יעילות צריכת אנרגיה – מיתוסים ושברם

אחד המשתנים החשובים בבחינה ובחירה של אמצעי תחבורה מועדף הוא יעילות צריכת האנרגיה שלו. באופן אולי מפתיע, יעילות צריכת האנרגיה של אמצעי התחבורה נקבעת לא רק על ידי תכונות טכנולוגיות והנדסיות, אלא לא פחות מכך על ידי העדפות חברתיות.

 יעילות צריכת האנרגיה של אמצעי תחבורה היא אחד המשתנים החשובים ביותר בבחינה ובחירה של אמצעי תחבורה מועדף. צריכת האנרגיה היא בעלת חשיבות כלכלית גוברת, בעידן שבו צריכת האנרגיה העולמית עולה ומחיריה מאמירים, היא נמצאת בדרך כלל ביחס ישיר למידת המזהמים וגזי החממה שפולט אמצעי התחבורה, והיא בעלת חשיבות מדינית לאור העובדה שמשאב אנרגיה יעיל ונח לשימוש – הנפט – נשלט בידי מספר מצומצם של מדינות ותאגידים.

הטבלה הבאה מפרטת נתוני “צריכת דלק” לאמצעי תנועה ותחבורה שונים. הטבלה אינה מספקת נתונים מדויקים, ודאיים, או ממוצעים סטטיסטיים, אך היא אינה תלושה מהמציאות בסדרי גודל גסים. מטרתה העיקרית של הטבלה אינה לשמש כלי לבחירה בין אמצעי תחבורה שונים, אלא לשמש אמצעי המחשה לצורך הסבר אודות המשתנים המשפיעים על יעילות צריכת האנרגיה של אמצעי התחבורה השונים ומשקלם. לצורך השוואה של צריכת אנרגיה בין אמצעי תחבורה שונים, העושים שימוש שונה במקורות אנרגיה שונים, נדרש למצוא מכנה משותף. בספרות המקצועית העוסקת בתחבורה השוואת יעילות צריכת האנרגיה של אמצעי התחבורה השונים נעשית ביחידות למדידת אנרגיה, כמו ג’אול, קילוואט או BTU – (British Thermal Unit). בטבלה הבאה מבוטאת צריכת האנרגיה במדד פחות מקובל, אך יותר מוחשי וקל לתפיסה על ידי אדם מן היישוב בישראל – “קילומטר לליטר”. חלק ניכר מבעלי כלי הרכב יודעים בקנה מידה גס מהו מספר הקילומטרים שהמכונית שלהם יכולה לעבור כשהיא צורכת ליטר דלק אחד, וזהו מדד השוואתי הנלקח פעמים רבות בחשבון בשיקולי רכישת רכב. חלק חשוב מאמצעי התחבורה אינו מונע על ידי מאגרי אנרגיה נוזלים הנמדדים בליטרים – כך לדוגמא, רכבות רבות בעולם מונעות על ידי חשמל, חלק מהאוטובוסים מונע בגז טבעי, הליכה רגלית ואופניים מונעים על ידי אנרגיה מן החי. הקשיים לאמוד במדויק ולהשוות צריכת אנרגיה נובעים לא רק משימוש במקורות שונים לגמרי, אלא גם מהבדלים בין סוגי דלקים נוזליים שונים – כמו בנזין, דיזל, ביו-דיזל או אתנול – המקשים על ההשוואות. מדד ה – “קילומטר לליטר” ממיר את האנרגיה הנדרשת לאמצעי התחבורה השונים לאנרגיה הטמונה בליטר דלק, כמדד גס היוצר מכנה משותף, וקל יחסית לתפיסה.

