کامیون‌های باتری‌دار: آینده سبز حمل و نقل

گذار به کامیون‌های انرژی باتری‌ای در حمل و نقل تجاری بار

از دیزل به برق: تحول در سیستم‌های قدرت وسایل نقلیه سنگین

کسب‌وکار حمل‌ونقل بار در حال جابجایی از کامیون‌های دیزلی به سمت گزینه‌های مبتنی بر باتری است، زیرا مقررات مربوط به انتشارات سخت‌گیرانه‌تر شده و فناوری الکتریکی به طور مداوم در حال پیشرفت است. ما در حال حاضر تقریباً در نقطه تقاطعی در حمل‌ونقل سنگین قرار داریم. تحلیلگران صنعت می‌گویند تا سال ۲۰۳۰، حدود ۲۰ درصد از کل فروش خودروهای تجاری جدید در سطح جهانی می‌تواند شامل مدل‌های الکتریکی باشد و بسیاری از شرکت‌های لجستیکی اکنون قبلاً در حال تلاش برای داشتن ناوگانی کاملاً بدون انتشار آلاینده هستند. تنها در سال گذشته، تقریباً ۳۰ هزار کامیون سنگین مجهز به سیستم تعویض باتری راه‌اندازی شدند که این رقم نسبت به تنها یک سال قبل دو برابر شده است، بر اساس داده‌های اخیر صنعت. این نوع فناوری تفاوت واقعی در عملیات در مکان‌هایی مانند معادن و بنادر ایجاد می‌کند که هر دقیقه از دست رفته به ضرر سود است. سلول‌های سوختی هیدروژنی و سوخت‌های زیستی همچنان به عنوان گزینه‌هایی در دسترس وجود دارند، اما باتری‌ها پیشتاز شده‌اند زیرا به سرعت قابلیت گسترش دارند و با اکثر زیرساخت‌های فعلی سازگار هستند و نیازی به بازسازی عظیم ندارند.

چگونه پیشرفت‌ها در فناوری باتری، الکتریکی‌سازی حمل‌ونقل بار را ممکن می‌کند

نسل جدید کامیون‌های برقی از سلول‌های لیتیوم یونی استفاده می‌کنند که تراکم انرژی حدود ۳۵۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم دارند. این پیشرفت به این معنی است که این خودروها می‌توانند برای کارهای توزیع منطقه‌ای، حدود ۴۰۰ مایل (حدود ۶۴۰ کیلومتر) با یک بار شارژ حرکت کنند. بهبودهای اخیر در سیستم‌های مدیریت حرارتی امکان رسیدن به ۸۰ درصد شارژ را در کمتر از ۴۰ دقیقه فراهم کرده است. این قابلیت شارژ سریع زمان انتظار را هنگام عملیات بین‌المللی به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد. آنچه این پیشرفت‌ها را بسیار مهم می‌کند، رفع مشکلات قدیمی کامیون‌های برقی است. محدودیت برد و کاهش ظرفیت بار قبلاً تغییر از دیزل را غیرعملی می‌کرد. اما اکنون، مدل‌های برقی حتی در بازارهای سخت‌گیرانه‌ای مانند حمل‌ونقل زنجیره سرد نیز که الزامات کنترل دما پیچیدگی بیشتری به معادله اضافه می‌کنند، رقیب جدی محسوب می‌شوند.

پیشروان عملیاتی کردن ناوگان با کامیون‌های مبتنی بر باتری

بیش از نیمی از شرکت‌های بزرگ لجستیک در حال حاضر برنامه‌ریزی می‌کنند که تا پایان این دهه حداقل یک سوم کامیون‌های خود را با برق کار کنند. شرکت‌هایی که زودتر اقدام به تغییر کردند، صرفه‌جویی حدود ۱۸ تا ۲۲ درصدی در هزینه‌های نگهداری نسبت به موتورهای دیزلی سنتی مشاهده کرده‌اند. خدمات جمع‌آوری پسماند و عملیات تحویل در شهرها معمولاً در این زمینه پیشتاز هستند و از ایستگاه‌های شارژ در دپوها در ساعات غیرکاری بهره می‌برند و از ترمزهای بازیابی‌کننده (regenerative brakes) استفاده می‌کنند که به افزایش عمر باتری کمک می‌کند. عامل موفقیت این روش چیست؟ اتصال مداوم به سیستم‌های تله‌ماتیک در طول شبانه‌روز امکان تنظیمات هوشمند در مصرف انرژی در مسیرهای مختلف را فراهم می‌کند و از هدررفت انرژی جلوگیری می‌کند.

