يتم تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون واستهلاك المواد والطاقة على الجسور من خلال استخدام الهيدروجين والمركبات الكهربائية والبناء خفيف الوزن والتحكم الذكي

يتشكل محرك الأقراص المبتكر جنبًا إلى جنب مع القيادة الذاتية على مسار مصمم خصيصًا يفتح إمكانيات جديدة لجعل السيارة مستدامة بشكل خاص. مع فترة صلاحية مخططة تبلغ 100 سنوات وأكثر، يمكن توفير جزء كبير من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون والمواد أثناء الإنتاج والتشغيل. بالإضافة إلى ذلك، فإن التحكم الذكي المركزي في المركبات يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة.

المحتوى: يعتبر أسطول الجسر صديقًا للبيئة بشكل خاص، لأنه يتم دائمًا اختيار الحل الأكثر استدامة لمحرك الأقراص واختيار مواد البناء وتشييد الإطار

توجد على الجسور سيارات تعمل بالكهرباء والبطاريات والهيدروجين. وتوفر الجسور الهياكل الأساسية اللازمة للتزود بالوقود ليس فقط لمركباتها ؛ بدلاً من ذلك، يمكن للسيارات الإلكترونية أيضًا شحن بطارياتها على الطرق ويمكن لمركبات الهيدروجين شحن خزاناتها في محطات تعبئة الهيدروجين الموجودة عند الأذرع الخارجية السبعة للجسور وعند حلقة الجسر.

تتمثل الميزة الرئيسية الثانية لاستدامة الأسطول في توفير المواد ، وتحديداً من خلال التحسين الهيكلي ، وعدد أقل بكثير من المركبات ودورات الحياة الطويلة للمركبات.

وبالإضافة إلى ذلك، ينصب التركيز على مواد البناء المستدامة عند اختيار المواد. حيثما أمكن بشأن المواد الخام المتجددة، لأن أسطول مركبات الجسور وكذلك جسور فرانكفورت بأكملها ينبغي أن يكونا رائدين ومظهرا للابتكارات التي تلهم التنمية في مدن المستقبل.

على جسور فرانكفورت، يتم استخدام خزانات الهيدروجين والبطاريات في المركبات

عندما يتعلق الأمر بمحركات الأقراص الصديقة للمناخ، يتم مواجهة محركات الأقراص الكهربائية التي تعمل بالبطاريات والكهرباء الهيدروجينية بشكل متكرر.

بالنسبة لجسور فرانكفورت، تم التخطيط لكليهما، لأنه يمكن افتراض أنه اعتمادًا على الموقع الجغرافي ومهمة النقل ذات الصلة، أحيانًا تكون التكنولوجيا الأولى وأحيانًا الأخرى أكثر صداقة للبيئة وبالتالي أفضل من حيث البصمة البيئية الإجمالية.

نظرًا لأن صناعة السيارات الألمانية لا تزال تريد أن تلعب دورًا حاسمًا، ليس فقط في ألمانيا، ولكن أيضًا مع الصادرات في جميع أنحاء العالم، فإن العرض الألماني للابتكارات "حيث يتم التخطيط لكلتا التقنيتين كمحركات موجهة نحو المستقبل لجسور فرانكفورت.

يتم تجهيز المركبات الموجودة على الجسور بخلايا وقود أو بطاريات حسب حجمها

نظرًا لأن الأبحاث تشارك حاليًا بشكل مكثف في تطوير بطاريات يمكن بناؤها بدون مواد ضارة، فإن السباق بين الهيدروجين والبطارية لم يتم تحديده نهائيًا بعد. لذلك ، تم تطوير مفهوم الجسور بطريقة يتم فيها استخدام كلتا التقنيتين ، مع مراعاة مزايا وعيوب كل تقنية.

نظرًا لأن المركبات الثقيلة على الجسور ستحتاج أيضًا إلى بطاريات ثقيلة وكبيرة جدًا ، فإنها تعمل في الغالب بالطاقة الهيدروجينية والكهربائية ، بينما تعمل الحافلات والسيارات الأصغر على طاقة البطارية الكهربائية.

