Medzinárodná energetická agentúra (IEA) odhaduje, že spotreba energie v sektore dopravy predstavuje 24 % celosvetových emisií CO2. Keďže tieto emisie vykazujú trvalý stabilný rast, rýchla dekarbonizácia odvetvia dopravy bude kľúčová pre dosiahnutie cieľov Parížskej dohody.
Dekarbonizácia dopravy sa musí dosiahnuť aj ako súčasť Agendy OSN 2030 a cieľov trvalo udržateľného rozvoja (SDG). Pritom bude potrebné zohľadňovať ďalšie aspekty, akými sú bezpečnosť a dostupnosť dopravy, znižovanie miestnych emisií znečisťujúcich látok, znižovanie dopravných zápch, zlepšovanie energetickej bezpečnosti, konektivita, priemyselný rozvoj, hospodársky rast, spravodlivosť a zamestnanosť.
Elektrina
Elektrina ako zdroj energie zohráva kľúčovú úlohu pri dekarbonizácii a energetickej transformácii verejnej dopravy. Využívajú ju rôzne zariadenia a technológie (aktíva), ktoré vlastnia podniky verejnej dopravy, a pri prevádzke bude zohrávať čoraz väčšiu úlohu. Zatiaľ čo elektrina sa vždy používala hlavne na napájanie kancelárií, dep, staníc a v železničnej prevádzke, prebiehajúca elektrifikácia vozového parku cestnej dopravy na celom svete znamená, že je čoraz častejším primárnym zdrojom energie pre mnohé podniky verejnej dopravy.
Predaj elektrických autobusov sa v roku 2021 celosvetovo zvýšil o 40 %, čo predstavuje 4 % celosvetovej flotily autobusov. Čína má najväčšiu flotilu elektrických autobusov na svete s podielom 54 % batériových vozidiel. V Európe vzrástla registrácia nových batériových elektrobusov v roku 2021 o 22 % v porovnaní s rokom 2017. Podľa prebiehajúcich stratégií a celosvetových cieľov dekarbonizácie sa očakáva razantné rozšírenie elektrických vozidiel vo vozových parkoch verejnej dopravy.
Mobilita prostredníctvom elektrických autobusov je v súčasnosti relatívne dobre zavedenou technológiou s rozsiahlym nasadením v mnohých vozových parkoch po celom svete. Ukázalo sa, že je to účinný spôsob zníženia miestnych emisií uhlíka a zlepšenia kvality ovzdušia v prevádzkovej oblasti.
Zavedením elektrických vozidiel sa v sledovaných oblastiach výrazne zlepšila aj kvalita ovzdušia a znížilo dopravné zaťaženie. Nedávne štúdie ukazujú, že vzhľadom na životnosť batériových elektrických vozidiel (BEV) – v porovnaní s vozidlami so spaľovacím motorom – je množstvo produkovaných H+, CO2, O3 a pevných častíc nulové. Výsledkom analýzy je aj to, že z pohľadu celého životného cyklu je vplyv BEV na životné prostredie o 36 % nižší ako pri vozidlách so spaľovacím motorom (pri elektrine vyrábanej z obnoviteľných zdrojov je vplyv na životné prostredie približne 80 %). V Šenčene v Číne umožňuje zavedenie elektrických autobusov znížiť množstvo CO2 približne o 194 000 ton ročne. Ako zdôraznila Európska environmentálna agentúra v roku 2020, zavedenie elektrických vozidiel prispelo k zníženiu emisií CO2 v EÚ o 12 %.
Ďalšia štúdia, ktorá vznikla na univerzite v Göteborgu, ukázala, že zavedením elektrických autobusov sa zdravie obyvateľov žijúcich pri autobusovej trase v meste výrazne zlepšilo, pretože autobusy sú výrazne tichšie ako hybridné a dieselové autobusy, ktoré nahradili. Zníženie hluku tiež prináša výhody používateľom a vodičom verejnej dopravy.
