Eficiência energética no transporte - Energy efficiency in transport

A eficiência energética no transporte é a distância útil percorrida , de passageiros, mercadorias ou qualquer tipo de carga; dividido pela energia total colocada no meio de propulsão de transporte . A entrada de energia pode ser processada em vários tipos diferentes dependendo do tipo de propulsão, e normalmente essa energia é apresentada em combustíveis líquidos , energia elétrica ou energia alimentar . A eficiência energética também é ocasionalmente conhecida como intensidade energética . O inverso da eficiência energética nos transportes é o consumo de energia nos transportes.

A eficiência energética no transporte é freqüentemente descrita em termos de consumo de combustível, sendo o consumo de combustível o inverso da economia de combustível . No entanto, o consumo de combustível está associado a um meio de propulsão que utiliza combustíveis líquidos , enquanto a eficiência energética é aplicável a qualquer tipo de propulsão. Para evitar essa confusão e poder comparar a eficiência energética de qualquer tipo de veículo, os especialistas tendem a medir a energia no Sistema Internacional de Unidades , ou seja, os joules .

Assim, no Sistema Internacional de Unidades, a eficiência energética nos transportes é medida em metros por joule, ou m / J , enquanto o consumo de energia nos transportes é medido em joules por metro, ou J / m . Quanto mais eficiente o veículo, mais metros ele percorre com um joule (mais eficiência), ou menos joules ele usa para percorrer mais de um metro (menos consumo). A eficiência energética no transporte varia amplamente entre os meios de transporte. Os diferentes tipos de transporte variam de cerca de cem quilojoules por quilômetro (kJ / km) para uma bicicleta a dezenas de megajoules por quilômetro (MJ / km) para um helicóptero .

Por meio do tipo de combustível usado e da taxa de consumo de combustível, a eficiência energética também está frequentemente relacionada ao custo operacional ($ / km) e às emissões ambientais (por exemplo, CO 2 / km).

Unidades de medida

No Sistema Internacional de Unidades , a eficiência de energia no transporte é medido em termos de metro por efeito de Joule, ou m / J . No entanto, várias conversões são aplicáveis, dependendo da unidade de distância e da unidade de energia. Para combustíveis líquidos , normalmente a quantidade de entrada de energia é medida em termos do volume do líquido, como litros ou galões. Para propulsão que funciona com eletricidade, normalmente é usado kW · h , enquanto para qualquer tipo de veículo de propulsão humana, a entrada de energia é medida em termos de calorias . É comum converter entre diferentes tipos de energia e unidades.

Para o transporte de passageiros , a eficiência energética é normalmente medida em termos de passageiros vezes distância por unidade de energia, no SI, passageiros metros por joule ( pax.m / J ); enquanto para o transporte de cargas a eficiência energética é normalmente medida em termos de massa da carga transportada vezes distância por unidade de energia, no SI, quilogramas metros por joule ( kg.m / J ). A eficiência volumétrica com relação à capacidade do veículo também pode ser relatada, como passageiro-milha por galão (PMPG), obtida multiplicando-se as milhas por galão de combustível pela capacidade de passageiros ou pela ocupação média. A ocupação de veículos pessoais é normalmente inferior à capacidade em um grau considerável e, portanto, os valores calculados com base na capacidade e na ocupação serão frequentemente bem diferentes.

Conversões típicas em unidade SI

Joules
litro de gasolina 0,3x10 8
US galão de gasolina (gasolina) 1,3x10 8
Criança levada. galão de gasolina (gasolina) 1.6x10 8
quilocaloria 4,2x10 3
kW · h 3,6x10 6
BTU 1,1x10 3

Combustíveis líquidos

A eficiência energética é expressa em termos de economia de combustível:

O consumo de energia (eficiência recíproca) é expresso em termos de consumo de combustível:

  • volume de combustível (ou energia total) consumido por unidade de distância por veículo; por exemplo, l / 100 km ou MJ / 100 km.
  • volume de combustível (ou energia total) consumido por unidade de distância por passageiro; por exemplo, l / (100 passageiros · km).
  • volume de combustível (ou energia total) consumido por unidade de distância por unidade de massa de carga transportada; por exemplo, l / 100 kg · km ou MJ / t · km.

Eletricidade

Consumo elétrico:

  • energia elétrica utilizada por veículo por unidade de distância; por exemplo, kW · h / 100 km.

Produzir eletricidade a partir de combustível requer muito mais energia primária do que a quantidade de eletricidade produzida.

Energia alimentar

Consumo de energia:

  • calorias queimadas pelo metabolismo do corpo por quilômetro; por exemplo, Cal / km.
  • calorias queimadas pelo metabolismo do corpo por quilômetro; por exemplo, Cal / milhas.

Visão geral

Na tabela a seguir são apresentados a eficiência energética e o consumo de energia para diferentes tipos de veículos terrestres de passageiros e modos de transporte, bem como as taxas de ocupação padrão. As fontes para esses números estão na seção correspondente para cada veículo, no artigo seguinte. As conversões entre diferentes tipos de unidades são bem conhecidas na técnica.

Para a conversão entre unidades de energia na tabela a seguir, 1 litro de gasolina equivale a 34,2 MJ , 1 kWh equivale a 3,6 MJ e 1 quilocaloria equivale a 4184 J. Para a taxa de ocupação do carro, foi considerado o valor de 1,2 passageiros por automóvel . No entanto, na Europa, esse valor aumenta ligeiramente para 1,4. As fontes de conversão entre unidades de medidas aparecem apenas na primeira linha.