الفرق بين مركبات الهيدروجين والبطاريات

بادئ الأمر: يتم تشغيل كلا النوعين من المركبات كهربائيًا، لذا فإن الطاقة الكهربائية مطلوبة دائمًا للحركة.

الفرق: السيارات الكهربائية لديها بطارية توفر الطاقة. في سيارات الهيدروجين، يتم تحويل الهيدروجين إلى كهرباء بواسطة خلية وقود. لذلك تحتوي السيارة الهيدروجينية على بطارية صغيرة فقط لتخزين الطاقة.

نظرًا لأنه سيكون هناك الكثير من الطاقة الخضراء على الجسور، فمن المنطقي تشغيل جزء من الأسطول كهربائيًا

مطلوب مواد خام خاصة لإنتاج البطاريات ، ولا سيما الليثيوم والكوبالت والنيكل ، وظروف التعدين وعوامل أخرى حرجة بشكل خاص. من ناحية أخرى ، يمكن توليد الهيدروجين بواسطة المحلل الكهربائي ثم تخزينه في خزانات ، لا يتطلب إنتاجها مواد خام مماثلة لتصنيعها. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أيضًا تخزين الطاقة على شكل هيدروجين لفترات أطول دون خسائر كبيرة ، في حين أن التخزين في البطاريات الكبيرة المقابلة ممكن فقط لأيام أو بضعة أسابيع.

بمساعدة جسور فرانكفورت ، يتم إنتاج فائض من الطاقة الكهربائية ، والذي يتم تخزينه للاستخدام على المدى القصير في بطاريات الأكسدة والاختزال أو بطاريات الليثيوم ولفترات أطول في شكل هيدروجين في خزانات.

يتم توفير فوائض الطاقة للجسور لمواطني فرانكفورت لسياراتهم الإلكترونية ومركباتهم الهيدروجينية

يمكن إعادة تزويد المركبات بالوقود ليس فقط على الجسور، ولكن أيضًا تحت الجسور

تم تصميم محطات تعبئة الهيدروجين على الجسور بطريقة يمكن من خلالها تزويد جميع المركبات التي تعمل بالهيدروجين بحركة مرور الجسور بالوقود تلقائيًا. هذا يعني أن المركبات ذاتية القيادة تدخل تلقائيًا محطة تعبئة الهيدروجين وتبقى هناك حتى اكتمال عملية التزود بالوقود.

لن يتم ربط مركبات الجسر فحسب، بل سيتلقى مواطنو فرانكفورت أيضًا سبع محطات لتعبئة الهيدروجين في مواقع مختلفة في فرانكفورت عبر الجسور.

يمكن لمواطني فرانكفورت تزويد سياراتهم الكهربائية بالكهرباء الخضراء في محطات التعبئة الكهربائية المملوكة للجسر

توفر جسور فرانكفورت الكثير من الطاقة الخضراء، حيث تم تجهيز العديد من المناطق بألواح كهروضوئية.

لا تستخدم هذه الطاقة فقط لتزويد المنازل والمتاجر بالطاقة على الجسور، ولكن أيضًا لتزويد سيارات الجسر الكهربائية بالبطاريات.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن لسكان الجسر أيضًا استخدام محطات الشحن على أعمدة الجسور لشحن سياراتهم الكهربائية.

بالإضافة إلى محطات شحن الجسور، توجد أيضًا محطات شحن أبعد في المدينة، يتم تزويدها بالكهرباء من الفوائض الكهروضوئية للجسر الكهروضوئي.

