Проекти, внедрили технологии с нулеви емисии
Пътното строителство трябва да преодолява недостиг на материали, липса на подготвен човешки ресурс, политически фактори, а вече и да се съобразява със задължението за намаляване на въглеродните емисии. Строителните компании правят всичко възможно, за да осигуряват жизнеспособността на сектора. Ще са необходими огромни количества устойчиво произведени биогорива от второ поколение, което е доста спорно като бъдещо развитие, повишено рециклиране на стомана, асфалт, инертни материали. Иновациите в машините трябва да се развиват ускорено, защото неблагоприятните условия могат да бъдат преодолени с висока производителност и снижена стойност. Сега ще разгледаме някои от достиженията на водещите компании в бранша.
Текст: списание Инфрабилд
Най-видимите успехи са именно при тежките пътностроителни машини и камиони. Повече от половината от сегашния потенциал за намаляване на емисиите произтича от заместването на дизелово гориво с транспортно биогориво, но основното направление за иновативни разработки е замяната на двигателите с вътрешно горене с електрически двигатели. Акумулаторното електрическо превозно средство (BEV/Battery Electric Vehicles) използва енергия, съхранявана в акумулатори, заредени с електричество от мрежата. Електрическото превозно средство, използващо технология с горивни клетки (FCEV/Fuel Cell Electric Vehicles), се захранва с водород, който се преобразува в електричество по време на движение. Не бива да забравяме, че електрическите двигатели се нуждаят от електрическа енергия, и нейната наличност от възобновяеми източници е от изключителна важност.
Ford Trucks доставят камиони от следващо поколение, 100% електрически, които са с разширени функции за свързване за зареждане на батериите, увеличена производителност и конкурентна цена. В краткосрочен план смятат да постигнат 50% от европейските продажби на камиони с нулеви емисии до 2030 г., а до края на 2040 г. всички тежки транспортни средства да бъдат с нулеви емисии. Изцяло електрическият камион на Ford Trucks с полезен товар от 18÷26 тона е с отлична маневреност и има по-добра месечна консумация на енергия в сравнение с превозни средства с двигатели с вътрешно горене. Разходите за поддръжка също са по-ниски, тъй като електрическите превозни средства имат по-малко движещи се части за поддръжка.
Volvo не изостават в борбата за чиста планета. Те вярват, че до 2030 г. 50% от всички камиони Volvo, продавани в Европа, ще бъдат електрически, използващи технология с акумулатори или горивни клетки. На пазара вече има доста техни камиони с батерии. Volvo FH Electric е за превоз на големи обеми стоки и е подходящ за строителни работи в градски райони с изисквания за ниски нива на шум и емисии. Volvo FMX Electric е строителен камион, който може да бъде модифициран за специфични нужди, например за бетон-миксер. Volvo FE Electric е здрав камион с три моста и брутно тегло до 27 тона, подходящ за транспортиране на готови елементи от пътната инфраструктура.
Limach, който произвежда електрически багери - от мини багер с работен обхват от 1810kg до багер с работно тегло над 14000kg, след инвестиция на Volvo ще персонализира колесните и верижните багери на Volvo със собствена технология за литиево-йонни батерии.
Liebherr имат цяла гама е-миксери за бетон. Последният модел ETM (Electric truck mixer) е тестван и при екстремни условия. Електрическото задвижване на барабана е равномерно, дори при много гъсти бетонни консистенции. При зимна експлоатация системата функционира по всяко време с оптимизираното управление на топлината за батериите. Ако е необходимо, батерията може да се зареди за по-малко от един час с 22kW зарядно устройство, но подобни случаи ще са изключение, тъй като има вграден генератор, който зарежда батерията достатъчно по време на шофиране. Електрическият миксер може да се комбинира с всички видове камиони - с дизел, с газово, хибридно или електрическо задвижване.
Putzmeister също имат електрифициран транспорт на бетона - е-миксера iONTРОН. Автомобилът е с батерия с капацитет 350kWh и едно зареждане е достатъчно за няколко пътувания в градски район, а при нужда се презарежда. Миксерът също е електрифициран. Той се презарежда през нощта в DC зарядна станция.
Строителни машини с електрическо задвижване
Cat създава колесен товарач с електрическо задвижване. Стабилността е увеличена с добре изчислена противотежест, маневреността е подобрена. Bobcat използваха изложението bauma за представяне на своя, първи в света, изцяло електрически компактен верижен товарач Т7Х, макар и все още в проучвателна и изпитателна фаза. Keestrack, белгийски производител на строителни машини, предлага верижен стакер, захранван със слънчева енергия. Фотоволтаичните модули обхващат 23-метровата конвейерна лента като слънчево платно. Те съхраняват енергията си в системната батерия, разположена в шасито. Транспортната лента и самата верига се задвижват директно електрически, докато електрическа помпа захранва повдигащата хидравлика. Очевидно работата на оборудване, което използва слънчева енергия и нищо друго, е възможна само до известна степен. Например, ако фотоволтаичните модули не успеят да осигурят достатъчно енергия поради лоши метеорологични условия, системата трябва да може да бъде захранвана от налични външни източници или от електрическа мрежа.
