Wodorowa rewolucja w motoryzacji – czy i kiedy nastąpi?

180

Do 2050 roku emisja dwutlenku węgla ma zostać obniżona o 90%. 15 lat wcześniej Unia Europejska planuje zakazać sprzedaży nowych samochodów z silnikami spalinowymi. Pierwszym szeroko stosowanym alternatywnym rozwiązaniem stały się auta elektryczne. Jednak, jak doskonale wiadomo, nie jest to w 100% czysta energia – w końcu prąd do zasilania auta również trzeba jakoś pozyskiwać. Kolejnym ich problemem jest utylizacja akumulatorów, które zawierają szkodliwe dla środowiska substancje. Ponadto, ich proces produkcji jest wysokoemisyjny.

Mianem paliwa przyszłości określany jest zatem wodór. Prace nad jego wykorzystaniem w motoryzacji trwają już od dekad, a niektóre rozwiązania zaczęły już być stopniowo wprowadzane na rynek. Zatem czy w przyszłości dojdzie do wodorowej rewolucji w motoryzacji? Jeśli jest to możliwe, to kiedy możemy się spodziewać, że ten pierwiastek będzie powszechnie stosowany jako paliwo dla samochodów? Wszystkie te informacje zostaną omówione poniżej. Zacznijmy jednak od przybliżenia samego wodoru jako pierwiastka, który może być wykorzystywany jako paliwo:

Wodór – podstawowe informacje

Wodór uznawany jest za najpowszechniej występujący pierwiastek we wszechświecie. Otacza nas zewsząd, choć z reguły nie w postaci czystej, ale w formie najróżniejszych związków chemicznych. W efekcie, można pozyskiwać go z różnych surowców i na wiele sposobów, jest świetnym nośnikiem energii, a jako paliwo samochodowe ma neutralny wpływ na środowisko produktem jego spalania jest tylko para wodna.

Pozyskiwanie wodoru

Dziś połowa wytwarzanego na świecie wodoru powstaje z pomocą reformingu parowego metanu, czyli reakcji katalitycznej z parą wodną, która odbywa się przy temperaturze około 800 stopni Celsjusza. Duży udział ma również pozyskiwanie z ropy naftowej, węgla, czy elektroliza wody. Wodór można również produkować w technologii plazmowej, fotofermentacji, biofotolizy wody i jeszcze na kilka innych sposobów, a wiele koncernów wciąż pracuje nad rozwojem najbardziej opłacalnej metody, która upowszechni zastosowanie tego pierwiastka.

Prace nad wykorzystaniem wodoru jako paliwa transportowego były już rozpoczęte w latach dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku. Może być on wykorzystywany na dwa sposoby. Pierwszy – jako paliwo, które ulega spalaniu w komorze silnika oraz drugi – przy wykorzystaniu ogniw paliwowych, wytwarzających energię napędzającą silnik elektryczny.

Wodorowe ogniwa paliwowe

Ze względu na szereg zalet (lekkość, łatwość i szybkość napełniania zbiorników) oraz pewnych problemów przy zastosowaniu w silniku spalinowym (przedwczesny zapłon, energochłonność przechowywanie wodoru w ciekłym stanie skupienia), rozwijana jest ta druga technologia wykorzystująca wodór do wytwarzania energii przez zastosowanie ogniw paliwowych.

Są to urządzenia elektrochemiczne, które konwertują energię chemiczną na energię elektryczną, a produktami tej reakcji jest energia cieplna oraz woda. W przypadku wykorzystywania do ich zasilania czystego wodoru, praktycznie nie występuje emisja zanieczyszczeń.

Charakterystyka wodoru jako paliwa Stacja tankowania wodoru

Wodór jako paliwo do pojazdów ma wiele zalet przede wszystkim ze względów środowiskowych. Jego praktycznie nieograniczone zasoby oraz możliwość pozyskiwania z różnych źródeł jest niewątpliwie korzystne. Ponadto, produkty spalania wodoru nie są szkodliwe. Gdybyśmy mogli wodór pobierać ze środowiska w czystej postaci, na pewno wszystkie pojazdy byłyby nim zasilane.

Problemem jest energochłonność produkcji, trudność magazynowania, transportu i wysokie koszty z tym związane. W przypadku produkcji wodoru z paliw kopalnych wydziela się dużo, co prawda nieszkodliwego, ale jednak niepożądanego dwutlenku węgla. W wodorowej rewolucji w motoryzacji na dziś przeszkadzają wyżej wymienione koszty i ograniczone możliwości technologiczne dotyczące przechowywania paliwa w zbiornikach i instalacjach w pojazdach.

