商業輸送業界の電化へのロードマップ: 進展と課題

消費者向け電気自動車 (EV) は、過去10年間で著しい市場浸透を遂げました。Reutersによると、2023年第3四半期には米国でこれまでで最大のEV販売が記録されました。市場シェアは7.9%で、前年同期比でほぼ50%増加しました。しかし、他の輸送業界では電化の採用が遅れています。本記事では、今後電気自動車技術の成長が期待されるいくつかの非消費者セクターと、商用車両の電化を遅らせる原因となっているEVフリート充電インフラの課題について検討します。

現在および将来の輸送トレンド

バスとトラックは、輸送の電化における次の課題となっています。幸いなことに、バッテリーマネジメントシステム、オートモーティブリレー、オートモーティブコネクタなど、EV技術の急速な進歩がこれらの輸送セグメントでのEVの普及を加速させています。

バッテリー電動バス (BEB)

バッテリー電動バス（BEB）は、トロリーワイヤーで動力供給される電動バスとは異なり、都市環境でますます人気を集めています。BEBは、燃焼式バスやトロリーバスと比較して、運用コストの低さ、排出量の削減、メンテナンスの容易さから公共交通ネットワークで使用されています。

しかしながら、これらの利用には充電インフラが必要であるため、インフラ政策への奨励が少ない地域では採用が遅れる可能性があります。世界のいくつかの都市、例えば深センでは、政府による大規模な奨励措置と中国のEVメーカーであるBYDのおかげで、すでに市営バス車両全体を置き換えています。

シリコンカーバイドMOSFETなどのパワー半導体技術の進歩により、より安価で効率的なバッテリーアセンブリが可能になります。バッテリー技術が進化し続けるにつれて、BEBバスの航続距離が改善され、これらの車両のコストが低下し、より広く普及することが期待されます。

走行中充電バス (IMC)

BEBやトロリーバスに対するハイブリッドソリューションとして、インモーション充電（IMC）バスがあります。この新興の電動バス技術は主に中欧で見られます。既存のトロリーラインが設置されている都市では、IMCバスは移動中に充電し、必要に応じてトロリーラインから離れることができます。

IMCバスは、車両全体の航続距離が長く、車両重量が軽く、洗練されたバッテリーマネジメントシステムを使用し、直接電力と連動して動作します。IMCは、消費者向け車両インフラの強化とともに誘導式道路充電技術が進展するにつれて、市場拡大が見込まれる可能性があります。

中低価格帯の高耐久トラック

大型トラックは特に短距離ルートを運行するものにおいて、徐々に電動化へ移行しています。これらの車両は、一般消費者向けの車両とは大幅に異なる重量や出力の要件を持っていますが、車両の性能向上やフリート保守コストの低さを考慮すると、その採用には利点があります。

低走行距離のストップとスタートを繰り返す用途、例えば配送車やゴミ収集車などでは、電気自動車が内燃機関車両の競合よりもはるかに効率的で費用対効果が高いことが証明される可能性があります。特にその高い瞬間トルク性能を考慮すると、電動の大型車両は近いうちに広範な採用が進むことが予想されます。

たとえば、Amazonは最近EVメーカーのRivianと提携し、2030年までに10万台の配送車両を製造し、既存の内燃式車両を段階的に置き換えることを目指しています。これは、2040年までにネットゼロの炭素排出を達成する取り組みの一環です。この新しい車両のフリートには、最先端のEV技術、自動車センサー、そして高度なバッテリー管理システムが搭載され、Amazonが顧客に効率的なサービスを提供し、コストを削減するのに役立ちます。

EVフリート充電の課題

航空機、大型船舶、長距離トラックなどの輸送手段は、以下の理由により近い将来ではEV技術を採用する可能性が低いとされています：

電力密度

現在、バッテリーの出力重量比が高すぎるため、航空に採用することが非効率または不可能となっています。航空機は最大効率を達成するために、可能な限り軽い重量で膨大な出力を必要とします。燃焼ベースの航空分野でも、航空機が重いほど飛行コストが高くなります。

