Dzisiaj chyba nikt już nie ma złudzeń, że odejście od samochodów napędzanych paliwami kopalnymi jest nieuniknione. Dalsza ignorancja względem emisji dwutlenku węgla i szkód, jakie wyrządza planecie (w tym także nam) nie wchodzi grę. Dlatego też samochody elektryczne powoli stają się nowym standardem, coraz bardziej wydajnym, coraz bardziej inkluzywnym. Mimo to, technologia, która za nimi stoi, nadal pozostawia wiele do życzenia. Jeśli coś ma bowiem zastąpić tradycyjne samochody, nie może być tylko trochę lepsze czy – w niektórych przypadkach – jedynie wyciszać ekologiczne wyrzuty sumienia. Niektórzy twierdzą, że prawdziwe rozwiązanie od lat jest w zasięgu ręki i to ono zrewolucjonizuje prywatny transport lądowy. Mowa o samochodach wodorowych. Czym właściwie są samochody wodorowe i czy rzeczywiście mają szansę zrównoważyć nasze emisje?
Jak działają samochody wodorowe?
Na początku warto zaznaczyć, że pojęcie “samochody wodorowe” nie jest jednolite. Odnosi się ono zarówno do samochodów z silnikiem spalinowym, dla których wodór jest paliwem, jak i do (zdecydowanie nowszych) samochodów elektrycznych, których bateria napędzana jest energią wytworzoną za pomocą wodoru w ogniwach paliwowych [1]. Spokojnie, nie jest to aż tak skomplikowane, jak się wydaje.
W pierwszym przypadku wodór stanowi niezależne, alternatywne paliwo lub dodatek do paliw kopalnych powszechnie używanych w samochodach. Energia nadal jednak pochodzi ze spalania, a więc przemian chemicznych i termodynamicznych.
Drugi typ wspomnianych samochodów, na którym się skupimy, jest w zasadzie samochodem elektrycznym – lub, mówiąc bardziej precyzyjnie, półelektrycznym/hybrydowym. Zamiast silnika spalinowego, wyposażony jest w silnik elektryczny. Silnik ten jednak, w przeciwieństwie do samochodów w pełni elektrycznych, nie jest ładowany energią z sieci, tylko energią wytwarzaną za pośrednictwem ogniw paliwowych. Ogniwa generują energię z utleniania wodoru, który musi być dostarczony z zewnątrz. Wytworzona w ten sposób energia napędza silnik elektryczny. Wodór jest tu zatem jedynie nośnikiem energii, który umożliwia jej gromadzenie i rozdysponowanie. Skąd jednak wziąć wodór w czystej postaci?
Pozyskiwanie wodoru do tankowania
Użycie wodoru do napędzania samochodów elektrycznych jest o tyle rewolucyjne, że wspomniany pierwiastek jest jednym z najpowszechniej występujących na naszej planecie, a produktem jego utleniania jest jedynie para wodna i ciepło. Można otrzymać go z wielu źródeł, w tym z paliw kopalnych, biomasy i poprzez elektrolizę wody [2]. O ile w świetle zagadnień ekologicznych paliwa kopalne i biomasa nie bardzo nas zadowalają, tak elektroliza wody wydaje się pomysłem znacznie bardziej przyjaznym dla środowiska. Jej produktami są bowiem jedynie wodór i tlen. Niestety, tutaj czeka nas rozczarowanie: na skalę przemysłową wodór jest otrzymywany z gazu ziemnego, czyli paliwa kopalnego. Elektroliza wody to metoda zbyt kosztowna i energochłonna (byłoby to sensowne jedynie wtedy, kiedy energia niezbędna do przeprowadzenia procesu była pozyskiwana z OZE).
Kosztowna produkcja samochodów wodorowych
Metoda pozyskania wodoru na szeroką skalę jest na razie sporą przeszkodą, żeby z czystym sumieniem nazwać samochody wodorowe ekologicznymi. Co więcej – nie jest to, niestety, jedyny problem tej technologii.
Ogniwa paliwowe, czyli element kluczowy w napędzie samochodów wodorowych, budowane są przy użyciu drogich i nierzadko trudnych do pozyskania materiałów. Są to m.in. platyna, tytan i włókna węglowe. Platyna, dla przykładu, jest metalem rzadkim – wydobywa się ją na terenie zaledwie kilku krajów w skali świata. Budzi to podobne wątpliwości (chociaż na nieporównywalnie mniejszą skalę) co wydobycie litu czy kobaltu w bateriach litowo-jonowych samochodów elektrycznych. Na razie jednak – dopóki technologia nie jest aż tak spopularyzowana – nie jest to problem. Na razie.