Podsumowując powyższe – wodór to na pewno paliwo przyszłości, należy tylko opracować tańszą i czystszą technologie produkcji oraz sposób bezstratnego magazynowania.

Samochody zasilane wodorem

Jak do tej pory przede wszystkim wykonywano założenia związane z rozwojem technologii wodorowej w transporcie. Zakładały one powstanie około 300 stacji tankowania wodoru w dużych, europejskich miastach oraz na sieci dróg TEN-T, które docelowo miały obsługiwać około 5000 samochodów osobowych oraz około 500 autobusów wyposażonych w ogniwa paliwowe.

Szacuje się, że liczba samochodów osobowych zasilanych wodorem poruszających się po drogach na całym świecie wynosi dziś kilkanaście tysięcy sztuk. W chwili obecnej w fazie rozwoju technicznego i rynkowego jest ponad 60 modeli pojazdów elektrycznych z ogniwami paliwowymi. Do tej pory jednak na rozpoczęcie produkcji masowej zdecydowały się Hyundai i Toyota.

Pierwsze auto wodorowe produkowane seryjnie

W 2013 roku Hyundai wprowadził model ix35 Fuel Cell. Był to zwykły SUV Hyundaia, który tylko dostosowano do ogniw paliwowych. Ostatnim komercyjnym koreańskim autem na wodór, jest Hyundai Nexo, SUV, który został zaprojektowany od nowa jako auto wodorowe.

Toyota Mirai – auto wodorowe o największym sukcesie komercyjnym Tankowanie auta na wodór

W 2014 roku natomiast Toyota wprowadziła na rynek model Mirai – swoje pierwsze auto napędzane wodorowymi ogniwami paliwowymi. Pod maską pracuje silnik elektryczny, a prąd do niego powstaje w wyniku reakcji chemicznej wodoru z tlenem. Mirai od początku projektowany był jako auto wodorowe, dlatego jego sylwetka może budzić mieszane uczucia. Mirai wygląda futurystycznie, co nie każdemu może przypaść do gustu. Nie zmienia to jednak faktu, że do dziś sprzedał się w liczbie ponad 10 tysięcy egzemplarzy i otrzymał mnóstwo nagród, w tym “innowacji dekady”, którą w 2015 roku przyznało Center of Automotive Management (CAM) z siedzibą w Niemczech.

Na przykładzie Toyoty Mirai, warto przybliżyć budowę samochodu z wodorowymi ogniwami paliwowymi. Źródłem systemu jest silnik elektryczny o mocy 154 koni mechanicznych i momencie obrotowym 335 niutonometrów. Silnik podczas hamowania działa jak generator energii, która jest magazynowana w akumulatorze. Pod przednimi fotelami mieszczą się ogniwa paliwowe, wytwarzające z wodoru i powietrza prąd. Za podwyższenie napięcia z ogniw do 650V odpowiada przetwornica napięcia.

Jej zastosowanie pozwoliło na zmniejszenie ilości ogniw, a co za tym idzie zmniejszenie masy całego układu. Toyota Mirai ma dwa zbiorniki, zdolne łącznie zmagazynować 122,4 litra wodoru. Zbudowane są z kompozytów i mają trójwarstwowe ścianki wzmocnione włóknem węglowym i włóknem szklanym. To bezpieczna technologia, która w żaden sposób nie zagraża pasażerom. W tylnej części nadwozia znajduje się akumulator niklowo-metalowo-wodorkowy, pomagający podczas przyspieszania i magazynujący energię.

Polskie autobusy Solaris napędzane wodorem

Wodór w motoryzacji jest jednak wykorzystywany nie tylko do zasilania samochodów osobowych. Otóż już dziś, na przykład w Japonii, w Niemczech, we Włoszech, w Holandii czy na Łotwie, powszechnie używane są autobusy na wodór. Najpopularniejszy model pojazdu tego typu pochodzi z Polski – to Solaris Urbino 12 hydrogen. Autobus można szybko zatankować, a jego zasięg wynosi około 350 kilometrów.

Zalety wodoru w motoryzacji

Badania niezawodności pojazdów z ogniwami paliwowymi pokazały, że mogą one pracować około 5000 godzin pracy w temperaturze 40-80 stopni Celsjusza bez jakiejkolwiek awarii. Firma ACAL Energy podała, że testowane ogniwa paliwowe w warunkach laboratoryjnych pracowały bezawaryjnie przez 10 tysięcy godzin, co odpowiada przebiegowi około 300 tysięcy kilometrów.