 אמצעי התנועה                  קילומטר לליטר לנוסע

רכיבה טבעית על אופניים       270 קילומטר לליטר

רכבת בין עירונית מלאה         170 קילומטר לליטר

אוטובוס מלא                        100 קילומטר לליטר

הליכה רגלית                       100 קילומטר לליטר

מיניבוס שירות                      38 קילומטר לליטר

רכב צמום                            35 קילומטר לליטר

רכב היברידי                        33 קילומטר לליטר

אוטובוס                               27 קילומטר לליטר

קטנוע                                 25 קילומטר לליטר

אופנוע                                22 קילומטר לליטר

רכבת פרברים                    20 קילומטר לליטר

רכבת קלה וכבדה               18 קילומטר לליטר

רכבת בין-עירונית                18 קילומטר לליטר

רכב פרטי                          15 קילומטר לליטר

רכב פרטי בנסיעה עירונית   12 קילומטר לליטר

רכב שטח                         11 קילומטר לליטר

כדי להמחיש את סדרי הגודל של צריכת דלק ואת חוסר הדיוק הטמון בהם, נציין כי רכב שטח “זולל דלק” עשוי לצרוך ליטר דלק כל 5 קילומטרים של נסיעה, מכונית משפחתית עממית עשויה לצרוך בדרך בין עירונית ליטר על כל 10 קילומטרים ומכונית קטנה ויעילה עשויה לצרוך ליטר דלק על כל 17 קילומטרים. במדידות שנערכו בבריטניה נמצאו דגמי רכב צמומים, “פולקסווגן פולו” או “סיאט איביזה”, כיעילים בצריכה של ליטר דלק לנסיעה של 26.3 קילומטר. צריכת הדלק של הרכב ההיברידי “טויוטה פריוס” נמדדה בבריטניה ונמצא שהוא צורך ליטר דלק כל 23 קילומטרים, ואילו בארצות הברית נמצא שהוא צורך ליטר דלק כל 20 קילומטרים. בארצות הברית ה- “טויוטה פריוס” נחשבה בשנת 2007 כמכונית הנוסעים היעילה ביותר בצריכת אנרגיה. אוטובוסים צורכים דלק בסדרי גודל של ליטר לכל 2 – 3 קילומטרים.

שיפורים טכנולוגיים

תעשיית הרכב בעולם פועלת באופן רצוף לשפר את יעילות צריכת הדלק של כלי הרכב. בשנים האחרונות היעילות של צריכת הדלק בתחבורה הפרטית גדלה בארצות הברית בשיעור ממוצע של כ- 1.5% מדי שנה, אך מסתבר כי לעת עתה כלי הרכב ההיברידים שפותחו ביפן הגיעו להישגים הטובים ביותר כתוצאה מחדשנות טכנולוגית בתחום יעילות האנרגיה של כלי רכב. בנוסף לכך, כלי רכב קלים וצמומים מצליחים להגיע ליעילות גבוהה, גם ללא שיפורים פורצי גבולות. מעניין שהחקיקה במדינות האיחוד האירופי המכוונת ליצרני הרכב, מדגישה את השאיפה להפחתת פליטות של גזים רעילים וגזי חממה מכלי רכב, ואילו החקיקה בארצות הברית מדגישה את הגברת יעילות צריכת הדלק.

בארצות הברית נחקק בשנת 2007 “חוק עצמאות האנרגיה והביטחון” – Energy Independence and Security Act of 2007, המדגיש את השאיפה לעצמאות מתלות בהספקת מקורות אנרגיה זרים. חוק זה דורש, בין השאר, שממוצע צריכת הדלק של מכונית חדשה בארצות הברית יעלה מ – 27.5 מייל לגלון, המקובל כיום, ל 35 מייל לגלון בשנת 2020. במונחים המקובלים בישראל המשמעות היא העלאת ממוצע צריכת הדלק לרכב פרטי מכ – 11.7 קילומטר לליטר כיום לכ – 14.9 קילומטר לליטר בשנת 2020. המחוקק האמריקאי דורש מיצרני הרכב שישפרו תוך 12 שנים את יעילות צריכת הדלק של כלי הרכב החדשים בשיעור של כ – 27%, דרישה המחייבת שיפור יעילות צריכת הדלק בשיעור העולה על 2% בשנה, ומאותתת ליצרני וצרכני הרכב בארצות הברית, כי אופנת כלי רכב גרגרני אנרגיה עשויה לחלוף.

