На всем жизненном пути

О предыстории и результатах исследования нам рассказывают технический директор д-р Ульрих Хамме и руководитель отдела автокранов Филипп Федерле. Они также дают представление о конкретных вариантах реализации.

Почему Liebherr привлекает бизнес-консультантов, когда речь идет об экологичных приводах?

Д-р Хамме: Для достижения целей по защите климата и соблюдения жестких норм выбросов парниковых газов требуется реструктуризация экономики. Мобильные краны являются ключевым компонентом в переходе к экономике без ископаемого топлива, например, при установке ветряных турбин и преобразовании инфраструктуры. Однако мобильные краны также выделяют парниковые газы. Для эффективного использования нормы выбросов парниковых газов мобильные краны также требуют всестороннего анализа жизненного цикла.

Мотивация и цель Liebherr заключались в проведении всестороннего анализа жизненного цикла парниковых газов строительной техники Liebherr, особенно мобильных кранов. Для этого Liebherr применяет свои технические ноу-хау и компетенции в отношении продуктов. Поставщиком экономических навыков и знаний всесторонних энергетических аспектов и оценок для анализа жизненного цикла является известная и опытная экономическая консалтинговая компания Frontier Economics.

Федерле: Liebherr и Frontier Economics проанализировали количество парниковых газов, выделяемых мобильными кранами на протяжении всего их жизненного цикла. Поскольку они также остаются источниками выбросов, хотя и являются движущей силой в деле отказа от ископаемого топлива и незаменимы в развитии возобновляемых источников энергии, таких как ветряные турбины. Анализ Frontier Economics ограничивается обоснованным определением уровня выбросов парниковых газов при использовании различных приводных технологий, но не отражает того, являются ли такие подходы технически осуществимыми и целесообразными.

Что входит в анализ жизненного цикла?

Федерле: Выбросы, производимые непосредственно транспортным средством, можно относительно легко определить по количеству топлива в баке. Возьмем для примера электромобили: на первый взгляд, CO2 здесь не выделяется. Однако если мы эксплуатируем электромобили на электричестве, полученном сжиганием угля, мы лишь перемещаем выбросы в другую область, а не устраняем их. Это часто упускается из виду сознательно или бессознательно.

Таким образом, не следует пренебрегать вопросами получения и выработки энергии, поскольку для окружающей среды не имеет значения, где, когда и почему происходят выбросы. Поэтому требуется полная картина. Но ее можно получить только в том случае, если приняты во внимание процессы производства. Так, например, выбросы CO2 для стали рассчитываются на всех этапах, от добычи руды, переработки на сталелитейном и прокатном заводах с учетом доли вторичной переработки и отходов вплоть до момента изготовления крана. И это касается всех материалов, будь то резина, медь, электронные компоненты, текстиль или алюминий. Финальной точкой является тема утилизации компонентов. Только теперь у вас перед глазами картина, на которой выбросы не смогут исчезнуть в слепой зоне. Теперь ситуацию не получится приукрасить. Фиксируются все данные на протяжении жизненного цикла, "from cradle to grave" («от колыбели до могилы»), как говорят в отрасли.

Д-р Хамме: Мобильные краны, несомненно, играют роль первопроходца в экологической реструктуризации экономики, при этом они также выделяют парниковые газы и, следовательно, являются «частью проблемы». Их эксплуатация и производство также должны осуществляться все нейтральнее. Поэтому содержательная оценка парниковых газов должна учитывать выбросы в течение всего жизненного цикла. Жизненный цикл мобильного оборудования, такого как, например, автокраны, включает как минимум следующие пять этапов:

• производство (Cradle-to-Gate, «от лотка до ворот»)
• выработка энергии (Well-to-Tank, «от скважины до бака»)
• развитие инфраструктуры
• эксплуатация мобильного крана (Tank-to-Wheel, «от бака до колес»)
• утилизация или переработка (конец срока службы)

Что показали исследования?

