مقایسه‌ای محیط‌زیستی بین خودروهای سواری الکتریکی، هیبریدی، LPG و بنزینی

در این مقاله، مقایسه‌ای محیط‌زیستی بین خودروهای سواری الکتریکی، هیبریدی، LPG و بنزینی با استفاده از روش ارزیابی چرخه حیات (LCA) انجام شده است. با به‌کارگیری سیستم مدل‌سازی مبتنی بر بازه، تغییرات وزن، مصرف سوخت و انتشار آلاینده‌ها در دسته‌بندی خودروهای خانوادگی به جای استفاده از مقادیر متوسط، در نظر گرفته شده‌اند. برخلاف روش‌های کلاسیک LCA، فاز استفاده از خودروها به گونه‌ای مدل‌سازی شده است که خودروهایی با عمر کوتاه و طولانی را پوشش دهد. به این ترتیب، تعداد دفعاتی که یک خودرو باید تولید شود تا واحد مقایسه یا واحد عملکردی را پوشش دهد، محاسبه شده است. بر اساس فرضیات و روش محاسبه اثرات استفاده‌شده، اثر گلخانه‌ای خودروهای LPG، هیبریدی و الکتریکی به ترتیب کمتر از خودروهای بنزینی است. ارزیابی تأثیر بر سلامت انسان و اسیدی‌سازی هوا نیز بهترین امتیاز محیط‌زیستی را به خودروی الکتریکی اختصاص داده است. همچنین، یک تحلیل حساسیت، همبستگی بین اثرات تنفسی و استانداردهای انتشار یورو را بررسی کرده است.  
 ارزیابی چرخه حیات، خودروی الکتریکی، خودروی هیبریدی، خودروی LPG، موتور بنزینی  

هنگام انجام ارزیابی چرخه حیات برای خودروها در سطح ملی یا جامعه، متخصصان با دو چالش اصلی مواجه هستند: اول، چگونگی جمع‌آوری، مدیریت و پردازش حجم انبوه داده‌ها، و دوم، چگونگی تولید نتایج LCA که تمام تفاوت‌های بین خودروها را از نظر بخش، فناوری، سیستم‌های انتقال قدرت، سوخت‌ها، وزن و استانداردهای انتشار منعکس کند. در روش‌های کلاسیک مدل‌سازی LCA، از مقادیر ثابت برای هر پارامتر استفاده می‌شود. این رویکرد نیازمند توسعه مدل‌های جداگانه برای هر نوع خودرو و اصلاح مدل‌ها با هر تغییر در پارامترها است. ارزیابی کامل تمام انواع خودروهای یک ناوگان مشخص، به‌وضوح زمان‌بر و پرهزینه است. علاوه بر این، تولید نتایج LCA جداگانه برای هر خودرو، مدیریت و استفاده از این نتایج را دشوار کرده و احتمال خطا را افزایش می‌دهد.  

سیستم مدل‌سازی مبتنی بر بازه، یک رویکرد نوآورانه در LCA است که به جای استفاده از مقادیر متوسط، از بازه‌های مقادیر با توجه به توزیع آماری آنها استفاده می‌کند. این رویکرد امکان ارزیابی خودروهای مختلف با فناوری‌ها و سوخت‌های متفاوت را در یک مدل واحد فراهم می‌کند. در این مقاله، ارزیابی چرخه حیات کامل خودروهای الکتریکی، هیبریدی، LPG و بنزینی با استفاده از سیستم مدل‌سازی مبتنی بر بازه و با توجه به دسته‌بندی‌های مختلف اثرات محیط‌زیستی انجام شده است.  

روش‌شناسی
ارزیابی چرخه حیات یک روش استاندارد است که جنبه‌های محیط‌زیستی و اثرات بالقوه یک محصول یا خدمت را از "گهواره تا گور" بررسی می‌کند؛ یعنی از استخراج مواد خام تا تولید، استفاده و دفع. در انجام LCA، ابتدا هدف و محدوده مطالعه، از جمله محدودیت‌های جغرافیایی و زمانی، تعریف می‌شود. پس از این مرحله، تمام ورودی‌ها (مواد و انرژی) و خروجی‌ها (انتشارات) مرتبط با سیستم محصول مورد مطالعه، با توجه به واحد عملکردی که عملکرد مرجع کمی‌شده محصول یا خدمت است، محاسبه می‌شوند. داده‌های ورودی و خروجی سپس به اثرات محیط‌زیستی مربوطه تبدیل می‌شوند. در نهایت، این اثرات تفسیر می‌شوند تا منابع مهم‌ترین تأثیرات شناسایی شده و فرصت‌های بهبود کیفیت محیط‌زیستی محصول یا خدمت پیدا شود.  