“מקדם המטען”

כבוד הציווי של המחוקק האמריקאי לייעל את צריכת האנרגיה בכלי רכב בשיעור של 27% בתוך תריסר שנים במקומו מונח, וכך גם האתגר ההנדסי והטכנולוגי שהוא מציב. טבלת צריכת האנרגיה לנוסע נועדה להמחיש כי ניתן לייעל את צריכת האנרגיה לתחבורה באופן משמעותי הרבה יותר מאשר באמצעות שיפורים טכנולוגיים, על ידי שינוי הרגלים חברתיים שיובילו לשימוש יעיל בכלי הרכב הקיימים. גורם המפתח בכל מדידת צריכת אנרגיה של אמצעי תחבורה למרחק נתון הוא “מקדם המטען” – מספר הנוסעים העושה שימוש באמצעי התחבורה. רכבת הנוסעת בתפוסה מלאה יכולה להגיע לצריכת אנרגיה מרשימה העולה על 170 קילומטרים באמצעות ליטר דלק אחד לנוסע, וכאשר מחלקים את צריכת הדלק של אוטובוס עמוס נוסעים בין נוסעיו הרבים ניתן להגיע לצריכת דלק העולה על 100 קילומטרים לליטר לנוסע. אפילו רכב שטח ששותה לשכרה ליטר דלק כדי להתקדם 5 קילומטרים, עשוי להפוך חסכוני כאשר הוא מוביל 6 נוסעים – אז צריכת הדלק לנוסע תוכפל ל – 30 קילומטרים לליטר לנוסע.

לאור חשיבותו המכרעת של “מקדם המטען”, קולות רבים קוראים לבצע ולעודד מהלכים שמטרתם הגדלת מספר הנוסעים העושה שימוש משותף באמצעי התחבורה הפרטיים והציבוריים הקיימים. אלא שהמציאות מאכזבת וטופחת על פניהם של הקוראים לשיתוף נסיעות. תפוסת נוסעים ממוצעת ברכב פרטי ברחבי ארצות הברית נעה בסביבות 1.2 – 1.6 נוסעים לרכב פרטי. מדידות שנערכו בבריטניה בשנת 2006 מצאו כי בממלכה המאוחדת רכב נוסעים משמש בממוצע כ – 1.6 נוסעים. תפוסת אוטובוס ממוצע בבריטניה היא 9 נוסעים, ובארצות הברית ממוצע נוסעי אוטובוס בשנת 2006 עמד על 10.7 נוסעים בלבד. רכבות הפרברים בבריטניה נעות כשהן מניעות בממוצע כשליש מהקיבולת המרבית שלהן.

רנדל אוטול הוא חבר בכיר במוסד המחקר “קאטו”. ביום 14.4.2008 פרסם מוסד “קאטו” מחקר מקיף שערך רנדל אוטול, ובחן את השאלה, האם תחבורת רכבות חוסכת אנרגיה או מפחיתה פליטת גזי חממה? במסגרת מחקר זה נבדקו ונותחו נתונים רשמיים רבים של מערכות תחבורה ציבוריות במדינות השונות של ארצות הברית. תוצאות המחקר עשויות להפתיע ולעמוד בניגוד לאינטואיציה הטבעית, המניחה כי יעילות האנרגיה של מערכות תחבורה בעלות קיבולת רבה, משופרת מהיעילות של אמצעי תחבורה אישיים ופרטיים. תוצאות מחקרו של אוטול, מזכירות את משלו המפורסם של איזופוס על תחרות הריצה בין הארנב והצב, שבה הארנב, בעל נתוני הפתיחה המבטיחים מפסיד במרוץ. אוטול גילה כי דווקא רכבות, ובפרט רכבות עירוניות, הנחשבות כבעלות פוטנציאל מובהק ליעילות ניצול אנרגיה גבוהה, הן למעשה בין המערכות הפחות יעילות בהשוואה למערכות אחרות, כמו אוטובוסים ואפילו בהשוואה לכלי רכב פרטיים.

ליעילות צריכת האנרגיה המאכזבת של הרכבות מספר הסברים:

* גורם המשקל הקבוע נטו – מערכות תחבורה עתירות נוסעים בנויות כדי להסיע נוסעים רבים, ולכן משקלם נטו גבוה. קרון רכבת  טיפוסי שוקל בסביבות  45 טון ואף יותר, אוטובוס שוקל כ – 12 טון ורכב פרטי צנוע עשוי לשקול כטון. המשקל נטו של המערכות עתירות הנוסעים נוטה לעלות בהרבה על משקל המשתמשים במערכות. יתרון המשקל הגבוה בשעות שיא – בהן נוסע מספר רב של נוסעים, הופך לחסרון ברוב שעות היממה – בהן אמצעי התחבורה הציבוריים נעים כשהם נושאים בעיקר את משקלם העצמי הגבוה ומספר נמוך של נוסעים.

* לוחות זמנים וקווים נוקשים ומאולצים שאינם הולמים ביקושים – מרבית מערכות התחבורה הציבורית פועלות באופן מאולץ במסלולים קבועים מראש ולפי לוחות זמנים קבועים מראש ולא לפי ביקושים בזמן אמת. רכבות או אוטובוסים נוסעים שעות רבות כשהם כמעט ריקים, כדי לספק שירות סדיר, גם כאשר מעט נוסעים זקוקים לו. רכב פרטי יכול להיות צמוד לבעליו ולחנות כאשר הוא אינו בשימוש עד לחזרת הנהג לרכב, לעומתו, התחבורה הציבורית נעה הלוך וחזור על קווים קבועים, וכך רכבת עשויה לנסוע מלאה ולחזור כשהיא ריקה, ואוטובוס יכול לנוע עם מספר זעום של נוסעים על קו מפותל כשהוא מבזבז בדרכו אנרגיה רבה. מפעילי התחבורה הציבורית שואפים לפעול במסלולים וזמנים מבוקשים כדי להגדיל את הנצילות של המערכות הפועלות, אך כאשר אין שירות סדיר ומפוזר בזמן ובמרחב, רמת השירות של התחבורה הציבורית יורדת, הנוסעים עוברים לאמצעי תחבורה חליפיים, ובכך מגדילים את יעילות המתחרים ופוגמים ביעילות התחבורה הציבורית. אמצעי התחבורה המשותפים שמצליחים לפעול ביעילות יותר מאחרים הם המטוסים או הרכבות הבין-עירוניות המהירות – מערכות אלו פועלות על צירים מבוקשים, ונערך בהן כרטוס מוקדם, המקל על ויסות ומילוי קיבולת אמצעי התחבורה. בבריטניה, לדוגמא, הרכבות המהירות מגיעות לתפוסה ממוצעת של 70% ואילו הרכבות הרגילות לתפוסה ממוצעת של 33% בלבד.

* מדיניות ובירוקרטיה  – רשויות, סוכנויות או חברות המפעילות שירותי תחבורה ציבורית נוטים לרכוש כלי תחבורה גדולים מסיבות שונות. חברות אוטובוסים מעדיפים פעמים רבות צי אחיד של אוטובוסים גדולים לעומת צי הכולל אוטובוסים במגוון גדלים מסיבות שונות: צי אחיד מפשט את מערכת האחזקה, ומאפשר להתמחות בסוג מסוים של כלי רכב. קיבולת גבוהה של אוטובוסים משמשת מכנה משותף רחב לייעודים שונים ומקלה על ניהול צי הרכב. סובסידיות ציבוריות הניתנות למפעילי התחבורה הציבורית מעודדים לעיתים רכישת אוטובוסים גדולים, גם כאשר הקיבולת אינה מנוצלת כראוי. משיקולים מדיניים מפעילי תחבורה ציבורית נדרשים לספק שירותי תחבורה לאזורים בהם הביקושים לנסיעות דלילים בזמן או במרחב, כמו נסיעות לאזורי ספר, למוסדות חינוך, לשכונות דלילות אוכלוסין, או לאזורים בהם אמצעי התחבורה העיקרי הוא רכב פרטי.

מחקרו של רנדל אוטול מצא כי בארצות הברית נבנו בחצי היובל האחרון קווים חדשים של רכבות קלות בערי מטרופולין רבות, אך למרות ההשקעות הנכבדות, מספר הנוסעים ומרחקי הנסיעה הממוצעים שלהם הלכו ופחתו, ועמם פחתה יעילות ניצול האנרגיה של הרכבות, עד לרמה הקרובה לזו של מכוניות נוסעים ממוצעת.

