Phát triển giao thông vận tải toàn thế giới được dự đoán sẽ tăng cho tất cả các phương thức vận tải khác nhau. Mở rộng kết hợp tối ưu hóa về mạng lưới và khả năng vận chuyển của vận tải đường sắt, đường thủy là cách tiếp cận quan trọng và bền vững để giải quyết nhu cầu giao thông ngày càng gia tăng. Tuy nhiên, đối với vận tải đường bộ cần phải phát triển các giải pháp kỹ thuật hợp lý về mặt kinh tế và sinh thái để quản lý các thách thức trong tương lai như: khả năng giảm phát thải khí nhà kính cho vận tải đường bộ trên toàn thế giới; thách thức về khí thải như hạt bụi nhỏ, oxit nitric, lưu huỳnh, tiếng ồn tại các khu vực đô thị; tiêu thụ dầu thô ngày càng tăng trong khi giảm sản lượng khai thác dẫn đến giá dầu thô tăng khiến giá vận chuyển hàng hóa tăng...
Trong bối cảnh hội nhập và phát triển, việc các quốc gia chủ động hướng tới nền kinh tế xanh là một hướng đi đúng, góp phần giảm thiểu các nguy cơ do biến đổi khí hậu. Hiện nay, người tiêu dùng đang ngày càng yêu cầu cao về việc được sử dụng các sản phẩm, dịch vụ an toàn với sức khỏe và môi trường; các doanh nghiệp cũng ngày càng có trách nhiệm đối với việc phát thải khí nhà kính đã mở ra những hướng đi mới cho ngành công nghiệp vận tải hàng hóa bằng đường bộ và eHigway chính là sự lựa chọn cần được ưu tiên.
Đường cao tốc điện: Đột phá công nghệ cho vận tải hàng hoá bằng đường bộ
Đức là nước tiên phong phát triển hệ thống eHigway. Siemens (hãng thiết bị công nghiệp lớn nhất của CHLB Đức) đã phân tích những lợi thế của các hệ thống điện để ứng dụng cho vận tải hàng hoá đường bộ. Cùng với việc đánh giá đặc điểm của các phương thức vận chuyển hiện tại, Hãng này hướng đến việc nghiên cứu phương thức vận tải có hiệu quả cao và linh hoạt. Siemens đã nhìn thấy tiềm năng phát triển các hệ thống giao thông điện nhằm giảm lượng khí thải CO2, thậm chí tiến tới phát thải bằng không. Câu hỏi quan trọng đặt ra là cần có những yêu cầu gì để giúp xe tải điện lưu thông trên đường bộ thông thường một cách an toàn, kinh tế và thân thiện môi trường.
Theo nghiên cứu của Siemens, năng lượng cung cấp cho hoạt động vận hành của xe có 2 phương thức là pin (gắn trên xe) hoặc hệ thống cung cấp điện liên tục. Ngoài ra, các hình thức lưu trữ năng lượng khác cho ô tô điện cũng được nghiên cứu và đánh giá, ví dụ: pin, pin nhiên liệu, siêu tụ điện… So với xe sử dụng động cơ đốt trong, phạm vi ứng dụng của xe xạc điện tuy hạn chế nhưng công nghệ xây dựng các trạm sạc vẫn khả thi khi xe lưu thông trong khu vực đô thị và khu đông dân cư. Ô tô chở khách dễ dàng ứng dụng chuyển đổi sử dụng năng lượng điện hơn do tải trọng nhỏ và khả năng vận chuyển không lớn. Trong khi đó, vận tải hàng hoá bằng xe tải là một câu chuyện hoàn toàn khác. Theo tính toán sơ bộ về yêu cầu trọng lượng mỗi kg pin cần cung cấp để vận chuyển một tấn/km thì mỗi xe tải 2 tấn cần một pin 200 kg để đi được 100 km, còn một xe tải 40 tấn cần một pin 20 tấn để đi được 500 km [1].
