การลดคาร์บอนในการขนส่งสำหรับงานหนัก: ไฮโดรเจนคือคำตอบหรือไม่?

สนับสนุนบทความนี้โดย Eaton.

เนื่องจากการขนส่งยังคงเป็นภาคส่วนที่ปล่อยก๊าซเรือนกระจกมากที่สุด การมุ่งเน้นไปที่การใช้พลังงานไฟฟ้าจึงร้อนแรงขึ้น

การเติบโตของยอดขายรถยนต์ไฟฟ้ามีมาก เพิ่มขึ้น 168 เปอร์เซ็นต์ในช่วงครึ่งแรกของปี 2021 เมื่อเทียบกับปี 2020 — ด้วยยอดขายที่แข็งแกร่งเป็นพิเศษในจีนและยุโรปเนื่องมาจากข้อบังคับของรัฐบาลและมาตรฐานการปล่อยมลพิษ นอกจากนี้ มากกว่าหนึ่งโหลประเทศ ได้ประกาศเป้าหมายยานยนต์ที่ปล่อยก๊าซเป็นศูนย์ หรือการยุติการใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในในอีกสองทศวรรษข้างหน้า

สัปดาห์นี้ที่ COP26การลดคาร์บอนของภาคการขนส่งเป็นจุดสนใจหลัก แต่ในขณะที่โลกกำลังมุ่งสู่ความก้าวหน้าในเทคโนโลยียานยนต์ไฟฟ้า แต่ก็ยังมีความพยายามสำคัญประการหนึ่งในการขจัดคาร์บอนออกจากคาร์บอนที่ต้องจัดการ นั่นก็คือ ยานพาหนะที่ใช้งานหนัก 

รถบรรทุกระยะไกลและรถก่อสร้างซึ่งขึ้นชื่อในเรื่องการวิ่งหลายชั่วโมงและระยะทางหลายร้อยไมล์ในแต่ละครั้ง มากกว่าร้อยละ 20 ของการปล่อยก๊าซจากการขนส่ง. และเส้นทางสู่การลดคาร์บอนสำหรับยานพาหนะเหล่านี้นั้นยากกว่ามาก เนื่องจากมีพลังงานไฟฟ้าจำนวนมากที่จำเป็นต่อการทำงานของพวกเขา ในกรณีที่การจ่ายไฟให้กับแบตเตอรี่รถยนต์ที่สถานีชาร์จนั้นเพียงพอที่จะขับเคลื่อนรถยนต์ไฟฟ้าส่วนบุคคลของคุณ ยานพาหนะที่ใช้งานหนักจะต้องใช้แบตเตอรี่จำนวนมากและใช้เวลาชาร์จหลายชั่วโมงเพื่อกักเก็บพลังงานมากกว่า 50 เท่า 

แม้จะล่าสุดก็ตาม เทคโนโลยีการชาร์จที่รวดเร็วเป็นพิเศษยานพาหนะไฟฟ้าสำหรับงานหนักจะมีระยะการชาร์จเพียง 100-XNUMX ไมล์ต่อนาที หากมองตามความเป็นจริง การเติมน้ำมันดีเซลจะช่วยเพิ่มความเร็วได้ถึง XNUMX ไมล์ต่อนาที กล่าวโดยสรุป การใช้พลังงานไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวไม่ใช่คำตอบของการลดคาร์บอน อย่างไรก็ตาม ความหวังก็คือไฮโดรเจน 

คำมั่นสัญญาและความท้าทายของเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน 

หนึ่ง ทางออกที่เป็นไปได้ การลดคาร์บอนของยานพาหนะที่ใช้งานหนักและเดินทางระยะไกลในปัจจุบันคือการใช้ไฮโดรเจนสีเขียว อุตสาหกรรมการขนส่งประสบความสำเร็จในการใช้โซลูชันไฮโดรเจนสำหรับยานพาหนะขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม การขยายเทคโนโลยีสำหรับยานพาหนะสำหรับงานหนักนั้นไม่ได้ตรงไปตรงมามากนัก

