Ny analys av växthusgasutsläpp vid tillverkning av tunga fordon

En vetenskaplig artikel från Argonne National Laboratory i USA ger nya data om utsläppen från tillverkning av tunga fordon i USA. Utsläppen med dagens teknik kan vara upp till tre gånger högre vid tillverkning av en lastbil med batteri än motsvarande dieselbil. Bränslecellslastbilar ger inte lika höga utsläpp som batterifordonen. Den högre vikten hos ett batterifordon kan också minska lastkapaciteten och därmed blir inte klimatnyttan riktigt lika bra om eldrift används i godsrutter med hög fyllnadsgrad.

Ont om moderna utsläppsanalyser för tunga fordon

Det finns gott om livscykelanalyser som beräknar utsläpp av växthusgaser för olika bränslen och drivlinor. Men enligt den nya vetenskapliga artikeln från Argonne är det endast ett fåtal av dessa analyser som specifikt analyserar tunga fordon. I några fall har man extrapolerat uppgifter från lätta fordon, i andra fall har man utgått från gamla data. I artikeln går författarna igenom åtta tidigare arbeten, men anser inte att någon av dessa ger en aktuell och detaljerad bild som är representativ för tunga fordon på den amerikanska marknaden.

Tre fordonstyper analyseras

Därför har författarna framförallt fokuserat på att ta fram moderna data för tunga fordon. De sammanställde uppgifter om tre olika fordonstyper; en budlastbil på 8 ton, en distributionslastbil på 12 ton och en dragbil med sovhytt på 13 ton. Vanlig dieseldrift jämförs med batteridrift och vätgasbränsleceller. Den minsta lastbilstypen beräknas också med elhybriddrift. Fordonen antas tillverkas i USA år 2020 och batterier samt merparten av batterikomponenter antas vara producerade i USA [2].

Alla delar av tillverkningen

Utredningen inkluderar utvinning och raffinering av råvaror, tillverkning av komponenter, sammansättning av fordon, material och vätskor under fordonets användning samt skrotning, avfall och återvinning. Utsläppen av växthusgaser har beräknats med Argonnes Greet-modell. Litiumjonbatteriernas vikt och materialsammansättning har beräknats med Argonnes Batpac-modell och Anutonomie-modell.

NMC-batterier och vätgastankar

Batterikemin antas vara litiumjonbatterier med NMC622-katod. Det görs en alternativ beräkning för LFP-batterier. Man antar att den största fordonstypen (dragbil) kommer användas så länge att första batterierna behöver bytas ut efter ca 80 000 mil. Bränslecellsvarianterna antas ha vätgastankar med 350 bar i budlastbilen och 700 bar i övriga.

Utsläpp per kg gods

Utsläpp av växthusgaser beräknas både per fordonskilometer och per fraktad vikt. Genom att beräkna utsläppen per viktenhet visar man betydelsen av att lastbilar med batterier som väger mer har minskad transportkapacitet, och därmed släpper ut mer per transporterad enhet vid transportupplägg där fordon har full last.

Högre vikt med batterier

Fordonens komponenter är uppdelade i elva grupper, där vikten per grupp presenteras för de olika fordonstyper. Den eldrivna budlastbilen antas väga ungefär ett ton mer än motsvarande dieselbil, elhybrid och bränslecellsbil. Det är batteriet som väger så pass mycket mer än drivlinan för diesel. Distributionslastbilen väger ungefär 12 ton med dieselmotor eller bränslecellsdrift och 15 ton med batteridrift. Dragbilen väger 13 ton med dieselmotor, 13,5 ton med bränslecellsdrift och 19 ton med batterier.

Utsläpp från tillverkning

Utsläpp av växthusgaser från tillverkning av olika fordonskomponenter – inklusive skrotning och återvinning – beräknas för vätgastankar, batterier, bränsleceller, elektronik, motor, transmission, chassi och så vidare. I summeringen är batteri och bränslecell de enda utsläpp som skiljer sig påtagligt mellan olika drivlinor.