Như vậy, rào cản lớn nhất đối với vận chuyển hàng hóa khối lượng lớn trên cự ly dài là năng lượng dự trữ trực tiếp trên phương tiện. Kể cả trong tương lai, khi mà công nghệ chế tạo pin phát triển hơn thì việc dự trữ năng lượng điện thông qua pin gắn trên xe cũng khiến trọng lượng xe tăng lên rất lớn. Trọng lượng và không gian của các bộ phận lưu trữ sẽ làm giảm đáng kể trọng tải của xe, quá trình sạc lại không tương thích với các yêu cầu vận hành của vận tải hàng hoá khối lượng lớn. Do đó, công nghệ cấp điện liên tục được đánh giá là khả thi cho xe tải khối lượng lớn.
Hệ thống cấp điện liên tục có thể được thực hiện theo hai hình thức là dẫn điện và cảm ứng. So với các hệ thống dẫn điện, hệ thống cảm ứng có hiệu suất truyền tải điện thấp hơn và đòi hỏi công nghệ phức tạp hơn vì nó thường can thiệp vào cơ sở hạ tầng của đường bộ, do đó làm tăng tính dễ bị tổn thương của hệ thống. Ngoài ra, công tác xây dựng và bảo trì cũng rất tốn kém.
Như vậy, giải pháp cho vận tải hàng hoá khối lượng lớn bằng xe tải điện là hệ thống cung cấp điện liên tục thông qua mạng lưới dẫn điện. Hệ thống dẫn điện là đường tiếp xúc nằm phía trên, bên dưới hoặc dọc theo đường xe chạy, cung cấp năng lượng thông qua truyền điện trực tiếp. So với hệ thống metro (hệ thống cấp điện riêng biệt, chạy trên đường riêng hoặc dưới hầm) thì cấp điện cho xe tải trên trục giao thông chung phải rất an toàn. Các hệ thống dẫn điện để cung cấp điện liên tục ở bên dưới hoặc dọc theo đường xe chạy đòi hỏi các biện pháp phức tạp để đảm bảo an toàn cho người và thiết bị, vì chúng vẫn nằm trong tầm tiếp xúc được với người tham gia giao thông (ví dụ người đi bộ). Đường tiếp điện trên cao là công nghệ đã được sử dụng trong đường sắt mặt đất và đường sắt liên vùng. Việc chuyển giao công nghệ này từ đường sắt sang đường bộ sẽ hạn chế sự can thiệp sâu vào hạ tầng đường bộ khi xây dựng cơ sở hạ tầng cung cấp điện.
Công trình thử nghiệm: Hệ thống đường cao tốc điện Frankfurt
Tháng 5/2019, Chính phủ Đức đã thử nghiệm hệ thống giao thông mới nằm trong dự án “eHighway” (đường cao tốc điện), trong đó các xe tải có thể nạp điện trên đường cao tốc, nhằm giảm khí thải gây hiệu ứng nhà kính. Điều này nghe có vẻ khó tin, nhưng lại là chuyện khả thi ở một quốc gia có cơ sở hạ tầng phát triển cao như CHLB Đức. Quốc gia tây Âu này nổi tiếng với hệ thống đường cao tốc liên bang Autobahn lừng danh thế giới, nơi xe cộ chạy phần lớn không bị giới hạn tốc độ. Nằm trong dự án “eHighway”, đoạn đường đi vào hoạt động dài 10 km, thuộc đường cao tốc A5 ở phía Nam thành phố Frankfurt, một trong các tuyến đường giao thông chính tại CHLB Đức. Hiện có 3 dự án eHighway được công bố trên toàn nước Đức, bao gồm các bang Hesse, Schleswig-Holstein và Baden-Wurmern.
Hệ thống vận hành xe tải trên đường cao tốc điện tại cao tốc A5, thành phố Frankfurt (CHLB Đức) .