การปรับขนาดเซลล์เชื้อเพลิงสำหรับการใช้งานหนักทำให้เกิดข้อกำหนดใหม่และแตกต่างอย่างมากในแง่ของอายุการใช้งาน ประสิทธิภาพ และต้นทุน อย่างไรก็ตาม Eaton กำลังนำเสนอโซลูชั่นที่น่าตื่นเต้นในแต่ละด้าน: 

1. การไหลเวียนของอากาศที่เหมาะสม 

เซลล์เชื้อเพลิงเป็นอุปกรณ์แปลงพลังงานที่ผลิตกระแสไฟฟ้าโดยการรวมไฮโดรเจนและออกซิเจนลงในน้ำ อย่างไรก็ตาม การไหลของออกซิเจนเข้าสู่เซลล์เชื้อเพลิงอย่างแม่นยำมีความสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากควบคุมการผลิตไฟฟ้า และอาจถือเป็นความท้าทายครั้งใหญ่

นั่นคือที่มาของ Eaton Eaton เป็นผู้นำด้านเทคโนโลยีควบคุมอากาศด้วยปั๊มลมที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้ามานานกว่า 20 ปี เนื่องจากความเชี่ยวชาญของบริษัท Eaton จึงเป็นเช่นนี้ ร่วมมือกับกระทรวงพลังงานสหรัฐ เพื่อพัฒนาพื้นที่นี้ต่อไป 

ปั๊มลมเป็นตัวใช้ไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุดภายในเซลล์เชื้อเพลิง โดยประมาณ 15-20 เปอร์เซ็นต์ของการผลิตไฟฟ้าที่ใช้จ่ายให้กับปั๊ม นั่นคือเหตุผลที่ Eaton พยายามลดปริมาณไฟฟ้าที่ตัวควบคุมอากาศใช้ลงครึ่งหนึ่ง

การบรรลุประสิทธิภาพระดับนี้โดยไม่ทำให้ประสิทธิภาพลดลง ในขณะเดียวกันก็เพิ่มความทนทานและรักษาต้นทุนที่ยอมรับได้ไปพร้อมๆ กัน ถือเป็นส่วนสำคัญของกระทรวงพลังงาน”ไฮโดรเจนเอิร์ธช็อต” โปรแกรมเพื่อปรับเซลล์เชื้อเพลิงให้เหมาะกับความต้องการของรถบรรทุกงานหนักและขนส่งทางไกล  

2. การควบคุมไฮโดรเจนที่แม่นยำ 

นอกเหนือจากการควบคุมการไหลเวียนของอากาศแล้ว Eaton ยังตรวจสอบด้านการจัดหาไฮโดรเจนของเซลล์เชื้อเพลิงอีกด้วย ระบบจ่ายไฮโดรเจนแบบดั้งเดิมจะแลกต้นทุนและความทนทานเพื่อประสิทธิภาพและประสิทธิผล การแนะนำนวัตกรรมในวงจรไฮโดรเจน แนวทางของ Eaton สามารถควบคุมการไหลเข้าสู่เซลล์เชื้อเพลิงได้อย่างมีประสิทธิภาพและแม่นยำ และหมุนเวียนส่วนเกินกลับคืนมา

ด้วยความแม่นยำ เราหลีกเลี่ยงการสิ้นเปลืองไฮโดรเจน และช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมให้ดียิ่งขึ้นไปอีก โซลูชันเหล่านี้ไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับยานพาหนะที่ใช้งานหนักบนถนนเท่านั้น แต่ยังอาจนำไปสู่ความก้าวหน้าในการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในการขับเคลื่อนของเครื่องบินอีกด้วย 

3. การจัดการพลังงานไฟฟ้า 

รถยนต์ไฮโดรเจนสำหรับงานเบาส่วนใหญ่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงขนาดเล็กเพื่อชาร์จแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ซึ่งในทางกลับกันจะขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้า แนวคิดนี้ใช้ได้ผลดีเพราะรถยนต์มีการใช้พลังงานโดยเฉลี่ยค่อนข้างต่ำ และต้องการพลังงานสูงเพียงในระยะเวลาสั้นๆ เท่านั้น ระบบไฟฟ้าก็เรียบง่ายเช่นกัน เนื่องจากเซลล์เชื้อเพลิงไม่ได้โต้ตอบกับมอเตอร์โดยตรง