Prípadová štúdia 1: Nederlandse Spoorwegen (NS), Holandsko – vlaky a stanice využívajúce obnoviteľnú energiu z vetra a slnka
Od roku 2017 sú vlaky v Holandsku 100 % prevádzkované s využitím energie z veternej energie. Energia spotrebovaná prevádzkovateľom sa rovná celkovej spotrebe elektriny všetkých domácností v Amsterdame (1 % elektriny spotrebovanej v krajine). Toto stopercentné pokrytie z vetra však nepokrýva celú skutočnú spotrebu energie organizácie, keďže je to v súčasnosti stále technicky a meteorologicky nemožné. NS v súčasnosti pracuje na zlepšení situácie, aby prispôsobila výrobu elektriny z obnoviteľných zdrojov jej spotrebe. Spolu so znalostnými inštitútmi a poskytovateľmi energie má organizácia ambíciu zabezpečiť, aby energia, ktorú NS spotrebuje každú hodinu (na rozdiel od celkovej spotreby energie), bola skutočne dodávaná z obnoviteľných zdrojov. Jedným zo sľubných prístupov je pracovať na efektívnejšom skladovaní veternej a slnečnej energie. Ďalším potenciálnym zlepšením, ktoré sa skúma, je vyvinúť spôsoby kombinovania rôznych metód výroby obnoviteľnej energie (slnečná, veterná a vodná energia) a nájsť spôsob, ako rozložiť výrobu obnoviteľnej energie v čase a znížiť spotrebu energie v špičkách (najmä v zime).
Vodík
Vodík možno vyrábať pomocou rôznych zdrojov energie vrátane obnoviteľnej elektriny, jadra, zemného plynu, uhlia a ropy. Keď sa vyrába z obnoviteľných zdrojov, je známy ako „zelený“ vodík, zatiaľ čo výrobou z fosílnych palív so súvisiacimi emisiami uhlíka je známy ako „sivý“. Po vyrobení sa vodík môže použiť na pohon vozidiel s palivovými článkami. Ak sa vodík vyrába z elektriny elektrolýzou, často sa tento proces transformácie označuje ako nepriama elektrifikácia. Vodík sa môže prepravovať ako plyn potrubím alebo ako kvapalina loďou; môže sa dokonca vyrobiť priamo na mieste spotreby.
Využitie vodíka v sektore dopravy sa stále vyvíja a doteraz to bolo vidieť najmä v pilotných prevádzkach. Nasadenie technológie vo väčšom meradle je podmienené množstvom dôležitých výziev:
- vysoké výrobné náklady a nedostatok dopytu,
- vysoké začiatočné investície potrebné na naštartovanie výroby,
- pomalé zavádzanie vodíkových infraštruktúr (preprava a distri-búcia),
- výroba bežnejšie dostupná z neobnoviteľných zdrojov,
- riziko konkurencie medzi elektrickou energiou používanou v elektrizačnej sústave a na výrobu vodíka.
V súčasnosti existuje v EÚ niekoľko projektov, ktoré pilotujú nasadenie autobusov s palivovými článkami, napríklad JIVE/JIVE2, 3Emotion alebo H2BUS. Cieľom projektov JIVE/JIVE 2 je nasadiť takmer 300 autobusov s vodíkovými palivovými článkami v 16 európskych mestách. Podobné snahy sú aj v iných regiónoch sveta. V oblasti železničnej dopravy bola v auguste 2022 spustená do prevádzky prvá flotila regionálnych vlakov na vodíkové palivové články v západnom Nemecku a niekoľko ďalších malých vozových parkov bolo objednaných v krajinách, ako Taliansko a Francúzsko.
V porovnaní s priamou elektrifikáciou poskytuje technológia vodíkových palivových článkov prevádzkovú flexibilitu, ktorá je bližšia tej, ktorú ponúkajú tradičné spaľovacie motory. Autonómny dojazd je väčší ako pri BEV a tankovanie je jednoduchšie a rýchlejšie ako dobíjanie. Vďaka tomu sú vozidlá s vodíkovými palivovými článkami potenciálne výhodnejšie pre diaľkové linky. Podobne ako BEV, aj vozidlá s palivovými článkami nevypúšťajú počas prevádzky žiadne látky znečisťujúce ovzdušie a v porovnaní so spaľovacími motormi pomáhajú znižovať hluk vnútri aj mimo vozidla.
Ceny autobusov s palivovými článkami sa od prvých financovaných projektov výrazne znížili. Celkové náklady na vlastníctvo (TCO) vozidiel však zostávajú vysoké, od kúpy vozidla až po prevádzku s nákupom paliva.
Budúce perspektívy vodíka
V tejto fáze zavádzania je naďalej ťažké predpovedať budúce využívanie vodíka vo verejnej doprave. Ako uvádzajú odborné štúdie, stále existujú značné neistoty týkajúce sa výroby vodíka a technológie palivových článkov. To vytvára polarizovanú diskusiu o potenciálnom úspechu technológie. Na druhej strane sú však zástancovia tejto technológie, ktorí v nej vidia veľký potenciál.
