A közlekedés energiahatékonysága az utasok

Az energiabevitel a meghajtás típusától függően többféleképpen is történhet, és általában folyékony üzemanyag, elektromos energia vagy élelmiszerenergia formájában jelenik meg. Az energiahatékonyságot időnként energiaintenzitásnak is nevezik. A közlekedés energiahatékonyságának fordítottja a közlekedés energiafogyasztása.

A közlekedés energiahatékonyságát gyakran a tüzelőanyag-fogyasztással írják le, mivel a tüzelőanyag-fogyasztás az üzemanyag-gazdaságosság reciproka, azonban a tüzelőanyag-fogyasztás a folyékony tüzelőanyagokat használó meghajtáshoz kapcsolódik, míg az energiahatékonyság bármilyen meghajtásra alkalmazható. Az említett félreértések elkerülése érdekében, valamint azért, hogy bármilyen típusú jármű energiahatékonyságát össze lehessen hasonlítani, a szakértők az energiát a nemzetközi mértékegységrendszerben, azaz joule-ban szokták mérni.

Ezért a nemzetközi mértékegységrendszerben a közlekedés energiahatékonyságát méter per joule-ban, azaz m/J-ban, míg a közlekedés energiafogyasztását méter per joule-ban, azaz J/m-ben mérik. Minél hatékonyabb a jármű, annál több métert tesz meg egy joule-lal (nagyobb hatékonyság), vagy annál kevesebb joule-t használ fel egy méter megtételéhez (kisebb fogyasztás). A közlekedés energiahatékonysága közlekedési eszközönként nagymértékben eltér. A különböző közlekedési módok a kerékpár esetében néhány száz kilojoule/kilométertől (kJ/km) a helikopter esetében több tíz megajoule/kilométerig (MJ/km) terjednek.

A felhasznált üzemanyag típusán és az üzemanyag-fogyasztás mértékén keresztül az energiahatékonyság gyakran az üzemeltetési költségekkel ($/km) és a környezeti kibocsátásokkal (pl. CO2/km) is összefügg.

Mértékegységek

A nemzetközi mértékegységrendszerben a közlekedés energiahatékonyságát méter per joule-ban, azaz m/J-ban mérik. Mindazonáltal a távolság és az energia mértékegységétől függően többféle átváltás alkalmazható. Folyékony tüzelőanyagok esetében a felhasznált energia mennyiségét általában a folyadék térfogatában, például literben vagy gallonban mérik. A villamos energiával működő meghajtás esetében általában kW-h-t használnak, míg bármilyen típusú, ember által hajtott jármű esetében a bevitt energiát kalóriában mérik. Jellemző, hogy a különböző energiatípusok és mértékegységek között át kell számolni.

Személyszállítás esetén az energiahatékonyságot általában az utasok számának és az energiaegységre jutó távolság szorzataként mérik, az SI-ben utasméter per joule (pax.m/J); míg teherszállítás esetén az energiahatékonyságot általában a szállított áru tömegének és az energiaegységre jutó távolság szorzataként mérik, az SI-ben kilogramm méter per joule (kg.m/J).

A jármű kapacitásához viszonyított térfogati hatékonyságot is meg lehet adni, mint például az utasmérföld/gallon (PMPG), amelyet úgy kapunk, hogy az egy gallon üzemanyagra jutó mérföldeket megszorozzuk az utaskapacitással vagy az átlagos kihasználtsággal. A személygépkocsik kihasználtsága általában jelentős mértékben alacsonyabb, mint a kapacitás, és így a kapacitás és a kihasználtság alapján számított értékek gyakran meglehetősen eltérőek lesznek.

Folyékony üzemanyagok

Az energiahatékonyságot az üzemanyag-fogyasztásban fejezik ki:

járművenként megtett távolság egységnyi üzemanyag-térfogatra vetítve; pl. km/L vagy mérföld/gallon (amerikai vagy angolszász).

járművenkénti távolság egységnyi üzemanyagtömegre vetítve; pl. km/kg.

járművenkénti távolság egységnyi energiára vetítve; pl. mérföld/gallon egyenérték (mpg-e).

Az energiafogyasztás (reciprok hatásfok)[3] az üzemanyag-fogyasztás mértékében kifejezve:

az egységnyi távolságonként és járművenként elfogyasztott üzemanyag (vagy összes energia) mennyisége; pl. l/100 km vagy MJ/100 km.

az utasonkénti egységnyi távolságra felhasznált üzemanyag (vagy teljes energia) mennyisége; pl. l/(100 utaskilométer).

a szállított áru egységnyi tömegére egységnyi távolságonként felhasznált üzemanyag (vagy teljes energia) mennyisége; pl. l/100 kg-km vagy MJ/t-km.

Villamosenergia

Villamosenergia-fogyasztás:

járművenként felhasznált elektromos energia egységnyi távolságonként; pl. kW-h/100 km.

A villamos energia üzemanyagból történő előállítása sokkal több primerenergiát igényel, mint az előállított villamos energia mennyisége.