نوآوری سازندگان تجهیزات اصلی (OEM) که باعث تسریع در پذیرش بازار کامیون‌های برقی می‌شود

بخش تولید در حال معرفی شاسی‌های برقی است که به‌طور خاص برای حمل و نقل کالا طراحی شده‌اند و دارای سیستم‌های باتری ماژولار هستند که ارتقاء آنها را با ظهور فناوری‌های جدید آسان‌تر می‌کنند. کامیون‌های جدیدتر موجود در بازار مجهز به سیستم شارژ 800 ولت هستند و دو موتور در جلوی خود دارند که حدود 605 اسب بخار قدرت تولید می‌کنند و این رقم در مقایسه با موتورهای دیزلی استاندارد کلاس ۸ عملکرد مناسبی دارد. نکته جالب درباره این طراحی‌های جدید، تمرکز آنها بر بهبود شرایط زندگی رانندگان از طریق موقعیت‌گیری بهتر صندلی و جریان هوای بهبودیافته در اطراف بدنه خودرو است. این توجه به جزئیات در عمل منجر به کاهش حدود ۱۲ تا ۱۵ درصدی مصرف انرژی در مقایسه با کابین‌های قدیمی‌تری می‌شود که سال‌هاست شاهد آنها بوده‌ایم.

هماهنگی الکتریکی‌سازی حمل و نقل کالا با اهداف پایداری شرکتی

شرکت‌هایی که به کامیون‌های برقی مجهز به باتری روی می‌آورند، کاهشی در حدود ۴۰ تا ۶۰ درصدی در انتشار مستقیم گازهای گلخانه‌ای تجربه می‌کنند که این امر به آن‌ها کمک می‌کند تا به اهداف توافق پاریس در زمینه آب و هوایی دست یابند. تقریباً ۸ شرکت از هر ۱۰ شرکت برتر بخش حمل و نقل فهرست فورچون ۵۰۰، اکنون شروع به پیوند دادن درآمد مدیران ارشد با دستیابی به اهداف مشخصی در مورد کامیون‌های الکتریکی کرده‌اند. این کامیون‌های بزرگ اکنون به بخش‌های ضروری در برنامه‌های بسیاری از شرکت‌ها برای دستیابی به خنثی‌سازی کربن تبدیل شده‌اند. دولت‌های ایالتی نیز برای تسریع این روند دست به کار شده‌اند. به عنوان مثال، در کالیفرنیا، برنامه کاهش آلودگی شدید (HVIP) سال گذشته تقریباً ۹۱۴ میلیون دلار صرف خرید و راه‌اندازی وسایل نقلیه سنگین برقی در سراسر ایالت کرد.

مزایای محیط‌زیستی کامیون‌های مبتنی بر انرژی باتری: کاهش انتشار و بهبود بازدهی

عملکرد بدون انتشار: مقایسه تأثیر محیط‌زیستی کامیون‌های دیزلی و الکتریکی

کامیون‌های برقی با باتری، به‌طور کامل از آن انتشارات مزاحم دودکش جلوگیری می‌کنند که از مدل‌های سنتی دیزلی دیده می‌شود و اکسیدهای نیتروژن (NOx) و ذرات ریز مضری را منتشر می‌کنند که می‌توانند باعث انواع مشکلات تنفسی شوند. مطالعات چیزی نسبتاً شوکه‌کننده پیدا کرده‌اند — کامیون‌های باربری دیزلی در هر مایل حدود ۲۷ برابر بیشتر از نسخه‌های الکتریکی، دی‌اکسید کربن تولید می‌کنند هنگامی که در شهرها خدمات حمل و نقل انجام می‌دهند. و بیایید این موضوع را در نظر بگیریم: اگر شرکت‌ها تنها ۱۰۰٬۰۰۰ کامیون دیزلی را با کامیون‌های برقی در شبکه‌های لجستیک منطقه‌ای جایگزین کنند، می‌توانیم سالانه حدود ۸٫۷ میلیون تن گازهای گلخانه‌ای را از ورود به جو جلوگیری کنیم. این همان فایده عظیم زیست‌محیطی است.

کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در حمل و نقل منطقه‌ای با ناوگان‌های الکتریکی

شاید کامیون‌های بزرگ تنها حدود ۴ درصد از تمام خودروهای موجود بر روی جاده‌ها را تشکیل دهند، اما مسئول یک چهارم کامل انتشارات حمل‌ونقل هستند. وقتی شرکت‌ها به کامیون‌های باتری‌دار تغییر مدل دهند و آن‌ها را با منابع انرژی پاک شارژ کنند، تحقیقات سال 2023 نشان می‌دهد که این وسایل نقلیه الکتریکی در مقایسه با موتورهای سنتی دیزلی، ردپای کربنی کلی خود را حدود 63٪ کاهش می‌دهند. برخی از کسب‌وکارها که شروع به استفاده از کامیون‌های الکتریکی در عملیات تحویل محلی خود کرده‌اند، قبلاً نتایج چشمگیری را نیز مشاهده کرده‌اند. یک توزیع‌کننده منطقه‌ای پس از تنها دو سال با یک ناوگان کاملاً الکتریکی، گزارش کاهش انتشارات حدود 40٪ را ارائه داده است. این اعداد و ارقام زمانی واقعاً شگفت‌آور به نظر می‌رسند که به اتفاقات در سراسر صنعت فکر کنید.

بهره‌وری انرژی برتر کامیون‌های باتری‌دار در مقابل مدل‌های سنتی

وسایل نقلیه الکتریکی موفق می‌شوند حدود ۷۸ درصد برق شبکه را به توان واقعی در چرخ‌ها تبدیل کنند، که این رقم در مقایسه با موتورهای دیزل سنتی بسیار برتر است، چرا که آن‌ها حدود دو سوم انرژی سوخت خود را تنها به دلیل تبدیل به گرما از دست می‌دهند. در مورد کامیون‌های باتری‌دار، این خودروها در واقع حدود ۳۷ درصد انرژی کمتری برای هر تن باری که در جاده‌ها جابجا می‌کنند نیاز دارند. و بیایید فراموش نکنیم ترمزهای بازیافتی (regenerative brakes) که می‌توانند حدود ۲۰ درصد از انرژی مصرفی را هنگامی که کامیون‌ها به طور مداوم در ترافیک شهری توقف و حرکت می‌کنند، دوباره بازیابی کنند. تمام این موارد در مجموع به معنای افزایش بازدهی است و به همین دلیل شرکت‌های بهره‌بردار می‌توانند تنها از طریق صرفه‌جویی در هزینه‌های سوخت، حدود هجده هزار دلار در سال برای هر کامیون تحویل در مسیرهای پایانی (last mile) که در آن تحویل کالا دقیقاً در آستانه درب مشتری انجام می‌شود، پس‌انداز کنند.

پیشرفت‌های فناوری باتری که عملکرد و قابلیت اطمینان را افزایش می‌دهند

باتری‌های لیتیوم-یون و ترکیبات نسل بعدی برای کاربردهای سنگین

کامیون‌های مدرن با باتری انرژی از فناوری لیتیوم-یون به دلیل چگالی انرژی اثبات‌شده آن (300 تا 500 وات‌ساعت بر لیتر) و دوام چرخه عمر بالا (2000 چرخه و بیشتر) استفاده می‌کنند. پیشرفت‌های اخیر الکترولیت‌های جامد و جایگزین‌های سدیم-یون را معرفی کرده‌اند که ایمنی بهتر و وابستگی کمتر به مواد معدنی کمیاب مانند کبالت را فراهم می‌کنند.

افزایش برد و ظرفیت کامیون‌های باتری انرژی

نوآوری‌ها در معماری کاتد و قرارگیری سلول‌ها، برد کامیون‌های تجاری را از سال 2022 تاکنون 40 درصد افزایش داده‌اند و برخی نمونه‌های اولیه قادر به طی بیش از 500 مایل در هر شارژ هستند. فرمول‌های NMC با نیکل بالا اکنون ظرفیتی بالاتر از 350 وات‌ساعت بر کیلوگرم ارائه می‌دهند و امکان حمل بارهای سنگین‌تر را بدون کاهش بازده فراهم می‌کنند.