Kramer-Werke GmbH предлагат електрически челен товарач със задвижване на всички колела. В задвижващата система е вграден електрически мотор, който осигурява голяма производителност и теглителна сила. Втори електромотор управлява работната хидравлика. Напълно електрическият челен товарач може да бъде със същите параметри на работа като аналогичната машина с дизелово гориво. Wacker Neuson създават виброплочата APU3050e с батерия, която осигурява същите резултати като захранваните с гориво или ел. ток виброплочи, но не се нуждае от захранващ кабел и не генерира вредни емисии. Едно зареждане на батерията е достатъчно за всички работни операции в продължение на един нормален работен ден.
Hamm AG, специализирани в производството на валяци за пътно строителство и земни работи, разработват няколко модела от серията HD Compact Line, захранвани от необслужваема литиево-йонна батерия. Батерията е с капацитет около 23kWh, достатъчен за цял работен ден, а енергията, освободена от тяговите и вибрационните двигатели при спиране, се използва за възстановяване.
Приложение на водородни горивни клетки
Nicola Corporation обяви търговския старт на електрическо превозно средство с водородни горивни клетки на 28.09.2023 г. Засега снабдяват само пазара на Северна Америка. Електрическият камион с водородни горивни клетки на Nikola предлага пробег до около 800km и очаквано време за зареждане с гориво до 20 минути. Докато Nikola мисли за масово производство на електрически камиони с водородни горивни клетки, някой трябва да се заеме с производството на зелен водород. HYLA се ангажира да осигури надеждни доставки на водород, защото също споделя визията за устойчиво бъдеще без въглеродни емисии. За да подпомогне прехода към постоянна инфраструктура, HYLA предоставя водород чрез модулни станции. След изграждането на постоянна инфраструктура тези модулни решения ще функционират като резервни. HYLA все още не могат да заявят, че водородът им е „зелен“.
Volvo са тествали технологията fuel cell. В тестовете е бил включен един от разработените камиони, задвижвани с горивни клетки. Експериментът се е провел в северна Швеция, за да се види как технологията, на база зелен водород, се представя в сурови зимни условия, и е отчетен като „успешен“. Електрическите камиони с горивни клетки, захранвани с водород, ще бъдат особено подходящи за райони без инфраструктура за зареждане. Toyota Motor Europe обедини сили с холандската VDL Groep, за да пробие на пазара за тежкотоварни водородни камиони, използвайки технологията на Toyota за горивни клетки. Проектът трябва да ускори декарбонизацията на сектора на пътната логистика, каквато е стратегията на TME за постигане на пълна въглеродна неутралност до 2040 г. По-ниското тегло на водородната система позволява превозването на по-тежки полезни товари. През септември 2023 г. беше произведен първият водороден камион от VDL Groep с модули с горивни клетки на Toyota и вече са започнали изпитванията.
Достижения при производството на материали, необходими за пътното строителство
Производството на асфалт е поле на много иновативни решения. Производството на асфалт с понижена температура може да намали отделяните количества CO2. Обикновено под асфалт се разбира асфалтобетон, т. е. смес от асфалт, пясък, каменно брашно и трошен камък. В тази смес свързващото вещество е асфалтът, съставен основно от битум. Производството на асфалт вече може да става при много по-ниски температури - вместо обичайните около 170°C, необходими за конвенционален асфалт, съвременните нискотемпературни процеси се извършват при температури от около 100°C. Понижаване с 10°C на температурата на асфалта води до намаляване наполовина на емисиите на строителната площадка. Технологии за производство на нискотемпературен асфалт и битум са разработени от голям брой фирми - Shell, Wirtgen Group, Cemex и др.
Производството и използването на стомана е един „труден“ сектор, що се отнася до намаляване на емисиите. Доскоро експертите мислеха, че основният начин за декарбонизиране на производството на желязо е добавянето на CCS (Carbon capture and storage) технологии за улавяне и съхранение на въглерод към доменните пещи, които изгарят коксуващи се въглища. Вече е ясно, че директният принос на водорода, при евентуално използване на 100% зелен водород вместо природен газ, скоро ще играе важна роля, понижавайки търсенето на коксуващи се въглища с повече от 80% до 2050 г. Докъде сме с улавянето и съхранението на въглерода? Има един проект в Тексас на производителя на газ и петрол Occidental Petroleum, които е осъществен с подкрепата на инвестиционната компания BlackRock, а зад подобен проект в Луизиана стои консорциум от компании, воден от швейцарската Climeworks. Що се отнася до Европа, норвежката компания Northern Lights е специализирана за складиране на въглероден диоксид. Знаем, че и Equinor е постигнала споразумение с германската компания Wintershall Dea за изграждането на система за извличане на CO2 от въздуха, транспортирането и съхранението му. Въглеродният диоксид ще бъде пренасян по специален тръбопровод от Централна Европа до норвежкия континентален шелф в Северно море. Там ще бъде съхраняван в хранилища, изградени под морското дъно.