航空会社は燃料重量を重要視しており、効率を最大化するために各フライトごとに最小限の予備燃料で運航することを選択します。同様に、大型船舶はその輸送に膨大なエネルギーを必要とします。このエネルギーを貯蔵することは一見可能に思えるかもしれませんが、現代のバッテリーでは依然として重量が重すぎて燃料を置き換えることができません。例えば、標準的なコンテナ船は約300万ガロンのディーゼル燃料を運ぶ場合があります。1ガロンのディーゼル燃料には138,700 BTUまたは40.6 kWhが含まれており、これはTesla Powerwall 3を3台分のエネルギー貯蔵量と等しい値です。Tesla Powerwall 3を3台分では、体積が23,666.4立方インチで重量は861ポンドですが、ディーゼル燃料1ガロンでは231立方インチで重量が7.1ポンドです。

つまり、同じ電力性能を備えた完全電動のコンテナ船になるためには、現在の燃料貯蔵重量の121倍、貯蔵スペースの102倍をサポートする必要があります。比較のために言えば、900万個のTesla Powerwall 3（300万ガロンのディーゼルに相当）は、30,211個の輸送コンテナと同じ容積になります。世界最大のコンテナ船は24,000個のコンテナを運搬でき、運航のために500万ガロン以上の燃料を貯蔵しています。

EVフリート充電インフラの課題

電気自動車には、充電ステーションやドックなどの支援インフラが必要です。この充電インフラの開発は、都市部では費用がかかり、地方では費用が高すぎて実現困難となり、海上環境では技術的に実現不可能な場合があります。

飛行機、船舶、長距離トラックの中で、近い将来に支援インフラが整備される可能性が最も高いのは長距離トラックです。というのも、多くの都市環境ではすでに一般消費者向け車両を支援するためのインフラの電化が開始されています。長距離トラックにとってのより大きな課題は、農村地域の電化であり、これは長距離EVの走行範囲を超える一定の貿易ルートの制限にしかつながらない可能性があります。

地方地域では、長距離車両のフリートを継続的に充電するのに十分強力なインフラどころか、電力インフラ自体が限られているか、ほとんど存在しない場合があります。長距離トラックを導入するには、地方の休憩所や内燃車両向けのガソリンスタンドが存在するように、戦略的な充電拠点で専用のエネルギー生成および輸送が開発される必要がある可能性があります。

商業用EVのコストに関する考慮事項

一部の業界では技術的に電動化を実現することが間もなく可能になるかもしれませんが、そのコストが高額すぎる場合があります。車両のフリートを内燃機関から電気自動車に変更することは、どの企業にとっても費用が高すぎる可能性があります。

利益率が限られている業界では、たとえ長期的には運用コストが低くても、車両やインフラの初期コストが普及を妨げる可能性が高いです。規制や政策によるインセンティブは、投資コストを相殺し、広範な普及を加速する可能性があります。これは、政府の税額控除が、その採用に積極的な国々で消費者向け車両の採用を加速させる方法に似ています。

商用電気自動車の急増

大型の海洋船舶、航空機、長距離トラックなど、一部のセクターでは電動化の採用が遅れる可能性がありますが、最近のEV技術の進歩により商業輸送に革命をもたらしています。BEBおよびIMCバスは、運用コストの低さ、排出量の削減、優れた性能により国際的に注目を集めています。重荷重トラックも電動化の復活が見込まれています。これは、Amazonが今後10年間で10万台の内燃機関ベースの配送車をEVに置き換える計画を立てていることからも明らかです。

電力密度、インフラストラクチャの制約、初期コストの高さといった課題は、一部の業界における電化の進展を遅らせる要因となるでしょう。それでも、バッテリーモニタリングシステム、電力管理、EV技術の進化が続く中で、今後数年間でほぼすべての業界やセクターでEVの採用が進むと予想されます。