شارژ سریع با بهره‌گیری از سیستم‌های پیشرفته مدیریت حرارتی

سیستم‌های نسل بعدی تنظیم دما، زمان شارژ سریع مستقیم (DC) را برای رسیدن به 80 درصد ظرفیت به 45 دقیقه کاهش داده‌اند که نسبت به معیارهای سال 2020 بهبودی 50 درصدی محسوب می‌شود. مواد تغییر فاز و بسته‌های خنک‌شونده مایع، دمای بهینه را در حین شارژ سریع حفظ کرده و خطرات تخریب را به حداقل می‌رسانند.

آیا نوآوری‌ها در باتری‌ها از نیازهای عملیاتی واقعی پیشی گرفته‌اند؟

در حالی که سلول‌های آزمایشگاهی به بردهای نظری ۱۰۰۰ مایلی دست یافته‌اند، عوامل واقعی مانند عملکرد در دمای پایین (عملیات در دمای ۲۰- درجه سانتی‌گراد) و شکاف‌های زیرساخت شارژ، پذیرش عملی آن‌ها را محدود می‌کنند. با این حال، ۷۸٪ از بهره‌برداران ناوگان در یک نظرسنجی صنعتی در سال ۲۰۲۴ تأیید کردند که پیشرفت‌های باتری با اهداف کاهش کربن خود تا سال ۲۰۳۰ همسو است.

غلبه بر چالش‌ها: موانع زیرساخت، برد و هزینه

شکاف‌های زیرساخت شارژ در استقرار وسایل نقلیه الکتریکی سنگین

قرار دادن کامیون‌های برقی روی جاده‌ها واقعاً به پر کردن شکاف بزرگ ۸۰ درصدی ایستگاه‌های شارژ با توان بالا که برای وسایل نقلیه سنگین مورد نیاز است، بستگی دارد؛ حداقل طبق تحقیقات آزمایشگاه انرژی های تجدیدپذیر ملی در سال گذشته این‌گونه است. شهرها پیشرفتی داشته‌اند، اما در مسیرهای اصلی حمل بار هنوز شبکه‌های شارژ مناسب و یکنواختی در سراسر کشور راه‌اندازی نشده است که این امر تا حد زیادی مانع پیشرفت شده است. حقیقت این است که شرکت‌های تأمین برق و نهادهای دولتی باید عملکرد خود را در به‌روزرسانی شبکه‌های برقی افزایش دهند. این کامیون‌های نیمه‌سنگین برقی در زمان شارژ اوج، به میزانی بین ۳۵۰ تا ۱۰۰۰ کیلووات برق نیاز دارند که زیرساخت فعلی ما به‌سادگی برای آن آماده نیست.

مقابله با نگرانی از محدوده حرکت در عملیات کامیون‌های برقی طولانی‌مسافت

امروزه کامیون‌های برقی معمولاً می‌توانند حدود ۲۵۰ تا شاید ۳۰۰ مایل طی کنند قبل از اینکه نیاز به شارژ مجدد داشته باشند، هرچند این مقدار برای سفرهای طولانی‌مدت بین کشورها کافی نیست. به همین دلیل است که شرکت‌های بزرگ فعال در این حوزه، ایستگاه‌های تعویض باتری را تقریباً هر ۱۵۰ مایل در طول بزرگراه‌های اصلی ما راه‌اندازی می‌کنند. این رویکرد زمان انتظار را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد، حدود ۷۰ درصد کمتر از زمان لازم برای شارژ سریع، بر اساس گزارش پایک ریسرچ از سال گذشته. و اوضاع همچنان بهبود می‌یابد. ابزارهای نرم‌افزاری جدید برای برنامه‌ریزی مسیر نیز هر روز هوشمندتر می‌شوند. این ابزارها بهترین نقاط توقف برای شارژ را با توجه نه تنها به شرایط فعلی جاده، بلکه براساس وزن بار و حتی تغییرات ارتفاعی در بخش‌های مختلف بزرگراه تعیین می‌کنند.

