Infrastruktura bo pomembno odločala o deležu baterijskih vozil in hibridov na cesti – EOL 149/150

Kaj pričakujete od evropskega zelenega dogovora, kar zadeva promet?

Trenutno je možno zgolj komentirati in povzeti vpliv ter cilje evropskega zelenega dogovora, ki so jasni in na področju mobilnosti postavljajo v ospredje podnebno nevtralnost. Usmerja se v drastično znižanje izpustov toplogrednih plinov, a zelo izpostavi tudi izpuste zdravju neposredno škodljivih onesnažil. Posebej naslovi letališča in luke ter izpostavi čista mesta, s čimer poda celovit pristop k izboljšanju bivalnega okolja. Poda tudi smernice razvoja, ki so jasno usmerjene v avtomatizirano, povezano in večmodalno mobilnost. S tem poda mnoge omejitve in zaveze transportnemu sektorju, a hkrati generira ogromno novih priložnosti. Izziv je v tem, da bodo zaveze veljale za vse, nove priložnosti pa bodo koristili predvsem bolje razvitim, za ostale, manj razvite, bo evropski zeleni načrt lahko predstavljal tudi veliko finančno breme.

Kaj pa za Slovenijo? Nekatere ocene za mlačnejše odpravljanje prometne problematike pripisujejo odgovornost premalo ambiciozni prometni politiki Slovenije. Tudi v NEPN, čeprav se po drugi strani znane javne ocene, da celo milejših ciljev v prometu ne bo mogoče doseči. Zakaj ne? Je problem v fokusu prometne politike, v denarju, v razvojni neambicioznosti ali v naših potrošniških navadah?

Moti me, ko berem o ambicioznih ciljih. Če želimo cilje doseči, morajo cilji biti SMART (Specific, Measurable, Achievable, Relevant and Time-bound), torej specifični, merljivi, dosegljivi, relevantni in časovno omejeni. Dokler niso vse hkrati, kar pa resnično ni trivialno, skoraj vedno niso doseženi. Obstaja verjetnost, da trenutnim ciljem bolj primanjkuje »pametnega« (o.p. SMART) pristopa kot ambicioznosti.

A je promet med sektorji, ki je v NEPN najbolj očrnjen zaradi emisij, prav tako pa zaradi onesnaženosti zraka z delci. Poleg tega zaradi napovedane rasti tovornega in osebnega prometa do leta 2030 ni videti možnosti za večje spremembe. Zdi se, kot da je močnejši prehod v zeleni promet še precej oddaljen. Kakšno je vaše mnenje?

Cestni promet je povezan z izpusti onesnažil, ki so trenutno najbolj izpostavljena. Pri tem je treba ločiti med izpusti onesnažil, ki imajo globalni vpliv, in tistimi, ki imajo lokalnega. Globalni vpliv se v največji meri nanaša na toplogredne pline, med katerimi največji delež zavzema CO₂. Pri učinkovitem procesu zgorevanja so izpusti CO₂ neposredno povezani s sestavo, porabo in izvorom goriva. Zato je zmanjšanje izpustov CO₂ sorazmerno z zmanjšanjem porabe goriv ob upoštevanju njihovega ogljičnega odtisa. Na lokalni ravni pa na zdravje ljudi vplivajo predvsem produkti nepopolnega zgorevanja in stranski produkti zgorevanja. To so izpusti CO, nezgoreli ogljikovodiki in delci ter dušikovi oksidi, ki jih je s primerno optimizacijo zgorevanja možno znižati intenzivneje kot izpuste CO₂. Slednje dokazuje tudi izrazito znižanje mej izpustov teh onesnažil v skladu z emisijskimi standardi EURO.

In to je tisto pravo?

Da. Tu tiči bistvo. Trenutna flota vozil v RS je v povprečju zelo stara, kar pomeni, da je na cestah mnogo starih vozil z nizkimi standardi EURO, ki so dovoljevali bistveno višje izpuste onesnažil v primerjavi z najsodobnejšim EURO 6d. Dodatno so mnoga od teh vozil slabo vzdrževana, kar nalaga odgovornost za njihovo identifikacijo na tehniških pregledih. Zato zamenjava novejših vozil z električnimi ne bo prinesla želenega učinka, dokler iz cest ne odstranimo vozil, ki najbolj onesnažujejo.

