объеме: разработка и применение модели GREET. Аргоннская национальная лаборатория, Калифорнийский совет по воздушным ресурсам, Сакраменто, Калифорния, апрель 2003 г.
9. Hisashi I (2006) Анализ эффективности полного цикла. JHFC, Исследовательская группа общей эффективности, 2006 г.
10. Европейская комиссия (2006 г.) (a) Отчет «От скважины к резервуару», версия 2b, май 2006 г., и (b) Отчет «От резервуара к колесу», версия 2b, май 2006 г.
11. Wind J, Froeschle P, Piffaretti M (2006) Полная визуализация. Материалы 22-го симпозиума по электромобилям (EVS22), Иокогама, Япония, 2006 г.
12. Фетцер Дж., Бутцманн С., Финк Х. (2010) Потенциал и проблемы литий-ионных аккумуляторов в электропоездах. Proceedings International Advanced Mobility Forum, Женева, Швейцария, 2010 г.
13. Sandmeier P, Felsenstein S (2010) Необходимая инфраструктура для электромобилей к 2020 году — пример Швейцарии.Proceedings International Advanced Mobility Forum, Женева, Швейцария, 2010 г.

Информация об авторе

Авторы и принадлежность

1. Проектный центр нанотехнологий и перспективной инженерии, НЦСИ «Демокритос», Афины, Греция А. Г. Мамалис
2. Евро-средиземноморская академия искусств и наук, Афины, Греция К. Н. Спентзас
3. Ernst and Young, Афины, Греция А. А. Мамали

1. А. Г. Мамалис