تعادل بین هزینه‌های اولیه بالا و صرفه‌جویی در بلندمدت در هزینه کل مالکیت

کامیون‌های برقی باتری‌دار قطعاً در مقایسه با نمونه‌های دیزلی خود هزینه اولیه بیشتری دارند، معمولاً حدود ۱۵۰ هزار تا ۳۵۰ هزار دلار آمریکا بیشتر، بر اساس گفته مدیران ناوگان. اما اگر تصویر کلی را در نظر بگیرید، بیشتر بهره‌برداران پس از تنها سه سال حدود ۴۵ درصد در هزینه‌های عملیاتی صرفه‌جویی می‌کنند، همان‌طور که Calstart در سال ۲۰۲۴ گزارش داده است. چرا؟ شارژ این باتری‌ها تنها حدود ۱۸ سنت به ازای هر مایل هزینه دارد، در حالی که سوخت دیزلی تقریباً ۴۶ سنت به ازای هر مایل هزینه دارد. علاوه بر این، نگهداری بسیار کمتری لازم است، چون موتورهای الکتریکی تقریباً نصف تعداد قطعات متحرک موتورهای دیزلی را دارند. و نباید فراموش کرد که از برنامه‌های دولتی نیز درآمد حاصل می‌شود — شرکت‌ها می‌توانند از طریق برنامه‌های مشوق مختلف ایالتی و فدرال هر ساله بین هفت هزار تا پانزده هزار دلار آمریکا دریافت کنند. شرکت‌های بزرگ حمل و نقل بار می‌گویند نقطه‌ای که از آن به بعد این کامیون‌ها از نظر مالی منطقی می‌شوند، حدود ۱۰۰ هزار مایل است که با توجه به اینکه برخی مسیرها این میلیوم را در کمتر از هجده ماه طی می‌کنند، چندان بد نیست. همچنین شروع به دیده شدن مدل‌های جدید کسب‌وکار کرده‌ایم که در آن‌ها شرکت‌ها باتری‌ها را جداگانه از خود کامیون اجاره می‌کنند، که این امر به میزان قابل توجهی هزینه سرمایه‌گذاری اولیه را کاهش می‌دهد.

انگیزه‌های اقتصادی و حمایت سیاستی در حال تسریع استفاده از کامیون‌های باتری‌ای هستند

هزینه کل مالکیت: سوخت، نگهداری و مشوق‌های دولتی

بر اساس گزارش‌های اخیر صنعت در سال ۲۰۲۳، استفاده از کامیون‌های برقی به اپراتورها حدود ۴۰٪ در هزینه‌های سوخت و حدود ۳۰٪ در قبض‌های نگهداری صرفه‌جویی می‌کند. دولت‌ها نیز در حال تسهیل این انتقال هستند. قانون کاهش تورم آمریکا اعتبار مالیاتی تا ۴۰ هزار دلار برای هر کامیون سنگین برقی خریداری‌شده در نظر می‌گیرد، در حالی که کشورهای اروپایی جریمه‌هایی را علیه شرکت‌هایی اعمال می‌کنند که ناوگان خود را با استانداردهای CO2 هماهنگ نکنند. با وجود این نوع مشوق‌ها، بیشتر شرکت‌های حمل‌ونقل می‌توانند علی‌رغم قیمت اولیه بالاتر نسبت به مدل‌های دیزلی سنتی، هزینه اضافی باتری را ظرف تنها سه تا پنج سال بازیابی کنند.

مقررات سیاستی که آینده استقرار کامیون‌های برقی را شکل می‌دهند

پانزده ایالت آمریکا استانداردهای سختگیرانه‌تری در مورد انتشارات وضع کرده‌اند که طبق آن تمام کامیون‌های جدید فروخته شده تا سال ۲۰۳۵ باید بدون انتشار گاز باشند. در همین حال، در سراسر اروپا، ابتکار عمل اتحادیه اروپا با نام «آماده برای کاهش ۵۵ درصدی» تلاش‌های کاهش کربن در حمل‌ونقل را مستقیماً به برنامه‌های اعتبار کربن شرکت‌ها پیوند داده است. در چین نیز مقررات مرحله ششم (فاز شش) باعث شده است ثبت‌نام کامیون‌های برقی در خدمات تحویل شهری نسبت به تنها سال گذشته ۵۲ درصد افزایش یابد. این نوع مقررات تنها دستورالعمل‌های زیست‌محیطی نیستند، بلکه فشار واقعی بر کسب‌وکارها برای رعایت معیارهای در حال تحول ESG (زیست‌محیطی، اجتماعی، حکمرانی) اعمال می‌کنند. به عنوان مثال، شرکت‌های بزرگ لجستیک خود را در میانه هزینه‌های انطباق و انتظارات سهامداران یافته‌اند، در حالی که این گذار به سمت عملیات سبزتر را مدیریت می‌کنند.