Palność wodoru a bezpieczeństwo użytkowania samochodów wodorowych
Zdecydowanym minusem samochodów wodorowych jest bardzo wysoka palność wodoru. Mieszanina tego pierwiastka z powietrzem charakteryzuje się też dużą dynamiką spalania – ogień rozprzestrzenia się ze średnią prędkością ok. 3 m/s. W silnikach tłokowych, dużym problemem jest przedwczesny samozapłon wodoru, co powoduje nierówną pracę i ryzyko przedostania się płomienia do dalszych układów pojazdu. Samochodów z wodorowymi ogniwami paliwowymi, ten problem jednak nie dotyczy.
Minimalna objętość wodoru w powietrzu, niezbędna do zapłonu, wynosi 4% [1]. Jest to wartość wyższa niż w przypadku benzyny czy oleju napędowego, dzięki czemu wodór przy małych stężeniach jest bezpieczniejszy. Ponadto ma znacznie wyższą niż inne paliwa temperaturę samozapłonu (bez obecności zewnętrznego źródła zapłonu). Niemniej jednak, w tej rywalizacji bezsprzecznie przegrywa z samochodami czysto elektrycznymi.
Czy samochody wodorowe są lepsze od elektrycznych?
Bezsprzeczną przewagą samochodów z wodorowymi ogniwami paliwowymi jest szybkość tankowania i wydajność. Napełnienie zbiorników wodorem w samochodzie takim, jak np. Toyota Mirai, zajmuje ok. 5 minut. Po pełnym zatankowaniu, samochód ten jest w stanie przejechać między 500 a 700 km. To znacznie, a w niektórych przypadkach dwukrotnie więcej niż w przypadku samochodów w pełni elektrycznych [3]. Tym wartościom dorównuje tylko jeden elektryczny samochód – Tesla Model S. Niestety każdy elektryk wypada gorzej jeśli chodzi o długość ładowania. Kierowca musi czekać kilka godzin, a w najlepszym wypadku pół godziny (mowa jedynie o superszybkich ładowarkach Tesla), aż będzie mógł ruszyć dalej w drogę.
Niestety jako, że technologia samochodów wodorowych jest nadal zdecydowanie mniej popularna niż elektrycznych, a rynek rozwija się nieporównywalnie mniej dynamicznie – sporym problemem jest tankowanie wodorem. Stacji, które oferują taką usługę jest naprawdę mało, a w niektórych krajach nie ma ich w ogóle. To duży minus posiadania samochodu wodorowego.
Zarówno samochody wodorowe jak i elektryczne nadal są wyjątkowo drogie. Zbyt drogie dla przeciętnego użytkownika samochodu. Jest to niewątpliwie przeszkodą w popularyzacji tych rozwiązań. Samochody elektryczne wydają się jednak lepiej radzić sobie z obniżaniem kosztów i usprawnianiem produkcji. Można zatem odnieść wrażenie, że to ich będziemy widzieć coraz więcej na drogach, a samochody wodorowe – bez rozwoju technologii – mogą szybko odejść w zapomnienie. Szkoda, bo to właśnie one mają potencjał na zrównoważenie transportu lądowego bez wyrzeczeń i rezygnacji z komfortu, do którego jesteśmy przyzwyczajeni. Oczywiście pamiętajmy, że nie ma rozwiązań idealnych i zupełnie bezemisyjnych. Wątpliwości ekologiczne, mniejsze lub większe, zawsze będą obecne. Niezależnie czy bierzemy pod uwagę samochody wodorowe czy elektryczne.
Źródła
[1] Deczyński J., Żółtowski B., 2014: Wodór jako paliwo alternatywne do zasilania silników ze spalaniem wewnętrznym. Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management, 69: 18-30.
[2] Wiącek D., 2011: Wodór jako paliwo przyszłości. AUTOBUSY: Technika, Eksploatacja, Systemy Transportowe, 10: 446-452.
[3] Goncalves A., 2019: Hydrogen Cars Vs Electric Cars: Which Is More Sustainable? CSR and Sustainable Development News [dostęp: 08.10.2019].
Jeśli podoba Ci się treść na blogu, możesz podziękować za moją pracę stawiając mi wirtualną kawę:
