Czy da się zelektryfikować samochodowy transport ciężarowy?
Statystyki grupy zajmującej się analizą rynku IHS Markit pokazują, że przez cały 2021 r. w Europie zarejestrowano łącznie 346 elektrycznych samochodów ciężarowych (≥16 ton), co stanowi wzrost o 193 proc. w porównaniu z rokiem 2020. Kraje w Europie z największą liczbą zarejestrowanych elektrycznych samochodów ciężarowych (≥16 ton) to Szwajcaria, Norwegia, Szwecja i Holandia. Brzmi teoretycznie nieźle, ale zapewne wielu zauważyło w tych danych jeden mały problem. "Mały" - to właściwe słowo, gdyż chodzi to właśnie, że niecałe 350 aut na całą Europę to właściwie tyle co nic.
Ameryka w szale mody na elektryczne pickupy
Tesla opóźni początkową produkcję Cybertrucka (1) do końca pierwszego kwartału 2023 roku, przesuwając w czasie plan rozpoczęcia produkcji pod koniec tego roku - podał kilka miesięcy temu Reuters. Opóźnienie wynikać ma z faktu, że Tesla zmienia cechy i funkcje elektrycznego pickupa, aby stworzyć atrakcyjny produkt w obliczu zaostrzającej się konkurencji w tym segmencie.
Czołowy dziś producent samochodów elektrycznych na świecie przegapił trochę rynek pickupów, który jest dochodowy i ogromnie popularny w Ameryce a w ostatnich latach producenci żwawo ruszyli do jego elektryfikacji. Ford i Rivian Automotive wyprzedziły Teslę we wprowadzaniu na rynek swoich elektrycznych modeli.
Prezes firmy, Elon Musk, który prezentował futurystyczny pojazd jeszcze w 2019 roku, opóźnił jego produkcję z końca 2021 roku na koniec 2022 roku a teraz znów są informacje o opóźnieniach. "Ten rok był koszmarem dla łańcucha dostaw, a to jeszcze nie koniec", napisał na Twitterze pod koniec listopada 2021 r., zapytany o Cybertruck.
Amerykanie, jak wynika ze składanych zamówień, dali się przekonać do elektrycznych półciężarówek, ale jest jeden, spory problem - nie tak łatwo wejść w posiadanie takiego auta.
Choć teoretyczne oferta jest szeroka. Obok Forda F-150 Lightning (2), Riviana R1T, Hummera EV i Chevy Silverado E, jest japońska Toyota Tacoma EV i inne, podaż producentów jest niewielka przy wielkim popycie.
Rivian R1T był pierwszym elektrycznym pickupem z serii, który trafił na rynek w 2021 roku. Media podawały wtedy, że Rivian produkuje zaledwie dwa egzemplarze R1T dziennie. Nawet po niedawnym zwiększeniu produkcji i ogłoszeniu, że w pierwszym kwartale firma zbudowała 2553 egzemplarze EV, ma jeszcze ponad 80 tysięcy zamówień do zrealizowania. Zamawiający to auto za 70 tys. dolarów dziś, może liczyć na wysyłkę pod koniec 2023 roku.
Z kolei firma GMC ogłosiła, że wyprzedała całą pierwszą partię Hummera EV, zanim jakąkolwiek sztukę dostarczyła. Jeśli klient dziś zamówi to auto w wersji za 99 tys. dolarów lub w maksymalnej konfiguracji za 130 tys. dolarów, dostawa będzie dopiero w 2024 roku. Inne firmy pozostają jeszcze bardziej w tyle. W pełni elektryczny Chevy Silverado E wejdzie do produkcji dopiero w połowie 2023 r. i nie wiadomo, ile Chevrolet będzie w stanie wyprodukować.
Auta te nie kosztują mało. Wspomniany Hummer EV, który ma zasięg 526 km, 1000 koni mechanicznych i potężny akumulator o pojemności 200 kWh, co ma jednak swoją cenę w masie - waży ponad ok. 4,5 tony i w pieniądzach - koszt zaczyna się od 110 tys. dolarów. Ford jest tańszy, ale wcale nie tani. Zwykły odbiorca modelu 2022 F-150 Lightning musi się liczyć z wydatkiem rzędu 70 tys. USD.
