Elektryczne śmieciarki wjeżdżają na ulice

W polskich miastach stale rośnie liczba flot pojazdów komunalnych zasilanych CNG – gazowe śmieciarki są cichsze, mają mniejszą emisję spalin do atmosfery, a jednocześnie ich ładowność jest taka sama jak modeli tradycyjnych zasilanych olejem napędowym (fot. Scania Polska)

Podwozia komunalne z bateryjnym napędem elektrycznym wykorzystywane do zbiórki śmieci zapewniają zerową emisję podczas eksploatacji. Wyposażenie flot w tego typu samochody wciąż wymaga dużego wysiłku organizacyjnego i nakładów, wzbudza również dyskusje na temat opłacalności.

Silniki spalinowe to technologia wypróbowana i stosowana od lat. Osiągnięcie postępu w kierunku zerowej emisji gazów cieplarnianych (w bilansie netto) wymaga zastąpienia ich innymi rozwiązaniami. Wkrótce coraz szerzej w zastosowaniach komunalnych, takich jak śmieciarki czy zamiatarki, zaczną być wykorzystywane samochody z akumulatorowym napędem elektrycznym.

W samochodach elektrycznych wykorzystywanych w zastosowaniach komunalnych nie dochodzi do bezpośredniego spalania paliwa, nie ma więc spalin, co daje znaczne korzyści dla zdrowia publicznego. Wytwarzanie energii elektrycznej jest mniej emisyjne niż spalanie oleju napędowego, a emisje związane z jakością powietrza występują dalej od obszarów mieszkalnych, co zmniejsza ich wpływ na społeczeństwo. Silniki elektryczne napędzające śmieciarki czy zamiatarki pracują ciszej niż silniki spalinowe, co zmniejsza hałas i poprawia środowisko pracy załóg.

Bieżące wdrożenia
Podobnie jak w przypadku pojazdów komunalnych z silnikiem Diesla wersje z napędem elektrycznym są dostępne w różnych segmentach masowych (od 3,5 t do 26 t dmc.) i specyfikacjach. Ich ładowność jest różna i zależy od wielkości baterii, przy czym większe baterie zajmują więcej miejsca –jest więc szansa na kompromis między zasięgiem a ładownością.

Od marca br. elektryczny DAF CF Electric 6×2 pracuje w holenderskim mieście Zwolle na próbach z firmą ROVA, zajmującą się utylizacją odpadów – pojazd ma elektryczny układ napędowy i nadwozie do zbiórki śmieci przygotowane przez VDL oraz akumulator o pojemności 170 kWh, który można naładować do 80% zaledwie w pół godziny (fot. DAF Trucks)

Komunalne wykorzystanie tych ciężarówek (np. jako śmieciarek) ma kilka cech sprzyjających elektryfikacji, zwłaszcza w porównaniu z innymi zastosowaniami w pojazdach ciężkich. Charakter rund zbiorczych w trybie stop-start, obciążający silniki wysokoprężne i zwiększający zużycie oleju napędowego, jest dobrze dostosowany do silników elektrycznych. Natychmiastowy moment obrotowy pomaga w rozruchu, natomiast częste hamowanie prowadzi do częściowego doładowania akumulatorów poprzez regeneracyjne układy hamulcowe. Stosunkowo krótkie (i przewidywalne) trasy są odpowiednie dla zasięgu, jakim dysponują pojazdy elektryczne. Wreszcie, ponieważ elektryczne samochody komunalne zawsze wracają do bazy, wykorzystanie infrastruktury ładowania można zmaksymalizować.

Producenci oferują wiele opcji w zakresie podwozi i nadwozi, na rynku działa również sporo firm, które dokonują konwersji samochodów konwencjonalnych, montując w nich niezbędne komponenty elektrycznych układów napędowych, takie jak silniki/generatory elektryczne czy akumulatory. Bezsprzecznie po stronie producentów istnieją już możliwości produkcyjne umożliwiające dostarczanie większej liczby seryjnych pojazdów, a tym samym  realizację komunalnych zamówień flotowych.

Seryjnie produkowane ciężarówki Volvo FL Electric i Volvo FE Electric są przeznaczone do dystrybucji, zbiórki odpadów i innych zastosowań w komunalnym transporcie miejskim. Volvo FL Electric to pojazd do 16 t dmc., podczas gdy Volvo FE Electric to samochód mający 27 t dmc. (fot. Volvo Trucks)

Problemy operacyjne
Obecnie oferowane podwozia segmentu ciężkiego z napędem elektrycznym mają zasięg operacyjny sięgający ok. 160 km i czas jazdy od 6 do 9 godzin między ładowaniami, niektóre pracują również w systemie dwuzmianowym. Czas ładowania różni się w zależności od infrastruktury ładowania i pojemności akumulatora pojazdu, ale zazwyczaj wynosi od 3 do 6 godzin.

