Jeżeli możemy określić, że technologia aut elektrycznych rozwija się dynamicznie, a infrastruktura potrzebna do ich ładowania – raczkuje, to w przypadku technologii ogniw paliwowych (H2) śmiało możemy napisać, że jest to etap embrionalny. Auta wodorowe są problematyczne?
Auta wodorowe – popularność ogniw paliwowych
Wodór od dawna reklamowano jako przyszłość samochodów osobowych. Pojazd elektryczny z ogniwami wodorowymi (FCEV), który po prostu napędzany jest wodorem pod ciśnieniem ze stacji paliw, emituje zerową emisję dwutlenku węgla ze spalin. Można go napełnić tak szybko, jak odpowiednik paliwa kopalnego i zapewnia podobną odległość jazdy jak benzyna. Co więcej, pojazd taki jest dużo lżejszy od aut elektrycznych, ponieważ nie ma zestawów bateryjnych. Technologia wodorowa liczy sobie już kilkadziesiąt lat, a jednak, w żaden sposób nie przedostała się do mainstreamu.
Canadian Hydrogen and Fuel Cell Association opublikowało raport wychwalający pojazdy napędzane wodorem. Między innymi stwierdzono, że ślad węglowy jest o rząd wielkości lepszy niż pojazdy elektryczne: 2,7 g dwutlenku węgla na kilometr w porównaniu z 20,9 g z pojazdów typu BEV. Jak to możliwe, zapytacie? Nie chodzi o emisję CO2 na kilometr – ponieważ w obu przypadkach jest to wartość zerowa. CHFCA zbadało ślad węglowy, czyli element uwzględniający również proces produkcji pojazdu oraz wytwarzania doń paliwa.
Jednak trzeba pamiętać, że ów tajemnicze badanie, uwzględnia pochodzenie energii elektrycznej do ładowania aut BEV z kopalnych źródeł energii (węgla). Gdy weźmiemy pod uwagę, że zarówno wodór, jak i prąd czerpany przez auta „z wtyczką” pochodzi z OZE, wtedy ślad węglowy będzie na bardzo zbliżonym poziomie.
Mimo wszystko trudno obecnie twierdzić, że wodór stanie się tak samo popularnym paliwem jak prąd. Myślę, że wodór odegra znaczącą rolę w osiąganiu zerowej emisji dwutlenku węgla netto poprzez zastąpienie gazu ziemnego w ogrzewaniu przemysłowym i domowym. Dowodem na to, że H2 nie będzie kluczowy w motoryzacji jest:
– Raport BloombergNEF podsumowuje: „Większość rynku samochodów, autobusów i lekkich ciężarówek wydaje się być nastawiona na przyjęcie technologii akumulatorowo-elektrycznej, która jest tańszym rozwiązaniem niż ogniwa paliwowe”.
– W międzyczasie Volkswagen złożył oświadczenie porównujące efektywność energetyczną technologii. „Wniosek jest jasny” – stwierdziła firma. „W przypadku samochodu osobowego wszystko przemawia za akumulatorem i praktycznie nic nie przemawia na korzyść wodoru”.
Problem wydajności wodoru a auta wodorowe.
Powodem, dla którego wodór jest nieefektywny, jest to, że energia musi przemieszczać się z drutu na gaz, aby zasilić samochód. To bardzo duże uproszczenie, jednak posłużymy się konkretnym przykładem: 100 watów energii elektrycznej wytwarzanej przez odnawialne źródło, takie jak turbina wiatrowa. Aby zasilić FCEV, energia ta musi zostać przekształcona w wodór, prawdopodobnie poprzez przepuszczenie jej przez wodę (proces elektrolizy). Jest to około 75% energooszczędne, więc około jedna czwarta energii elektrycznej jest automatycznie tracona.
Wytworzony wodór musi zostać sprężony, schłodzony i przetransportowany do stacji wodorowej, co jest procesem o wydajności około 90%. Po wejściu do pojazdu wodór należy przekształcić w energię elektryczną, która ma 60% wydajności. Wreszcie energia elektryczna wykorzystywana w silniku do poruszania pojazdem jest wydajna w około 95%. Podsumowując, zużywane się tylko 38% pierwotnej energii elektrycznej – 38 watów na 100! Efektywność wodoru od momentu jego wytworzenia z energii elektrycznej to zaledwie 38%!
W pojazdach elektrycznych energia przepływa przez przewody od źródła do samochodu. Te same 100 watów mocy z tej samej turbiny tracą około 5% wydajności w tej podróży przez sieć (w przypadku wodoru zakładam, że konwersja ma miejsce na miejscu na farmie wiatrowej, elektrowni słonecznej czy innym zakładzie produkcyjnym).
Tracisz dalsze 10% energii podczas ładowania i rozładowywania akumulatora litowo-jonowego, plus kolejne 5% z używania energii elektrycznej do wprawienia pojazdu w ruch. Więc masz do 80 watów. Innymi słowy, wodorowe ogniwo paliwowe wymaga podwójnej ilości energii. I tak, wodór można również wytwarzać w inny sposób, jednak nadal jest to proces dużo mniej efektywny gdy mówimy o zasilaniu pojazdów, w zestawieniu z elektrycznością lub paliwami konwencjonalnymi (benzyna, diesel).
Auta wodorowe nie będą popularne.