Prípadová štúdia 2: JR EAST, Japonsko – skúška vodíkovej stratégie a vodíkových vlakov
Spoločnosť JR East sa zaviazala k súťaži Zero Carbon Challenge 2050 s dlhodobým cieľom dosiahnuť nulové emisie CO2 do fiškálneho roku 2051. Cieľom je zlepšiť svoju konkurencieschopnosť v oblasti životného prostredia a naďalej byť podnikovou skupinou, ktorá vytvára nové hodnoty pre spoločnosť v budúcnosti. V rámci tohto úsilia JR East pracuje na dosiahnutí budúcnosti, kde bude vo väčšej miere zastúpené využitie vodíka a to práve testovaním jeho možností vo vlastnej tepelnej elektrárni. Navyše od marca 2022 spustila testovacie jazdy vodíkovo-hybridného vlaku HYBARI. HYBARI je systém, ktorý sa skladá z vodíkových palivových článkov a akumulátorov ako zdroja energie. Je to prvý ťažký železničný vlak, ktorý používa vysokotlakový vodík až do tlaku 70 MPa, od ktorého sa očakáva zvýšenie prejdenej vzdialenosti v porovnaní s vlakmi na vodíkový pohon s tlakom 35 MPa.
Skupina JR East tiež predstavila autobusy a vozidlá s palivovými článkami a čerpacie stanice vodíka v blízkosti svojich železničných staníc. Do jednej zo svojich železničných staníc tiež nainštalovala systém dodávky energie mimo siete na báze vodíka. Toto úsilie o podporu mobility založenej na vodíku prebieha v spolupráci s rôznymi partnermi vrátane spoločností Toyota, Hitachi a ENEOS, jedného z hlavných dodávateľov energie v Japonsku.
Biopalivá
Nahradením fosílnych palív biopalivami by sa mohla ďalej podporiť dekarbonizácia dopravy. Keď je zmes použitých biopalív čistá, emisie CO2 z výfuku sa znížia.
Druh biopalív
Etanol sa vyrába z rôznych rastlín bohatých na cukor a škrob. Je to alkohol, ktorý sa často používa ako zmiešavacie činidlo s benzínom. Najbežnejšia zmes je E10: 10 % etanolu a 90 % benzínu. Existuje aj etanolové palivo pre vysokovýkonné dieselové motory: ED95 s 95 % etanolu. Brazília a USA vyrábajú veľké množstvo etanolu z cukrovej trstiny a kukurice.
Bionafta je kvapalné palivo vyrábané z obnoviteľných zdrojov, nových a použitých rastlinných olejov, organického odpadu a živočíšnych tukov. Môže sa miešať s naftou v akomkoľvek pomere alebo dokonca použiť priamo nezmiešaná v motoroch. Najbežnejšou zmesou je B20, niekedy označovaná ako RME/FAME. V Európe sa najčastejšie vyrába z repky olejnej.
HVO, hydrogénny rastlinný olej (Hydrogenated Vegetable Oil), je typ bionafty vyrobený z rovnakých zdrojov ako bionafta, ale je viac podobný štandardnej nafte. Dokáže nahradiť naftu vo väčšine existujúcich motorov a najčastejšie sa mieša s tradičnou naftou. Je dôležité poznamenať, že HVO a bionafta majú odlišné palivové normy, HVO je EN15940, zatiaľ čo bionafta je EN14214. Technológie spracovania a chemické zloženie oboch palív sa líšia.
Bioplyn je plyn – zvyčajne s obsahom 50 – 60 % metánu – pochádzajúci z prirodzeného rozkladu organického odpadu, ako sú zvyšky plodín, živočíšny hnoj, komunálny odpad a kal z odpadových vôd. Vozidlá treba dodatočne upraviť, aby mohli využívať bioplyn ako palivo.
Biometán sa vyrába modifikáciou bioplynu s cieľom odstrániť CO2 a nečistoty; je plne zameniteľný so zemným plynom a CNG. Obe môžu byť zmiešané v akomkoľvek pomere.
Biopalivá však majú aj svoje obmedzenia:
- energetická účinnosť vozidiel poháňaných biopalivami je nižšia ako pri elektromobiloch,
- stále existuje určitý stupeň lokálnych emisií uhlíka (výfuk),
- v určitých súvislostiach je nedostatočná transparentnosť, pokiaľ ide o pôvod biopaliva,
- pri palivách vyrábaných z plodín treba zobrať do úvahy emisie spojené s prepravou plodín a používaním hnojív,
- zvyšovanie výroby je obmedzené v súlade s princípom minimálnej záťaže prostredia alebo kvôli minimalizácii odpadu.
