Ebben a cikkben részletesen bemutatjuk a négy különböző forgatókönyv eredményeit, amelyek az alacsony kibocsátású könnyű tehergépjárművek (LDV BEV) értékesítési arányának növelésére fókuszálnak. A vizsgálat során elsősorban a közlekedési szektor energiafelhasználására és kibocsátásaira számítunk jelentős változásokra, ugyanakkor feltérképezzük az áramtermelés, az ipar, valamint a kereskedelmi és lakossági szektorok energia- és emissziós változásait is, amelyek a közlekedési politika hatására következnek be.
1. Utazási igények és áramtermelés előrejelzése
A referencia forgatókönyv (REF) alapján a GCAM modell 2020 és 2050 között növekvő utazási igényt vetít előre minden személygépkocsi kategóriában, kivéve a buszokat. Az alábbi 2. táblázat mutatja az utazott személykilométerek százalékos változását 2020 és 2050 között négy különböző forgatókönyvben.
Bár minden forgatókönyvben nő a könnyű tehergépjárművek utazási igénye, a magas BEV arányt feltételező forgatókönyvek (OPT, PRG, AMB) esetében enyhe csökkenést tapasztalunk az utazott személykilométerekben a REF-hez képest. Ez részben annak köszönhető, hogy a magasabb BEV részesedés miatt nő az autós közlekedés költsége, ami átterelődést eredményez más járműkategóriák, például motorkerékpárok felé.
A járművenkénti átlagos akkumulátorméret és a BEV járművek száma alapján becslést készítettünk az új személygépkocsikban és teherautókban használt lítium akkumulátorok összteljesítményére (GWh) 2020-tól 2050-ig (3. táblázat). Feltételeztük, hogy az akkumulátorok energiasűrűsége 40 kWh-ról 150 kWh-ra nő ebben az időszakban.
Ezek alapján a REF forgatókönyv szerint 2050-ben mintegy 770 GWh lítium akkumulátor kerül beépítésre új LDV-kbe, ami közel százszorosa a 2020-as 8 GWh-nak. A magasabb BEV arányú forgatókönyvekben ez az érték arányosan nő: OPT esetén 1150 GWh, PRG-ben 1560 GWh, míg AMB-ben akár 1930 GWh is lehet.
2. Áramtermelés változásai és üzemanyag-mix
A magas BEV forgatókönyvek jelentősen megnövelik az áramtermelési igényt: míg a REF esetében 2050-ben 25,7 EJ villamos energiát állítanak elő, addig az AMB forgatókönyvben ez az érték 27,9 EJ-re nő, ami mintegy 9%-os emelkedést jelent (2. ábra).
A 3. ábra bemutatja az egyes energiahordozók szerinti áramtermelést és annak eltérését a REF-hez képest. 2030-ban a gáz (37%) és szélenergia (17%) dominálja a termelést, ezt követi az atomenergia (15%), szén (13%), napenergia (11%) és vízenergia (5%). 2050-re ezek aránya módosul: gáz (44%), szél (22%), napenergia (17%), miközben a szén aránya csökken (6%). A magas BEV forgatókönyvek további eltolódást mutatnak a tisztább energiaforrások irányába – gáz, nap-, szél- és atomenergia –, amelyeket alacsonyabb kibocsátás jellemez.
Ezeket a trendeket támogatják olyan feltételezések is, mint hogy nem épülnek új hagyományos szénerőművek, valamint regionális szabályozások (pl. RGGI) és állami megújuló energia célok érvényesülnek.
3. Áramfogyasztás szektoronként
Az áramfogyasztás minden gazdasági szektorban növekszik 2020-tól 2050-ig (4. ábra). 2030-ban a lakossági és kereskedelmi épületek egyenként mintegy harmadát fogyasztják el az előállított villamos energiának (35% illetve 33%), ipar pedig kb. negyedét (24%). A közlekedési LDV szektor részesedése ekkor még csak kb. 6%, de ez jelentősen nőni fog.
2050-re a REF forgatókönyv szerint csökken a kereskedelmi épületek fogyasztása (27%), míg a lakossági marad kb. ugyanannyi (33%). A közlekedési ALM (légi, vasúti, tengeri) és HDV (nehéz tehergépjárművek) szektorok részesedése megduplázódik (~2% mindkettő), míg az LDV-k fogyasztása több mint megduplázódik (8%).
A magas BEV forgatókönyvekben jelentős növekedést látunk az LDV-k villamosenergia-fogyasztásában: például AMB esetén ez eléri a 4,2 EJ-t 2050-ben.
4. Nemzeti CO₂- és légszennyező anyag kibocsátások alakulása
A REF forgatókönyv szerint nettó CO₂-kibocsátás csökkenése várható 2020 és 2050 között mintegy 10%-kal. A magas BEV forgatókönyvek ennél nagyobb csökkenést mutatnak: OPT esetén -12%, PRG -13%, AMB pedig -14% (4. táblázat).
A CO kibocsátások hasonlóan csökkennek: REF-ben -28%, míg magas BEV esetén még nagyobb mértékben mérséklődnek.
Ezzel szemben a SO₂ kibocsátások nem mutatnak jelentős csökkenést a magas BEV forgatókönyvekben; REF-ben -9% csökkenés tapasztalható ugyanakkor ezek stagnálnak vagy enyhén emelkednek más forgatókönyvekben – összhangban azzal, hogy nem változik jelentősen a szénerőművi termelés aránya.
A NOx kibocsátások kis mértékben csökkennek magas BEV esetén.