Delci?

Potrebno je omeniti, da najsodobnejša vozila EURO 6d izpuščajo na letni ravni manjše število delcev kot individualna stacionarna kurišča na trdna in tudi na tekoča goriva. V mnogih primerih tudi manj delcev kot individualna kurišča na plinska goriva. Dodatno je treba izpostaviti, da povprečna flota dizelskih EURO 6d vozil izpušča manjše število delcev, ki so za negativne posledice na zdravje bolj relevantni pokazatelj v primerjavi z maso delcev, kot povprečna flota vozil EURO 6d opremljenih z Ottovimi (o.p. bencinskimi) motorji. Seveda pa to ne velja za vozila standardov EURO pred EURO 5. S tem nikakor ne želim sugerirati, da elektrifikacija mobilnosti predvsem v mestih ni potrebna. Želim pa poudariti, da bo za dosego čistih mest in tudi celotnega planeta potrebno počistiti v vseh sektorjih.

Vendar, koliko lahko na zmanjšanje lokalnih izpustov onesnažil vpliva elektrifikacija prometa? Katera alternativa je boljša: električno ali hibridno vozilo in kaj prerokujete glede uporabe električnih vozil v Sloveniji do leta 2030?

Najprej je potrebno ustrezno opredeliti hibridno vozilo. Popolnoma tehniško korektna definicija je za ta odgovor prezapletena, zato bom zgolj omenil, da med hibridna vozila štejemo vozila, ki jih poganjajo motorji z notranjim zgorevanjem in elektromotorji, in tudi tista, ki električno energijo za pogon elektromotorja pridobijo iz gorivne celice in baterije. V primeru uporabe nizkotemperaturnih gorivnih celic in vodika kot goriva, kar je trenutno najbolj razširjena praksa, slednja vozila enako kot baterijska električna vozila v celotni dobi uporabe ne izpuščajo škodljivih snovi, ki so posledica kemijskih pretvorb v pogonskem sistemu vozila.

Pri hibridnih vozilih, ki jih poganja motor z notranjim zgorevanjem in elektromotor, pa je treba ločiti med tako imenovanimi priključnimi hibridi, ki omogočajo vožnjo na popolnoma električni pogon na razdaljah od nekaj deset kilometrov do sto in v prihodnosti morebiti tudi več kilometrov, in hibridnimi vozili, ki baterije uporabljajo zgolj za kratkotrajno shranjevanje energije. V EU je razvoj usmerjen predvsem v priključne hibride, saj zgolj ti omogočajo nične izpuste v mestni vožnji, kar so jasne smernice trenutnih strategij EU.

Zakaj takšna usmeritev?

Z ničnimi izpusti se cilja na izpuste, ki so posledica kemijskih pretvorb v pogonskem sistemu vozila. Vsa vozila namreč emitirajo delce kot posledica obrabe pnevmatik, zavor in drugih obrabnih komponent vozil. Če te izpuste analiziramo s stališča mase delcev, nad slednjimi izpusti nikakor ne smemo zamahniti z roko. V primeru najnovejših motorjev EURO 6d je namreč masa delcev zaradi obrabe pnevmatik večja od mase delcev v izpušnih plinih, ki je primerljiva z maso delcev zaradi obrabe zavor. Ta primer sem izpostavil kot neprimeren primer nepoučenega tehtanja. Za vpliv na zdravje in okolje je namreč mnogo bolj pomembno število in sestava delcev, kar pa ponovno terja celovitejši in kompleksnejši pristop.

Najbolj pereč problem izboljšanja kakovosti zraka v mestih, ki ga izpostavlja tudi evropski zeleni dogovor, lahko tako rešujemo z baterijskimi električnimi vozili in z ustrezno zasnovanimi priključnimi hibridi, ki imajo ustrezne dosege v električnem načinu delovanja. Aktualna težava izhaja iz dejstva, da trenutni uporabniki le redko polnijo priključne hibride, kar pomeni, da je s tem onemogočeno izkoriščanje njihovega potenciala v električnem načinu delovanja. To pomanjkljivost je treba reševati celovito, saj je v veliki meri povezana tudi z razpoložljivostjo polnilne infrastrukture. Prav infrastruktura je eden od ključnih dejavnikov, ki bo odločal o razmerju med baterijskimi električnimi vozili in priključnimi hibridi, saj bo za velik delež flote baterijskih električnih vozil potrebno mnogo več električne moči, ki jo mora zagotoviti polnilna infrastruktura. Dodaten zelo pomemben faktor je tudi nadaljnji razvoj baterij, kjer so za uporabnika v ospredju predvsem gostota energije, ki določa količino energije, ki jo lahko shranimo v določeno maso baterij, trajnost, varnost in torej celotna cena.

Kdo bo odločal o zmagovalcu?

Ta dva tehnična in ekonomska vidika bo najverjetneje preglasil politični vidik oziroma vidik udobja uporabnikov, ki ponovno izhaja iz tehničnih omejitev in v ospredje postavlja čas polnjenja naprave za shranjevanje energije na vozilu. Za kapljevita goriva so značilni časi polnjenja med eno in dvema minutama ter za vodik približno pet minut. Časi polnjenja električnih vozil v rangu deset do petnajst minut terjajo moči polnjenja od nekaj sto kilovatov do polovice megavata, za tovorna vozila hitro polnjenje terja moči polnjenja nad en megavat. Res je, da se vsa električna vozila ne bodo polnila tako, a ko se bodo in predvsem če jih bo več, kar bi jih naj bilo, bo to velik izziv za električno omrežje. Zmagovalca bo določil čas, odločitev pa bo pogojena s tehničnimi, ekonomskimi, družbenimi in političnimi aspekti.

Elektrifikaciji cestnih vozil, kar naj bi zmanjšalo izpuste TGP, ne ploskate tako navdušeno, kot se sicer rado sliši v javnosti, saj menite, da ne bo manj izpusta, če se ne bo razogljičil tudi energetski sektor in če se ne bodo znižali izpusti pri proizvodnji, rabi in razgradnji vozil? Kje so torej zanke, ki jih premalo vidimo?

Jasno poudarjam, da je prihodnost mobilnosti elektrificirana. Prav tako že sedaj vsi argumenti govorijo za uporabo majhnih električnih vozil v mestih, če je ta individualni oz. individualiziran način transporta primeren. Zmotno pa je razmišljanje, da bo zastavljene cilje o zniževanju globalnih izpustov toplogrednih plinov možno doseči zgolj z intenzivno elektrifikacijo cestnih vozil. Elektrifikacija cestnih vozil namreč omogoča zniževanje globalnih izpustov toplogrednih plinov zgolj, če se razogljiči globalni energetski sektor in se posledično znižajo dejanski izpusti pri rabi, proizvodnji in razgradnji vozil. In prav to hkrati z najavo intenzivne elektrifikacije pogonskih sistemov vozil tudi jasno izpostavljajo proizvajalci vozil. Torej dobro razumejo, da je dejansko znižanje toplogrednih plinov možno doseči zgolj z ustreznim medsektorskim pristopom.

A tudi to ni dovolj. Na tem mestu je zanimiv komentar, da se je val elektromobilnosti začel s pretežno majhnimi avtomobili, ki niso dosegli preboja in prepoznavnosti kljub temu, da se že sedaj zelo približajo ciljem trajnostne mobilnosti. Preboj pa je bil dosežen z vpeljavo električnih vozil z impresivnimi zmogljivostmi in zelo dobrim marketingom. Takšna vozila, ki imajo maso večjo od dveh ton, glede na zapisano niso vzoren primer trajnostne mobilnosti, če upoštevamo celoten materialni, energetski in emisijski cikel proizvodnje, uporabe in razgradnje vozila. Zanimivo je še, da pozivi k manjši porabi energije pogosto postajajo tišji, čeprav v kombinaciji z drugimi merili za zmanjšanje izpustov onesnažil prav zmanjšanje nepotrebne rabe energije in nepotrebnih oz. manj pomembnih prevozov ljudi in blaga neposredno znižuje vse negativne vplive mobilnosti na okolje. Je najcenejši, najlažje dosegljiv in najbolj učinkovit pristop.