Meio de transporte terrestre de passageiros

Eficiência Energética e Consumo de Meios de Transporte Terrestre de Passageiros
Modo de transporte Eficiência energética Consumo de energia Número médio de passageiros por veículo Eficiência energética Consumo de energia
mpg (EUA) de gasolina mpg (imp) de gasolina km / L de gasolina km / MJ m / J L (gasolina) / 100 km kWh / 100 km kCal / km MJ / 100 km J / m (m · pax ) / J J / (m · pax)
Propulsão humana
Andando 4,55 0,00455 6,11 52,58 22,00 220 1.0 0,00455 220
Velomobile com reclinado fechado 12,35 0,01235 2,25 (0,50) 19,35 8,1 81 1.0 0,01235 81
Bicicleta 9,09 0,00909 3,06 26,29 11,00 110 1.0 0,00909 110
Assistência motora
Bicicleta elétrica 1628,91 1954,7 738,88 23,21 0,02321 0,35 1,2 10,33 4,3 43 1.0 0,02321 43
Scooter elétrico 1745,27 2.034,32 791,66 24,87 0,02487 0,12 1,12 9,61 4,00 40 1.0 0,02487 40
Automóvel
Solar Car 1200,65 1441,92 510,45 14,93 0,01493 0,20 1,86 16,01 6,70 67 1.0 0,01493 67
GEM NER 212,81 255,58 90,48 2,65 0,00265 1,11 10,50 90,34 37,80 378 1,2 0,00317 315
General Motors EV1 97,15 116,68 41,30 1,21 0,00121 2,42 23,00 197,90 82,80 828 1,2 0,00145 690
Chevrolet Volt 99,31 119,27 42,22 1,23 0,00123 2,37 22,50 193,59 81,00 810 1,2 0,00148 675
Daihatsu Charade 83,80 100,63 35,63 1.04 0,00104 2,81 26,67 229,45 96,00 960 1,2 0,00125 800
Volkswagen Polo 61,88 74,31 26,31 0,77 0,00077 3,80 38 326,97 136,8 1368 1,2 0,00087 1140
SEAT Ibiza 1.4 TDI Ecomotion 61,88 74,31 26,31 0,77 0,00077 3,80 38 326,97 136,8 1368 1,2 0,00087 1140
Renault Clio 33,60 40,32 13,91 0,42 0,00042 7 66,5 572,18 239,4 2394 1,2 0,00049 1995
Volkswagen Passat 26,76 32,11 11,37 0,33 0,00033 8,79 83,51 718,53 300,63 3006 1,2 0,00039 2505
Cadillac CTS-V 13,82 16,60 5,88 0,17 0,00017 17.02 161,67 1391,01 582,00 5820 1,2 0,00021 4850
Bugatti Veyron 9,79 11,75 4,16 0,12 0,00012 24,04 228,33 1964,63 822,00 8220 1,2 0,00015 6850
Nissan Leaf 119,89 143,98 50,97 1,49 0,00149 1,96 18,64 160,37 67,10 671 1,2 0,00179 559
Toyota Prius 56,06 67,32 23,83 0,70 0,00070 4,20 39,86 342,97 143,50 1435 1,2 0,00084 1196
Tesla Model S 129,54 155,57 55.07 1,61 0,00161 1,82 17,25 148,42 62,10 621 1,2 0,00193 517
Tesla modelo 3 141 169,33 59,94 1,76 0,00176 1,58 15 129,06 54 540 1,2 0,00222 450
Aptera 2 Series 423 507,99 179,82 5,28 0,00528 0,53 5 43 18 180 1,2 0,00666 150
Ônibus
MCI 102DL3 6,03 7,24 2,56 0,07 0,00007 39,04 370,83 3190,73 1335,00 13350 11,0 0,00082 1214
Proterra Catalyst 40 'E2 0,23 0,00023 121,54 1044,20 437,60 4376 11,0 0,00319 313
Trens
Trilho urbano 0,00231 432
CR400AF (cn) ~ 0,00150 667
JR East (jp) ~ 0,01091 92
CP -Lisboa (pt) 27,7% 0,01304
Basel (ch) ~ 50,0% 0,00215 465

Meios de transporte terrestre

Andando

Uma pessoa de 68 kg (150 lb) caminhando a 4 km / h (2,5 mph) requer aproximadamente 210 quilocalorias (880 kJ) de energia alimentar por hora, o que equivale a 4,55 km / MJ. 1 gal EUA (3,8 L) de gasolina contém cerca de 114.000 unidades térmicas britânicas (120 MJ) de energia, então isso é aproximadamente equivalente a 360 milhas por galão americano (0,65 L / 100 km).

Velomobile

Velomobiles (bicicletas reclinadas fechadas) têm a maior eficiência energética de qualquer modo conhecido de transporte pessoal por causa de sua pequena área frontal e formato aerodinâmico. A uma velocidade de 50 km / h (31 mph), o fabricante de velomóveis WAW afirma que apenas 0,5 kW · h (1,8 MJ) de energia por 100 km é necessário para transportar o passageiro (= 18 J / m). Isso é cerca de 15 (20%) do que é necessário para mover uma bicicleta vertical padrão sem revestimento aerodinâmico na mesma velocidade, e 150 (2%) do que é consumido por um combustível fóssil médio ou carro elétrico (o a eficiência do velomóvel corresponde a 4700 milhas por galão americano, 2000 km / L ou 0,05 L / 100 km). A energia real da comida usada por humanos é de 4 a 5 vezes mais. Infelizmente, sua vantagem de eficiência energética em relação às bicicletas torna-se menor com a diminuição da velocidade e desaparece a cerca de 10 km / h, onde a potência necessária para velomobiles e bicicletas de triatlo é quase a mesma.