Pomimo dużej konkurencji i trudności produkcyjnych, wciąż pojawiają się mniej znani gracze. W zeszłym roku firma Lordstown Motors zapowiedziała wyprodukowanie tysiąca modeli Endurance we wrześniu 2021 roku, ale plany te nigdy nie zostały zrealizowane. Obecnie oczekuje się, że dostawy rozpoczną się w 2022 roku.
Ciężarówka Endurance do napędu wykorzystuje się cztery silniki umieszczone w kołach i jest wyposażona w pakiet akumulatorów o pojemności 109 kWh, który powinien zapewnić zasięg około 400 km. Nowicjusze i startupy powinni jednak znać pouczającą historię firmy Nikola, o której wspominaliśmy w MT pisząc kilka lat temu o wzrastaniu fali popularności elektrycznych pickupów w USA. W lutym 2020 roku Nikola zaprezentowała koncepcję elektrycznego pickupa Badger (3), który przy wykorzystaniu wodorowych ogniw miał mieć nawet ponad tysiąc km zasięgu. Rezerwacje na ten samochód zostały otwarte w czerwcu 2020 roku. Niestety nie udało się wyprodukować tego cudu techniki a startup odchodzi w zapomnienie.
Po roku 2022 na rynku może pojawić się jeszcze kilka innych elektrycznych pickupów. Przy czym pojawienie się na rynku oznacza zwykle złożenie zamówienia a nie dostawę wozu.
Kilka miesięcy temu firma Atlis Motor Vehicles ogłosiła, że produkcja modelu XT o obiecywanym wielkim zasięgu rozpocznie się pod koniec 2022 roku, a termin dostawy przypadnie prawdopodobnie na początek 2023 roku. Według producenta, po wybraniu największego pakietu akumulatorów wóz przejechać może nawet 800 km na jednym ładowaniu. Ładowność wynosi do ok. 2,5 t.
Chevrolet Silverado EV, będący bezpośrednim konkurentem Forda F-150 Lightning, będzie pierwszym pickupem GM produkowanym z ogniwami Ultium. Podstawowy model będzie dostępny w 2024 r. i będzie kosztował nieco poniżej 40 tys. USD. Będzie produkować 510 KM w wersji podstawowej i 664 KM w najwyższej wersji RST. Zasięg Silverado będzie wynosił około 650 km plus możliwość szybkiego ładowania prądem stałym 350 kW.
Hercules Electric Vehicles to z kolei firma założona w 2018 r. w Detroit, która zamierza wprowadzić na rynek Herculesa Alpha. Ma mieć 483 km zasięgu i czterosilnikowy układ napędowy na wszystkie koła, zdolny do przyspieszenia 0-96,5 km/h w 4 sekundy. Według nieoficjalnych informacji, z Herculesem współpracuje Nissan, który jednocześnie chce dołączyć do producentów, którzy oferują elektryczne pickupy na rynku amerykańskim z własnym modelem Titan Electric Truck.
Nieco odmienny charakter ma projekt firmy Canoo, która pracuje nad autem również zaliczanym do pickupów, które ma mieć 4,67 m długości, 1,98 m szerokości, 1,92 m wysokości i 2,85 m rozstawu osi (4). Zasięg ma przekraczać 320 km. Konkurować ma przede wszystkim cenowo w relacji do ładowności. Podobnie Alpha Motor Corporation, inny startup z branży EV, zaprezentował elektryczny pickup Wolf. Jest to trzeci samochód EV tej firmy, wcześniej zaprezentowano już modele Ace Coupe i Jax CUV. Ceny elektrycznej ciężarówki Alpha Wolf zaczynają się od 36 tys. USD. Producent samochodów elektrycznych twierdzi, że zasięg wyniesie ponad 400 km.
Elektryki najpierw na krótsze trasy
Za drogie, za mały zasięg, za ciężkie. To rozpowszechnione opinie na temat ciężarówek zasilanych akumulatorami. Przeciwnicy twierdzą, że akumulatory nadają się najwyżej do przewozów krótkodystansowych. Z kolei zwolennicy ciężkiej elektromobilności uważają to za błędne rozumowanie. Przekonują, że różnice w wydajności energetycznej oznaczają, że samochody ciężarowe zasilane bezpośrednio energią elektryczną będą zawsze potrzebowały o połowę mniej energii elektrycznej niż pojazdy zasilane nawet ekologicznym wodorem.