Élelmiszer-energia

Energiafogyasztás:

a szervezet anyagcseréje által kilométerenként elégetett kalória; pl. Cal/km.

a szervezet anyagcseréje által elégetett kalóriák kilométerenként; pl. Cal/mérföld.

Kerékpár

A szabványos, könnyű, közepes sebességű kerékpár az egyik leg energiatakarékosabb közlekedési forma. A gyalogláshoz képest egy 64 kg-os (140 lb) kerékpáros 16 km/h (10 mph) sebességgel haladva körülbelül feleannyi táplálék-energiát igényel egységnyi távolságra: 27 kcal/km, 3,1 kW⋅h (11 MJ) 100 km-en, vagy 43 kcal/mi. Ez átszámítva körülbelül 732 mpg-US (0,321 L/100 km; 879 mpg-imp). Ez azt jelenti, hogy a kerékpár 10-25-ször kevesebb energiát használ el egy megtett távolságra, mint egy személyautó, az üzemanyagforrástól és az autó méretétől függően. Ez az érték függ a kerékpáros sebességétől és tömegétől: a nagyobb sebesség nagyobb légellenállást eredményez, és a nehezebb kerékpárosok több energiát fogyasztanak egységnyi távolságonként.

Ráadásul mivel a kerékpárok nagyon könnyűek (általában 7-15 kg közöttiek), ez azt jelenti, hogy gyártásukhoz nagyon kevés anyagot és energiát használnak fel. Egy 1500 kg-os vagy annál nagyobb tömegű autóhoz képest egy kerékpár előállításához általában 100-200-szor kevesebb energiára van szükség, mint egy autóéhoz. Ezenkívül a kerékpároknak kisebb a helyigénye mind a parkoláshoz, mind a működtetéshez, és kevésbé károsítják az útburkolatot, ami infrastrukturális hatékonysági tényezőt jelent.

Motoros kerékpár

A motorizált kerékpár lehetővé teszi az emberi erőt és egy 49 cm3 (3,0 köbcentis) motor segítségét, ami 160-200 mpg-US (1,5-1,2 L/100 km; 190-240 mpg-imp) hatótávolságot biztosít.[idézet szükséges] Az elektromos pedálos kerékpárok mindössze 1. 0 kW⋅h (3,6 MJ) 100 km-en,[54] miközben a sebességük meghaladja a 30 km/h-t. Ezek a legkedvezőbb számadatok azt feltételezik, hogy a munka 70%-át az ember végzi, és 100 km-enként körülbelül 3,6 MJ (1,0 kW⋅h) a motorból származik. Ezzel az elektromos kerékpár a lehető leghatékonyabb motorizált járművek közé tartozik, csak a motoros velomobil és az elektromos egykerekű (EUC) mögött.

Elektromos robogó

Az olyan elektromos robogók, mint amilyeneket az olyan robogó-megosztó rendszerek használnak, mint a Bird vagy a Lime, jellemzően 30 km alatti maximális hatótávolsággal és 24,9 km/h maximális sebességgel rendelkeznek. Az utolsó mérföldes résbe való beilleszkedésre és a kerékpársávokban való közlekedésre szánták őket, és kevés ügyességet igényelnek a vezetőktől. Könnyű súlyuk és kis motorjaik miatt rendkívül energiatakarékosak, jellemzően 1,1 kW⋅h (4,0 MJ) energiahatékonyságuk 100 km-en (1904 MPGe 810 km/L 0,124 L/100 km), ami még a kerékpárnál és a gyaloglásnál is hatékonyabb. Mivel azonban gyakran kell őket feltölteni, gyakran éjszakánként gyűjtik össze őket a gépjárművekkel, ami némiképp semmissé teszi ezt a hatékonyságot. Az elektromos robogók életciklusa is jelentősen rövidebb, mint a kerékpároké, gyakran csak egyszámjegyű éveket ér el.

Gépjárművek

Az autók más közlekedési módokhoz képest általában nem hatékonyak, ami a jármű viszonylag nagy tömegéből adódik az utasokhoz képest. A gépjárművek üzemanyag-hatékonyságát leggyakrabban a száz kilométerenként elfogyasztott üzemanyag mennyiségében (l/100 km) fejezik ki, de egyes országokban (többek között az Egyesült Államokban, az Egyesült Királyságban és Indiában) gyakrabban az elfogyasztott üzemanyag térfogatára jutó távolságban (km/L vagy mérföld/gallon) fejezik ki. Ezt bonyolítja az üzemanyagok, például a benzin és a dízel eltérő energiatartalma. Az Oak Ridge National Laboratory (ORNL) szerint az ólommentes benzin energiatartalma 115 000 brit hőegység (BTU) amerikai gallononként (32 MJ/L), míg a dízelé 130 500 BTU amerikai gallononként (36,4 MJ/L).