Bicicleta

Uma bicicleta Chinese Flying Pigeon

Uma bicicleta padrão leve e de velocidade moderada é uma das formas de transporte com maior eficiência energética. Em comparação com a caminhada, um ciclista de 64 kg (140 lb) andando a 16 km / h (10 mph) requer cerca de metade da energia alimentar por unidade de distância: 27 kcal / km, 3,1 kW⋅h (11 MJ) por 100 km, ou 43 kcal / mi. Isso converte para cerca de 732 mpg ‑US (0,321 L / 100 km; 879 mpg ‑imp ). Isso significa que uma bicicleta usará entre 10 a 25 vezes menos energia por distância percorrida do que um carro pessoal, dependendo da fonte de combustível e do tamanho do carro. Esse número depende da velocidade e da massa do motociclista: velocidades maiores proporcionam maior resistência ao ar e ciclistas mais pesados ​​consomem mais energia por unidade de distância. Além disso, como as bicicletas são muito leves (geralmente entre 7 e 15 kg), isso significa que consomem quantidades muito baixas de materiais e energia para serem fabricadas. Em comparação com um automóvel pesando 1.500 kg ou mais, uma bicicleta normalmente requer 100–200 vezes menos energia para produzir do que um automóvel. Além disso, as bicicletas requerem menos espaço para estacionar e operar e danificam menos as superfícies das estradas, adicionando um fator de eficiência de infraestrutura.

Bicicleta motorizada

Uma bicicleta motorizada permite poder humano e a assistência de um 49 centímetros 3 (3,0 Cu em) do motor, proporcionando uma gama de 160 para 200 mpg -US (1,5-1,2 L / 100 km; 190-240 mpg -imp ). As bicicletas elétricas com pedais funcionam em apenas 1,0 kW⋅h (3,6 MJ) por 100 km, enquanto mantêm velocidades superiores a 30 km / h (19 mph). Esses números de melhor caso dependem de um ser humano fazendo 70% do trabalho, com cerca de 3,6 MJ (1,0 kW⋅h) por 100 km provenientes do motor. Isso faz da bicicleta elétrica um dos veículos motorizados mais eficientes possíveis, atrás apenas de um velomóvel motorizado e de um monociclo elétrico (EUC).

Scooter elétrico

Scooters elétricos, parte de um sistema de compartilhamento de scooters , em San Jose, Califórnia.

Scooters elétricos, como os usados ​​por sistemas de compartilhamento de scooters como Bird ou Lime , normalmente têm um alcance máximo de menos de 30 km (19 mi) e uma velocidade máxima de aproximadamente 15,5 mph (24,9 km / h). Destinadas a se encaixar em um nicho de última milha e serem pilotadas em ciclovias, elas exigem pouca habilidade do piloto. Devido ao seu peso leve e motores pequenos, eles são extremamente eficientes em termos de energia, com uma eficiência energética típica de 1,1 kW⋅h (4,0 MJ) por 100 km (1904 MPGe 810 km / L 0,124 L / 100 km), ainda mais eficiente do que bicicletas e caminhadas. No entanto, como devem ser recarregados com frequência, muitas vezes são recolhidos durante a noite com veículos motorizados, anulando de certa forma essa eficiência. O ciclo de vida das scooters elétricas também é notavelmente mais curto do que o das bicicletas, muitas vezes atingindo apenas um dígito de número de anos.

Monociclo elétrico

Uma variante de skate elétrico cruzado monociclo elétrico (EUC) chamada Onewheel Pint pode transportar uma pessoa de 50 kg por 21,5 km a uma velocidade média de 20 km / h. A bateria tem capacidade para 148Wh. Sem levar em consideração a energia perdida devido ao calor na etapa de carregamento, isso equivale a uma eficiência de 6,88 kWh / km ou 0,688 kWh / 100 km. Além disso, com a frenagem regenerativa como um recurso de design padrão, o terreno acidentado teria menos impacto em um EUC em comparação com um veículo com freios de fricção, como uma bicicleta push. Isso combinado com a interação de uma única roda com o solo pode tornar o EUC o veículo conhecido mais eficiente em baixas velocidades (abaixo de 25 km / h), com o velomóvel ultrapassando a posição como mais eficiente em velocidades mais altas devido à aerodinâmica superior.

Poder humano

Para ser completa, uma comparação também deve considerar os custos de energia de produção, transporte e embalagem de combustível (alimento ou combustível fóssil), a energia incorrida no descarte de resíduos de escapamento e os custos de energia de fabricação do veículo. Este último pode ser significativo, visto que caminhar requer pouco ou nenhum equipamento especial, enquanto os automóveis, por exemplo, requerem muita energia para serem produzidos e têm uma vida útil relativamente curta. Além disso, qualquer comparação entre veículos elétricos e veículos movidos a combustível líquido deve incluir o combustível consumido na estação de energia para gerar a eletricidade. No Reino Unido, por exemplo, a eficiência do sistema de geração e distribuição de eletricidade é de cerca de 0,40.

Automóveis

Bugatti Veyron

O automóvel é um veículo ineficiente em comparação com outros meios de transporte. Isso porque a relação entre a massa do veículo e a massa dos passageiros é muito maior quando comparada a outros meios de transporte.

A eficiência de combustível do automóvel é mais comumente expressa em termos do volume de combustível consumido por cem quilômetros (l / 100 km), mas em alguns países (incluindo os Estados Unidos, Reino Unido e Índia) é mais comumente expressa em termos de a distância por volume de combustível consumido (km / l ou milhas por galão ). Isso é complicado pelos diferentes conteúdos energéticos de combustíveis como gasolina e diesel. O Oak Ridge National Laboratory (ORNL) afirma que o conteúdo energético da gasolina sem chumbo é de 115.000 unidades térmicas britânicas (BTU) por galão americano (32 MJ / l) em comparação com 130.500 BTU por galão americano (36,4 MJ / l) para o diesel. Os carros elétricos usam 38 megajoules (38 000 kJ) por 100 km em comparação com 142 megajoules por 100 km para os carros ICE.

Ciclo de vida do carro

Uma segunda consideração importante são os custos de energia para a produção de energia. Biocombustíveis, eletricidade e hidrogênio , por exemplo, têm importantes entradas de energia em sua produção. A eficiência da produção de hidrogênio é de 50–70% quando produzida a partir do gás natural e de 10–15% da eletricidade. A eficiência da produção de hidrogênio, bem como a energia necessária para armazenar e transportar o hidrogênio, deve ser combinada com a eficiência do veículo para gerar eficiência líquida. Por causa disso, os automóveis a hidrogênio são um dos meios menos eficientes de transporte de passageiros, geralmente cerca de 50 vezes mais energia deve ser gasta na produção de hidrogênio em comparação com a quantidade que é usada para mover o carro.

Uma terceira consideração a levar em conta ao calcular a eficiência energética dos automóveis é a taxa de ocupação do veículo. Embora o consumo por unidade de distância por veículo aumente com o aumento do número de passageiros, esse aumento é leve em comparação com a redução no consumo por unidade de distância por passageiro. Isso significa que uma ocupação mais alta resulta em maior eficiência energética por passageiro. A ocupação de automóveis varia entre as regiões. Por exemplo, a taxa de ocupação média estimada é de cerca de 1,3 passageiros por carro na área da Baía de São Francisco, enquanto a média estimada do Reino Unido em 2006 é de 1,58.

Quarto, a energia necessária para construir e manter estradas é uma consideração importante, assim como a energia devolvida pela energia investida (EROEI). Entre esses dois fatores, cerca de 20% deve ser adicionado à energia do combustível consumido, para contabilizar com precisão a energia total utilizada.

Finalmente, os cálculos de eficiência energética do veículo seriam enganosos sem levar em consideração o custo de energia de produção do próprio veículo. Esse custo de energia inicial pode, é claro, ser depreciado ao longo da vida útil do veículo para calcular uma eficiência energética média ao longo de sua vida útil. Em outras palavras, veículos que consomem muita energia para produzir e são usados ​​por períodos relativamente curtos exigirão muito mais energia ao longo de sua vida útil do que aqueles que não o fazem e, portanto, são muito menos eficientes do que poderiam parecer. Carros híbridos e elétricos usam menos energia em sua operação do que carros movidos a petróleo comparáveis, mas mais energia é usada para fabricá-los, então a diferença geral seria menos do que imediatamente aparente. Compare, por exemplo, caminhar, que não requer nenhum equipamento especial, e um automóvel, produzido e enviado de outro país, e feito de peças fabricadas em todo o mundo a partir de matérias-primas e minerais extraídos e processados ​​em outro lugar novamente, e usado para um número limitado de anos. De acordo com a agência francesa de energia e meio ambiente ADEME, um automóvel médio tem um conteúdo de energia incorporado de 20.800 kWh e um veículo elétrico médio equivale a 34.700 kWh. O carro elétrico requer quase o dobro de energia para ser produzido, principalmente devido à grande quantidade de mineração e purificação necessária para os metais de terras raras e outros materiais usados ​​nas baterias de íon-lítio e nos motores elétricos. Isso representa uma porção significativa da energia usada ao longo da vida do carro (em alguns casos, quase tanto quanto a energia que é usada através do combustível que é consumido, efetivamente dobrando o consumo de energia do carro por distância), e não pode ser ignorado quando comparação de automóveis com outros modos de transporte. Como esses são números médios para automóveis franceses e provavelmente serão significativamente maiores em países mais autocentrados como os Estados Unidos e Canadá, onde carros muito maiores e mais pesados ​​são mais comuns.

As práticas de direção e veículos podem ser modificados para melhorar sua eficiência energética em cerca de 15%.

Em uma base percentual, se houver um ocupante em um automóvel, entre 0,4 e 0,6% da energia total usada é usada para mover a pessoa no carro, enquanto 99,4-99,6% (cerca de 165 a 250 vezes mais) é usado para mova o carro.

Exemplo de números de consumo

Dois carros solares americanos no Canadá
  • Os carros solares não usam nenhum combustível fornecido externamente além da luz solar, carregando as baterias inteiramente de painéis solares embutidos e normalmente usam menos de 3 kW · h por 100 milhas (67 kJ / km ou 1,86 kW · h / 100 km). Esses carros não são projetados para uso de passageiros ou utilitários e não seriam práticos devido à velocidade, carga útil e design inerente.
  • O GEM NER de quatro passageiros usa 169 Wh / mi (203 mpg-e; 10,5 kW⋅h / 100 km), o que equivale a 2,6 kW · h / 100 km por pessoa quando totalmente ocupado, embora a apenas 24 mph (39 km / h).
  • O General Motors EV1 foi avaliado em um teste com uma eficiência de carregamento de 373 Wh-AC / milha ou 23 kWh / 100 km aproximadamente equivalente a 2,6 L / 100 km (110 mpg ‑imp ; 90 mpg ‑US ) para veículos movidos a petróleo .
  • Chevrolet Volt em modo totalmente elétrico usa 36 quilowatts-hora por 100 milhas (810 kJ / km; 96 mpg-e), o que significa que pode se aproximar ou exceder a eficiência energética de caminhar se o carro estiver totalmente ocupado com 4 ou mais passageiros, embora as emissões relativas produzidas podem não seguir as mesmas tendências se analisarmos os impactos ambientais.
  • O Daihatsu Charade 993 cc turbo diesel (1987–1993) ganhou o prêmio de veículo mais eficiente em combustível por circular no Reino Unido, consumindo uma média de 2,82 l / 100 km (100 mpg ‑imp ). Foi superado apenas recentemente pelo VW Lupo 3 L que consome cerca de 2,77 l / 100 km (102 mpg ‑imp ). Ambos os carros são raros de encontrar no mercado popular. O Daihatsu tinha grandes problemas com ferrugem e segurança estrutural, o que contribui para sua raridade e para a execução de produção bastante curta.
  • O Volkswagen Polo 1.4 TDI Bluemotion e o SEAT Ibiza 1.4 TDI Ecomotion, ambos classificados em 3,8 l / 100 km (74 mpg ‑imp ; 62 mpg ‑US ) (combinados) foram os carros movidos a petróleo mais eficientes em termos de combustível à venda no Reino Unido em 22 de março de 2008.
  • Honda Insight - atinge 60 mpg ‑US (3,9 L / 100 km; 72 mpg ‑imp ) em condições do mundo real.
  • Honda Civic Hybrid - mede regularmente em torno de 45 mpg ‑US (5,2 L / 100 km; 54 mpg ‑imp ).
  • 2012 Cadillac CTS-V Wagon 6.2 L Supercharged, 14 mpg ‑US (17 L / 100 km; 17 mpg ‑imp ).
  • Bugatti Veyron 2012, 10 mpg ‑US (24 L / 100 km; 12 mpg ‑imp ).
  • Honda Civic 2018 : 36 mpg ‑US (6,5 L / 100 km; 43 mpg ‑imp )
  • Mitsubishi Mirage 2017 : 39 mpg ‑US (6,0 L / 100 km; 47 mpg ‑imp )
  • Hyundai Ioniq híbrido 2017 : 55 mpg ‑US (4,3 L / 100 km; 66 mpg ‑imp )
  • 2017 Toyota Prius: 56 mpg ‑US (4,2 L / 100 km; 67 mpg ‑imp ) (guarnição Eco)
  • 2018 Nissan Leaf: 30 kWh (110 MJ) / 100 mi (671 kJ / km) ou 112 MPGe
  • 2017 Hyundai Ioniq EV: 25 kWh (90 MJ) / 100 mi (560 kJ / km) ou 136 MPGe
  • 2020 Tesla modelo 3: 24 kWh (86,4 MJ) / 100 mi (540 kJ / km) ou 141 MPGe