Ponieważ samochody ciężarowe są dobrami inwestycyjnymi o dużej intensywności użytkowania, przewaga samochodów ciężarowych z napędem elektrycznym w kosztach eksploatacji rośnie wraz ze wzrostem przebiegu. Co więcej, wymaga ona mniej czynności serwisowych niż jakakolwiek inne rozwiązania. Zarówno napęd elektryczny jak i ogniwa wodorowe jeszcze przez wiele lat pozostaną droższe w zakupie niż ich odpowiedniki z silnikami wysokoprężnymi. Jednak zakup samochodu ciężarowego to tylko jedna część równania, drugą stanowią koszty paliwa i konserwacji.
Według danych Departamentu Energii USA 1 galon amerykański paliwa (3,8 litra) odpowiada 33,7 kWh energii. Użyty do porównania typ elektrycznego samochodu ciężarowego zużywa dwie kilowatogodziny na milę, czyli 10 kWh na każde 5 mil (8 km). Zastępujący go samochód ciężarowy z silnikiem wysokoprężnym zużywa 33,7 kWh na każde 5 mil (8 km). Zatem samochód ciężarowy z silnikiem wysokoprężnym zużywa 3,37 razy więcej energii niż samochód elektryczny. Jedynymi zmiennymi, które powstrzymują komercyjne wykorzystanie elektrycznych pojazdów ciężarowych, są początkowy koszt pojazdu i zasięg jazdy, ze względu na wysoki koszt akumulatorów i ich niską gęstość energii. Problem kosztów początkowych może rozwiązać masowa produkcja, zaś kwestia zasięgu to prace nad doskonaleniem techniki akumulatorów. Optymistycznie zakłada się, że do 2025 r. elektryczne pojazdy ciężarowe do transportu dalekobieżnego tracić będą mniej niż pół tony ładowności przez akumulatory.
Osiągnięcie równych kosztów w porównaniu z ich odpowiednikami zasilanymi olejem napędowym cytowany raport prognozuje na 2030 r. w przypadku mniejszych samochodów ciężarowych zasilanych bateriami elektrycznymi oraz na 2035 w przypadku ciężkich samochodów ciężarowych pokonujących dziennie mniej niż 800 km.
Autorzy raportu przewidują, że docelowo pojazdy o napędzie elektrycznym z zasilaniem akumulatorowym (BEV) i pojazdy napędzie elektrycznym z ogniwami paliwowymi (FCEV) zdominują rynek lekkich i średnich samochodów ciężarowych, zaś pojazdy o napędzie hybrydowym (HEV) oraz pojazdy spalinowe napędzane olejem napędowym i gazem ziemnym (ICEV) wciąż będą stanowiły znaczącą większość wśród ciężkich samochodów ciężarowych.
Jednocześnie według analiz eksperckich, samochody ciężarowe w swojej większości nie potrzebują zasięgu tysięcy kilometrów, aby wykonywać swoją pracę. Prawie 80 proc. ciężkich pojazdów ciężarowych przejeżdża dziennie mniej niż 160 km. Blisko 80 proc. przewozów drogowych w Europie odbywa się na trasach poniżej 800 km.
Północnoamerykańska Rada ds. Efektywności Transportu Towarowego (NACFE), we współpracy z grupą badawczą RMI, przeprowadziła w zeszłym roku serię jazd próbnych elektrycznymi ciężarówkami, nazwanych Run on Less, które wykazały, że wiele tras krótkodystansowych jest gotowych do przejścia na pojazdy w pełni elektryczne już dziś. W jazdach testowych uczestniczyły ciężkie elektryczne ciągniki siodłowe Volvo, Peterbilt, BYD i Freightliner; ciągniki terminalowe Kalmar, Lonestar SV i Orange EV, średnie ciężarówki skrzyniowe Peterbilt i Lion, oraz furgony towarowe i dostawcze Lightning eMotors, Motiv i Workhorse.
Firmy takie jak UPS, FedEx i Amazon planują szeroko zakrojoną przebudowę flot furgonetek dostawczych, które mogą realizować codzienne dostawy i ładować się w nocy w magazynach. Uważa się też, że elektryfikacja może szybko objąć także inne nisze, np. ciężkie ciągniki terminalowe, czyli duże ciężarówki, które przewożą kontenery w portach i centrach logistycznych. To stosunkowo niewielki rynek, jednak mogłoby to mieć znaczący wpływ na redukcję zanieczyszczenia powietrza.