Elektryczne Renault D Wide Z.E. pomaga opróżniać pojemniki w Lyonie –w czerwcu 2019 r. był to pierwszy przedprodukcyjny pojazd z gamy elektrycznych ciężarówek Renault Trucks. Firma Faun Environment, będąca producentem zabudowy, aby ograniczyć hałas wytwarzany przez spadające odpady, zmodyfikowała obwód hydrauliczny i zastosowała wygłuszenie w tylnej części korpusu (fot. Renault Trucks)

Decydując się na elektryczny pojazd komunalny, warto sprawdzić, czy pokonywane trasy są odpowiednie dla podwozia dysponującego przecież ograniczonym zasięgiem. Dobrze jest, gdy codzienne zadania (np. zbiórka śmieci) realizowane są po głównie płaskich drogach pozbawionych podjazdów. Jeśli teren jest bardziej pagórkowaty, to zgromadzona w akumulatorach energia może nie wystarczyć do tego, aby napędzać samochód w ciągu jednej zmiany, nawet jeśli baterie doładujemy dzięki rekuperacji energii podczas hamowania czy też zjazdów ze wzniesień. Konieczna może być dodatkowa wizyta w bazie celem podładowania akumulatora.

W ramach projektu HECTOR realizowanego przez holenderski HAN Automotive Research planowane jest wdrożenie jeszcze w 2020 r. siedmiu różnych typów śmieciarek na ogniwa paliwowe w siedmiu różnych miastach w pięciu krajach: Aberdeen (GB), Groningen (NL), Arnhem (NL), Duisburg (DE), Deer (DE), Bruksela (BE) i Touraine (FR) – pierwsze pojazdy mają wyjechać na ulice do końca 2020 r. (fot. Suez)

Wyrażane są również pewne obawy dotyczące wypadków spowodowanych przez ludzi, którzy nie słyszą nadjeżdżających pojazdów elektrycznych. Wydaje się, że można temu zaradzić za pomocą dźwięków ostrzegawczych, a cicha praca może mieć również korzyści dla zdrowia i bezpieczeństwa. Nadal nieco problematyczna pozostaje kwestia łańcucha dostaw i recyklingu baterii, ale wydaje się, że postęp technologiczny i pojawienie się efektu skali szybko pozwolą na rozwiązanie tych problemów.

Firma E-Trucks Europe (część holenderskiej grupy Beukers) w swojej belgijskiej fabryce w Lommel produkuje komunalne pojazdy z elektrycznym układem napędowym – możliwości produkcyjne to 50 pojazdów rocznie. Podstawą śmieciarek marki E-Truck są konwencjonalne ciężarówki, modyfikacje polegają na zastąpieniu układu napędowego z silnikiem Diesla przez układ z silnikiem elektrycznym o mocy 150 kW, akumulatorami o pojemności 160 kWh i ogniwem paliwowym o mocy 40 kW. Zabudowy 20 m3 dostarcza Geesinknorba (fot. E-Trucks Europe)

Mniejsza ładowność
Typowa śmieciarka z elektrycznym układem napędowym najprawdopodobniej będzie mieć mniejszą ładowność niż odpowiednik z silnikiem spalinowym, ale zależeć to będzie od szczegółów konstrukcyjnych i przede wszystkim ciężaru zamontowanych akumulatorów. Wraz ze wzrostem dopuszczalnej masy całkowitej pojazdu względny udział ciężaru baterii staje się mniej znaczący: w pełnowymiarowych 3-osiowych śmieciarkach elektrycznych dostępnych obecnie na rynku ładowność jest od 1 t do 3 t mniejsza niż w przypadku pojazdu z silnikiem wysokoprężnym. Zmniejszenie ładowności może mieć wpływ na wydajność zbiórki odpadów, a także będzie czynnikiem branym pod uwagę przez operatorów wykorzystujących mniejsze pojazdy, budowane na lżejszych podwoziach 2-osiowych.

Brytyjski start-up – firma Electra Commercial Vehicles specjalizuje się w konwersji niskowejścowych ciężarówek Mercedes Benz Econic oraz Dennis Eagle Elite, ponieważ są to często wybierane podwozia przez operatorów komunalnych w Wielkiej Brytanii. Zainstalowane akumulatory o budowie modułowej i zależnej od typu podwozia pojemności od 40 do 300 kWh pozwalają na uzyskanie zasięgu do 250 km i 9-godzinnej pracy przystawki odbioru mocy PTO (fot. Electra Commercial Vehicles)

Warto zauważyć, że wiele rund zbierania odpadów nie jest ograniczonych ładownością, ale dostępnym czasem lub objętością. Jest to szczególnie ważne w przypadku zbierania tzw. frakcji suchej. W tym kontekście mniejsza ładowność śmieciarki elektrycznej może mieć niewielki wpływ na efektywność zbiórki. Ponadto wraz ze wzrostem gęstości energii akumulatorów ich waga będzie nadal spadać, co sprawi, że kwestia ta będzie mniej ważna.

Analiza kosztów i korzyści
Zakup 3-osiowej śmieciarki z silnikiem Diesla to wydatek ok. 130–160 tys. euro (w zależności od modelu podwozia i rodzaju zabudowy), koszt elektrycznego odpowiednika będzie nawet dwukrotnie wyższy. Analiza kosztów i korzyści porównująca komunalne pojazdy do zbiórki śmieci z silnikami wysokoprężnymi z ich odpowiednikami z napędem elektrycznym wskazuje, że przy dość ostrożnych założeniach niższe koszty kapitałowe pojazdu z silnikiem wysokoprężnym są w dużej mierze równoważone niższymi kosztami eksploatacji pojazdu elektrycznego.