Đơn vị phát triển dự án tin rằng các phương tiện giao thông khác trên đường sẽ không bị ảnh hưởng bởi các xe tải điện. Các xe tải điện không phải giảm tốc độ khi lắp và tháo dây sạc trên cao. Điện sẽ sạc đầy pin của xe, cho phép phương tiện chạy bằng năng lượng điện một thời gian nhất định. Khi pin cạn kiệt, động cơ diesel sẽ được khởi động. Hãng Siemens đã bắt đầu các dự án đường cao tốc điện vào năm 2010 với một khu thử nghiệm ở ngoại ô Berlin trên quy mô nhỏ, mục tiêu thử nghiệm ý tưởng công nghệ. Tới năm 2016, dự án đã triển khai xây dựng 2 km đầu tiên đường cao tốc xe tải điện hoàn chỉnh về mặt kỹ thuật, thuộc cao tốc E15 ngoại ô Stockholm (Thụy Điển) [2]. Siemens cũng đang tiến hành phát triển một đường khác tương tự tại California (Mỹ). Dự án thử nghiệm trên 10 km tại đường cao tốc A5, nối Zeppelinheim/Cargo City Süd với nút giao Frankfurt Airport - Darmstadt/Weiterstadt là bước nghiên cứu tính khả thi về công nghệ và vận hành của hệ thống eHighway.
*
* *
Năm 2019 đánh dấu những bước tiến đáng ghi nhận về việc ứng dụng công nghệ trong lĩnh vực logistics, đặc biệt là trong vận tải hàng hóa đường bộ thể hiện qua việc gia tăng các giải pháp ứng dụng công nghệ thông tin, nhất là sự xuất hiện các giải pháp tổng thể có tính tích hợp hệ thống, trí tuệ nhân tạo... nhằm tối ưu hóa năng lực hoạt động phương tiện, kiểm soát thời gian, lịch trình, nâng cao chất lượng dịch vụ khai thác.
Theo báo cáo “Tăng cường ngành vận tải hàng hóa đường bộ Việt Nam: Hướng đến giảm chi phí logistics và phát thải khí nhà kính” của Ngân hàng thế giới công bố tháng 4/2019 cho thấy, đường bộ là phương thức xương sống của hoạt động vận tải hàng hóa ở Việt Nam. Chi phí logistic ở Việt Nam chiếm gần 21% tổng GDP (cao hơn so với hầu hết các nước ASEAN), làm ảnh hưởng đến khả năng cạnh tranh trong xuất khẩu và làm tăng chi phí sản xuất hàng hóa [3]. Lĩnh vực vận tải, trong đó vận tải đường bộ đóng vai trò chủ đạo (chiếm gần 70% thị phần vận tải cả nước) thải ra gần 25% tổng lượng khí thải [4]. Đặc biệt, những năm gần đây trước những diễn biến bất thường của biến đổi khí hậu, sự khan hiếm và tăng giá của nguồn nhiên liệu truyền thống khiến eHighway trở thành một tiềm năng ứng dụng lớn cho vận tải hàng hoá trong tương lai.
TS Trương Thị Mỹ Thanh
Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] H.G. Grünjes and M. Birkner (2019), Electro mobility for heavy duty vehicles: The Siemens eHighway System.
[2] https://press.siemens.com/global/en/pressrelease/worlds-first-ehighway-opens-sweden.
[3] Lam Yin Yin, Sriram Kaushik, Khera Navdha (2019), Strengthening Vietnam’s Trucking Sector: Towards Lower Logistics Costs and Greenhouse Gas Emissions. Vietnam, Washington, D.C.: World Bank Group.
[4] Hoang Dung Anh, Lam Yin Yin, Amos Paul, Reddel Paul, Phuong Pham Thi, Phuong Hien Nguyen Thi (2019), Sustainable Development of Inland Waterways Transport in Vietnam: Strengthening the Regulatory, Institutional and Funding Frameworks, Washington, D.C. : World Bank Group.