Wodór, paliwem przyszłości. Nadchodzi czas zmian i przełomu, gdy nie tylko o gospodarce decydować będą odnawialne źródła energii, a paliwa płynne zastąpimy gazem o najmniejszej gęstości pośród wszystkich gazów. Już dziś światowy transport rzadziej stawia na LPG, CNG, widząc zbliżającą się erę pojazdów napędzanych wodorem. To, nie jest oczekiwanie, to jest konieczność.
Autor: Marek Chrzanowski
W nadchodzących latach wymagania Unii Europejskiej wobec producentów samochodów stają się coraz ostrzejsze. Zmiany dotyczą przede wszystkim obowiązku większej dbałości o środowisko. Co z a tym idzie unia, stosuje najostrzejsze normy dla producentów pojazdów spalinowych.
Zaledwie kilka lat temu zakładano, że do 2020 roku około 25% paliw zużywanych na cele transportowe, stanowić będą paliwa alternatywne. Sytuacja polityczna zakładająca uniezależnienia się od ropy, jeszcze ten proces przyspieszyła, zachęcając do poszukiwania nowatorskich rozwiązań i większego procentowo wykorzystania paliw alternatywnych.
Od lat po ulicach naszych miast jeżdżą samochody napędzane propan butanem, a niebawem dołączą, te zasilane wodorem. Prawdą jest bowiem, że pojazdy wodorowe zyskują coraz większą popularność. Z jednej strony stają się znacznie bardziej ekologiczną alternatywą spalania pochodnych ropy naftowej. Z drugiej niwelują wiele wadliwych rozwiązań w rosnącej z dnia na dzień grupie pojazdów elektrycznych.
Zainteresowanie wodorem, paliwem – przyszłości wzrosło znacząco, gdyż jest ono łatwo dostępne (jeden z najczęściej występujących pierwiastków w przyrodzie). Ponadto jego zasoby wydają się być praktycznie nieograniczone. Jego „wartość opałowa” jest kilka razy większa niż oleju napędowego, benzyny, czy węgla.
Czas na nowe ogniwa
Wodór, podobnie jak prąd elektryczny, nie jest źródłem energii, lecz jej nośnikiem. Co ważne, można pozyskać go z różnych surowców i na wiele sposobów. Produkować w technologii plazmowej, fotofermentacji, biofotolizy wody i jeszcze na kilka innych sposobów w tym z biomasy. Obecnie połowa wytwarzanego na świecie wodoru, powstaje z pomocą reformingu parowego metanu.
Silniki napędzane wodorem występują w odmianach: spalinowej i elektrycznej. Podobnie, jak w przypadku silników spalinowych zasilanych gazem propan – butanem, wodór przetrzymywany jest w zbiorniku pod wysokim ciśnieniem i wtryskiwany do komory spalania. W przypadku silnika elektrycznego na wodór rozwiązanie polega na generowaniu prądu z ogniw paliwowych, gdy nie składujemy energii a ją wytwarzamy na bieżąco z tego paliwa. Podstawową zasadą tego procesu jest rozbijanie wodoru na kationy i aniony. Tego typu wytwarzanie prądu było już wykorzystywane w latach 60. w projektach NASA – Gemini 5.
Korzyści z zastosowania wodór w pojazdach samochodowych
Obecnie za najbardziej perspektywiczne wykorzystanie wodoru uznaje się zastosowanie go w ogniwach paliwowych. Badania wskazują, że docelowym źródłem napędu wodorowego będą właśnie baterie paliwowe. Dzisiejsze akumulatory nie są w stanie bez strat przechowywać energii przez dłuższy czas. Natomiast wodór daje się bezproblemowo i bezpiecznie magazynować, praktycznie bezterminowo.
Zastosowanie wodór w pojazdach samochodowych daje wiele korzyści. Gaz ten charakteryzuje się unikalnymi właściwościami z punktu widzenia paliwa silnikowego dając duże ciepło spalania, małą energię zapłonu, wysoką temperaturą samozapłonu. Produktami spalania wodoru są para wodna i niewielka ilość tlenku azotu. Co przyczynia się do zmniejszenia emisji toksycznych związków do atmosfery, a ze względu na brak w paliwie węgla. W spalinach silnika zasilanego wodorem praktycznie nie występuje jego dwutlenek. Co więcej, technologia ta pozwala na wydłużenie zasięgu, szybsze tankowanie i jest przyjazne dla środowisk – zero-emisyjności.
Pojawia się też kilka wad
Oprócz wyraźnych korzyści wynikających z zasad stosowania tej technologii pojawiają się również wady. Samo wytworzenie wodoru wymaga dostarczenia energii, która musi być doprowadzona z innego źródła. Efektywność wodoru, jako paliwa silnikowego trzeba oceniać, uwzględniając właśnie ilość zużytej przy tym energii. To nie jedyna wada zastosowania tego paliwa. Słabą stroną wodoru, jako napędu, jest niska liczba oktanowa, a paliwo ma skłonność do spalania stukowego. Poza tym wodór wykazuje silne oddziaływanie chemiczne na metale. Ma zdolność do rozkładu chemicznego olejów smarujących, przez co tworzą się agresywne związki oddziaływające negatywnie na elementy silnika. Poważną wadą jest to, że wysoka temperatura pracy, wymusza nagrzanie silnika przed uruchomieniem. Mimo tych wad naukowy postęp prac nad udoskonaleniem tego rodzaju paliwa jest oszałamiający. O czym świadczy zwiększająca się liczba aut wykorzystujących wodór, jako paliwo.
Samochody i ciężarówki na wodór
Jednym z pierwszych modeli aut osobowych zasilanych wodorem był powstały już w roku 2013 Hyundai ix35 Fuel Cell. Kolejny samochód to Hyundai Nexo, Suv będący pierwszym pojazdem wodorowym. Z nowoczesnej technologii skorzystały także Honda – Clarity i Mercedes. Jednak największą popularność osiągnęła Toyota uruchamiając masową produkcję modelu Mirai. Samochód zużywa średnio 0,75 kg wodoru na 100 kilometrów. a paliwa starcza na przejechanie około 500 km. Jednak Toyota Mirai nie cieszy się dużą popularnością w naszym kraju, gdyż jego cena (z kwietnia 2022 r.) wynosiła nieco ponad 300 tys. zł. Jednak nie to było wyróżnikiem niskiej sprzedaży, a fakt, że nie bardzo gdzie można go zatankować. W kraju mamy ich 11 takich stacji, ale większość z nich obsługuje jedynie autobusy komunikacji miejskiej.
Co prawda, właśnie za kilka dni nastąpi otwarcie pierwszej ogólnodostępnej stacji wodorowej (Warszawa). Ta jedyna dotąd „prywatna” w stolicy, służy jedynie parkowi samochodowemu TV Polsat. Dla przykładu w amerykańskim stanie Kalifornia przyjęto założenie, że do 2025 r. uruchomionych zostanie 100 stacji tankowania wodoru.
Autobusy wodorowe kursują już w 35 państwach Europy
Zdecydowanie szybszy rozwój pojazdów zasilanych wodorem obserwujemy w dziedzinie samochodów ciężarowych i autobusów. W tej ostatniej grupie swój udział ma Polska firma Solaris, która w 2019 roku zaprezentowała autobus Urbino 12 Hydrogen, o zasięgu 350 kilometrów, będący poważną konkurencją dla Mercedesa. Autobusy wodorowe kursują już w 35 państwach Europy, również w Polsce, zaś Japonii powszechnie używane są w Japonii.
Największym zapotrzebowaniem na pojazdy wodorowe z pewnością będzie grupa samochodów ciężarowych. Te napędzane ogniwami paliwowymi oferują na razie tylko potężni międzynarodowi potentaci: Hyundai, Nikola Motor Company, Toyota, Mann czy Renault, czy Iveco. W pojazdach tych montowane są ogniwa wodorowe, wiodących na rynku koncernów: Nicola, Hexagon i Ballard. Rozwój, w tej dziedzinie transportu wydaje się nie tylko oczekiwaniem, ale koniecznością, którą mocno wspiera Europa. Za trzy lata w Beneluksu ma pojawić się, co najmniej 1000 zero emisyjnych ciężarówek z ogniwami paliwowymi.
Spokojna przyszłość
Dobra wiadomość jest taka, że nowa technologia już istnieje, a wodór jest postrzegany, jako najlepszy sposób na przechowywanie nadmiaru energii ze źródeł odnawialnych. Wodór może stanowić ważne źródło energii, zarówno w transporcie, przemyśle, jak i w wielu innych dziedzinach. Samochody napędzane wodorem mają w przyszłości stanowić sporą część pojazdów na naszych drogach. Zakłada się, że do 2030 roku na świecie będzie jeździło od 10 do 15 milionów pojazdów zasilanych wodorowymi ogniwami paliwowymi, bo paliwo jest dość tanie np. w Niemczech, kilogram tego paliwa kosztuje poniżej 10 euro.