แต่การปรับขนาดแนวคิดดังกล่าวไปยังรถบรรทุกสำหรับงานหนักจะส่งผลให้แบตเตอรี่มีขนาดใหญ่มาก ซึ่งใหญ่กว่าแบตเตอรี่รถยนต์ EV ประมาณห้าเท่า สำหรับรถบรรทุก ทางออกที่ดีที่สุดคือเซลล์เชื้อเพลิงที่ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพในทุกระดับพลังงาน และใช้แบตเตอรี่ขนาดเล็กกว่ามากในการสตาร์ทและจัดเก็บพลังงานเบรกเท่านั้น 

อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้นำเสนอความท้าทายใหม่: ระบบไฟฟ้าจะต้องซับซ้อนมากขึ้น เนื่องจากจำเป็นต้องผสมผสานพลังงานจากสามแหล่ง ได้แก่ เซลล์เชื้อเพลิง; แบตเตอรี่; และมอเตอร์ไฟฟ้า นี่เป็นพื้นที่ที่รู้จักกันดีของ Eaton อีกครั้ง ซึ่งมีประสบการณ์ด้านไมโครกริดอย่างกว้างขวางในการจัดการพลังงานไฟฟ้าในสภาพแวดล้อมที่คล้ายคลึงกัน และ Eaton กำลังนำความรู้ความชำนาญนั้นมาใช้ใหม่ในการใช้งานยานยนต์ไฮโดรเจน เพื่อลดความต้องการแบตเตอรี่ในที่สุด 

ด้วยการจัดการการผลิตไฟฟ้าจากเซลล์เชื้อเพลิง แบตเตอรี่ขนาดเล็ก และระบบส่งกำลังไฟฟ้า Easton ตั้งเป้าที่จะลดขนาดแบตเตอรี่ในรถยนต์ที่ใช้งานหนักลงสามถึงห้าเท่า ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยลดต้นทุนล่วงหน้าของยานพาหนะเท่านั้น แต่ยังช่วยลดน้ำหนักอีกด้วย ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความสามารถในการขนส่งของรถบรรทุกเซลล์เชื้อเพลิงอีกด้วย 

การแยกคาร์บอนจากทุกมุม 

เป็นที่ชัดเจนว่าไฮโดรเจนสีเขียวจะมีบทบาทสำคัญในอนาคตที่สุทธิเป็นศูนย์ ปล่อยก๊าซคาร์บอนเป็นศูนย์และสามารถผลิตจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน และในขณะที่ยังคงมีความท้าทายให้เอาชนะ Eaton กำลังช่วยปูทาง ความท้าทายเหล่านี้ตกอยู่ในจุดที่น่าสนใจของบริษัท นั่นคือการบรรจบกันของพลังงานไฟฟ้าและเครื่องกล 

งานของ Eaton ในพื้นที่นี้ยังสอดคล้องกับพันธกิจของบริษัท — เพื่อปรับปรุงคุณภาพชีวิตและสิ่งแวดล้อม — และด้วยความทะเยอทะยานที่ยึดหลักวิทยาศาสตร์ เป้าหมายความยั่งยืนปี 2030. Eaton มุ่งมั่นที่จะลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนในขอบเขตที่ 3 จากเทคโนโลยีและตลอดห่วงโซ่คุณค่าของบริษัทลง 15 เปอร์เซ็นต์ภายในปี 2030 และจะทุ่มเงิน 3 พันล้านดอลลาร์ในการวิจัยและพัฒนาสำหรับโซลูชันที่ยั่งยืนในช่วงเวลาเดียวกันนั้น

ความเชี่ยวชาญของ Eaton ในการควบคุมยานพาหนะและระบบส่งกำลัง รวมกับประสบการณ์ในการจัดการการไหลของก๊าซและไฟฟ้า จะช่วยพัฒนาโซลูชันการปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ที่มีประสิทธิภาพ เชื่อถือได้ ปลอดภัย และคุ้มค่าสำหรับอนาคต 

ที่มา: https://www.greenbiz.com/article/decarbonizing-heavy-duty-transportation-hydrogen-answer