Najtrudniej będzie zelektryfikować trasy długodystansowe. Ze względu na dłuższe trasy ciężarówki nie mogą co noc wracać do centralnych punktów ładowania, co oznacza, że wzdłuż głównych szlaków transportowych trzeba będzie zbudować sieć stacji szybkiego ładowania. Ponadto na przewoźnikach ciąży silna presja, aby jak najszybciej dostarczać ładunki, co sprawia, że czekanie godzinami na pełne ładowanie jest trudne do zaakceptowania. Ponadto badacze nie są pewni, czy sieć energetyczna będzie w stanie obsłużyć dużą liczbę elektrycznych ciężarówek ładujących się jednocześnie w jednym miejscu.
Dystrybucja energii elektrycznej opiera się na podstacjach, które obsługują obszary o rozmiarach uzależnionych od gęstości zaludnienia. Jeśli jeden obszar nagle przekroczy możliwości podstacji, może to spowodować przerwy w dostawie prądu. Modernizacje, który pozwolą na takie ładowanie, byłyby kosztowne i czasochłonne.
Stąd opinie, że, mimo urzędowego optymizmu, zwiększenie zasięgu elektrycznych pojazdów ciężarowych może nie być technologicznie lub ekonomicznie wykonalne w krótkim okresie. Rozwiązaniem mogłyby być coraz tańsze i lżejsze akumulatory, pozwalające przejechać tyle, na ile pozwala jedno tankowanie ciężarówki, czyli 1500 km. Oczywiście w większości scenariuszy ważne jest szybkie ładowanie, tymczasem infrastruktura potrzebna do szybkiego ładowania dużych akumulatorów wymagałaby znacznych inwestycji. Wystarczy bowiem kilka ładujących się w szybkiej stacji ładowania ciężarówek, by wygenerować obciążenie sieci podobne do małego miasta.
Problem zmniejszenia rozmiarów i masy akumulatorów przy jednoczesnym zwiększeniu mocy w połączeniu z rosnącym zasięgiem jest przedmiotem większej liczby badań w dziedzinie pojazdów elektrycznych niż jakikolwiek inny. Dotyczy to także pojazdów ciężkich.
Do przełomu w tej dziedzinie dążą prace nad ciężarową Teslą Semi. Według doniesień, masy czterech silników elektrycznych w Semi i dużego silnika diesla są mniej więcej porównywalne. Dochodzi do tego nowatorska technika akumulatorów półprzewodnikowych i projektowanie ciężarówki razem z całą infrastruktura szybkiego ładowania w tym potężnymi stacjami Tesla Megacharger (5). Ale to bliżej nieokreślona przyszłość.
Europa: koncerny zobowiązują się i oferują nowe modele
We wspólnej deklaracji z grudnia 2020 roku europejscy producenci samochodów ciężarowych zobowiązali się do przejścia na pojazdy w 100 proc. elektryczne i wodorowe do 2040 roku. Scania przewiduje, że do 2025 r. pojazdy zelektryfikowane będą stanowiły około 10 proc. całkowitej wielkości sprzedaży pojazdów w Europie, a do 2030 r. 50 proc. całkowitej wielkości sprzedaży pojazdów ma być zelektryfikowane.
Volvo, drugi co do wielkości producent samochodów ciężarowych na świecie, twierdzi, że do 2030 r. chce osiągnąć poziom 50 proc. sprzedaży pojazdów elektrycznych w Europie, a do 2040 r. poziom 100 proc. sprzedaży pojazdów elektrycznych i wodorowych. Firma MAN twierdzi, że do 2030 r. 60 proc. samochodów dostawczych i 40 proc. samochodów ciężarowych do transportu dalekobieżnego będzie miało zerowy poziom emisji. Daimler, największy na świecie producent samochodów ciężarowych, ocenia, że do 2039 r. wszystkie sprzedawane przez niego nowe samochody ciężarowe będą miały zerową emisję spalin.
