تحلیل استفاده از وسایل نقلیه سوخت جایگزین در شهرها و روستاهای ایالات متحده

این پژوهش با بررسی استفاده از وسایل نقلیه سوخت جایگزین در شهرها و روستاهای ایالات متحده با استفاده از داده های نمونه گیری سراسری نظرسنجی ملی مسافرت خانوار ۲۰۱۷ الگوی مصرف انواع سوخت های جایگزین را در خودروهای خریداری شده توسط خانوارهای امریکا نشان می دهد. هدف این پژوهش بررسی ارتباط بین تحلیل مالکیت و استفاده از وسایل نقلیه سوخت جایگزین در ایالات متحده با داده های نظرسنجی ملی مسافرت خانوار ۲۰۱۷ است. در این روش از تحلیل کمی داده ها و همچنین آزمون ناپارامتریک همبستگی پیرسون استفاده شده است. نتایج نشان داده است که  رابطه منفی -۰.۳ بین سن خودرو و نوع سوخت مصرفی است به این معنی که خودروهایی که سن کمتری دارند عمدتا از سوخت های الکتریکی استفاده می کننند و خودروهای قدیمی از سوخت معمول استفاده می کنند. یافته ها همچنین نشان داد که خودروهای برقی از سمت مناطق شهری به سمت مناطق روستایی در حال افزایش است. نسبت استفاده از خودورهای برقی شارژی و برقی باتری خور در شهرها چند برابر  روستاها است.

کلیدواژه ها: خودروهای سوخت جایگزین، خودروی برقی، مالکیت خودرو، امریکا

وسایل نقلیه سوخت جایگزین چیست؟

هر روز در قرن حاضر، وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) همچنان به ناوگان خودروهای ملی نفوذ می کنند و تا پایان سال ۲۰۱۸ از ۵.۱ میلیون خودروی برقی در سطح جهان در جاده ها فراتر رفته اند. این سهام جهانی خودروهای برقی عمدتاً در سه منطقه متمرکز شده است، با حدود ۴۵ درصد در چین، پس از آن اروپا با ۲۴ درصد و ایالات متحده (ایالات متحده) با ۲۲ درصد از کل سهام خودروهای برقی در رتبه های بعدی قرار دارند . از نظر سهم بازار فروش خودروهای جدید، خودروهای برقی به پیشرفت خود ادامه می دهند، به ویژه در اروپا، جایی که در کشورهایی مانند نروژ، از هر دو خودروی فروخته شده تقریباً یک خودرو برقی است. (Chen et al., 2020). (برای دانلود مرز کشورهای جهان به لینک گوگل ارث کشورهای جهان و اطلاعات آماری کشورهای جهان به لینک آمارهای کشورهای جهان مراجعه کنید)

ما در اینجا خودروهای برقی را به عنوان هر وسیله نقلیه مسافربری تعریف می کنیم که از انرژی گرفته شده از شبکه برق استفاده می کند و آن را برای نیروی محرکه در کشتی ذخیره می کند. اولین تلاش‌ها برای تولید یک وسیله نقلیه الکتریکی (EV) در اوایل دهه ۱۸۳۰ انجام شد، با اولین خودروی عملی که در لندن توسط توماس پارکر در سال ۱۸۸۴ ساخته شد. با این حال، خودروهای الکتریکی خیلی زود توسط خودروهایی که از سوخت‌های فسیلی کار می‌کردند از بازار خارج شدند (فردوسی و همکاران، ۱۳۹۸). اخیراً، خودروهای برقی تجاری در حال بازگشت هستند (به دلیل پیشرفت در فن‌آوری‌های باتری و هیبریدی، و همچنین نگرانی‌های زیست‌محیطی)، و آینده درخشان آن‌ها توسط سازندگان (مشاهده برنامه های اکسل ویژه فعالان ساختمان سازی)، دولت‌ها و بسیاری از محققان پیش‌بینی می‌شود. برای مثال، BloombergNEF پیش‌بینی می‌کند که فروش خودروهای جدید خودروهای برقی از ۲.۷ درصد در سال ۲۰۲۰ به ۵۸ درصد تا سال ۲۰۴۰ افزایش می‌یابد، فرانسه می‌خواهد تا سال ۲۰۴۰ به فروش تمام وسایل نقلیه مبتنی بر سوخت فسیلی پایان دهد، و بریتانیا در نظر دارد این خودرو را ممنوع کند. فروش تمام خودروهایی که تا سال ۲۰۴۰ نمی توانند حداقل ۵۰ مایل را با باتری طی کنند و تا سال ۲۰۵۰ به صفر خالص می رسند (Mandys, 2021). در دهه گذشته، ما شاهد حرکت به سمت استفاده از وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) بوده ایم که به وسایل نقلیه ای اشاره می کند که برای انرژی اولیه خود به برق متصل هستند. این در مورد اتصال به یک نقطه شارژ خانگی، گرفتن برق از شبکه توزیع و ذخیره آن در باتری های قابل شارژ است که موتور الکتریکی را تغذیه می کند. طبق زیرساخت شارژ مقرون به صرفه برای پذیرش گسترده خودروهای الکتریکی ضروری است (Nogueira et al., 2022). این خودروها نقش مهمی در کاهش آلودگی هوا و تغییرات گرمایش جهانی ایفا می کننند. 

