W XXI wieku dbanie o środowisko staje się powszechne zarówno wśród gospodarstw domowych, jak i wielu korporacji, które coraz częściej ujmują cele środowiskowe w swoich strategiach. Z powodu rosnących w społeczeństwie świadomości konieczności oraz chęci prowadzenia ekologicznego stylu życia, wdrażanych jest wiele nowych rozwiązań, które nie omijają także branży motoryzacyjnej. W ostatnim czasie miała miejsce ekspansja samochodów BEV (ang. Battery Electric Vehicle), czyli w całości zasilanych energią elektryczną oraz PHEV (ang. Plug-in Hybrid Electric Vehicle), czyli samochodów wyposażonych w dwa silniki- spalinowy i elektryczny, z opcją ładowania baterii elektrycznej. Jednak, pomimo wielu zalet, mają one też swoje wady. Kilka z nich może nawet postawić pod znakiem zapytania postrzeganie ich jako ekologiczny środek transportu. Największym problemem jest utylizacja akumulatorów, które zawierają szkodliwe dla środowiska i ludzi substancje. Eksperci wspominają także o wysokoemisyjnym procesie produkcji. Nie mniejsze znaczenie ma też fakt, iż pobierany z sieci prąd w większości nie jest wytwarzany z odnawialnych źródeł energii.
Naprzeciw tym problemom wychodzi nowa technologia, czyli samochody napędzane ogniwami paliwowymi FCEV (ang. Fuel Cell Electric Vehicle).
W jaki sposób pierwiastek chemiczny może stać się paliwem?
Wodór jako paliwo jest coraz częściej poruszanym zagadnieniem. Ta nowatorska metoda jest powoli wprowadzana w różnych miejscach na świecie. Pojazdy napędzane w ten sposób można spotkać w stolicach państw Europy Zachodniej. Na jakiej zasadzie to działa? W branży motoryzacyjnej silniki są oparte na ogniwach paliwowych. Energia wytwarzana jest na skutek reakcji utleniania dostarczanego paliwa – w tym wypadku wodoru, natomiast produktem ubocznym tej reakcji jest para wodna. Dla porównania, silniki spalinowe oprócz pary wodnej produkują między innymi: dwutlenek węgla, czad, ozon, tlenki azotu. Związki te przyczyniają się do wzrostu zanieczyszczenia powietrza, a tym samym powstawania smogu.
Ze względu na metodę produkcji możemy podzielić wodór na niebieski, czyli ten, który powstaje w wyniku reformingu parowego gazu ziemnego oraz zielony uzyskiwany poprzez elektrolizę wody. Większość produkowanego wodoru jest pozyskiwana z procesu nazywanego reformingiem. Polega on na wytworzeniu reakcji, w której przy wysokiej temperaturze metan reaguje z wodą, tworząc tlenek węgla i wodór. Jest to najtańszy i tym samym najbardziej popularny sposób, jednak mimo wszystko najmniej przyjazny środowisku. Emisyjność tej metody ogranicza się poprzez wychwytywanie gazu cieplarnianego. Następnie jest on składowany lub wykorzystywany w innych procesach.
Ekologicznym, lecz równocześnie droższym sposobem pozyskiwania wodoru jest elektroliza wody. Polega ona na rozpadzie cząsteczki wody na kation wodoru i anion wodorotlenkowy. Ta metoda jednak jest dużo mniej efektywna w stosunku do reformingu parowego. Oprócz tego napotyka ona barierę w postaci trudności magazynowania czystego wodoru.
Rynek samochodów wodorowych i projekty znanych koncernów
Obecnie rynek samochodów osobowych o napędzie wodorowym jest bardzo mały. Szacuje się, że w 2019 roku na świecie w użytku było około 24 tys. pojazdów typu FCEV. Porównując to z 2018 rokiem to bardzo dobry wynik, ponieważ wtedy w użytku było około 13 tys. pojazdów. W USA w 2019 roku sprzedano 2100 egzemplarzy samochodów o napędzie wodorowym. Należy pamiętać jednak, że w tym kontekście nie jest mowa o całych Stanach Zjednoczonych, a jedynie o Kalifornii, ponieważ właśnie tam znajdują się stacje do tankowania.