Идеята за улавяне и съхранение на въглерод (CCS) продължава да се шири в Европа. По данни на Global-CCS-Institute към октомври 2023 г. има 119 съоръжения за CCS в различни етапи на развитие в цяла Европа, което е с 61% повече от година по-рано. Северно море доминира като предпочитано място за съхранение на CO2 в Европа, но се появяват още възможности. България, Хърватия и Гърция разработват проекти за CCS в югоизточната част на Европа, Италия даде лиценз за пилотно съхранение в Адриатическо море, а Дания и Полша обмислят съхранение на сушата. Транспортът и съхранението са обслужващ модел, който е отделен от специфичните инсталации за улавяне на CO2.
„ЕлфиТех“ строи в Румъния инсталация за улавяне и преработване на въглероден диоксид, от който ще се получава гориво с нулеви емисии. Избраната технология е българска, на високотехнологичната компания от Стара Загора „ЕлфиТех“, а инвеститор е американски консорциум от Калифорния.
„Девня Цимент“, част от групата Heidelberg Materials, строи инсталация за улавяне на въглерод в завода. Става въпрос за проекта ANRAV, първият такъв проект в Югоизточна Европа, с който въглеродните емисии от производството ще бъдат улавяни, оползотворявани и съхранявани по технологията CCUS (Carbon Capture, Utilisation and Storage) чрез обединяване на две нови технологии - Amine и Oxyfuel. Аминовата система премахва сероводорода и въглеродния диоксид от различни горивни газове, произведени в рафинерия, така че да се предотврати замърсяването на въздуха при изгарянето на газовете. Oxyfuel е процес на изгаряне на гориво с помощта на чист кислород или смес от кислород и рециркулиран димен газ вместо въздух. Тъй като азотният компонент на въздуха не се нагрява, разходът на гориво се намалява и са възможни по-високи температури на пламъка. Този процес на улавяне на CO2 използва система, която разделя входящия поток от димни газове на два потока: беден на CO2 поток от димни газове, от който е отстранен >90% от CO2, и поток изцяло от CO2, който е готов за компресиране. При производството на цимент се отделя CO2, независимо от използвания енергиен източник. Подразбира се, че при сегашните технологични познания добавянето на CCS технология за улавяне и съхранение на въглерода е неизбежно, а по-горе говорихме за това.
Други проекти, в други насоки
Иновативни технологии, даващи възможност да се избегне транспортирането на изкопни и насипни материали, също допринасят за намаляване на емисиите. Kemroc Spezialmaschinen GmbH, базирани в Германия, създадоха миксер за почвен цимент, който произвежда хомогенни, водонепропускливи и устойчиви на замръзване циментови изделия на място, използвани в пътното строителство. Дългото пет метра приспособление за хидравлични багери със среден размер смесва почвата, която трябва да се третира и след това добавя суспензия от свързващо вещество.
Sennebogen Maschinenfabrik предлагат манипулатор на материали, който е оборудван със система за възстановяване на енергията. Машината е с работно тегло около 390t и обхват до 40m. Оборудвана е с въпросната система, която се състои от допълнителен хидравличен цилиндър и няколко газови акумулатора. Всъщност това са резервоари за съхранение под налягане, в които несвиваемата хидравлична течност се държи под налягане, което се прилага от външен източник на механична енергия, в този случай - сгъстен газ. Въпреки че течностите обикновено се считат за практически несвиваеми, газовете могат да бъдат компресирани и този компресиран газ е удобен склад за енергия. Акумулаторите за сгъстен газ, наричани още хидропневматични акумулатори, са най-често срещаните. Един такъв акумулатор позволява на хидравличната система да се справи с екстремни нужди, като използва по-малко мощна помпа, за да реагира по-бързо на временно търсене, и за изглаждане на пулсациите. Това е вид устройство за съхранение на енергия. Всеки път, когато стрелата на манипулатора се спусне, възстановената енергия се съхранява временно. При следващото повдигане на стрелата енергията отново е достъпна. Тази система спестява до 30% енергия в сравнение с конвенционалните задвижвания.
Заключение
Засега най-голямото намаление на парникови газове при пътното строителство се дължи на замяната на изкопаемите горива в асфалтовите заводи и при тежката механизация - багери, самосвали и камиони. Потенциалът за намаляване на емисиите е в пряка зависимост от технологичното развитие и рационализиране на стандартите. В дългосрочен план се очаква намаляването на емисиите да е резултат от улавяне и съхранение на въглероден диоксид от добив на стомана и от производство на циментов клинкер, електрификация на строителното оборудване, електрификация на тежкия транспорт, както и от нови, революционни технологии, например водородна директна редукция на желязна руда с водород, произведен от възобновяема електроенергия.
Хубавото е, че всички големи производители имат проекти, насочени към ускоряване на декарбонизацията на сектора на пътното строителство, важен елемент от стратегията им за постигане на пълна въглеродна неутралност до 2040 г.