Д-р Хамме: Исследование мобильного крана, которое мы проводили на примере LTM 1160-5.2, продемонстрировало, когда происходит выброс парниковых газов. Мы также определили, что вызывает эти выбросы, и как различные материалы или сценарии использования влияют на выбросы CO2. Конечно, сегодня мы не можем просто убрать из крана компоненты или отказаться от функций, которые нужны заказчику. Однако это демонстрирует, на чем нужно сконцентрироваться.

Федерле: Кроме того, в рамках исследования мы провели расчеты не только для текущего крана со всеми его компонентами, но и для альтернативных типов привода, чтобы иметь возможность сравнения. Мы рассматривали только те альтернативы, которые являются практически возможными с нашей сегодняшней точки зрения. Безусловно, на рынке и в рамках дискуссий присутствуют и другие, технически очень интересные варианты. Однако в настоящее время мы не считаем, что они смогут закрепиться в соответствующей инфраструктуре в ближайшие 10-15 лет.

Но какую роль могут сыграть альтернативные приводы?

Федерле: За эталон мы принимаем существующий кран с дизельным двигателем с уровнем выбросов 100 %. Результаты показывают, что современные знания и технологии позволяют добиться наибольшего сокращения выбросов CO2 за счет гидрогенизированных растительных масел. При использовании этих гидрогенизированных растительных масел (сокращенно HVO) мы можем сократить выбросы CO2 на 75 % на протяжении всего жизненного цикла. При использовании электротоплива, которое представляет собой равноценную технологию для кранов, можно сократить выбросы более чем на 60 %.

Д-р Хамме: Переход на водородный двигатель внутреннего сгорания с использованием водорода, производимого на настоящий момент, фактически привел бы к увеличению выбросов, поскольку сейчас водород производится преимущественно из природного газа. С экологической точки зрения это бессмысленно. Поэтому мы рассмотрели для этой технологии перспективный сценарий с использованием экологически чистого импортного водорода. В этом случае объем выбросов можно сократить более чем вдвое. Привод на топливных элементах демонстрирует аналогичную тенденцию по причине использования водорода в качестве источника энергии, но здесь данная технология более эффективна.

При современной структуре электроснабжения аккумуляторный электропривод также не будет способствовать сокращению выбросов. Поэтому мы также провели дополнительный расчет, в рамках которого предполагалось использование 100 % «зеленого» электричества. В этом случае объем выбросов CO2 можно снизить более чем на 40 %. Можно отметить, что на производство аккумуляторов приходится очень большая доля выбросов.

Почему «зеленая» электроэнергия и «зеленый» водород по-прежнему производят выбросы, если они называются зелеными?

Д-р Хамме: К сожалению, здесь игнорируется комплексный подход. Если Вы сегодня строите ветряную турбину, то фундамент и опора, например, выполнены преимущественно из бетона и стали. В настоящее время эти материалы пока невозможно произвести нейтрально с точки зрения выбросов CO2. Таким образом, ветряная турбина с первого дня имеет груз CO2, который, конечно, должен быть выражен в киловатт-часах в течение всего жизненного цикла. Этот принцип относится и к солнечным батареям.

Кроме того, необходимо учитывать линии электропередач и подстанции. Так что, в конце концов, и здесь что-то сходится. К сожалению, нужно отказаться от идеи, что то, что сейчас называют «CO2-нейтральным» или «зеленым», абсолютно не выделяет CO2. На практике это как безалкогольное пиво. Оно все равно содержит некоторое остаточное количество алкоголя. На этом фоне любопытно посмотреть, как первые города хотят стать СО2-нейтральными к 2030 году, потому что локальная СО2-нейтральность экологически бессмысленна. Пока эксплуатируется тот же цементный завод, но не в городе, это не несет никаких плюсов для экологии.

Почему использование HVO даже эффективнее, чем вариант с электротопливом?