اهمیت استفاده از خودروهای با سوخت جایگزین

اثرات بالقوه و خطرات مرتبط با تغییرات آب و هوایی و نقش انتشار گازهای گلخانه ای (GHG) در اکثر نقاط جهان تایید شده است. یازده کشور (بریتانیا، بریتانیا، اولین اقتصاد بزرگ در جهان هستند) بنابراین هدف انتشار گازهای گلخانه ای خالص صفر تا سال ۲۰۵۰ را تعیین کرده اند (کمیته تغییرات آب و هوا، ۲۰۱۹). در میان بخش‌های بریتانیا، بخش حمل‌ونقل به عنوان بزرگ‌ترین عامل انتشار گازهای گلخانه‌ای شناخته شده است (شکل ۱). به این ترتیب، یکی از سناریوهای ترسیم شده توسط دولت بریتانیا برای دستیابی به اهداف خالص صفر شامل برق رسانی گسترده، به ویژه حمل و نقل و گرمایش است (Ejeh et al., 2023).  بخش حمل و نقل یکی از مهمترین عوامل تولید گازهای گلخانه ای مضر است. با تغییر جهانی به سمت اقدامات کم کربن و انرژی پایدار در حال حاضر، استراتژی تحرک الکتریکی (e-mobility) با هدف تسریع انتقال به وسایل نقلیه کم آلایندگی (و صفر) است (Nogueira et al., 2022).

شکل زیر وضعیت مصرف انرژی و تولید گازهای گلخانه ای و آلودگی هوا را در بخش های مختلف نشان می دهد. طبق این شکل بخش حمل و نقل بیشترین تولد گازها و بیشترین نقش را در آلودگی هوا دارد. (شکل ۱)

شکل ۱: وضعیت تولید گازهای گلخانه ای در بخش های مختلف (منبع: Ejeh et al., 2023)

این آلودگی عامل موثر بسیاری از بیماری های تنفسی و بیماری های قبلی است. بسیاری از این منابع آلودگی بصورت مستقیم از طریق تنفس موجب آسیب های جدی به سلامتی جامعه می شوند. بخش زیادی ازاین آلودگی ها از طریق فلزات سنگین وارد منابع خوراکی و میوجات و محصولات کشاورزی (مشاهده نقشه ها و اطلاعات ویژه کارشناسان کشاورزی) می شوند که به سلامت جامعه زیانهای قابل توجهی وارد می کنند.

هدف این مطالعه بررسی ارتباط بین تحلیل مالکیت و استفاده از وسایل نقلیه سوخت جایگزین در ایالات متحده با داده های نظرسنجی ملی مسافرت خانوار ۲۰۱۷ است. بنابراین، در این مطالعه به بررسی وضعیت موجود مالکیت و استفاده از وسایل نقلیه معمولی (CVs) و وسایل نقلیه سوخت جایگزین (‏AFV ها)‏، وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی (‏HEV ها)‏، وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی شارژ برقی (‏PHEV ها)‏ و وسایل نقلیه الکتریکی باتری (‏BEV ها)‏ در ایالات‌متحده می‌پردازد.