Kolejną zaletą stosowania tego rodzaju napędu jest jego tankowanie. W przeciwieństwie do aut elektrycznych, czas ładowania samochodu napędzanego na wodór jest porównywalny do tankowania auta z silnikiem konwencjonalnym, czyli trwa to 3-4 minuty.

Również zasięg pojazdu wodorowego jest większy niż przeciętnego auta elektrycznego. Wynosi on średnio 700-800 kilometrów.

Korea Południowa liderem wodorowej rewolucji w motoryzacji

Światowym liderem wodorowej rewolucji jest obecnie Korea Południowa. 12 lutego bieżącego roku wprowadziła ona w życie ustawę o promocji ekonomicznej i kontroli bezpieczeństwa wodoru. Zawarto w niej definicje, obligacje i wytyczne dla pojazdów, stacji ładowania czy ogniw paliwowych. Ustawa miała na celu wprowadzić przejrzystość w krajowym systemie cen wodoru oraz stworzyć możliwość żądania od operatorów 21 rodzajów obiektów do zbudowania sieci ładowania wodoru. Mowa dokładniej o takich obiektach jak: kompleksy przemysłowe, centra logistyczne czy przystanki na autostradach.

Założenia dotyczące przyszłości wodorowych pojazdów w Korei Południowej

Korea we wprowadzonej ustawie wypatruje również potencjału na przyspieszenie tempa realizacji krajowych celów związanych z wodorem. Według dziennika, rządzący zakładają wyprodukowanie do 2040 roku 6,2 miliona pojazdów wodorowych, stworzenie 1200 stacji tankowania wodoru, wprowadzenie na rynek 80 tysięcy taksówek, 40 tysięcy autobusów oraz 30 tysięcy ciężarówek z wodorowymi ogniwami paliwowymi. Te działania mają sprawić, że Korea umocni się na pozycji lidera w kwestii wodorowej rewolucji.

Dzięki ustawie wodorowej Korea położyła fundamenty, aby w pełnym biegu zmierzać w kierunku gospodarki wodorowej. Ministerstwo zwróci najwyższą uwagę i udzieli wsparcia, aby pomóc narodowi w utrzymaniu pozycji numer 1 na światowym rynku wodorowych ogniw paliwowych.

Wady wodoru jako paliwa

Dlaczego wodór nie jest nadal powszechnie stosowany w motoryzacji? W pierwszej kolejności wynika to z faktu, że auta elektryczne są w tym momencie bardziej ekonomicznym rozwiązaniem. Efektywność wodorowych ogniw paliwowych “od źródła do koła” jest dziś po prostu zdecydowanie niższa.

Problemem są także koszty. Samochody zasilane wodorem są dziś po prostu nie tylko droższe w zakupie niż auta elektryczne, ale również podczas eksploatacji.

Przyszłość wodoru w motoryzacji – kiedy możemy spodziewać się wodorowej rewolucji? Zmiana napisu CO2 na H2

Samochody napędzane wodorem mają w przyszłości stanowić sporą część pojazdów na naszych drogach. Jednak, aby tak się stało, musimy jeszcze poczekać na rozwój technologii. Prace nad zwiększeniem możliwością wodoru cały czas trwają, a zaangażowane są w nie takie koncerny jak: Shell, Total, Daimler, Hyundai, Honda, Toyota, Audi czy BMW. Na początku grudnia 2019 roku Hydrogen Council wspólnie z Europejskim Bankiem Inwestycyjnym podpisał umowę o współpracy w zakresie rozwoju innowacyjnych programów finansowania projektów związanych z wodorem, aby przeciwdziałać zmianom klimatu.

Badania nawet sugerują, że faza komercyjna rozwoju tego napędu powinna na dobre rozkręcić się już w obecnej dekadzie. Zależy to jednak od rozwoju parku pojazdów wyposażonych w technologię umożliwiającą wykorzystanie wodoru. Jeśli producenci zrezygnują z prowadzenia aktywnych prac nad tą technologią i badania zostaną spowolnione, na wodorową rewolucję będziemy musieli poczekać dłużej. Wydaje się jednak niemal pewne, że wodorowe ogniwa paliwowe będą w niedalekiej przyszłości jednym z najistotniejszych źródeł zasilania samochodów – oczywiście obok energii elektrycznej.

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments