Новости

Sep 22, 2023

Быстрое снижение стоимости аккумуляторов ускоряет перспективы всех

Энергия природы, том 7, страницы

Энергия природы, том 7, страницы 664–674 (2022 г.) Процитировать эту статью

28 тысяч доступов

10 цитат

461 Альтметрика

Подробности о метриках

Международное морское судоходство, работающее на мазуте, вносит основной вклад в глобальные выбросы CO2, SO2 и NOx. Прямая электрификация морских судов недостаточно изучена как вариант с низким уровнем выбросов, несмотря на ее значительное преимущество в эффективности по сравнению с электротопливом. Предыдущие исследования по электрификации судов основывались на устаревших предположениях о стоимости аккумуляторов, значениях плотности энергии и доступном пространстве на борту. Мы показываем, что при цене аккумуляторов в 100 долларов США за кВтч электрификация внутрирегиональных торговых маршрутов протяженностью менее 1500 км является экономичной с минимальным воздействием на грузоподъемность судов. С учетом экологических затрат увеличивается экономичный запас хода до 5000 км. Если стоимость батарей достигнет 50 долларов США за кВтч, экономический диапазон увеличится почти вдвое. Мы описываем путь к аккумуляторной электрификации контейнеровозов в течение этого десятилетия, который электрифицирует более 40% мирового движения контейнерных судов, сократит выбросы CO2 на 14% для судов, базирующихся в США, и смягчит воздействие загрязнения воздуха на здоровье прибрежных сообществ.

Транспортируя 11 миллиардов тонн в год, морское судоходство обеспечивает почти 90% мировой торговли по массе1,2. Стремительный рост отрасли был подкреплен доступом к дешевому, энергоемкому тяжелому топливу (HFO). Судоходная отрасль ежегодно потребляет 3,5 миллиона баррелей низкосортного тяжелого тяжелого топлива, производит 2,5% общих антропогенных выбросов углекислого газа (CO2e) в 2018 году2,3 и наносит огромный ущерб от морской эвтрофикации и экотоксичности, загрязнения воздуха и последствий изменения климата4. По прогнозам, к 2050 году выбросы морского судоходства будут составлять 17% глобальных выбросов CO2e5,6. Чрезмерный вклад отрасли в критерии загрязнителей воздуха — 12% и 13% глобальных ежегодных антропогенных выбросов SO2 и NOx соответственно — стал причиной примерно 403 300 преждевременных смертей от рака легких и сердечно-сосудистых заболеваний в 2020 году3,7.

Растущее политическое давление побудило Международную морскую организацию (ИМО) принять нормативные меры по сокращению выбросов парниковых газов в соответствии с Парижским соглашением. Действия включают резолюцию MEPC.302(72), которая направлена ​​на сокращение ежегодных выбросов CO2e на 50% к 2050 году по сравнению с уровнями 2008 года8, а также рекомендуемые поправки к Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов (MARPOL), члены которой охватывают 99,4% мировой тоннаж морских перевозок — запретить использование или перевозку тяжелого нефтяного топлива в арктических водах после 2024 года9,10. В результате стандарты выбросов IMO 2020 года снизили допустимое содержание серы в судовом топливе с 3,5% до 0,5% по массе11.

Столкнувшись с ужесточением нормативной ситуации, морское судоходство стремится найти коммерчески доступные альтернативы тяжелому топливу с нулевым уровнем выбросов в темпах, достаточных для существенного сокращения выбросов в этом секторе и предотвращения катастрофического изменения климата. Оптимистичные перспективы альтернатив с нулевым уровнем выбросов для морского применения предполагают, что электротопливо (электронное топливо) увеличит общую стоимость владения сухогрузами на 200–600% по сравнению с HFO12. Такой анализ побуждает к проведению дополнительных исследований, в которых существующие технологии двигательной установки могут достичь паритета с HFO в ближайшем будущем, особенно с использованием аккумуляторных электрических двигателей. Maersk, крупнейшая по объему судоходная компания, уже тестирует гибридизацию аккумуляторов на контейнеровозе, курсирующем между Восточной Азией и Западной Африкой13. Ожидается, что полностью электрический 80-метровый контейнеровоз Yara Birkeland начнет автономную работу в Норвегии в начале 2020-х годов. Аналогичные проекты по созданию аккумуляторно-электрических судов реализуются в Японии, Швеции и Дании14,15. Однако систематический анализ потенциала внедрения контейнеровозов с аккумуляторной батареей еще предстоит провести. За исключением этих первоначальных пилотных проектов, аккумуляторно-электрические силовые установки недостаточно изучены как потенциальная альтернатива с низким уровнем выбросов в секторе морского судоходства, несмотря на: их значительный потенциал сокращения выбросов; недавнее снижение стоимости батарей; улучшение плотности энергии батарей; повышение доступности недорогой электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых источников; и его существенное преимущество в эффективности по сравнению с электронным топливом, таким как зеленый водород и аммиак.