مطالعه استفاده مردم از خودروهای برقی  

برای تحلیل این داده ها از تحلیل آماری نرخ رشد انواع خودروها برقی و سنتی در بازه زمانی ۲۰۱۶ تا ۲۰۱۷ استفاده شده است. برای این منظور داده ها ابتدا پالایش و دسته بندی شدند. در مرحله بعد اطلاعات انواع خودرو و نوع سوخت مصرفی آنها براساس داده های ترافیکی فدرال مورد ارزیابی و تحلیل قرار گرفت. تغییرات در طول این دوره می تواند اطلاعات مفیدی در خصوص فرایند جایگزینی خودروهای برقی و الکتریکی و هیبریدی با خودروهای سوخت فسیلی ارائه بدهد که جلوتر به این مباحث خواهیم پرداخت.

بانک اطلاعاتی  NHTS مربوط به سال‏ ۲۰۱۷ توسط اداره بزرگراه فدرال، وزارت حمل و نقل ایالات‌متحده از آوریل ۲۰۱۶ تا آوریل ۲۰۱۷ برداشت و سنجش شد.  در این بانک اطلعاتی داده‌هایی از حدود ۱۳۰۰۰۰ خانوار و ۲۷۵۰۰۰ نفر در ایالات‌متحده جمع‌آوری شد. هر خانوار شرکت‌کننده تمامی سفره‌ای اعضای خانواده را در یک “روز سفر” ۲۴ ساعته گزارش کرد. آن‌ها برای تمام ۷ روز هفته، از جمله تمام تعطیلات، روزه‌ای سفر را تعیین کردند. این اطلاعات شامل انواع خودرو و نوسع سوخت مصرفی آنها در طول سال اندازه گیری شده است. ​ بررسی ملی سفر با وسایل نقلیه NHTS‏یک بررسی ملی دوره‌ای است که در ایالات‌متحده (مرز ایالت های امریکا) برای کمک به برنامه ریزان و سیاست گذاران حمل و نقل که نیاز به داده‌های جامع در مورد سفر و … دارند، انجام می‌شود.

آمارهای استفاده از خودروی برقی

تعداد افرادی که از خودرو برقی در امریکا استفاده می کنند

در زیر اطلاعات توصیفی افراد نمونه که در این پژوهش استفاده کردند ،در این داده ها آمده است. این اطلاعات به بررسی انواع خودرو در بین خانوارها مانند خودروهای سواری، ون، پیکاپ، شخصی و غیره از یک طرف و نوع و میزان مصرف انواع سوخت در بین این خانوارها پرداختنه است. همچنین این مطالعه نشان دهنده تفاوت های خانوارها براساس طبقات اجتماعی و تفاوت خانوارها براساس شهری و روستایی است. (جدول ۱، جدول ۲، جدول ۳، جدول ۴)

جدول ۱: تعداد افراد و خانوارهای براساس نوع وسایل نقلیه مورد استفاده

مدت زمانی که افراد با خودروی برقی رانندگی می کنند

مدت زمان استفاده از وسیله نقلیه شخصی توسط افرادی که در این پژوهش مشارکت کردند بعنوان افراد نمونه در زیر آمده است.

جدول ۲: مدت زمان استفاده از وسیله نقلیه شخصی توسط خانوارها

میزان استفاده خانوارها از خودروهای با سوخت جایگزین (برقی)

در زیر تعداد افراد نمونه ای که از هر یک از وسایل حمل و نقل با روش های جابجایی استفاده می کنند، آمده است.