Tym ogólnym deklaracjom towarzyszą zapowiedzi nowych elektrycznych modeli ciężarówek. Scania zapowiedziała w pełni elektryczne samochody ciężarowe o zasięgu 250 km. Potem przyszła kolej na Volvo, które w listopadzie ogłosiło swoje plany. W końcu do gry dołączył Daimler, prezentując eActrosa (6) w czerwcu 2021 roku.
Produkcja Volvo FH, FM i FMX rozpocznie się w drugiej połowie 2022 r. Zarówno FH, FM i FMX mają trzy silniki elektryczne sprzężone z przekładnią I-Shift firmy Volvo Trucks. Volvo szacuje łączną moc swojego silnika elektrycznego na 490 kW. Sześcioelementowy akumulator litowo-jonowy ma pojemność 540 kWh i zapewni zasięg do 300 km. Nowe trio Volvo ma możliwość ładowania prądem zmiennym i stałym. W tym drugim przypadku, według Volvo Trucks, przy mocy ładowania 250 kW możliwe jest dojście do 80 proc. pojemności akumulatora w czasie krótszym niż 90 minut (7).
Firma DAF była pierwszym europejskim producentem samochodów ciężarowych, który wprowadził na rynek w pełni elektryczny ciągnik siodłowy. DAF LF to 19-tonowa ciężarówka, przeznaczona głównie do dystrybucji miejskiej. Jest też dostępny 37-tonowy ciągnik siodłowy CF Electric przeznaczony do zadań międzymiastowych, np. do pracy w supermarketach i dystrybucji wahadłowej.
Z kolei 29-tonowy ciągnik DAF może być wykorzystywany jako pojazd do wywozu śmieci, a także do bardziej ogólnych, cięższych zadań związanych z dystrybucją miejską. Zasięg LF Electric z akumulatorem litowo-żelazowo-fosforanowym (LFP) o pojemności 282 kWh brutto (254 kWh efektywne) wynosi 280 kilometrów. CF Electric firmy DAF jest również wyposażony w najnowszą generację akumulatorów LFP, może się pochwalić zasięgiem do 220 km na jednym ładowaniu i masą mniejszą o 700 kg.
W pełni elektryczny samochód ciężarowy Scania, dostępny w wersjach serii L i P, jest wyposażony w zestaw akumulatorów o pojemności 165 lub 300 kWh. W wersji 300 kWh na jednym ładowaniu można osiągnąć zasięg do 250 kilometrów. Akumulatory można ładować prądem stałym o mocy 130 kW za pomocą złącza Combined Charging System (CCS). Czas ładowania wynosi od ok. 55 do 100 minut w przypadku opcji z dziewięcioma akumulatorami. Ponadto akumulatory są stale ładowane w ruchu dzięki energii odzyskiwanej podczas hamowania.
Mercedes zapowiada, że produkcja standardowego modelu eActrosa w Wörth am Rhein rozpocznie się jesienią tego roku. Akumulator seryjnie produkowanego modelu eActros jest wyposażony w trzy lub cztery pakiety akumulatorów, z których każdy ma pojemność energetyczną około 105 kWh. Odpowiada to maksymalnej pojemności akumulatora 420 kWh i umożliwia osiągnięcie zasięgu do 400 kilometrów. Energia uzyskana podczas hamowania jest wprowadzana z powrotem do akumulatorów eActrosa i ponownie udostępniana układowi napędowemu.
I w końcu mamy też MAN eTGM. Od 2018 r. jest on używany przez kilka austriackich firm. Jest napędzany silnikiem elektrycznym o mocy 264 kW (360 KM). W konstrukcji zainstalowano tuzin wysokowydajnych akumulatorów litowo-jonowych NMC dostępnej pojemności 185 kWh. Zainstalowano również agregat chłodniczy zapewniający niezbędne chłodzenie. Zasięg wynoszący do 190 km sprawia, że nadaje się do transportu dystrybucyjnego w mieście. Powolne, oszczędne ładowanie przy użyciu gniazda ładowania prądem zmiennym o mocy 22 kW trwa około 8 godzin. Natomiast przy użyciu prądu stałego o mocy 150 kW ładowanie trwa zaledwie 1 godzinę.
Oferta elektrycznych ciężarówek jest, jak widać, coraz bogatsza. Przekonamy się, czy przewoźnicy i logistycy dadzą się przekonać do elektromobilności po dobroci.
Mirosław Usidus
