Bränslecellstruckar och dieseltruckar inom lagerverksamhet : En jämförande livscykelanalys och kostnadskalkyl

• Main Authors: Tonner, Anna, Nestorovic, Benjamin
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: KTH, Hållbar utveckling, miljövetenskap och teknik 2018
• Subjects: LCA; fuel cell MHE; hydrogen; cost analysis; bränslecellstruck; vätgas; kostnadskalkyl; Energy Engineering; Energiteknik
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-229857

Den miljöpåverkan förbränning av fossila bränslen ger upphov till måste minskas och med fortsatt ökad e-handel blir behovet att lagerverksamheter, där de interna transporterna oftast utgörs av dieseltruckar, större. Konkurrenskraftiga alternativa bränslen behövs för att tillgodose det ökade behovet. Bränslecellstruckar drivna på vätgas producerad med elektricitet från förnyelsebara energikällor skulle kunna vara ett alternativ då emissionerna enbart består av vatten. För att undersöka om bränslecellstruckar orsakar mindre miljöpåverkan utfördes en jämförande livscykelanalys på en 5 tons diesel- respektive bränslecellstruck. Jämförelsen utfördes både för en bränslecellstruck där framställningen av vätgasen sker lokalt och för en där vätgasen köps in från en gasleverantör. Framställningen i de båda fallen sker genom alkalisk vattenelektrolys. Jämförelsen gjordes på ett fallspecifikt lager för Ramirent i Brunna där det idag finns 21 stycken truckar som drivs på diesel. Resultatet visar på att skillnaden i miljöpåverkan mellan bränslecellstruckarnas två olika fall är minimal, men att dieseltrucken bidrar till mer miljöpåverkan i 14 av 18 miljöpåverkanskategorier utifrån ett livscykelperspektiv. För dieseltrucken är det utvinningen och förbränningen av dieseln som har störst påverkan i de flesta miljöpåverkanskategorier. Vidare visar resultatet att bränslecellen, samt tillverkningen av den, är det som generellt bidrar till mest miljöpåverkan för de flesta påverkanskategorierna för bränslecellstrucken. För att möjliggöra en omställning krävs ofta inte bara att den är bättre ur miljösynpunkt, utan att omställningen dessutom är kostnadseffektiv. Därmed beräknades även kostnaderna för en omställning med hjälp av nuvärdesmetoden för de tre olika fallen. Detta gjordes genom att först låta de befintliga dieseltruckarna, med en antagen livslängd på 20 000 drifttimmar, bytas ut succesivt under en 10 års period mot nya dieseltruckar. För de båda andra fallen säljs dieseltruckarna med restvärden och nya bränslecellstruckar, samt en ny tankstation, köps in. För fallet med egenproducerad vätgas måste även en elektrolysanläggning införskaffas till skillnad från fallet med inköpt vätgas. Resultatet visar på att investeringen med bränslecellstruckar inte är kostnadseffektiv för varken egenproducerad eller inköpt vätgas. Kostnaderna ökar med 3,4% respektive 28,9% över en 10 års period, jämfört med att fortsätta använda dieseltruckar. Vidare visar en känslighetsanalys i studien att ett nystartat lager, i samma storlek som Ramirents i Brunna, är mer lönsamt om bränslecellstruckar köps in och en vätgasproduktion etableras än om dieseltruckar köps in. Kostnadsreduktionen för detta scenario är 1,4% över en 10 års period. Studiens känslighetsanalys visar att lönsamhet för inköpt vätgas uppnås för ett nystartat lager och Ramirents lager när vätgaspriset sjunkit med 59,5% respektive 71,6% från dagens pris 222 kr/kg. Ytterligare resultat från känslighetsanalysen visar att potential finns att öka de årliga intäkterna för fallet med egenproducerad vätgas genom att sälja den extra mängd vätgas som kan produceras med elektrolysanläggningen, men som inte används av truckarna. Avslutningsvis kan det konstateras att bränslecellstruckar har mindre total miljöpåverkan ur ett livscykelperspektiv. Det är i dagsläget inte lönsamt att övergå från diesel- till bränslecellstruckar på Ramirents lager i Brunna. För en 10 års period är dock de extra kostnaderna för fallet med egenproducerad vätgas relativt små. Känslighetsanalysen visar dessutom på potentiellt mindre kostnader för bränslecellstruckar med egenproducerad vätgas för nystartade lager. Priset på vätgas och dess utveckling är en betydande parameter för investeringens lönsamhet för fallet med inköpt vätgas. Rekommendationer för vidare