جدول ۳ : میزان استفاده خانوارهای از انواع روش های حمل و نقل براساس طبقات اقتصادی اجتماعی

این جدول نشان می دهد که طبقات مرفه عمدتا از خودروهای برقی بیشتر استفاده می کنند و طبقات متوسط بدلیل قدرت خرید یا عدم آشنایی با این وسایل بیشتر از وسایل معمولی استفاده می کنند و کمتر مالک وسایل سوخت جایگزین هستند. همچنین حمل و نقل عمومی مانند قطار و اتبوس عمدتا در بین طبقات متوسط رواج دارد.

انواع سوخت جایگزین در خودروها

در زیر انواع سوخت جایگزین در خودروها به تفکیک مناطق روستایی و شهری امریکا آمده است.

جدول ۴: تعداد خانوار و نوع سوخت خودرو به تفکیک مناطق شهری و روستایی

این جدول و همچنین نمودار زیر گویای این حقیقت است که بیشتر سهم نوع سوخت از نوع HEV است. مقایسه این نوع مصرف سوخت در مناطق شهری و روستایی نیز متفاوت است. مصرف صوخت PHEV یا هیبریدی الکتریکی شارژبرقی در مناطق شهری حدود دو برابر این رقم در مناطق روستایی است. مصرف سوخت خودروهای الکتریکی باتری خور یا BEV در مناطق شهری نیز حدود ۵ برابر بیشتر از این میزان مصرف در روستاها است. با توجه به روند مدرن شدن از سمت شهر ها به سمت روستاها می توان انتظار داشت که مناطق روستایی نیز در سال های آینده به سمت استفاده از سوخت های نوع BEV و PHEV کشیده شوند. (شکل ۲)

شکل ۲: سهم انواع سوخت در بین خانوارهای نمونه

با توجه به موارد فوق می توان اظهار داشت که AFV ها تنها ۲.۵ % از کل وسایل نقلیه بررسی شده را اشغال می‌کنند، که نشان می‌دهد هنوز راه طولانی برای رفتن به AFV ها پس از نزدیک به بیست سال توسعه وجود دارد و همچنین بیشتر AFV ها به HEV ها، PHEV ها و BEV ها تعلق دارند. 

​جدول ۵: نوع خودرو و تعداد خانوار که از هر نوع استفاده می کنند

نوع خودروهای با سوخت های جایگزین نیز بسیار متفاوت است. بیشتر خودروهای با مصرف سوخت جایگزین یا همان AFV ها از نظر نوع وسیله نقلیه بسیار متفاوت هستند. اکثر AFV ها خودرو معمولی سواری شخصی، در حالی که تعداد بسیار کمی از آن‌ها SUV، ون و وانت هستند، که تقریبا نیمی از کل وسایل نقلیه مورد بررسی را اشغال می‌کنند. بنابراین، می توانیم بیان کنیم که توسعه SUV های سوخت جایگزین، ون ها و کامیون‌های پیکاپ باید برای خودروسازان در برنامه آینده شان، به ویژه SUV های الکتریکی و باتری هیبریدی، ون ها و کامیون‌های پیکاپ در نظر گرفته شود. ​ (جدول ۵ و شکل ۳)

با در نظر گرفتن واگن‌های ایستگاه خودرو (‏با نام “اتومبیل”)‏، کامیون‌ها، SUV ها و کامیون‌های پیکاپ، انواع وسایل نقلیه خانگی برای سفر روزانه در ایالات‌متحده هستند، تحلیل زیر بر تجزیه و تحلیل ماشین‌ها، کامیون‌ها، SUV ها و کامیون‌های پیکاپ CV، HEV، PHEV و BEV تمرکز خواهد کرد. این وسایل نقلیه ۹۴.۴ % از کل وسایل نقلیه بررسی شده و ۹۲.۳ % از کل AFV های بررسی شده را اشغال کرده‌اند. بنابراین، تصور می‌شود که داده‌ها به اندازه کافی بزرگ باشند تا کل نمونه را نشان دهند. ​

شکل ۳: سهم نوع سوخت خانوارها در مناطق شهری و روستایی

در این پژوهش رابطه همبستگی ناپارامتریک پیرسون بین نوع سوخت و عمر وسایل نقلیه نشان دهنده رابطه منفی -۰.۳ بین سن خودرو و نوع سوخت مصرفی است. این ارتباط معنی دار نشان می دهد که خودروهایی که سن کمتری دارند عمدتا از سوخت های الکتریکی استفاده می کننند و بیشتر خودروهای سوخت فسیلی اتومبیل های قدیمی هستند.