תנאי סביבה

יעילות צריכת האנרגיה של אמצעי תחבורה תלויה במידה רבה בסביבה בה הם פועלים, לא פחות מתכונותיהם הפנימיות. יעילות ניצול האנרגיה של אמצעי תחבורה יעיל עלולה להידרדר, כאשר בפועל הוא נדרש להתעכב בפקקי תנועה, בצמתים עמוסים או בצירים גדושים, כשהמנוע פועל ללא תפוקה מעשית של הובלת נוסעים למרחק. אמצעי תחבורה ציבורית מאספים מאבדים בדרכם אנרגיה רבה כתוצאה מעיכובים והמתנות תדירות להעלאת והורדת נוסעים ללא תנועה. ככל שמספר הנוסעים ברכב גדול יותר, לא רק היתרונות מכפילים את עצמם – גם חסרונות וחוסר יעילות מוכפלים במספר הנוסעים. אמצעי תחבורה עלולים לאבד יעילות ניצול אנרגיה, כתוצאה מגורמים סביבתיים וחיצוניים מגוונים, כגון, נסיעות קצרות בהן מנועי בעירה אינם מספיקים להתחמם ולהגיע לניצולת מרבית, דרכים משובשות, או העדר תאום בין אמצעי תחבורה שונים. מאידך, ניתן לשפר יעילות אנרגיה על ידי שיפור תשתיות של כלי רכב או ניהול מושכל של מערכות בקרת תנועה.

תחזוקה

צריכת האנרגיה בפועל נקבעת לא רק על ידי המהנדסים של אמצעי התחבורה השונים, אלא גם על ידי אופן השימוש והאחזקה של המערכות הטכנולוגיות על ידי המשתמשים. מידת השימוש במערכות מיזוג אוויר, לחץ האוויר בצמיגי רכב, גיל הרכב, תכולת תא מטען או מצב התחזוקה של המנוע, הם דוגמאות לשימוש מעשי שיכול לשנות את נתוני יעילות צריכת האנרגיה של אמצעי תנועה.

סיכום

יעילות צריכת אנרגיה של אמצעי תחבורה שונים נקבעת לא רק על ידי היעילות ההנדסית או הטכנולוגיות של אמצעי התחבורה, אלא בעיקר על ידי אופן השימוש הנעשה בהם. הגורם בעל המשקל הגבוה ביותר המשפיע על יעילות צריכת האנרגיה הוא ההתאמה בין הקיבולת של אמצעי תחבורה לבין העומס המנצל בתבונה את היכולת והקיבולת. מערכות עתירות נוסעים עשויות לפעול באופן יעיל ביותר כשהן משרתות מספר רב של נוסעים, אך גם בחוסר יעילות מופגן, כאשר מתקיימים פערים בין הניצול המעשי לבין הקיבולת הפוטנציאלית.

בעולם נעשו ונערכים מאמצים שונים לשפר את יעילות האנרגיה של התחבורה באמצעים ניסיונות לכוון התנהגות משתמשים, כמו נתיבים מיוחדים לכלי רכב בעלי תפוסה גבוהה, נתיבי תחבורה ציבורית, או תמיכה כספית בתחבורה ציבורית. האמצעים מכווני ההתנהגות לא תמיד הוכיחו את עצמם, ומדינות שונות פנו לאמצעים טכנולוגיים, כמו עידוד כלי רכב היברידיים, או החוק האמריקאי הקוצב לתעשיית הרכב מעבר מדורג לכלי רכב יעילים יותר בצריכת האנרגיה.

ניתן להשיג שיפור ביעילות צריכת אנרגיה להובלת נוסע למרחק נתון, לא רק על ידי ניסיונות מאולצים לצרף נוסעים רבים על אמצעי תחבורה כבדים, אלא דווקא על ידי עידוד תנועה באמצעות כלי רכב קטנים, קלים ומודולריים, המיועדים לנסיעת מעטים, ואינם גוררים מערכות כבדות כאשר אין בהם צורך. היעילות הגבוהה של צריכת אנרגיה לנוסע באמצעות תחבורת אופניים ממחישה את יתרונותיהם של מערכות תחבורה אישיות וקלות – יעילות האנרגיה יוצאת הדופן של האופניים לא נובעת רק מיעילות השימוש באנרגיה על ידי גוף האדם, אלא מהעובדה שנעשה שימוש בכלי תחבורה קל, בעל מושב אחד, ההולם את המשקל של רוכבו, שלעולם לא ינוע ויצרך אנרגיה לשווא כשהמושב ריק.

מקורות וחומר לעיון:

ויקיפדיה – יעילות צריכת דלק

Does Rail Transit Save Energy or Reduce Greenhouse Gas Emissions? Randal O’Toole

נתוני צריכת אנרגיה בארצות הברית

נספח 2 לדו”ח הועדה לבחינת הרפורמה בתחבורה הציבורית

Leave a Reply