Trens

Capacidade do passageiro de diferentes modos de transporte.png

Os trens são em geral um dos meios de transporte mais eficientes para cargas e passageiros . Uma vantagem de eficiência inerente é o baixo atrito das rodas de aço em trilhos de aço, em comparação especialmente com pneus de borracha no asfalto. A eficiência varia significativamente com as cargas de passageiros e perdas incorridas na geração e fornecimento de eletricidade (para sistemas eletrificados) e, mais importante, entrega ponta a ponta, onde as estações não são os destinos finais de origem de uma viagem.

O consumo real depende de gradientes, velocidades máximas e padrões de carregamento e parada. Os dados produzidos para o projeto europeu MEET (Metodologias para Estimativa de Emissões de Poluentes no Ar) ilustram os diferentes padrões de consumo ao longo de várias seções da via. Os resultados mostram que o consumo de um trem de alta velocidade ICE alemão variou de 19 a 33 kW⋅h / km (68–119 MJ / km; 31–53 kW⋅h / mi). Os dados também refletem o peso do trem por passageiro. Por exemplo, os trens TGV Duplex de dois andares usam materiais leves, que mantêm as cargas por eixo baixas e reduzem os danos à via, além de economizar energia.

O consumo específico de energia dos trens em todo o mundo chega a cerca de 150 kJ / pkm (quilojoule por passageiro-quilômetro) e 150 kJ / tkm (quilojoule por tonelada-quilômetro) (cerca de 4,2 kWh / 100 pkm e 4,2 kWh / 100 tkm) em termos de energia final. O transporte de passageiros por sistemas ferroviários requer menos energia do que por carro ou avião (um sétimo da energia necessária para mover uma pessoa de carro em um contexto urbano). Por isso, embora respondendo por 9% da atividade mundial de transporte de passageiros (expresso em pkm) em 2015, os serviços ferroviários de passageiros representaram apenas 1% da demanda final de energia no transporte de passageiros.

Frete

As estimativas de consumo de energia para frete ferroviário variam amplamente e muitas são fornecidas pelas partes interessadas. Alguns estão tabulados abaixo.

País Ano Economia de combustível (peso das mercadorias) Intensidade de energia
EUA 2007 185,363 km / L (1  tonelada curta ) energia / massa-distância
EUA 2018 473 milhas / galão (1 tonelada) energia / massa-distância
Reino Unido - 87 t · km / L 0,41 MJ / t · km ( LHV )

Passageiro

País Ano Eficiência do trem Por passageiro-km (kJ) Observação
China 2018 9,7 MJ (2,7 kWh) / carro-km 137 kJ / passageiro-km (com 100% de carga) CR400AF a 350 km / h
Pequim-Xangai PDL 1302 km em média
Japão 2004 17,9 MJ (5,0 kWh) / carro-km 350 kJ / passageiro-km JR East Average
Japão 2017 1,49 kWh / carro-km ≈92 kJ / passageiro-km JR East Conventional Rail
CE 1997 18 kW⋅h / km (65 MJ / km)
EUA 1,125 mpg ‑US (209,1 L / 100 km; 1,351 mpg ‑imp ) 468 passageiros-milhas / galão americano (0,503 L / 100 passageiros-km)
Suíça 2011 2300 GWhr / ano 470 kJ / passageiro-km
Basel, Suíça 1,53 kWh / veículo-km (5,51 MJ / veículo-km) 85 kJ / passageiro-km (150 kJ / passageiro-km com carga média de 80%)
EUA 2009 2.435 BTU / mi (1,60 MJ / km)
Portugal 2011 8,5 kW⋅h / km (31 MJ / km; 13,7 kW⋅h / mi)

Perdas de frenagem

N700 Series Shinkansen usa frenagem regenerativa

Parar é uma fonte considerável de ineficiência. Os trens elétricos modernos, como o Shinkansen (o trem-bala ), usam a frenagem regenerativa para retornar a corrente para a catenária enquanto freiam. Um estudo da Siemens indicou que a frenagem regenerativa pode recuperar 41,6% da energia total consumida. Os trens de passageiros (urbanos e intermunicipais) e intercidades programadas e todas as melhorias tecnológicas e operacionais das indústrias de ônibus fretados - RELATÓRIO FINAL afirma que "as operações de comutador podem dissipar mais da metade de sua energia total de tração na frenagem para paradas." e que "Estimamos que a potência final seja de 35 por cento (mas pode chegar a até 45 por cento) do total de energia consumida por ferrovias". Ter que acelerar e desacelerar uma carga pesada de pessoas em cada parada é ineficiente, apesar da frenagem regenerativa, que pode recuperar cerca de 20% da energia desperdiçada na frenagem. O peso é um fator determinante das perdas de frenagem.