Opozarjate na življenjski cikel izdelka.

Seveda. Skoraj slep je tisti, ki v luči globalnih izpustov vidi zgolj izpuste, ki so povezani s premikanjem vozila in še to od njegove naprave za shranjevanje energije do koles. Potrebno je namreč pogledati celoten življenjski cikel vozila in je slika bistveno bolj jasna, a mnogim manj všečna. To pa nikakor ni naperjeno proti elektrifikaciji pogonskih sistemov vozil, ki predstavljajo eno izmed pomembnejših omogočitvenih tehnologij trajnostnega transporta. Želim poudariti zgolj to, da bo za globalno znižanje izpustov toplogrednih plinov potrebno mnogo več kot zgolj kupiti električno vozilo in urediti napeljavo za polnjenje.

Katere tehnologije pri razvoju pogonskih sistemov vozil lahko največ pripomorejo k zeleni mobilnosti?

Zelena mobilnost je sicer všečen, pogosto uporabljen in na prvi pogled razumljiv pojem, ki pa ni natančno definiran. Po moje je zelena mobilnost mobilnost, ki v celotni življenjski dobi vozila, torej vključno s proizvodnjo in razgradnjo vozila ter pridobivanjem vseh materialov in energijskih vektorjev minimira oziroma tam, kjer je to možno, izniči vplive na okolje v najširšem pomenu besede. To zahteva upoštevanje prepleta vseh relevantnih verig vrednosti in vseh relevantnih sektorjev.

Na kaj mislite?

Za razliko od sektorske delitve, ki ji je EU sledila mnogo let in ki je prikrila mnogo potencialnih pozitivnih interakcij med sektorji, se v evropskem zelenem dogovoru in v mnogih drugih strateških dokumentih EU, ki so v pripravi, zdaj bistveno bolj jasno zrcali ta sistemski pristop. To je ključno, saj je zraven zmanjševanja izpustov relevantno tudi zmanjševanje rabe surovin in energije, ker pri slednjem ne smemo spregledati, da je mnogo energetskih sistemov za generacijo zelene energije trenutno proizvedemo in zgrajeno s tako imenovano črno energijo. Ker bo takšna celovita tranzicija na globalni ravni inherentno počasna, je v vmesnem obdobju smiselno lokalno reševati pereče probleme, ki se v mnogih primerih odražajo v lokalnem prekomernem onesnaženju. V takšnih primerih je smiselna uporaba električnih vozil v mestu, saj izboljšajo kakovost zraka, če so zadostno nizki tudi izpusti iz stacionarnih kurišč, kar v RS predstavlja velik izziv, kljub temu, če je velik del energije pridobljen iz fosilnih goriv na lokacijah izven urbanih središč.

Kakšen naj bi bil sistemski pristop k tranziciji v prometu?

Na eni strani je to gotovo že omenjeni sistemski pristop nižanja izpustov, porabe materialov in energije pri proizvodnji in razgradnji vozil, ki v ospredje postavlja tudi relevantnost recikliranja.

Na drugi strani pa je pomemben tudi vidik rabe vozil, ki zraven rabe primerno velikega vozila obsega tudi in predvsem rabo primernega načina mobilne storitve. Sistemski pristop zato vključuje napredno logistiko, vpeljavo večmodalnosti in novih mobilnih storitev, napredno infrastrukturo, preobrazbo energetskega sektorja in napredne pogonske sisteme vozil. Ne obstaja ena rešitev, ki je pravilna za vse, zato je ključno določiti najustreznejše oblike večmodalnosti z ozirom na vse specifične značilnosti mest, regij oz. držav, kar je jasno povezano s »pametnimi« cilji. Ni namreč dovolj zgolj zamenjati energijski vektor (o.p. vir energije na vozilu), ampak je potrebno tudi zmanjšati oz. optimirati število prevoženih kilometrov in porabo energije na prepeljanega potnika oziroma na enoto prepeljanega tovora. Ključno je tudi, da s sistemskim pristopom ne zajamemo zgolj enega od na načinov kot na primer javni potniški promet, ampak da optimizacijo in strategijo zastavimo na področju celotne mobilnosti. Takšen sistemski pristop mnogokrat kot ustrezne dolgoročne rešitve izlušči tiste, ki so pri parcialnem pristopu in želji po hitrih in cenenih rešitvah napačno spregledane. Vse resne strategije zato izhajajo iz sistemskega pristopa, ki edini omogoča realno doseganje globalnih ciljev zniževanja toplogrednih plinov.