LCA مبتنی بر بازه
فناوری‌های مختلف خودرو در یک درخت LCA واحد مدل‌سازی شده‌اند. برای هر فناوری خاص، مصرف سوخت، وزن و انتشارات مختلف به صورت توزیع‌های آماری تعریف شده‌اند. روش‌شناسی تحلیل داده‌ها امکان نسبت دادن مناسب‌ترین توزیع به هر بازه داده را فراهم کرده است. یک محاسبه مقدماتی نشان داد که مصرف سوخت مهم‌ترین پارامتر مدل است و تقریباً همبستگی کامل با اثر گلخانه‌ای دارد که یکی از مهم‌ترین دسته‌بندی‌های اثرات در LCA خودروها است. بنابراین، توزیع تمام پارامترهای دیگر (وزن و انتشارات) به عنوان تابعی از توزیع مصرف سوخت تعریف شده‌اند. در نتیجه، هنگام اجرای مدل LCA، تمام پارامترها به جای تغییر مستقل، به عنوان تابعی از تغییرات مصرف سوخت تغییر می‌کنند. این امر یک مدل پویا ایجاد می‌کند که در آن هر تغییر در یک بخش از مدل، بخش‌های دیگر را تحت تأثیر قرار داده و امکان تحلیل حساسیت دائمی و خودکار را فراهم می‌کند.  

 فرضیات :
در این مطالعه، فناوری‌های خودرویی مورد ارزیابی متعلق به بخش خودروهای خانوادگی هستند. این شامل تمام انواع خودروهای ثبت‌شده در بلژیک در این بخش است. برای هر فناوری خاص، بازه‌های وزن، انتشارات و مصرف سوخت به جای مقادیر متوسط در نظر گرفته شده‌اند. این بازه‌ها از پایگاه داده Ecoscore استخراج شده‌اند که شامل تمام انواع خودروهای موجود در ناوگان بلژیک است. توجه ویژه‌ای به خودروهای LPG، هیبریدی و خودروی الکتریکی باتری‌دار شده است.  

از آنجا که داده‌های LCI مربوط به LPG در پایگاه داده Ecoinvent وجود ندارد، ورودی‌های مواد اولیه و مصرف انرژی در مراحل مختلف تولید آن از گزارش CONCAWE جمع‌آوری و در مدل LCA استفاده شده‌اند.  

تنها خودروی الکتریکی که در بلژیک به عنوان خودروی خانوادگی ثبت شده است، Tesla Roadster است. در مدل‌سازی مرحله تولید این خودرو، مشخصات باتری و تجزیه مواد آن در نظر گرفته شده‌اند.  

با این حال، داده‌های LCI مربوط به الکترولیت باتری لیتیوم‌یون در پایگاه داده Ecoinvent موجود نبود. برای حل این مشکل، الکترولیت بر اساس سنتز شیمیایی آن با توجه به فرآیندهای صنعتی مدل‌سازی شده است.  

 مرحله تولید و پایان عمر
مرحله تولید به عنوان یک پارامتر مشترک برای تمام فناوری‌های خودرو با توجه به وزن آنها مدل‌سازی شده است. این مرحله شامل مواد خام، فرآیندهای تولید، مصرف انرژی و حمل‌ونقل خودروهای تولیدشده به مصرف‌کننده نهایی است. با این حال، قطعات خاص هر فناوری (مانند باتری‌های NiMH و لیتیوم‌یون) به طور جداگانه مدل‌سازی شده‌اند.  

مرحله پایان عمر با توجه به فناوری‌های موجود در کارخانه‌های بازیافت بلژیک مدل‌سازی شده است. نرخ کلی بازیافت خودروها و مصرف منابع در طول فرآیند بازیافت، همراه با نرخ بازیافت برای هر نوع ماده در نظر گرفته شده‌اند. بازده فرآیندهای بازیافت و ظرفیت واقعی کارخانه‌های بازیافت نیز در نظر گرفته شده‌اند. مشابه مرحله تولید، مرحله پایان عمر نیز به عنوان یک پارامتر تطبیقی برای تمام خودروها با توجه به وزن آنها مدل‌سازی شده است.  