• Tillverkning av en budlastbil med batteri ger ungefär 50 % högre utsläpp jämfört med dieselmotsvarigheten. En budlastbil med bränslecell ger drygt 10 % högre utsläpp. Där antas att batteribilen har 261 kWh batteri och bränslecellsbilen har 195 kW celler och 190 kW batteri.
• En distributionslastbil med batterier ger 230 % högre utsläpp jämfört med motsvarande dieselvariant. En bränslecellslastbil ger 25 % högre utsläpp. Batteribilen har 909 kWh batteri och bränslecellsbilen har 428 kW celler och 285 kW batteri.
• Dragbilen med batteri ger ungefär 300 % högre utsläpp än motsvarande dieselvariant. Bränslecellslastbilen ger 30 % högre utsläpp. Batteribilen har 1.622 kWh batteri och bränslecellsbilen har 426 kW celler och 278 kW batteri.

Utsläpp från hela livscykeln

Livscykelutsläppen under hela fordonets användning har också beräknats. Man gör en statisk analys som innebär att utsläppen från drivmedel och elproduktion beräknas utifrån data för år 2020 och är oförändrade under fordonets hela livscykel. I USA är ungefär 60 procent av elproduktionen är fossilbaserad och 40 procent förnybar och kärnkraft [3].

• En budlastbil med batteri ger ungefär 60 % lägre utsläpp under hela livscykeln jämfört med dieselvarianten med dagens förutsättningar i USA. En budlastbil med bränslecell ger 55 % lägre utsläpp.
• En distributionslastbil med batterier ger 30 % lägre utsläpp under hela livscykeln jämfört med motsvarande dieselvariant. En bränslecellslastbil ger 10 % lägre utsläpp.
• Dragbilen med batteri ger enbart 5 % lägre utsläpp än motsvarande dieselvariant. Bränslecellslastbilen ger 10 % lägre utsläpp [4].

Att skillnaderna i utsläpp mellan olika drivlinor är lägre för dragbilen än för distributionsbilen förklaras med att det inte är lika stor skillnad i energiåtgång hos olika drivlinor i större fordon.

Full last minskar batteribilens fördelar

I avsnittet där man beräknar utsläpp av växthusgaser per enhet transporterat gods minskar klimatnyttan påtagligt för batterifordonet vid full last. Eftersom batterifordonen i studien väger 1-4 ton mer än motsvarande diesellastbil, så kan de inte transportera lika mycket gods som övriga fordonstyper och utsläppen blir därmed högre per tonkilometer. I exemplet med batteriförsedd dragbil blir utsläppen per fraktat ton rentav 20 procent högre än med en fullastad diesellastbil.

LFP minskar utsläppen

I en jämförelse mellan NMC-batterier och LFP kommer man fram till att utsläppen från tillverkningen av fordon skulle vara 7-18 procent lägre med LFP. I hela fordonets livscykel motsvarar det endast 1-3 procent.

Egen kommentar

Rapporten är ny. Den verkar sammanställa många aktuella källor om dagens tunga fordon. Det ger ny kunskap om utsläpp från olika material och komponenter i tunga fordon.

Jag visste inte att det är så pass stor skillnad mellan växthusgasutsläpp från tillverkning av tunga batterifordon och motsvarande bränslecellsfordon.

Beräkningarna av utsläpp under fordonens hela livscykel har dock en tydlig begränsning. De utgår från dagens utsläpp och tar inte hänsyn till att utsläppen kommer minska under fordonens livslängd. Ett sådant perspektiv ger ingen realistisk bild av de samlade utsläppen från ett fordon som sätts på marknaden idag. Beslutad politik i USA innebär att utsläppen kommer minska från exempelvis elproduktion. Metoden ger snarare en uppfattning om skillnader mellan olika drivlinor i dagsläget.

Våra jämförelser av utsläpp i artikeln är ungefärliga. Vi har räknat genom att mäta i figurer och procentandelen är avrundad.

Referenser

[1] Iyer R. K., Kelly J. C. & Elgowainy A. 2023. Vehicle-cycle and life-cycle analysis of medium-duty and heavy-duty trucks in the United States. Science of the Total Environment 891. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969723027146

[2] Skriftlig information från en av författarna. Detta framgår inte i artikeln.

[3] Data om utsläpp från elkraft i USA från NREL. https://www.nrel.gov/analysis/100-percent-clean-electricity-by-2035-study.html

[4] Skriftlig information från en av författarna. I artikeln anges andra värden i text men av figur framgår den skillnad som anges här.