Ali je ena izmed poti, da se v urbanih središčih zadiha čistejši zrak, kar se je z manj prometa pokazalo v virusni krizi, delo na domu ali razvoj integriranega javnega prometa? Kaj bi morali v Sloveniji pod nujno spremeniti v javnem potniškem prometu?

Menim, da je čas pandemije pokazal, da lahko zelo veliko število ljudi vsaj delno delo popolnoma ustrezno opravlja od doma. To ni nič novega in mnoga uspešna tuja podjetja so to izvajala že pred pandemijo. Pozitivni učinki optimalnejšega načrtovanja delovnih obvez in porabe virov pa ne privedejo zgolj do nižjih izpustov, ampak imajo za posledico manjšo obremenjenosti infrastrukture, krajše potovalne čase za tiste, ki potujejo, nižjo stopnjo amortizacije vozil in še kup drugih prednosti ter predvsem manjšo obremenjenost tistih, ki jim je ob izpolnjevanju vseh obveznosti to omogočeno. Zato upam, da se bomo na državni ravni in na ravni organizacij posodobili tudi v tem oziru, saj je delo na domu eden izmed zelo redkih mehanizmov, ki hkrati doprinašajo k trajnostnemu razvoju in neposredno ter takoj nižajo stroške.

Vsi ne morejo delati od doma.

Zato je mobilnost ljudi ključen sistemski pristop, kjer, ponovno poudarjam, ne obstaja ena rešitev, ki je pravilna za vse. Zato je ključno določiti najustreznejše oblike večmodalnosti z ozirom na vse specifične značilnosti mest, regij oz. držav.

Kaj torej lahko spremeni integriran javni promet?

Besedna zveza integrirani javni promet, tudi če se o njej strinjamo, ne reši problema, ampak je za elaboracijo in implementacijo za naše razmere ustrezne rešitve potrebnega mnogo interdisciplinarnega znanja, razumevanja in nato dela. Upam, da bomo zmogli, a bo za uspeh potrebno več kot zgolj ambicioznost.

To vprašujem tudi zato, ker bo najbrž v Sloveniji povečanje prometa blaga in ljudi preusmerjeno predvsem na ceste, saj je pri železniškem prometu kljub njegovemu zelenemu pečatu najmanj razvojnega preboja, za električna vozila pa bo potrebna infrastruktura in še kaj?

V segmentu kopenskega prometa je energijsko in s stališča izpustov najučinkovitejši železniški promet. Dodatno sodoben in hiter železniški promet tudi najučinkoviteje odpravlja težave z zastoji in nepredvidljivimi časi potovanj. To hkrati omogoča bolj enakomerno rabo električne energije v primerjavi s prevozom enakega števila potnikov oz. tovora na dolge razdalje z električnimi cestnimi vozili, ki neobhodno vodi v potrebo po hitrem polnjenju.

Nobena uspešna strategija ne zanemarja udobja ljudi v širšem pomenu, kar pomeni, da je z alternativo cestnemu prometu potrebno ponuditi vsaj podobne potovalne čase, kot jih dosegamo s trenutnim osebnim prevozom. Pri tem ne gre prezreti dejstva, da ljudje ne živimo in nismo v službi na železniških postajah, kar pomeni, da mora za pozitivno stimulacijo vlak dosegati bistveno višje hitrosti v primerjavi z medkrajevnimi hitrostmi cestnih vozil, da kompenzira dodaten čas, ki je potreben za transfer med železniškim vozliščem in končno lokacijo.

Hitre proge?

Zavedam se, da je izgradnja hitre proge draga, a je pri analizi cene ponovno potreben sistemski pristop. To pomeni, da je potrebno pri analizi upoštevati vse zahteve, cilje, cene alternativnih rešitev in potencialnih kazni do trenutnega horizonta, ki je postavljen na leto 2050. S to tezo nikakor nisem izgubil iz vida predhodno omenjenih »pametnih« (o.p. SMART) ciljev, ampak želim opozoriti na potencialne težave pri iskanju parcialnih, enostavnih in všečnih rešitev, ki niso ustrezno integrirane v dolgoročno in celovito strategijo.