Федерле: В некоторой мере это касается именно топлива HVO, которое мы используем здесь, в Эхингене. С самого начала было понятно, что мы не станем использовать HVO из пальмового масла или отходов пальмового масла. Поэтому мы в Liebherr закупаем сертифицированное топливо HVO, изготовленное из отходов, в данном конкретном случае из пищевого масла. Таким образом, поскольку речь идет об отходах, до этого момента нагрузка CO2 отсутствует. Выбросы применительно к нашим кранам возникают только при преобразовании отходов в топливо, а также при транспортировке и хранении. Если бы мы производили здесь дополнительное подсолнечное масло, потенциал экономии был бы несколько ниже. С другой стороны, в случае с электротопливом всегда присутствуют выбросы от строительства ветряной или солнечной электростанции, что делает такое топливо несколько менее эффективным.

Каковы препятствия или ограничения для использования HVO (биотопливо)?

Д-р Хамме: Основным препятствием для этого вида топлива, безусловно, является ограниченная доступность. Количество отходов ограничено, и, на наш взгляд, никогда не получится производить HVO в тех количествах, в которых сегодня сжигается дизельное топливо. Конечно, можно увеличить объемы путем выращивания подсолнечника или рапса, но ситуация не должна доходить до вырубки тропических лесов для выращивания пальмового масла исключительно в целях защиты окружающей среды! Это ограничение, безусловно, еще вызовет споры в политике и обществе.

Некоторые производители грузовиков делают ставку на приводы на водородных топливных элементах и инвестируют в их разработку миллиарды евро. Значительные средства вкладываются в расширение производства «зеленого» водорода. Какой Вы видите эту технологию для мобильных и гусеничных кранов в среднесрочной и долгосрочной перспективе?

Д-р Хамме: Конечно, мы также внимательно следим за разработками в сфере водородных двигателей и топливных элементов для всех областей применения, например, в коммерческих автомобилях и строительной технике. Первый прототип водородного двигателя в настоящее время вводится в эксплуатацию на испытательном стенде нашего моторостроительного завода в Швейцарии. Именно здесь мы развиваем компетенции группы компаний Liebherr в области водородных технологий. Но, как и в случае с аккумуляторными электроприводами для большегрузных транспортных средств, для мобильных кранов не существует отработанной и пригодной для эксплуатации технологии в сфере водорода.

Федерле: Приводы на топливных элементах меньше подходят для мобильных кранов по причине очень неравномерных нагрузок и их широкого диапазона. Водородные двигатели могут представлять больший интерес. В целом, неясностей еще настолько много, что сегодня невозможно определить какие-либо реалистичные цели. Основной проблемой в данном случае является аккумулирование энергии в кране. Современная концепция крана не имеет достаточного веса и объема ни для газообразного водорода, ни для охлажденного жидкого водорода.

Д-р Хамме: Существует много нерешенных вопросов в отношении технологий хранения, заправочной логистики и инфраструктуры снабжения. Остается ждать и наблюдать, какие пути развития будут выбраны в ближайшем и отдаленном будущем, особенно в сфере коммерческих автомобилей и строительной техники.

С данной экологической точки зрения, являются ли другие подходы на основе водорода и аккумуляторов технически ошибочными направлениями?

Д-р Хамме: Однозначно нет! Эти технологии все еще имеют значительный потенциал развития, которому сегодня невозможно дать окончательную оценку. Мы говорим исключительно о моментном наблюдении на сегодняшний день. Кроме того, здесь речь идет только о выдержке из исследования, и утверждения относятся исключительно к автокрану. Аналогичный подход продемонстрировал явные преимущества электропривода, например, для автобетономешалки или небольшого колесного погрузчика.

С чем связано такое явное различие при одинаковом подходе?

Федерле: Это связано с абсолютно разным способом эксплуатации оборудования. В отношении крана нам было важно сравнить функционально идентичные устройства. Устройство должно обеспечивать тот же функционал, что и существующий кран, без каких-либо компромиссов. Сюда также относится гибкость, связанная с автономной работой. Автобетономешалка, например, может каждый вечер возвращаться домой и в достаточной мере заряжаться. Ее также можно заряжать во время загрузки бетона, поскольку можно предположить наличие соответствующей зарядной инфраструктуры.

Д-р Хамме: Кроме того, мешалка имеет очень ограниченную длину маршрута и сравнительно низкую мощность по сравнению с краном. Цикл нагрузки автобетономешалки несопоставим с циклом крана. Если количество хранимой энергии можно уменьшить, исходя из названных условий, аккумуляторы, производство которых связано со значительными выбросами, конечно, будут становиться все меньше по размеру.

Компания Liebherr уже сообщила, что на следующей выставке Bauma будет представлен вариант компактного мобильного крана Liebherr с электрическим приводом. Можете рассказать об этом подробнее?

Д-р Хамме: В течение этого года мы планируем выпустить на рынок LTC 1050-3.1, наш 3-осный компактный кран 50-тонного класса с одной кабиной, с дополнительным электроприводом для выполнения всех функций крана. Кран, как и прежде, будет оснащен обычным дизельным/HVO двигателем для движения по дорогам и работы, но в качестве альтернативы для работы крана может использоваться электрический привод, обеспечивая соответствие требованиям «локального нулевого уровня выбросов». Все прежние эксплуатационные характеристики крана сохраняются независимо от того, используется ли для работы привод, не производящий выбросов выхлопных газов, или ДВС.

Питание электропривода осуществляется от местного источника питания по кабельному соединению. Для достижения полной производительности крана требуется сильноточное соединение 125 ампер. При силе токе 63 А максимальные рабочие скорости могут снизиться.

При таком подходе мы гарантируем возможность дальнейшего эффективного использования гибридного крана LTC 1050-3.1 в качестве универсального крана в любых условиях. Преимущества для клиентов, практика эксплуатации и рентабельность должны развиваться синхронно с глобальной и локальной защитой окружающей среды.

Так что будущее принесет еще много интересного в сфере экологичных приводов для снижения выбросов CO2. Но давайте обратимся к настоящему. Чем именно Liebherr занимается в Эхингене?

Федерле: С сентября 2021 года мы заправляем наши мобильные и гусеничные краны на заводе Liebherr в Эхингене исключительно чистым топливом HVO. Это касается приемки крана и испытаний, а также первичной заправки перед поставкой. Последние несколько месяцев мы занимались подготовкой всей линейки мобильных и гусеничных кранов к переходу на использование HVO. Для этого уже установленные дизельные двигатели были предварительно протестированы, сертифицированы и одобрены производителями. Краны также прошли всесторонние испытания с использованием чистого топлива HVO как у клиентов, так и в нашем собственном испытательном отделе.

Д-р Хамме: На предприятии в Эхингене мы также проанализировали все наши заводские транспортные средства. За редким исключением их также можно заправлять топливом HVO. Всего мы сможем сэкономить 2,5 млн литров ископаемого дизельного топлива в год за счет перехода на топливо HVO. Это приведет к ежегодному сокращению объема выбросов CO2 на нашем заводе примерно на 6500 тонн.

И еще: с 1 января 2022 года мы используем на нашем заводе в Эхингене только «зеленую» электроэнергию. Таким образом, мы обеспечиваем весь завод сертифицированной электроэнергией от европейских ветроэлектростанций. Это еще одна веха на пути к CO2-нейтральности.

Что Вы думаете о приводах, альтернативах и защите климата? Нам интересно ваше мнение, и мы будем рады, если Вы поделитесь им по электронной почте . Возможно, мы сможем использовать Ваш вопрос или мнение для статьи в следующем журнале. Давайте обсудим!

Эта статья появилась в журнале UpLoad Magazine 01 | 2022.