Az elektromos motorok hatékonysága miatt az elektromos autók sokkal hatékonyabbak, mint belsőégésű motorral hajtott társaik, 100 km-en 38 megajoule (38 000 kJ) nagyságrendű fogyasztásuk van, szemben a belsőégésű motorral hajtott autók 142 megajoule/100 km-es fogyasztásával.

Az autó életciklusa

A második fontos szempont az energiatermelés energiaköltsége. A bioüzemanyagok, a villamos energia és a hidrogén előállítása például jelentős energiaráfordítással jár. A hidrogén előállításának hatékonysága 50-70%, ha földgázból állítják elő, és 10-15%, ha villamos energiából. A hidrogén előállításának hatékonyságát, valamint a hidrogén tárolásához és szállításához szükséges energiát össze kell vonni a jármű hatékonyságával, hogy nettó hatékonyságot kapjunk. Emiatt a hidrogénautók az egyik legkevésbé hatékony személyszállítási eszköznek számítanak, általában körülbelül 50-szer annyi energiát kell a hidrogén előállítására fordítani, mint amennyit az autó mozgatására fordítanak.

A hidrogénautók a legkevésbé hatékony személyszállítási eszközök közé tartoznak. Egy harmadik szempont, amelyet figyelembe kell venni az autók energiahatékonyságának kiszámításakor, a jármű kihasználtsága. Bár az egy járműre jutó egységnyi távolságra jutó fogyasztás az utasok számának növekedésével nő, ez a növekedés csekély az egy utasra jutó egységnyi távolságra jutó fogyasztás csökkenéséhez képest. Ez azt jelenti, hogy a nagyobb kihasználtság nagyobb energiahatékonyságot eredményez utasonként. A gépjárművek kihasználtsága régiónként eltérő.

Például a becsült átlagos kihasználtsági arány körülbelül 1,3 utas/autó a San Francisco Bay Area-ban, míg a 2006-os becsült brit átlag 1,58. Negyedszer, fontos szempont az utak építéséhez és fenntartásához szükséges energia, valamint a befektetett energia megtérülés). E két tényező között nagyjából 20%-ot kell hozzáadni az elfogyasztott üzemanyag energiájához, hogy pontosan figyelembe lehessen venni a teljes felhasznált energiát.

Végül a járművek energiahatékonysági számításai félrevezetőek lennének, ha nem vennék figyelembe magának a jármű előállításának energiaköltségét. Ezt a kezdeti energiaköltséget természetesen le lehet írni a jármű élettartama alatt, hogy kiszámíthassuk az átlagos energiahatékonyságot a jármű tényleges élettartama alatt. Más szóval, azok a járművek, amelyek előállítása sok energiát igényel, és amelyeket viszonylag rövid ideig használnak, tényleges élettartamuk alatt sokkal több energiát igényelnek, mint azok, amelyek nem, és ezért sokkal kevésbé energiahatékonyak, mint amilyennek egyébként látszanak.

A hibrid és elektromos autók működésük során kevesebb energiát használnak fel, mint a hasonló, kőolajjal működő autók, de gyártásukhoz több energiát használnak fel, így a különbség összességében kisebb, mint ami azonnal látszik. Hasonlítsuk össze például a gyaloglást, amely egyáltalán nem igényel különleges felszerelést, és egy olyan autót, amelyet egy másik országban gyártanak és szállítanak, és amely a világ minden táján gyártott alkatrészekből készül, máshol újra máshol előállított és feldolgozott nyersanyagokból és ásványi anyagokból, és amelyet korlátozott számú évig használnak.

A francia energia- és környezetvédelmi ügynökség, az ADEME szerint egy átlagos személygépkocsi megtestesült energiatartalma 20 800 kWh, egy átlagos elektromos járműé pedig 34 700 kWh. Az elektromos autó előállításához közel kétszer annyi energiára van szükség, elsősorban a lítiumion-akkumulátorokban és az elektromos hajtómotorokban használt ritkaföldfémek és más anyagok nagy mennyiségű bányászata és tisztítása miatt. Ez az autó élettartama alatt felhasznált energia jelentős részét teszi ki (egyes esetekben majdnem annyit, mint az elfogyasztott üzemanyag által felhasznált energia, ami gyakorlatilag megduplázza az autó távolságonkénti energiafogyasztását), és nem hagyható figyelmen kívül, amikor az autókat más közlekedési módokkal hasonlítjuk össze.

Mivel ezek a francia autókra vonatkozó átlagos számok, valószínűleg jóval nagyobbak lennének az olyan, inkább autóközpontú országokban, mint az Egyesült Államok és Kanada, ahol sokkal nagyobb és nehezebb autók elterjedtebbek. A vezetési szokások és a járművek megváltoztatásával körülbelül 15%-kal javítható az energiahatékonyság. Százalékos alapon, ha egy személy tartózkodik egy autóban, a felhasznált teljes energiának csak körülbelül 0,5%-át használja fel az autóban ülő személy mozgatására, míg a fennmaradó 99,5%-ot (körülbelül 200-szor többet) magának az autónak a mozgatására.