studier är att undersöka möjligheten att sälja överskottsvätgas, samt biprodukten syrgas, från den egna elektrolysanläggningen för att öka de årliga intäkterna. === The environmental impact from fossil fuels must be reduced and with the continued increase in e-commerce, the need for warehouse operations becomes greater, where internal transports usually consists of diesel forklifts. Competitive alternative fuels are necessary to meet the increased need. Fuel cell forklifts powered by hydrogen produced from renewable energy sources could be an option, since the emissions consist solely of water. To investigate whether fuel cell forklifts cause less environmental impact, a comparative life cycle analysis was performed on a 5-tonne diesel and fuel cell forklift, respectively. The comparison was carried out both for a fuel cell forklift where the hydrogen is produced locally and for one where the hydrogen is purchased from a gas supplier. The production method is alkaline water electrolysis for both cases. The comparison was made on a case specific warehouse for Ramirent in Brunna, where there are currently 21 diesel forklifts. The result shows that the difference in environmental impact between the two different cases of fuel cell trucks is minimal, but that the diesel truck contributes to more impact in 14 of 18 environmental impact categories from a life cycle perspective. For the diesel forklift, it is the extraction and incineration of the diesel that has the greatest impact in most environmental impact categories. Furthermore, the result shows that the fuel cell, as well as the production of it, is generally contributing to the most impact categories for the fuel cell truck. To enable a transformation, it is often not only required that it is better from an environmental perspective, but also cost effective. Thus, calculations were carried out for the cost of a transformation, using the net present value method for the three different cases. This was first done by replacing the existing diesel trucks, with an assumed lifetime of 20,000 hours of operation, successively over a 10-year period for new diesel trucks. In the both other cases, the diesel trucks with residual values are sold and new fuel cell trucks, as well as a new hydrogen station, are purchased. For the scenario with locally produced hydrogen, an electrolysis plant must also be purchased as opposed to the scenario with purchased hydrogen. The result shows that the investment in fuel cell trucks is not cost effective for either locally produced or purchased hydrogen. Costs increase by 3.4% and 28.9%, respectively, over a 10- year period, as compared to a continued use of diesel trucks. Furthermore, a sensitivity analysis in the study shows that a new warehouse, with the same size as Ramirents in Brunna, is more profitable if fuel cell trucks are purchased, and a hydrogen production is established, than if diesel trucks are purchased. The cost reduction for this scenario is 1.4% for a 10-year period. The sensitivity analysis of the study shows that profitability for purchased hydrogen is reached for a new warehouse and Ramirent's warehouse when the hydrogen price has been reduced by 59.5% and 71.6%, respectively, from today's price of 222 SEK/kg. Further results from the sensitivity analysis show that there is a potential to increase the annual revenues, for the scenario with hydrogen production, by selling excess hydrogen from the electrolysis plant. In conclusion, fuel cell trucks have less overall environmental impact from a life cycle perspective. At present, it is not profitable to switch from diesel to fuel cell trucks at Ramirent's warehouse in Brunna. However, for a 10-year period, the extra costs for the scenario with locally produced hydrogen are relatively small. In addition, the sensitivity analysis shows potentially lower costs for fuel cell trucks with local hydrogen production for newly started warehouses. The price of hydrogen and its development is a significant parameter for the investment's profitability for the scenario with purchased hydrogen. Recommendations for further studies are to examine the possibility of selling excess hydrogen, as well as the by-product oxygen, from the electrolysis to increase annual revenues.