Sektorszintű kibocsátási változások
5. ábra szemlélteti az egyes szektorok CO₂-kibocsátását REF-ben (2030 és 2050), valamint azok eltérését magas BEV forgatókönyvekkel összevetve. Az USA-ban átlagosan:
- Áramtermelés adja a CO₂-kibocsátás ~29%-át
- Ipar ~21%-ot
- Könnyű tehergépjárművek ~13%-ot
- Nehéz tehergépjárművek ~11%-ot
- Légi, vasúti és tengeri közlekedés ~9%-ot
- Lakossági és kereskedelmi épületek ~10%-ot
- Üzemanyag-termelés ~7%-ot
A magas BEV forgatókönyvek jelentős CO₂-csökkentést eredményeznek főként a könnyű tehergépjárművek (-54% AMB esetén) és üzemanyag-termelés (-19%) területén. Ezzel párhuzamosan azonban nő az áramtermelésből származó CO₂ (+6%), mivel több elektromos töltéshez több energiára van szükség.
Légszennyezők kibocsátása szektoronként
6a-c ábrákon láthatóak a CO, SO₂ és NOx kibocsátások alakulása REF-ben és azok változásai magas BEV forgatókönyveknél:
- CO: Az ipar felelős kb. 40%-ért; könnyű tehergépjárművek kb. 37%-ért; magas BEV esetén akár -50% csökkenés érhető el könnyű járműveknél.
- SO₂: Fő források: áramtermelés (~32%) és ipari folyamatok (~19%). Magas BEV esetén csökken könnyű járműveknél (-54%) és üzemanyag-termelésnél (-11%), de iparban enyhe növekedés figyelhető meg (+0,5%). Ez részben kereszt-szektoriális hatásokból adódik: megnövekvő áramszükséglet miatt ipar más tüzelőanyagokat használhat.
- NOx: Jelentős források: nehéz tehergépjárművek (~22%) és légi/vasúti/tengeri közlekedés (~10%). Magas BEV esetén csökkenések tapasztalhatók könnyű járműveknél (-53%) és üzemanyag-termelésnél (-12%), miközben minimális növekedések vannak áramtermelésből (+2%) és nehéz járművekből (+0,9%).
5. Emissziók lítium-ion akkumulátor kapacitásonként
7. ábra-n láthatóak az átlagos légszennyező anyag kibocsátások per kWh lítium-ion akkumulátor hozzáadva új könnyű tehergépjármű értékesítésből:
- 2030-ban: Jelentős CO (-2732 g/kWh) és CO₂ (-223 kg/kWh) csökkenések mellett enyhe SO₂ (+1,8 g/kWh) és NOx (+21,9 g/kWh) növekedések tapasztalhatók.
- 2050-re: Tisztább energiatermelési mix miatt SO₂ (-3,1 g/kWh) és NOx (-36,1 g/kWh) is csökken; továbbra is jelentős CO (-2782 g/kWh) és CO₂ (-127 kg/kWh) megtakarítás érhető el.
A kezdeti SO₂- és NOx-növekedések fő oka az elektromos hálózat egyes régióiban meglévő szénerőművi kapacitások késleltetett leállítása – bár új szénerőmű nem épül –, amelyet részben ellensúlyoznak regionális szabályozások mint RGGI vagy állami megújuló energia célok.
6. Élettartam alatti CO₂-kibocsátás technológiák szerint
8a-c ábrákon bemutatjuk négy technológia szerinti könnyű tehergépjármű életciklus alapú CO₂-kibocsátását:
- Benzines/dízel belső égésű motoros járművek (ICE): Kb. 100 tonna CO₂/ jármű életciklus alatt
- Kombinált hibrid járművek: Kb. 84 tonna CO₂/ jármű életciklus alatt
- Lítium-ion akkumulátoros elektromos járművek (BEV): Kb. 53 tonna CO₂/ jármű életciklus alatt
- (Feltételezett átlagos élettartam: 18 év)
Bár első évben a BEV-ek környezeti terhelése kb. 30%-kal magasabb lehet az intenzív lítium bányászati folyamatok miatt (8b ábra), ezt követően gyorsan kiegyenlítődik az emissziókülönbség (8c ábra). Az ICE járművek üzemanyag-fogyasztása miatt idővel meghaladja a BEV-eket emisszióban.
Záró gondolatok – összehasonlítás más modellekkel
A GCAM modell eredményeit összevetettük az Energy Innovation LLC Energy Policy Simulatorával is. Míg utóbbi azt mutatja, hogy egy egységnyi közlekedési CO₂-csökkentést egyharmad egységnyi csökkenés követi az áramtermelési oldalon is – köszönhetően annak feltételezésének, hogy a BEV-ek rugalmasan töltődnek meg megújuló többletenergia felhasználásával –, addig GCAM szerint ezzel párhuzamosan nőhet is az elektromos szektor CO₂-kibocsátása egyharmad egységgel.
Ebből kifolyólag GCAM alapján számított életciklus alapú üvegházhatású gázcsökkentések konzervatív becsléseknek tekinthetők.
A fentiek alapján jól látható, hogy bár az elektromos járművek térnyerése jelentős környezeti előnyökkel járhat hosszútávon – különösen tisztább energiatermelési mix mellett –, addig rövid távon komplex kereszt-szektoriális hatásokkal kell számolni mind energiafelhasználásban mind légszennyező anyag kibocsátásban.
Forrás: https://journals.plos.org/climate/article?id=10.1371/journal.pclm.0000714