ادغام انرژی تجدیدپذیر با شبکه‌های شارژ کامیون‌های برقی

اپراتوران پیشرو با ترکیب شارژ روزانه خورشیدی و تکمیل شبکه در شب از منابع بادی، میزان انتشار دودهای فلیت را نسبت به روشهای ترکیبی انرژی ۷۸٪ کاهش می‌دهند. این همکاری ضمن کاهش ۲۲٪ هزینه‌های انرژی، الزامات «شارژ تمیز» را در چارچوب کمک‌های مالی جدید زیرساخت خودروهای برقی در سطح ایالت‌ها نیز برآورده می‌کند.

سوالات متداول درباره کامیون‌های باتری‌دار

چرا شرکت‌های لجستیک به سمت کامیون‌های باتری‌دار در حرکت هستند؟

بسیاری از شرکت‌های لجستیک در حال انتقال به کامیون‌های باتری‌دار هستند تا به ناوگان بدون انتشار آلاینده دست یابند و با مقررات محیط زیستی سخت‌گیرانه‌تر هماهنگ شوند. کامیون‌های باتری‌دار مزایای قابل توجهی مانند کاهش هزینه‌های سوخت و نگهداری ارائه می‌دهند و نقش مهمی در دستیابی به اهداف پایداری شرکتی ایفا می‌کنند.

اپراتوران فلیت در اتخاذ کامیون‌های الکتریکی با چه چالش‌هایی روبرو هستند؟

متقاضیان ناوگان با چالش‌هایی مانند زیرساخت‌های شارژ ناکافی، محدودیت برد در سفرهای طولانی و هزینه‌های اولیه بالا در مقایسه با کامیون‌های دیزلی مواجه هستند. با این حال، پیشرفت‌ها در فناوری باتری، مشوق‌های دولتی و مدل‌های تجاری نوظهور به تدریج این موانع را برطرف می‌کنند.

کامیون‌های باتری‌دار چگونه به کاهش انتشارات کمک می‌کنند؟

کامیون‌های باتری‌دار انتشارات دودکش را حذف کرده و انتشارات CO2 را در مقایسه با مدل‌های سنتی دیزلی به‌طور قابل توجهی کاهش می‌دهند. این کامیون‌ها در کاهش انتشارات حمل‌ونقل ضروری هستند؛ زیرا اتوبوس‌ها و کامیون‌های بزرگ علی‌رغم سهم کوچک خود از تعداد کل وسایل نقلیه، سهم بیش‌ازحدی از انتشارات را تولید می‌کنند.

نوآوری چه نقشی در انتقال به کامیون‌های برقی ایفا می‌کند؟

نوآوری نقش حیاتی ایفا می‌کند و پیشرفت‌هایی در فناوری باتری ارائه می‌دهد، از جمله سیستم‌های شارژ سریع‌تر، افزایش برد با طراحی کاتد بهبودیافته و افزایش کارایی از طریق سیستم‌های تلهماتیک. این نوآوری‌ها امکان پذیرش گسترده‌تر را علیرغم چالش‌های عملیاتی فراهم می‌کنند.

خودروهای برقی مبتنی بر باتری چگونه با اهداف پایداری شرکتی همسو هستند؟

تغییر به کامیون‌های برقی به کسب‌وکارها کمک می‌کند تا انتشار گازهای گلخانه‌ای را به‌طور چشمگیری کاهش دهند و اهداف پایداری تعیین‌شده در توافق‌نامه‌های بین‌المللی مانند توافق پاریس در مورد آب‌وهوا را پشتیبانی کنند. همچنین شرکت‌ها به‌طور فزاینده‌ای دستمزد مدیران اجرایی خود را به دستیابی به این اهداف پایداری پیوند می‌زنند.