Szacunki dotyczące zwiększania się liczby pojazdów są bardzo optymistyczne. Do 2025 roku w Japonii ma być w użytku 200 tys. pojazdów FCEV, a do 2030 roku około 810 tys.. Natomiast w Holandii ta liczba ma wzrosnąć z 241 sztuk w 2019 roku do 18 tys. sztuk w 2025. Co więcej, przewiduje się, że w 2030 roku w tym kraju będzie już 300 tys. samochodów napędzanych wodorem.
Obecnie dwoma najczęstszymi wyborami konsumentów są Toyota Mirai oraz Hyundai Nexo. Mirai to model zaprezentowany w 2007 roku na Tokyo Motor Show oraz rok później na Paris Motor Show. Produkowany jest od 2014 roku. Zakup takiego samochodu to wydatek około 59 tys. dolarów amerykańskich. Samochód ten ma zasięg 502 km.
Hyundai Nexo to trochę młodszy model produkowany od 2018 roku. Koszt samochodu Nexo to również około 59 tys. dolarów amerykańskich, a zasięg tego samochodu to 570 km.
Pojemność zbiorników samochodów zasilanych wodorem wynosi około 5-6 kg. Zużywają od 0,7 kg do 1 kg wodoru na 100 kilometrów. Aktualnie jeden kilogram to wydatek 9.5 euro (na stacjach w Niemczech).
Coraz więcej stacji tankowania
Obecnie na terenie Polski nie ma ani jednej stacji wodorowej, jednak do 2030 roku planowane jest powstanie 30 tego typu punktów. Grupa Orlen w strategii do 2030 roku już zadeklarowała inwestycje w stacje wodorowe. Ponadto, do końca 2021 roku ma powstać pierwsze miejsce produkcji wodoru w naszym kraju. Nowe stacje mają zostać otwarte w Warszawie, Katowicach, Poznaniu i Gdańsku. W ostatnim z tych miast realizacja inwestycji jest zapowiedziana na lata 2021-2023. Pomimo braku stacji tankowania wodoru w Polsce został tymczasowo zarejestrowany samochód napędzany tym paliwem. Jego właścicielem jest koncern Toyota.
Aktualnie najbliżej usytuowane stacje wodorowe znajdują się w Brnie, Pradze, Dreźnie i Berlinie.
Co ciekawe, na stacjach wodór jest sprzedawany na kilogramy, a samo tankowanie trwa około 5 minut.
Wodór w transporcie miejskim
Można zauważyć większą tendencję do prób wprowadzenia napędu wodorowego do komunikacji publicznej. Jest to spowodowane między innymi dużym zasięgiem autobusów zasilanych wodorem oraz zapobieganiem emisji znacznej ilości dwutlenku węgla do atmosfery. W średnim cyklu eksploatacyjnym jednego autobusu, który trwa około 12 lat, można zapobiec emisji 800 ton dwutlenku węgla, poprzez zmianę autobusu z silnikiem diesla na autobus zasilany wodorem.
Polska firma zajmująca się produkcją autobusów o nazwie Solaris jeszcze w latach 2010-2016 dostarczyła 36 autobusów wykorzystujących technologie wodorowe do 7 miast w Europie. Na początku lutego tego roku firma zapowiedziała, że łącznie ma dostarczyć kilkadziesiąt autobusów, które trafią do Holandii, Niemiec, Szwecji oraz Włoch.
Realne plany, czy raczej marzenia?
W porównaniu do poziomu rozwoju branży i infrastruktury dla samochodów o napędzie elektrycznym można uznać, że rozpowszechnienie wodoru jako paliwa to odległe marzenie. Natomiast nie można zapominać, że cały czas ta technologia jest rozwijana. Istnieje nadzieja, że ilość stacji, na których można kupić wodór, będzie rosła równie szybko, jak ilość punktów ładowania samochodów elektrycznych. W projektach wspomina się także o stopniowym wprowadzaniu pociągów zasilanych wodorem na niektórych trasach. Szacuje się, że do 2050 roku udział energii pozyskiwanej z wodoru w całkowitym zużyciu energii w UE wzrośnie z aktualnych 2% do 14%. To jest kierunek, w którym świat musi zmierzać, biorąc pod uwagę coraz bardziej kurczące się zasoby ropy naftowej i zanieczyszczenie środowiska.