نتایج نشان می‌دهد که بعد از دو دهه توسعه، AFV ها تنها حدود ۵ % از فروش سالانه وسایل نقلیه را اشغال می‌کنند و سهم آن‌ها در سال‌های اخیر افزایش زیادی را نشان نمی‌دهد. در همین حال، اگرچه HEV ها هنوز بر بازار AFV تسلط دارند، سهم PHEV ها در سال ۲۰۱۷ به نزدیک به ۵۰ % افزایش‌یافته است. از نظر مالکیت، هنوز هم به نظر می‌رسد درآمد عامل مهمی باشد که بر اتخاذ AFV تاثیر می‌گذارد، با متوسط درآمد سالانه خانواده‌ها از CVs، HEV ها، PHEV ها و BEV ها به ترتیب ۷۵ هزار دلار، ۱۰۰ هزار دلار، ۱۵۰ هزار دلار و ۲۰۰ هزار دلار است. علاوه بر این، احتمال زندگی خانوارهای AFV در نواحی شهری، به ویژه نواحی کلان شهری بزرگ، بیشتر است.

نتیجه گیری

براساس تحلیل های انجام شده می توان نتیجه گیری کرد که مصرف خودروهای سوخت جایگزین در حال افزایش است. این روند افزایشی که در یک دهه اخیر شروع شده است از سمت مناطق شهری که مصرف بسیار بیشتری دارند به سمت مناطق روستایی در حال گسترش است. همچنین یافته ها گویای این حقیقت است که سوخت های جایگزین در بین خانوارهای نمونه این پژوهش بسیار مورد توجه قرار گرفته و اکثر خانواده ها علاقمند به مصرف این سوخت ها هستند. همچنین می توانیم نتیجه گیری کنیم که توسعه SUV های سوخت جایگزین، ون ها و کامیون‌های پیکاپ باید برای خودروسازان در برنامه آینده شان، به ویژه SUV های الکتریکی و باتری هیبریدی، ون ها و کامیون‌های پیکاپ در نظر گرفته شود. ​ این یافته ها همچنین نشان داد که طبقات مرفه عمدتا از خودروهای برقی بیشتر استفاده می کنند و طبقات متوسط بدلیل قدرت خرید یا عدم آشنایی با این وسایل بیشتر از وسایل معمولی استفاده می کنند و کمتر مالک وسایل سوخت جایگزین هستند. همچنین حمل و نقل عمومی مانند قطار و اتبوس عمدتا در بین طبقات متوسط رواج دارد.

منابع

1. فردوسی، ف؛ مالکی چ.، نیرومند، س؛ (۱۳۹۸)، مساله سوخت گیری وسایل نقلیه با سوخت جایگزین تحت زمان های انتظار سوخت گیری فازی شهودی: روش حل فازی، مجله سیستم های فازی ایران ۳، ۴۷-۶۲
2. Chien-fei Chen, Gerardo Zarazua de Rubens, Lance Noel, Johannes Kester, Benjamin K. Sovacool, (2020), Assessing the socio-demographic, technical, economic and behavioral factors of Nordic electric vehicle adoption and the influence of vehicle-to-grid preferences, Renewable and Sustainable Energy Review 121, https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109692.
3. F. Mandys, (2021), Electric vehicles and consumer choices, Renewable and Sustainable Energy Reviews 142, https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.110874.
4. Teresa Nogueira, Ezequiel Sousa, Gustavo R. Alves, (2022), Electric vehicles growth until 2030: Impact on the distribution network power, Energy Reports 8, https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.01.106.
5. Jude O. Ejeh, Diarmid Roberts, Solomon F. Brown, (2023), Exploring the value of electric vehicles to domestic end-users, Energy Policy 175, https://doi.org/10.1016/j.enpol.2023.113474.