Výhľad do budúcnosti
Keďže elektrifikácia sa rýchlo stáva ekonomicky životaschopnejšou a udržateľnejšou, biopalivá budú pri jej podpore a v špecifických aplikáciách zohrávať úlohu. Vo verejnej doprave by to mohlo byť pre regionálne a diaľkové autobusy a – v niektorých špecifických prípadoch – pre trajekty a dieselové vlaky.
Biopalivá však budú v nasledujúcom desaťročí dôležité pri urýchlení dekarbonizácie verejnej dopravy v existujúcich vozových parkoch, pretože mnohé autobusy, vlaky a trajekty majú dlhú životnosť, takže bionafta a biometán môžu rýchlo nahradiť naftu a fosílny CNG. Biopalivá budú tiež životne dôležité pre iniciovanie dekarbonizácie a zabezpečenie energetickej bezpečnosti a miestnych pracovných miest, najmä v rozvojových oblastiach sveta, kde by elektrifikácia mohla byť v nasledujúcom desaťročí stále ťažko dosiahnuteľná z dôvodu obmedzení infraštruktúry.
Prípadová štúdia 4: SCANIA, Pobrežie Slonoviny – integrácia výroby a používania biopaliva
Abidjan je jedným z najrýchlejšie rastúcich mestských centier v západnej Afrike. Aby bolo mesto pripravené na budúcnosť s atraktívnym a efektívnym riešením verejnej dopravy, výrobca autobusov Scania pracuje na veľkom projekte BRT v spolupráci s ministerstvom dopravy, dopravnou spoločnosťou SOTRA a ďalšími. Projekt zahŕňa 450 autobusov (400 kompatibilných s bionaftou a 50 s bioplynom), kompletný inteligentný dopravný systém, výstavbu nového autobusového depa a zriadenie centra excelentnosti pre vodičov a technikov. Cieľom je, aby všetky autobusy jazdili na bionaftu a bioplyn vyrábaný z miestneho odpadu.
Prvá výroba bionafty bude využívať odpad z kaučukových plantáží, zatiaľ čo prvá výroba bioplynu sa bude spoliehať na zdroje ako potravinový odpad a kurací a bravčový hnoj. Tým sa znížia emisie CO2 o viac ako 80 % a zároveň to pomôže vyriešiť problémy s miestnym odpadom a tvorbou nových pracovných miest. Okrem toho, udržateľné vedľajšie produkty výroby biopalív, ako sú hnojivá, krmivo pre zvieratá a energetické brikety, pomôžu zvýšiť príjmy miestnych farmárov.
Prehľad výhod technológií „čistých“ dopravných prostriedkov
Každá technológia prináša potenciálne výhody a vplyvy na rôznych úrovniach podľa vlastných špecifických vlastností (Obr. 1). Tieto výhody by sa mali monitorovať, aby sa zabezpečilo, že sa dosiahnu vopred stanovené ciele energetickej transformácie.
Zhrnutie
Zatiaľ čo v sektore verejnej dopravy prebieha prechod k technológiám alternatívnych palív, dodávky energie z obnoviteľných zdrojov ešte nie sú v stratégii energetickej transformácie organizácií v súčasnosti tak dobre rozvinuté. Dodávky energie pre existujúce vozové parky a iné prostriedky verejnej dopravy nesmú ignorovať žiadni účastníci verejnej dopravy, ak chceme prispieť k zníženiu emisií CO2.
Okrem výhod dekarbonizácie má energetický prechod a prechod na obnoviteľné zdroje energie silnú pridanú hodnotu z hľadiska prevádzky, používateľov verejnej dopravy, občanov a miest.
Literatúra
[1] Cormier, A.: The road tu sustainability: Transition to renewable energy in public transport. International Association of Public transport (UITP). [online]. Publikované január 2023.
[2] Use of renewable energy for transport in Europe. European Environment Agency. [online]. Publikované 24. 10. 2023.
[3] Where Clean Transportation and Distributed Energy Are Headed in 2023. Center for Sustainable Energy. [online]. Publikované 3. 1. 2023.
[4] What Renewable Fuels Are. Department of Transport, Ireland. [online]. Publikované 27. 4. 2023.
Anton Gérer