 انتشارات مستقیم و تحلیل داده‌ها
پارامترهای مدل‌سازی چرخه حیات خودروها از پایگاه داده Ecoscore استخراج شده‌اند. تحلیل داده‌ها برای استخراج این پارامترها از داده‌های خام موجود در پایگاه داده Ecoscore انجام شده است. از آنجا که ناوگان بلژیک شامل انواع مختلفی از خودروها است، پارامترهای مدل‌سازی به صورت بازه‌های مقادیر در نظر گرفته شده‌اند. در مدل، تمام تغییرات ممکن این پارامترها در نظر گرفته شده‌اند که منجر به تغییرات در اثرات محیط‌زیستی می‌شود. با در نظر گرفتن فراوانی این مقادیر، می‌توان توزیع مثلثی یا یکنواخت را با توزیع واقعی مقادیر تطبیق داد.  

همبستگی قوی بین مصرف سوخت و وزن، دی‌اکسید کربن و دی‌اکسید گوگرد وجود دارد. این پارامترها به عنوان تابعی خطی از مصرف سوخت توصیف شده‌اند. برای سایر انتشارات، همبستگی قابل توجهی یافت نشد و این انتشارات به صورت توزیع مثلثی یا یکنواخت مدل‌سازی شده‌اند.  

واحد عملکردی و مسافت طی‌شده در طول عمر
واحد عملکردی به عنوان استفاده از یک خودروی سواری در بلژیک به مدت ۱۳٫۷ سال و مسافت مشخصی تعریف شده است. از آنجا که مسافت طی‌شده در طول عمر یک خودرو می‌تواند کمتر یا بیشتر از واحد عملکردی باشد، مسافت واقعی با توزیع نرمال مدل‌سازی شده است. برای محاسبه نتایج LCA، مسافت طی‌شده به طور تصادفی بین حداقل و حداکثر توزیع نرمال انتخاب می‌شود و برای هر محاسبه، تکرارهای متعدد انجام می‌شود تا تمام شرایط ممکن در ارزیابی لحاظ شود.  

نتایج LCA به روش محاسبه اثرات محیط‌زیستی وابسته است. در این مطالعه، سه روش محاسبه استفاده شده است: اثر گلخانه‌ای، سلامت انسان و اسیدی‌سازی هوا.  

اثر گلخانه‌ای : 
خودروهای بنزینی بیشترین اثر گلخانه‌ای را دارند که عمدتاً به دلیل انتشارات ناشی از احتراق بنزین است. خودروهای LPG در رتبه بعدی قرار دارند. خودروهای هیبریدی به دلیل کاهش مصرف بنزین، اثر گلخانه‌ای کمتری دارند. خودروهای الکتریکی کمترین اثر گلخانه‌ای را دارند زیرا هیچ انتشار اگزوزی ندارند.  

اسیدی‌سازی هوا :
خودروهای هیبریدی به دلیل تولید نیکل در باتری‌های NiMH، بیشتر از خودروهای بنزینی به اسیدی‌سازی هوا کمک می‌کنند. خودروهای الکتریکی بهترین عملکرد را در این دسته‌بندی دارند.  

سلامت انسان :
خودروهای الکتریکی بهترین امتیاز را در این دسته‌بندی دارند. استفاده از برق تجدیدپذیر اثرات منفی خودروهای الکتریکی بر سلامت انسان را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.  

 تحلیل حساسیت :
با استفاده از سیستم مدل‌سازی مبتنی بر بازه، تحلیل حساسیت به طور خودکار انجام می‌شود. به عنوان مثال، تأثیر استانداردهای انتشار یورو بر اثرات تنفسی و انتشار مونوکسید کربن بررسی شده است. خودروهای یورو ۴ و ۵ اثرات تنفسی کمتری دارند و همیشه مونوکسید کربن کمتری نسبت به خودروهای یورو ۱، ۲ و ۳ منتشر می‌کنند.  

نتیجه‌گیری
در این مقاله، نتایج LCA برای خودروهای الکتریکی، هیبریدی، LPG و بنزینی در دسته‌بندی خودروهای خانوادگی در بلژیک محاسبه شده است. با استفاده از سیستم مدل‌سازی مبتنی بر بازه، تغییرات وزن، مصرف سوخت و انتشارات در نظر گرفته شده‌اند. خودروهای الکتریکی کمترین اثر گلخانه‌ای و بهترین عملکرد را در دسته‌بندی‌های اسیدی‌سازی هوا و سلامت انسان دارند. خودروهای هیبریدی و LPG نیز عملکرد بهتری نسبت به خودروهای بنزینی نشان می‌دهند.  

مرجع