Aby sprostać wymaganiom dotyczącym zbiórki odpadów miejskich w najbliższej przyszłości, firma GeesinkNorba w 2018 przedstawiła zupełnie nową elektryczną śmieciarkę z załadunkiem tylnym Geesink Mini. Pojazd potrzebuje 1,4 kWh do zebrania i sprasowania 1 t odpadów, a w zależności od rundy zbiórki samochód zużywa około 1 kWh/km (fot. Geesinknorba)

Jeśli chodzi o korzyści wynikające z wprowadzenia śmieciarek z napędem elektrycznym,  bezwzględnie na plan pierwszy wysuwają się oszczędności w zużyciu paliwa. Specyfika pracy pojazdu do zbiórki śmieci związana z działaniem układów hydraulicznych obsługujących kompaktory i podnośniki pojemników, niskimi prędkościami jazdy oraz częstymi zatrzymaniami i ruszaniem oznacza, że 26-tonowa śmieciarka z silnikiem wysokoprężnym obsługująca miejskie obszary zabudowane może mieć spory apetyt na paliwo. Zużycie paliwa powyżej 60 l/100 km nie będzie niczym niezwykłym. Rosnąca liczba komunalnych pojazdów elektrycznych używanych we flocie zacznie stopniowo zmniejszać ilość kupowanego oleju napędowego.

W całościowym scenariuszu analizy kosztów i korzyści, jaki przedstawiono w raporcie [1] całkowity koszt własności i użytkowania (TCO) elektrycznej śmieciarki jest o 5,2% wyższy niż w przypadku ekwiwalentnego pojazdu z silnikiem Diesla. Jeśli jednak uwzględni się wpływ emisji w ujęciu pieniężnym, okazuje się, że przy przyjętym w analizie 8-letnim okresie eksploatacji oszczędności TCO w samochodach elektrycznych wyniosą 2%. To, czego kalkulacja nie obejmuje, to koszty utworzenia infrastruktury ładowania.

Firma Mack Trucks wprowadziła na rynek całkowicie elektryczną śmieciarkę Mack LR – jest ona obecnie testowana na ulicach Nowego Jorku. Mack LR BEV wykorzystuje zintegrowany elektryczny układ napędowy Mack, wyposażony w dwa silniki o mocy 130 kW przekazujące napęd na koła za pośrednictwem dwubiegowej skrzyni Mack Powershift (fot. Mack Trucks)

Rozwiązania alternatywne
W pojazdach komunalnych stosowane są od dawna paliwa alternatywne: biodiesel, CNG, biogaz czy HVO. Niektóre z tych alternatyw dają korzyści w postaci szybszego tankowania i większego zasięgu niż samochody z akumulatorowym napędem elektrycznym, chociaż oprócz biodiesla wszystkie prawdopodobnie będą wiązały się ze znacznymi kosztami kapitałowymi, aby umożliwić tankowanie pojazdów w zajezdni.

Na czoło wysuwa się jedna opcja: zasilanie sprężonym gazem ziemnym (metanem) lub rzadziej – biogazem. Ten ostatni,  jako paliwo pochodzące ze źródeł odnawialnych, w zdecydowany sposób poprawia bilans śladu węglowego. Chociaż znaczna część wytwarzanego obecnie biogazu jest spalana w celu produkcji energii elektrycznej lub po ulepszeniu wprowadzana do sieci gazowej, to w miarę jak rozwijać się będzie selektywna zbiórka odpadów biologicznych, ilość produkowanego biogazu może wzrosnąć.

Zakończenie
Technologia stale się rozwija i nie jest jeszcze jasne, czy komunalne pojazdy z napędem elektrycznym (a to przecież nie tylko śmieciarki) pojawią się jako rozwiązanie długoterminowe. Jednak obecnie wydaje się, że są one silnymi pretendentami do zajęcia miejsca pojazdów z silnikami wysokoprężnymi, zwłaszcza w bardziej miejskich środowiskach. Są interesujące alternatywy, takie jak samochody z silnikami zasilanymi CNG, i ku takim na razie skłania się branża.

Autor: Dariusz Piernikarski

Bibliografia:
[1] Ditching Diesel. A Cost-benefitAnalysis of ElectricRefuse CollectionVehicles. Eunomia Research & Consulting, January 2020.

To już znamy: w śmieciarkach (np. firmy Ekocel na zdjęciu) dzięki zastosowaniu dodatkowego modułu systemu napędu elektrycznego (E-PTO) wraz z akumulatorem zabudowa śmieciarki może być zasilana niezależnie od podwozia. Elektryczny silnik napędza poprzez PTO pompy hydrauliczne prasy i wrzutnika. Akumulator litowo-jonowy zasilający silnik (30 kW) jest ładowany w bazie w ciągu 4–6 godzin, pojemność baterii wystarcza na cały dzień pracy śmieciarki (fot. Ekocel)