Cytując portal Ogniwa-paliwowe.info: Opracowanie taniej, wydajnej i szybkiej metody produkcji wodoru, jest podstawowym warunkiem, który musi być spełniony by wodór mógł zastąpić bieżące nośniki energii. W obecnej chwili 48% produkowanego wodoru powstaje w efekcie reformingu metanu przy użyciu pary wodnej, 30% z ropy naftowej głównie w rafineriach, 18% z węgla a pozostałe 4% z elektrolizy wody.
Technologia wodorowa, pomimo ogromnych nakładów inwestycyjnych na rozwój, jest nadal mniej efektywna w zakresie produkcji, konwersji, transportu i finalnego zasilania środków transportu, niż ma to miejsce w przypadku technologii elektrycznej. Co więcej, najwięksi producenci pojazdów jak Volkswagen Auto Group, Daimler, BMW Group, Nissan-Renault czy Stellantis nie będą inwestować w tą technologię. Jedynie Toyota Motor Corporation usilnie stara się „pchać” rozwój ogniw paliwowych do przodu. Jednak miliardowe inwestycje większej liczby producentów pojazdów sprawiają, że to auta elektryczne są teraz w rozkwicie, i to ta technologia jest najbardziej wspierana.
Efektem tego jest katastrofalny stan infrastruktury do tankowania aut wodorowych: pod koniec 2020 roku w Europie Zachodniej funkcjonowało prawie 100 stacji tankowania wodoru, w Ameryce Północnej – nieco ponad 60 punktów, a w Azji – już ponad 40. Do 2030 roku przewiduje się, że powstanie 4000 takich stacji, co jest ogromnym wyzwaniem, z uwagi na fakt, że tego typu budowa jest bardziej skomplikowana i czasochłonna, od instalacji stacjonarnego punktu ładowania samochodów elektrycznych.
Po światowych drogach jeździ już ponad 7 milionów aut elektrycznych. To nadal niespełna 1% globalnej liczby wszystkich pojazdów, jednak dalece więcej niż aut wodorowych. Samochodów zasilanych wodorem, pod koniec 2019 roku, było niespełna 8000 sztuk na całym świecie. To nawet nie promil wszystkich poruszających się po drogach aut.
Polska strategia wodorowa do 2030 roku.
Na chwilę obecną Polska to absolutna pustynia stacji wodorowych. Na mapie zeroemisyjnego transportu w naszym kraju znajdziemy zaledwie 2 punkty, w których w odpowiedni sposób zatankujemy wodór do samochodu. To nic dziwnego, ponieważ aut z tym typem zasilania po naszych drogach porusza się zaledwie kilka, i wszystkie to pojazdy demonstracyjne importerów lub dealerów (mowa o Toyocie Mirai I i II generacji oraz Hyundai NEXO).
W sferze rozwoju tej technologii w ostatnim czasie jednak zaczęło się wiele zmieniać. Ekologiczny impuls, który pochodzi z Komisji Europejskiej, wyznaczył działanie, wobec którego Instytut Transportu Samochodowego podpisał list intencyjny z Polską Grupą Energetyczną (PGE) oraz spółką Solaris Bus & Coach w sprawie budowy sieci stacji tankowania wodoru w Polsce. Wszystkie punkty miałyby należeć do europejskiej sieci HIT-2 Corridors umożliwiającej swobodne przemieszczanie się samochodów wodorowych po całym kontynencie. W pierwszej części projektu, tzw. niekomercyjnej, powstanie 30 stacji (koszt około 12–15 mln zł), ale możemy liczyć również na obiekty prywatne, co jeszcze bardziej przyspieszy rozwój popularności zasilania wodorowego. Do roku 2030 punkty tankowania wodoru powstaną w takich lokalizacjach jak Poznań, Warszawa, Białystok, Szczecin, rejon Łodzi, rejon Trójmiasta, Wrocław, rejon Katowic i Kraków. Dzięki temu można by poruszać się autami na wodór w miarę swobodnie po całym kraju bez obawy o brak paliwa. Zwłaszcza, że uzupełnienie zbiornika zajmuje 2–3 minuty, a zasięg typowego samochodu na wodór to około 500–600 km.
Idąc dalej, w drugiej połowie zeszłego roku Toyota Motor Poland i PGNiG podpisało umowę w ramach której wspólnie będą rozwijali infrastrukturę wodorową w Polsce.
W naszym kraju produkuje się ok. 14% wodoru w skali europejskiej. To z kolei przekłada się na 5 milionów pojazdów zasilanych tym pierwiastkiem chemicznym. To spory potencjał, a PGNiG ma w tym interes jako wytwórca tego zasobu. Państwowy gigant gazowy i energetyczny szuka rynku zbytu produktu, który i tak powstaje przy jego statutowych działaniach.
Polski Rząd ogłosił również projekt Polskiej strategii wodorowej do 2030, z perspektywa do 2040 roku, gdzie jednak głównym adresatem projektu, jak można przeczytać w dokumencie jest, transport publiczny oraz drogowy transport ciężki i długodystansowy. Ustawodawca planuje rozwój wodoru jako uzupełnienie głównego nurtu dofinansowania projektów OZE. Wodór jednak nie jest w żaden sposób traktowany jako główne paliwo przyszłości, a w zgodzie z prezentowaną strategią; ma być wentylem bezpieczeństwa i magazynem energii na wypadek problemów z dostępem do energii pochodzącej z wiatru, wody i słońca.