يتم تخزين الكهرباء الزائدة من وحدات الجسور الشمسية والخلايا الكهروضوئية لنطاقات الطاقة حول فرانكفورت في شكل هيدروجين وإتاحتها لكل من أسطول الجسر والمحطات الهيدروجينية فرانكفورت

هناك 200 مركبة هيدروجينية كهربائية على جسور فرانكفورت ، والتي يمكن تشغيلها باستخدام البنية التحتية للطاقة في الجسور. ومع ذلك ، يتم إنتاج مثل هذا الفائض المرتفع من الهيدروجين الأخضر بحيث يمكن أيضًا توفير حوالي 80 حافلة فرانكفورت تابعة لشركة النقل العام في فرانكفورت - وهذا يتوافق مع 20 بالمائة من خطوط الحافلات في فرانكفورت.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك الطاقة الزائدة من نطاقات الطاقة (المستقلة عن الجسر) على طول الطرق السريعة والطرق الفيدرالية حول فرانكفورت ، والتي توجه أيضًا الكهرباء الزائدة إلى المحلل الكهربائي لمحطات تعبئة الهيدروجين في منطقة المدينة الممتدة.

من المحتمل أن تقع محطات تعبئة الهيدروجين في فرانكفورت على طرق الخروج الرئيسية ، لأن أهم العملاء سيكونون الشاحنات الثقيلة.

نظرًا لعدم تقديم خدمات أخرى على الأرجح بخلاف التزود بالوقود وسيتم تركيب خزانات الهيدروجين ، مثل المحلل الكهربائي ، تحت الأرض ، أي توفيرًا للمساحة للغاية ، فإن القرب المكاني من محطات التعبئة الحالية يعد فكرة جيدة.

القيادة التنبؤية ليست ممتعة فحسب، بل توفر أيضًا الطاقة

تضمن المنظمة المركزية أن تعمل المركبات بسلاسة وعمومًا لا تصمد إلا عند الحاجة. بالإضافة إلى ذلك، لا يتعين عليهم الفرامل والبدء من جديد، مما يستهلك أكبر قدر من الطاقة في حركة المرور في المدينة.

المركبات على جسور فرانكفورت تفرمل بشكل أقل ، وعندما تفعل ذلك ، فإنها تفعل ذلك مع المكابح

في القيادة الكهربائية، يتم تغذية الطاقة مرة أخرى في البطارية أثناء الكبح بواسطة المحرك: هذا ما يسمى بالاستجمام يستخدم بالفعل في سيارات اليوم ويزيد بشكل كبير من كفاءة الطاقة.

خبراء في هذا الموضوع

BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung - TU Dresden Professur für Elektrische Maschinen und Antriebe - ZSW Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff Forschung - Forschungszentrum Jülich IEK Institut für Energie und Klimaforschung - Forschungsnetzwerke Energie - DWI Leibnitz-Insittut für Interaktive Materialien

توفر المركبات التي يتم التحكم فيها مركزيًا على جسور فرانكفورت انخفاضًا كبيرًا في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من خلال تخطيط الطرق الموجهة نحو الطلب

«لا توجد طرق مجانية»، مما يعني: لا توجد منعطفات، ولا مسارات فارغة، ولا مركبة كبيرة جدًا لعدد قليل فقط أو راكب وما إلى ذلك. ولا يمكن تحقيق هذا الشكل من الكفاءة القصوى إلا بتنظيم مركزي للنقل.

يتطلب النظام المحسن مركزيًا مع المركبات في طراز مشاركة السيارات عددًا أقل من المركبات والموارد، مما يوفر أيضًا الطاقة

يعني التخطيط الذكي للأسطول الموجه نحو الطلب أن هناك حاجة إلى عدد أقل من المركبات، حيث لا يتعين تخزين المركبات الفردية غير المتوقفة لجميع الأشخاص.

تقف السيارة ثابتة حتى 90٪ من عمرها الافتراضي ، أي أنها تستخدم 10٪ فقط من وقتها (إذا كنت تعتقد أن دراسة أجراها معهد البحوث الاجتماعية والاقتصادية بجامعة كولونيا ، فإن السيارة تستخدم فقط 5٪ من وقته).

مع حركة المرور المستقلة على جسور فرانكفورت ، يتم نقل العديد من الأشخاص بنفس المركبات ، سواء في الحافلات والقطارات ، وكذلك في السيارات. لست مضطرًا لامتلاك المركبات لتتمكن من استخدامها بشكل مريح ، يمكنك الاتصال بها عبر تطبيق حسب الحاجة.