Ônibus

O ônibus de trânsito rápido de Metz usa um sistema de direção híbrido diesel-elétrico , desenvolvido pelo fabricante belga Van Hool .
  • Em julho de 2005, a ocupação média dos ônibus no Reino Unido era de 9 passageiros por veículo.
  • A frota de 244 ônibus trólebus New Flyer de 40 pés (12 m) 1982 em serviço local com a BC Transit em Vancouver, Canadá, em 1994/95 usou 35.454.170 kWh por 12.966.285 km de veículo, ou 9,84 MJ / km de veículo. O número de passageiros exato em trólebus não é conhecido, mas com todos os 34 assentos ocupados, isso equivale a 0,32 MJ / passageiro km. É bastante comum ver pessoas em trólebus de Vancouver. Este é um serviço com muitas paradas por quilômetro; parte da razão para a eficiência é o uso de frenagem regenerativa.
  • Um serviço de transporte regional em Santa Bárbara, Califórnia , EUA, encontrou uma eficiência média de ônibus a diesel de 6,0 mpg ‑US (39 L / 100 km; 7,2 mpg ‑imp ) (usando ônibus MCI 102DL3). Com todos os 55 assentos ocupados, isso equivale a 330 mpg de passageiros; com 70% preenchido, 231 passageiros mpg.
  • Em 2011, a frota de 752 autocarros da cidade de Lisboa tinha uma velocidade média de 14,4 km / he uma ocupação média de 20,1 passageiros por veículo.
  • Ônibus elétricos a bateria combinam a força motriz elétrica de um trólebus, as desvantagens de fabricação, peso e vida útil da bateria com a flexibilidade de roteamento de um ônibus com qualquer energia a bordo. Os principais fabricantes incluem BYD e Proterra.

De outros

  • O Crawler-Transporter da NASA foi usado para mover o Ônibus Espacial do armazenamento para a plataforma de lançamento. Ele usa diesel e tem uma das maiores taxas de consumo de combustível já registradas, 150 galões americanos por milha (350 l / km; 120 imp gal / mi).

Meio de transporte aéreo

Aeronave

Um dos principais determinantes do consumo de energia em aeronaves é o arrasto , que deve ser combatido pelo empuxo para que a aeronave avance.

  • O arrasto é proporcional à sustentação necessária para o vôo, que é igual ao peso da aeronave. À medida que o arrasto induzido aumenta com o peso, a redução da massa, com melhorias na eficiência do motor e reduções no arrasto aerodinâmico , tem sido a principal fonte de ganhos de eficiência em aeronaves, sendo que uma regra prática é que uma redução de peso de 1% corresponde a cerca de um Redução de 0,75% no consumo de combustível.
  • A altitude de vôo afeta a eficiência do motor. A eficiência do motor a jato aumenta na altitude até a tropopausa , a temperatura mínima da atmosfera; em temperaturas mais baixas, a eficiência de Carnot é maior. A eficiência do motor a jato também é aumentada em altas velocidades, mas acima de Mach 0,85 as perdas aerodinâmicas da fuselagem aumentam mais rapidamente.
  • Efeitos de compressibilidade: começando em velocidades transônicas em torno de Mach 0,85, as ondas de choque formam um arrasto crescente.
  • Para vôo supersônico, é difícil alcançar uma razão de sustentação para arrasto maior que 5, e o consumo de combustível aumenta proporcionalmente.
Comparação de eficiência de combustível do Concorde (assumindo que os jatos estão cheios até a capacidade)
Aeronave Concorde Boeing 747 -400
Milhas de passageiros / galão imperial 17 109
Milhas de passageiros / galão americano 14 91
Litros / 100 passageiros-km 16,6 3,1

Os aviões de passageiros atingiram em média 4,8 L / 100 km por passageiro (1,4 MJ / passageiro-km) (49 passageiros-milhas por galão) em 1998. Em média, 20% dos assentos ficam desocupados. A eficiência das aeronaves a jato está melhorando: entre 1960 e 2000, houve um ganho geral de 55% na eficiência de combustível (se excluirmos a frota ineficiente e limitada do DH Comet 4 e considerar o Boeing 707 como o caso básico). A maioria das melhorias na eficiência foi obtida na primeira década, quando os aviões a jato começaram a ser amplamente utilizados para uso comercial. Comparados aos avançados aviões comerciais com motor a pistão da década de 1950, os atuais aviões a jato são apenas marginalmente mais eficientes por passageiro-milha. Entre 1971 e 1998, a melhoria anual média da frota por assento-quilômetro oferecido foi estimada em 2,4%. O Concorde, o transporte supersônico, administrava cerca de 17 milhas de passageiros até o galão imperial; semelhante a um jato executivo, mas muito pior do que uma aeronave turbofan subsônica. A Airbus estima o consumo de combustível de seu A380 em menos de 3 L / 100 km por passageiro (78 passageiros-milhas por galão americano).

Air France Airbus A380-800

A massa de uma aeronave pode ser reduzida usando materiais leves, como titânio , fibra de carbono e outros plásticos compostos. Materiais caros podem ser usados, se a redução de massa justificar o preço dos materiais por meio de maior eficiência de combustível. As melhorias alcançadas na eficiência de combustível pela redução de massa, reduzem a quantidade de combustível que precisa ser transportada. Isso reduz ainda mais a massa da aeronave e, portanto, permite maiores ganhos em eficiência de combustível. Por exemplo, o design do Airbus A380 inclui vários materiais leves.

A Airbus apresentou dispositivos de ponta de asa (sharklets ou winglets) que podem atingir 3,5 por cento de redução no consumo de combustível. Existem dispositivos wingtip no Airbus A380. Foi dito que winglets Minix mais desenvolvidos oferecem 6% de redução no consumo de combustível. Winglets na ponta da asa de uma aeronave suavizam o vórtice da ponta da asa (reduzindo o arrasto da asa da aeronave) e podem ser adaptados para qualquer avião.

A NASA e a Boeing estão conduzindo testes em uma aeronave de " asa mista " de 500 lb (230 kg) . Este projeto permite maior eficiência de combustível, uma vez que toda a nave produz sustentação, não apenas as asas. O conceito de corpo de asa combinada (BWB) oferece vantagens em eficiência estrutural, aerodinâmica e operacional em relação aos designs de fuselagem e asa mais convencionais de hoje. Esses recursos se traduzem em maior alcance, economia de combustível, confiabilidade e economia no ciclo de vida, bem como custos de fabricação mais baixos. A NASA criou um conceito STOL (CESTOL) eficiente em cruzeiros.

O Instituto Fraunhofer de Engenharia de Manufatura e Pesquisa de Materiais Aplicados (IFAM) pesquisou uma pele de tubarão imitando tinta que reduziria o arrasto através de um efeito de riblet. As aeronaves são uma aplicação potencial importante para novas tecnologias, como a espuma de alumínio e a nanotecnologia , como a pele de tubarão que imita a tinta.

Os sistemas de hélice , como turboélices e propfans, são uma tecnologia mais eficiente em termos de combustível do que os jatos . Mas os turboélices têm uma velocidade ótima abaixo de 700 km / h (450 mph). Essa velocidade é menor do que a usada atualmente com jatos pelas principais companhias aéreas. Com o alto preço atual do combustível de aviação e a ênfase na eficiência do motor / fuselagem para reduzir as emissões, há um interesse renovado no conceito de propfan para aviões a jato que podem entrar em serviço além do Boeing 787 e do Airbus A350 XWB. Por exemplo, a Airbus patenteou projetos de aeronaves com propfans duplos contra-rotativos montados na parte traseira. A NASA conduziu um Projeto Turboélice Avançado (ATP), onde pesquisou um propfan de passo variável que produzia menos ruído e alcançava altas velocidades.

Relacionado à eficiência do combustível está o impacto das emissões da aviação no clima .

Aeronave pequena

Dyn'Aéro MCR4S
  • Os planadores a motor podem atingir um consumo de combustível extremamente baixo para voos cross-country, se correntes de ar termais e ventos favoráveis ​​estiverem presentes.
  • A 160 km / h, um Dieselis de dois lugares movido a diesel queima 6 litros de combustível por hora, 1,9 litros por 100 passageiros-km.
  • a 220 km / h, um MCR-4S de quatro lugares e 100 hp queima 20 litros de gás por hora, 2,2 litros por 100 passageiros-km.
  • Em vôo motorizado contínuo a 225 km / h, um Pipistrel Sinus queima 11 litros de combustível por hora de vôo. Transportando 2 pessoas a bordo, opera a 2,4 litros por 100 passageiros-km.
  • Aeronave ultraleve Tecnam P92 Echo Classic em velocidade de cruzeiro de 185 km / h queima 17 litros de combustível por hora de vôo, 4,6 litros por 100 passageiros km (2 pessoas). Outras aeronaves ultraleves modernas aumentaram a eficiência; Tecnam P2002 Sierra RG em velocidade de cruzeiro de 237 km / h queima 17 litros de combustível por hora de vôo, 3,6 litros por 100 passageiros km (2 pessoas).
  • Dois e quatro lugares voando a 250 km / h com motores de geração antiga podem queimar de 25 a 40 litros por hora de voo, de 3 a 5 litros por 100 passageiros-km.
  • O helicóptero de turbina dupla Sikorsky S-76 C ++ alcança cerca de 1,65 mpg -US (143 L / 100 km; 1,98 mpg ‑imp ) a 140 nós (260 km / h; 160 mph) e transporta 12 para cerca de 19,8 passageiros-milhas por galão (11,9 L por 100 passageiros km).

Meio de transporte de água

Navios

rainha Elizabeth

Cunard afirmou que o Queen Elizabeth 2 viajou 49,5 pés por galão imperial de óleo diesel (3,32 m / L ou 41,2 pés / US gal), e que tinha uma capacidade de passageiros de 1777. Assim, transportando 1777 passageiros, podemos calcular uma eficiência de 16,7 passageiros milhas por galão imperial (16,9 l / 100 p · km ou 13,9 p · mpg –US ).

Cruseiros

O MS  Oasis of the Seas tem capacidade para 6.296 passageiros e eficiência de combustível de 14,4 passageiros milhas por galão americano. Os navios de cruzeiro da classe Voyager têm capacidade para 3.114 passageiros e eficiência de combustível de 12,8 milhas por passageiro por galão americano.

Emma Maersk

Emma Maersk usa um Wärtsilä-Sulzer RTA96-C , que consome 163 g / kW · he 13.000 kg / h. Se transportar 13.000 contêineres, então 1 kg de combustível transporta um contêiner por uma hora em uma distância de 45 km. O navio leva 18 dias de Tanjung (Cingapura) a Rotterdam (Holanda), 11 de Tanjung a Suez e 7 de Suez a Rotterdam, o que leva cerca de 430 horas e tem 80 MW, +30 MW. 18 dias a uma velocidade média de 25 nós (46 km / h) dá uma distância total de 10.800 milhas náuticas (20.000 km).

Supondo que a Emma Maersk consuma diesel (em oposição ao óleo combustível, que seria o combustível mais preciso), então 1 kg de diesel = 1,202 litros = 0,317 galões americanos. Isso corresponde a 46.525 kJ. Assumindo um padrão de 14 toneladas por contêiner (por TEU), isso resulta em 74 kJ por tonelada-km a uma velocidade de 45 km / h (24 nós).