S katerimi raziskovalnimi področji se ukvarjate v Laboratoriju za motorje z notranjim zgorevanjem in elektromobilnost na Fakulteti za strojništvo?

Raziskave in delo v laboratoriju so zraven nacionalnega delovanja zelo močno vpete v mednarodni prostor. Zato je povsem naravno, da smo raziskovalno usklajeni z mednarodnimi in predvsem EU smernicami, ki jih v zadnjem času tudi sooblikujemo. V zadnjem desetletju smo tako zelo okrepili področje raziskav povezanih z elektromobilnostjo. Osredotočamo se na baterije, gorivne celice in termoregulacijo celotnega pogonskega sistema. Kljub relativni mladosti teh raziskav zaradi visoke ravni kakovosti redno sodelujemo v projektih EU in v neposrednih projektih z vodilnimi tujimi in nacionalnimi podjetji. Na področju motorjev z notranjim zgorevanjem in goriv tudi sledimo okoljskim trendom in smo izrazito usmerjeni v goriva iz nefosilnih virov in napredne procese zgorevanja z namenom izničenja izpustov toplogrednih plinov ter minimizacije izpustov zdravju škodljivih snovi. V obdobju tranzicije bodo namreč v mobilnih in stacionarnih aplikacijah potrebni tudi takšni motorji, ki imajo med drugim pomembno vlogo pri pretvorbi odpadkov v energijo.

V laboratoriju tako intenzivno delujemo na področjih, ki so zelo relevantna za dosego podnebne nevtralnosti. Zelo pomembno je še, da v interdisciplinarni skupini raziskovalcev gojimo dovolj širok spekter znanj, ki na eni strani omogoča relevantno in celovito raziskovalno podporo, na drugi strani pa zagotavlja tehnološko nevtralnost in spodobnost kompetentne ter kritične lokalne in globalne presoje različnih tehnologij.

Sodelujete v mednarodnem projektu OBELICS.

V H2020 projektu OBELICS v sodelovanju z osemnajstimi vrhunskimi akademskimi, raziskovalnimi in industrijskimi partnerji, kot so Ford, Fiat Research Centre, Renault Trucks, Siemens, Valeo, Bosch, CEA, Fraunhofer in drugi, pod koordinatorstvom podjetja AVL razvijamo nove metode in simulacijska orodja za razvoj učinkovitejših in varnih električnih vozil v krajšem razvojnem času ob hkratni večji modularnosti palete vozil. Navedena fokusna področja predstavljajo ključne dejavnike za množičnejšo in hitrejšo uvedbo cenovno dostopnejših električnih vozil. Specifični cilji projekta OBELICS tako obsegajo paleto simulacijskih in preizkusnih orodij, ki bodo v primerjavi s trenutnim stanjem tehnike omogočili razvoj električnih vozil z 20 % boljšimi zmogljivostmi in 20 % zmanjšanimi izgubami v 40 % krajšem času.

Kakšen je vaš delež v projektu?

Raziskovalci našega laboratorija razvijamo inovativne elektrokemijske modele baterij, ki omogočajo konsistentnejši popis pojavov v baterijah v primerjavi s trenutnim stanjem tehnike in so hkrati primerni za brezšivno skalabilnost od detajlnih razvojnih aplikacij, do aplikacij z vključevanjem strojne opreme v simulacijske zanke (Hardware-in-the-Loop). Elektrokemijski modeli baterij bodo v nadaljevanju projekta sklopljeni z inovativnimi modeli degradacijskih mehanizmov v baterijah, ki jih razvijamo skupaj z raziskovalci s Kemijskega inštituta. Prebojna narava takšnih sklopljenih modelov bo omogočila bistveno izboljšano analizo baterij v simuliranem realnem okolju v primerjavi z obstoječimi simulacijskimi modeli in bo tako ključno doprinesla k doseganju ambicioznih ciljev projekta.