نظرًا لأن هذا النظام ذو أسعار جذابة ، فلن يرى المزيد والمزيد من الناس في المدينة الحاجة إلى سياراتهم الخاصة. هذا يقلل من الطلب على السيارات بشكل عام - ومعه الطلب على بطاريات الليثيوم والمواد الأخرى. ولتحقيق هذا الهدف يجب إيلاء أهمية خاصة لنظافة المركبات وسهولة الحجز.

تعني الاستدامة عددًا أقل من دورات استبدال السيارات على جسور فرانكفورت بسبب تقدير القيمة

يتم تقدير قيمة المركبات من خلال الحرفية والاهتمام بالتفاصيل

يتم صنع القطع جزئيًا يدويًا في أكاديمية المهنيين. تهدف العناصر الزخرفية والاهتمام بالتفاصيل النموذجية للمركبات القديمة إلى إظهار جمال المركبات بشكل متكرر. الهدف هو الابتعاد عن ثقافة الإقصاء والعودة نحو تقدير الأشياء. هذا يوفر كمية كبيرة من المواد والطاقة.

عدد أقل من الحوادث يعني أنه نادرًا ما يتم استبدال المركبات

التحكم المركزي وأسلوب القيادة الذاتية يمنعان الحوادث بشكل موثوق للغاية. كقاعدة عامة، لا يمكن تدمير مركبات الجسر بسبب الحوادث أو الإهمال، لأن النظام المستقل يتحكم بشكل موثوق وصحيح في جميع الأوقات. يمكن استبعاد الإفراط والإهمال ويمكن تصميم المركبات الموجودة على الجسور بطريقة معقدة في المقابل.

نظرًا لطول عمر المركبات على الجسور، لا يتعين شراء السيارات والحافلات والقطارات الجديدة باستمرار - على خلفية الموارد الشحيحة بشكل متزايد، يعد هذا عاملاً مهمًا في مدينة المستقبل

بالنسبة للمركبات الموجودة على جسور فرانكفورت، يتم البحث عن عمر خدمة يبلغ مائة عام وأكثر. إن طول العمر المذهل ممكن أيضًا للمركبات المستخدمة بانتظام، ولا تزال تظهر اليوم من خلال السيارات الصالحة للطرق من الخمسينيات أو الستينيات أو السبعينيات، كما يمكنك رؤيتها على سبيل المثال في بلدان مثل كوبا أو المغرب.

يجب ضمان متانة المركبات من خلال الصيانة والرعاية المنتظمة بالإضافة إلى الإصلاحات السريعة الكلاسيكية إذا لزم الأمر: من خلال الصيانة التنبؤية "تعرف المركبات متى يحين وقت الفحص أو الإصلاح والقيادة إلى إحدى الورش في نهاية الجسر. هناك يتم فحصها، أو إصلاح الأجزاء قبل وقت قصير من فسادها أو - إذا لم يكن ذلك ممكنًا - استبدالها. التصميم المعياري للمركبات يجعل من الممكن بسهولة استبدال الأجزاء الفردية. لذلك ليس من الضروري - كما هو الحال في كثير من الأحيان اليوم - استبدال مجمع بأكمله، على الرغم من أن عنصرًا واحدًا فقط معيب.

خبراء في هذا الموضوع

Fraunhofer ISI Institut für System- und Innovationsforschung - Hyson - Zentrum für Brennstoffzellentechnik ZBT - DVGW Forschungsprojekte zu Wasserstoff - FFE Forschungsstelle für Energiewirtschaft - Rainer Lemoine Institut

عند اختيار المواد الخاصة بالمركبات على الجسور ، تم مراعاة التوافق البيئي - من الاستخراج إلى التصريف -

تعتبر المواد التي تصنع منها المركبات باستمرار صديقة للبيئة - سواء في الاستخراج والمعالجة أو في التصريف - حتى لو لم يحدث ذلك لمدة 100 عام أخرى أو أكثر. والهدف من ذلك هو مراعاة دورة الحياة الكاملة لجميع المواد، أي من التحلل إلى التخلص منها وإمكانية إعادة استخدامها. إذا نظرت إلى السكك الحديدية الخشبية القديمة ، فمن المثير للإعجاب كم من الوقت يقومون بعملهم.