Barcos

Um veleiro , assim como um carro solar, pode locomover sem consumir combustível. Um barco a vela, como um bote, usando apenas a energia eólica, não requer energia de entrada em termos de combustível. No entanto, alguma energia manual é necessária para a tripulação dirigir o barco e ajustar as velas usando cabos. Além disso, a energia será necessária para outras demandas além da propulsão, como cozinhar, aquecer ou iluminar. A eficiência de combustível de um barco de ocupação única depende muito do tamanho de seu motor, da velocidade em que viaja e de seu deslocamento. Com um único passageiro, a eficiência energética equivalente será menor do que em um carro, trem ou avião.

Comparações de transporte internacional

EffizienzLeistungFahrzeuge.png

Transporte público europeu

O trem e o ônibus são geralmente obrigados a servir serviços rurais e fora de pico, que, por sua natureza, têm cargas mais baixas do que as rotas de ônibus urbanos e as linhas de trem intermunicipais. Além disso, devido à sua emissão de bilhetes 'walk on', é muito mais difícil corresponder à demanda diária e ao número de passageiros. Como consequência, o fator de carga geral nas ferrovias do Reino Unido é de 35% ou 90 pessoas por trem:

Por outro lado, os serviços de companhias aéreas geralmente funcionam em redes ponto a ponto entre grandes centros populacionais e são de natureza 'pré-reserva'. Usando o gerenciamento de rendimento , os fatores de carga gerais podem ser aumentados para cerca de 70–90%. Os operadores de trens intermunicipais começaram a usar técnicas semelhantes, com cargas atingindo tipicamente 71% no geral para os serviços de TGV na França e um valor semelhante para os serviços do Virgin Rail Group do Reino Unido .

Para as emissões, a fonte de geração de eletricidade deve ser levada em consideração.

Transporte de passageiros nos EUA

O US Transport Energy Data Book apresenta os seguintes números para o transporte de passageiros em 2018. Eles se baseiam no consumo real de energia, quaisquer que sejam as taxas de ocupação existentes. Para os modos que usam eletricidade, as perdas durante a geração e distribuição estão incluídas. Os valores não são diretamente comparáveis ​​devido a diferenças nos tipos de serviços, rotas, etc.

Modo de transporte Passageiros médios
por veículo
BTU por
passageiro-milha
MJ por
passageiro-quilômetro
Ferroviário (transporte leve e pesado) 23,5 1.813 1,189
Ferrovia (intermunicipal Amtrak ) 23,3 1.963 1.287
Motocicletas 1,2 2.369 1.553
Ar 118,7 2.341 1.535
Ferroviário (comutador) 33,6 2.398 1.572
Carros 1,5 2.847 1.866
Caminhões pessoais 1.8 3.276 2,148
Ônibus (trânsito) 7,7 4.578 3,001
Resposta de demanda 1,1 14.660 9,61

Transporte de carga nos EUA

O livro US Transport Energy declara os seguintes números para o transporte de carga em 2010:

Modo de transporte Consumo de combustível
BTU por tonelada-milha curta kJ por tonelada-quilômetro
Água doméstica 217 160
Ferrovias de classe 1 289 209
Caminhões pesados 3.357 2.426
Frete aéreo (aprox.) 9.600 6.900

De 1960 a 2010, a eficiência do frete aéreo aumentou 75%, principalmente devido a motores a jato mais eficientes.

1 gal -US (3,785 l, 0,833 gal- im ) de combustível pode mover uma tonelada de carga 857 km ou 462 nm por barcaça, ou 337 km (209 mi) por ferrovia, ou 98 km (61 mi) por caminhão.

Comparar:

  • O ônibus espacial costumava transportar cargas para o outro lado da Terra (veja acima): 40 megajoules por tonelada-quilômetro.
  • Energia líquida para levantamento: 10 megajoules por tonelada-quilômetro.

Transporte canadense

O Escritório de Eficiência Energética de Recursos Naturais do Canadá publica estatísticas anuais sobre a eficiência de toda a frota canadense. Para os pesquisadores, essas estimativas de consumo de combustível são mais realistas do que as classificações de consumo de combustível de novos veículos, pois representam as condições de direção do mundo real, incluindo condições meteorológicas extremas e tráfego. O relatório anual é denominado Análise de Tendências de Eficiência Energética. Existem dezenas de tabelas que ilustram as tendências do consumo de energia expresso em energia por passageiro-km (passageiros) ou energia por tonelada-km (carga).

Calculadora ambiental francesa

A calculadora ambiental da agência francesa de meio ambiente e energia (ADEME) publicada em 2007 com dados de 2005 permite comparar os diferentes meios de transporte no que diz respeito às emissões de CO 2 (em termos de dióxido de carbono equivalente ) e ao consumo de combustível primário. energia . No caso de um veículo elétrico, o ADEME assume que 2,58  tep como energia primária são necessários para produzir um tep de eletricidade como energia final na França (ver Energia incorporada: No campo da energia ).

Esta ferramenta informática concebida pela ADEME mostra a importância do transporte público do ponto de vista ambiental. Ele destaca o consumo de energia primária, bem como as emissões de CO 2 devido ao transporte. Devido ao impacto ambiental relativamente baixo dos resíduos radioativos , em comparação com as emissões da combustão de combustíveis fósseis, este não é um fator na ferramenta. Além disso, o transporte intermodal de passageiros é provavelmente a chave para o transporte sustentável , ao permitir que as pessoas utilizem meios de transporte menos poluentes.

Custos ambientais alemães

A Deutsche Bahn calcula o consumo de energia de seus vários meios de transporte.

Modelo 2015
Transporte ferroviário regional de passageiros (MJ / pkm) 0,98
Transporte ferroviário de passageiros de longa distância (MJ / pkm) 0,38
Serviço de ônibus (MJ / pkm) 1,22
Transporte ferroviário de carga (MJ / tkm) 0,35
Transporte rodoviário de carga (MJ / tkm) 1,31
Frete aéreo (MJ / tkm) 10,46
Frete marítimo (MJ / tkm) 0,11

Veja também

Notas de rodapé

links externos