30 اکتبر 2024 -توسط جسیکا اسکالی، آزمایشگاه ملی لارنس برکلی-اعتبار: Unsplash/CC0
بر اساس مطالعه جدیدی از محققان آزمایشگاه برکلی که اخیراً در Nature Energy منتشر شده است، مقاوم سازی بخشی از ناوگان کشتیرانی ایالات متحده از موتورهای احتراق داخلی به سیستم های باتری-الکتریک می تواند انتشار گازهای گلخانه ای را به میزان قابل توجهی کاهش دهد و تا سال 2035 تا حد زیادی مقرون به صرفه باشد.
حمل و نقل نشان دهنده 3 درصد از کل انتشار گازهای گلخانه ای ایالات متحده از حمل و نقل است که آن را به یک هدف مهم برای کربن زدایی تبدیل می کند. اما برقی کردن کشتی ها از نظر فنی و بازار چالش برانگیزتر از برقی کردن خودروها است.
یک کشتی سرمایه ای بسیار بزرگتر از خودرو است و عمری چند دهه ای دارد. در حالی که فناوری بهتر باتری در سال‌های اخیر به معنای خودروهای برقی با برد طولانی‌تر بوده است، کشتی‌ها بسیار سنگین‌تر از خودروها هستند و می‌توانند مسافت‌های بسیار طولانی را بین بنادر طی کنند. این وزن های سنگین و مسافت های طولانی باعث شده است که برخی فکر کنند که حمل و نقل الکتریکی امکان پذیر نیست.
وون یانگ پارک، سرپرست این مطالعه و محقق سیاست انرژی در آزمایشگاه برکلی، گفت که محققان تصمیم گرفتند این فرضیه را آزمایش کنند.
او گفت: «تحلیل ما شامل امکان‌سنجی برق‌رسانی برای 100 درصد تمام سفرها می‌شود، در حالی که درصد کمی از سفرهای تکی بسیار طولانی را حذف می‌کند، که می‌تواند به طور بالقوه از طریق عملیات بهینه‌سازی شده در چندین کشتی برطرف شود.
کاهش هزینه باتری همراه با افزایش تراکم انرژی باتری، شبکه های تمیزتر، عملیات بهینه سازی کشتی، و ارزش گذاری عمر دوم باتری، یک فرصت الکتریکی منحصر به فرد در حمل و نقل داخلی ایجاد می کند.
محققان کشتی‌های زیر 1000 تن ناخالص با پرچم ایالات متحده را مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند که شامل کشتی‌های مسافربری و سه نوع یدک‌کش است. آنها 6323 کشتی از این قبیل را شناسایی کردند. از این تعداد، 2722 نفر داده های کافی از سیستم شناسایی خودکار، یک سیستم ردیابی خودکار برای شناورها، برای درک طول و الگوهای سفرهایی که انجام می دادند، داشتند.
پارک و همکارانش دریافتند که حذف تنها 1 درصد از طولانی‌ترین سفرها، برق‌رسانی کشتی‌ها را بسیار امکان‌پذیرتر می‌کند و باتری‌هایی را دو سوم کوچک‌تر از آنچه برای طولانی‌ترین سفرها مورد نیاز است، می‌سازد. آنها دریافتند که برای کشتی های مسافربری، اندازه را می توان تا 85 درصد کاهش داد.
اینکه چقدر الکتریسیته باعث کاهش انتشار گازهای گلخانه ای می شود به شدت کربن الکتریسیته مورد استفاده برای شارژ بستگی دارد. بر اساس این مقاله، این 6323 کشتی 9.5 درصد از مجموع انتشار گازهای گلخانه ای داخلی ایالات متحده را تشکیل می دهند. محققان سه سناریو برای شدت کربن شبکه الکتریکی در طول زمان را بررسی کردند.
سناریوی یک وضعیت موجود بود، سناریوی دوم کربن زدایی 95 درصدی برق تا سال 2050 و سناریوی سوم 95 درصد کربن زدایی تهاجمی تر تا سال 2035 بود. بهسازی این کشتی ها می تواند انتشار گازهای گلخانه ای معادل CO2 دریایی را به میزان 34 تا 73 درصد با بالاترین کاهش در سال 2035 کاهش دهد. از طریق سناریوی سوم رسیده است.
محققان همچنین بررسی کردند که چگونه حمل و نقل برقی می‌تواند مقرون‌به‌صرفه باشد، به این معنی که هزینه‌های مقاوم‌سازی در باتری‌های الکتریکی برابر یا کمتر با کارکرد یک کشتی موتور احتراق داخلی معادل هزینه دارد. برای کشتی های موتور احتراق داخلی، کل هزینه شامل سوخت، عملیات و تعمیر و نگهداری و هزینه اجتماعی انتشار معادل CO2 و آلودگی هوا می شود.
برای کشتی‌هایی که با باتری کار می‌کنند، کل هزینه شامل باتری‌ها، شارژ، عملیات و نگهداری، هزینه زیرساخت شارژ، هزینه اجتماعی انتشار معادل CO2 و ارزش عمر دوم باتری در پایان عمر اول است. محققان دوباره این هزینه ها را تحت سناریوهایی از جمله درصد کل سفرها، شدت کربن شبکه برق و سناریوهای هزینه های مختلف برای سیستم باتری و هزینه های شارژ مقایسه کردند.
آنها دریافتند که در سناریوی کربن زدایی 95 درصدی برق تا سال 2035، برق رسانی به 85 درصد از این کشتی ها که 99 درصد سفرهای سالانه را پوشش می دهند در سال 2035 مقرون به صرفه خواهد بود.
محققان همچنین بررسی کردند که کشتی ها برای برق رسانی موفق به چه مقدار انرژی شارژ نیاز دارند. آنها دریافتند که حدود نیمی از نیازهای شارژ را می توان در 20 بندر ایالات متحده متمرکز کرد.
هی سئونگ مون، محقق فوق دکتری آزمایشگاه برکلی و اولین نویسنده مقاله، می گوید: «پتانسیل برق رسانی در بندرهای نسبتا کمی از جمله نیویورک-نیوجرسی، نیواورلئان و هیوستون متمرکز است. این نشان می‌دهد که تمرکز سرمایه‌گذاری‌های زیرساختی روی این بنادر، برق‌رسانی کشتی‌ها را تسهیل می‌کند.»
پارک گفت: “تحلیل ما اولین گام اساسی در درک گزینه های حمل و نقل باتری-الکتریکی را ارائه می دهد.” “این پایه‌ای را برای تحقیقات و توسعه سیاست‌های آینده برای شناسایی مکان‌های بهینه برای اولویت‌بندی برق‌رسانی باتری بر اساس فعالیت کشتی‌ها و انتشارات شبکه محلی ایجاد می‌کند.”