تستخدم المواد المتجددة والقابلة لإعادة التدوير للمركبات الموجودة على الجسور كلما أمكن ذلك

حيثما أمكن، تستخدم المواد الخام المتجددة، مثل الخشب في بناء المسارات، أو القنب والكتان والألياف الطبيعية الأخرى في الزخرفة الداخلية والزخرفة الداخلية.

يمكن استخدام مادة عازلة، على سبيل المثال. يمكن تجربة العديد من المواد المختلفة والمستدامة على جسور فرانكفورت.

وينبغي، قدر الإمكان، إعادة جميع المواد إلى دورة المواد الخام بعد انتهاء عمرها الإنتاجي أو إعادة استخدامها بالرفع أو الهبوط أو إعادة التدوير.

تتميز المواد شديدة التحمل بميزة دورات الحياة الأطول ، ولكن من العيوب أنها غالبًا غير قابلة لإعادة التدوير أو قابلة للتحلل الحيوي بدون بقايا

يتم تجنب مركبات الألياف ، التي تمثل مشكلة من حيث قابليتها لإعادة التدوير ، إلى حد كبير في هيكل المركبات على جسور فرانكفورت:

في حالة مركبات الألياف ، يتم نسج ألياف الزجاج أو الكربون في مادة حاملة ثم يتم ربطها بالراتنج. هذا يجعل النسيج عالي القوة ومتين. ومع ذلك ، لم يعد من الممكن فصل المكونين عن بعضهما البعض.

ومع ذلك ، ليس من المنطقي الاستغناء عن مركبات الألياف تمامًا: على سبيل المثال ، صهاريج الهيدروجين مصنوعة من مادة ألياف مركبة ، وهي أخف بكثير من الفولاذ. يتم تعويض ضعف إعادة التدوير للمواد المركبة المصنوعة من الألياف من خلال العمر التشغيلي الطويل للمركبات.

خبراء في هذا الموضوع

DECHEMA - Fraunhofer IFAM - Deutscher Wasserstoff- und Brennstoffzellenverband - Mission Hydrogen - TU Chemnitz Institut für Automobilforschung - DWI Leibnitz-Insittut für Interaktive Materialien

المركبات الموجودة على الجسور مصنوعة من مواد خفيفة الوزن

أهم شرط للمركبات على الجسور: أن تكون خفيفة! هناك عدة أسباب لذلك: من ناحية أخرى ، يمكن للمركبات الخفيفة توفير المواد عند بناء الجسور لأنها لا تتعرض لأحمال إضافية من المركبات. من ناحية أخرى ، نظرًا لنظام التحكم المركزي وطرق المرور المحمية ، ليست هناك حاجة لهياكل الاصطدام الثقيل في جسم السيارة.

من أجل تحقيق هذا الهدف ، تم تجميع كل "الكتلة" ، أي وزن أجزاء السيارة الفردية ، في "توازن الكتلة". في الخطوة التالية ، تم فحص كل مكون لمعرفة ما إذا كان يمكن جعله أخف وزناً من ذي قبل وكيف.

في حين أن السيارات القديمة الأصلية لا تزال تسير بمحرك الاحتراق الثقيل ولها أجسام فولاذية ثقيلة ، توجد اليوم تقنية خلايا الوقود كبديل ومجموعة واسعة من المواد خفيفة الوزن لبناء الجسم.

في العقود الأخيرة، أصبحت السيارات أثقل بشكل متزايد في المتوسط - أصبح البناء خفيف الوزن محور الاهتمام لعدة سنوات فقط

شيء واحد له علاقة بالآخر: إذا كنت تقود بسرعة أكبر ، فإنك تتعرض لقوة أكبر في حادث. لحماية الركاب ، عزز المصنعون الأجسام وحزموا العديد من معدات السلامة في السيارات.

النتيجة: أصبحت السيارات أثقل. أدى ذلك إلى إهدار كل من المواد والطاقة: من ناحية ، يزداد إنتاج المواد الخام لتصنيع السيارات ، ومن ناحية أخرى ، تتطلب المركبات الثقيلة مزيدًا من الطاقة لتسريعها.

نظرًا لأن المركبات يتم تصنيعها على جسور فرانكفورت في بناء خفيف الوزن، يتم توفير الكثير من طاقة القيادة

سواء كانت حافلات أو قطارات أو سيارات - يتم تصنيع أسطول المركبات بأكمله في بناء خفيف الوزن، وهو ما أصبح ممكنًا بسبب انخفاض مخاطر الحوادث بشكل كبير وانخفاض قوة التأثير. لأن جميع المركبات يتم ربطها عبر نظام تحكم مركزي، والذي يتبادل دائمًا المعلومات حول المواقع والسرعات والمناورات التالية لجميع المركبات، مما يمنع الحوادث. بالإضافة إلى ذلك، لا تسير المركبات أسرع من 30 كيلومترًا في الساعة، بحيث لا تكون التعزيزات المعتادة للجسم ضرورية أيضًا في أجزاء كبيرة.

ومع انخفاض كل جرام، يتم أيضًا توفير طاقة القيادة: تزن المركبات الموجودة على جسور فرانكفورت حوالي 20 إلى 40 في المائة أقل من السيارات التقليدية. وهذا يؤدي إلى انخفاض استهلاك الطاقة بنسبة 10 في المائة تقريبًا.

تم تطوير نموذج خفيف الوزن لأطول حافلة وأطول خط سكة حديد على الجسور (انظر أدناه).

لقد طور مركز الفضاء الألماني(DLR) بالفعل عددًا من هياكل السيارات خفيفة الوزن - على سبيل المثال ، هيكل الجسم متعدد المواد هذا مع نسبة عالية من البلاستيك المقوى بالألياف

من أجل التمكن من تنفيذ بئر بناء خفيف الوزن، تم توثيق الأوزان المكونة للمركبة Neoplan NH 6/7 "في توازن كتلي

تم إدخال أوزان مكونات السيارة الأساسية في جدول توازن الكتلة. بهذه الطريقة ، يمكن إجراء تقدير دقيق نسبيا لوزن المركبات.

للحصول على نظرة عامة أفضل ، يتم تقسيم الأوزان إلى فئات مختلفة: "الإطار ، هيكل السيارة " ، "النظام المستقل ، المناخ ، العناصر الخفيفة" ، "مجموعة نقل الحركة" و "الركاب".

لكل فئة ، هناك قوائم فردية واسعة النطاق مع المكونات والأوزان المعنية.

تكمن إمكانات التوفير بشكل خاص في تحسين هيكل الإطار وفي تحليل طريقة العناصر المنتهية لعوارض المحور.

يُظهر مستخلص من توازن الكتلة الأوزان الفردية للمكونات

يتم عرض أوزان المناطق "الإطار" و "الداخلية" و "الخارجية: اللوح الخشبي بالخارج" بشكل مبسط كمقتطف من الملف الأصلي لميزان الكتلة.

يمكن العثور على مكونات الوزن الرئيسية لهذه المناطق في القائمة.

الاستنتاج: استخدام أسطول المركبات على النحو الأمثل من أجل الاستدامة كنموذج لعالم المركبات في المستقبل

بسبب "المسار الحيوي" الذي يمكن تحقيقه على الجسور ، تتعرض مركبات الجسر لأحمال منخفضة بشكل كبير: سرعة القيادة منخفضة ، وخطر الاصطدام يكاد يكون صفرًا ، كما أن خطر الانقلاب شبه معدوم - جميع العوامل التي تفضل الاختيار المستدام للمواد واستهلاك منخفض للمواد (وبالتالي انخفاض الوزن).

حتى لو استغرق الأمر عقودًا قبل أن يتم تنفيذ حركة مرور مماثلة على الطرق ، يمكن تطوير الخصائص المناسبة لعالم المركبات في المستقبل وتطبيقها هنا مقدمًا.