Otaczające nas zewsząd spaliny to zmora, z którą ludzkość chce przestać się mierzyć. Jako sposób, by uczynić świat czystszym miejscem, przedstawiane bywają samochody elektryczne. Nie są one na szczęście jedyną alternatywą dla aut spalinowych. Interesująca technologia napędu wodorowego pozostaje jednak mało znana. Dlaczego tak się dzieje? Powodów jest co najmniej dwa, choć żaden mnie w pełni nie przekonuje.
Zasada działania napędu wodorowego
Samochody wodorowe to pojazdy, w których montuje się jeden z dwóch rodzajów jednostek napędowych. Część aut porusza się dzięki silnikom konstrukcyjnie zbliżonym do tych, które znajdują się w pojazdach tankowanych gazem. Ciekły wodór przechowywany w zbiorniku jest transportowany do komory silnika. Opuszczenie szczelnej butli prowadzi do reakcji chemicznej, w wyniku której ciecz zamienia się w gaz.
Następnie lotna substancja rozpręża się, co prowadzi do ruchu tłoków i wału korbowego. Dalszy schemat działania jest już taki sam jak w samochodzie spalinowym. Innymi słowy, praca silnika wprawia koła w ruch.
Drugi wariant to silniki wodorowo-elektryczne. W takich samochodach nie ma, oczywiście, ogniwa litowo-jonowego. Zamiast niego energię do pracy daje wodór, który w wyniku reakcji z tlenem wytwarza prąd potrzebny do napędzania silnika, a do tego również ciepło.
Trzecim produktem zachodzącej w silniku elektrolizy jest woda, którą w postaci pary odprowadza się na zewnątrz. Co ważne, do przejechania około 500-600 km wystarczy tylko 4-5 kg wodoru. Dzięki temu auta na wodór są znacznie lżejsze niż wyposażone w bardzo ciężkie akumulatory elektryki.
Perspektywy rozwoju aut na wodór
Samochody wodorowe mają wiele zalet, takich jak stosunkowo niewielki ciężar, duży zasięg i krótki czas tankowania. Do tego są bezpieczne, ponieważ zgromadzona w zbiorniku ciecz staje się niestabilna dopiero przy temperaturze wynoszącej 575°C.
Co więcej, same pojemniki nadają się do recyklingu, ponieważ stworzone są tylko ze stali pokrytej kompozytem. Mimo to niemal nikt takimi autami nie jeździ. Dlaczego tak się dzieje i czy to się zmieni? Co o tym zdecyduje?
Koszty produkcji
Jednym z powodów niemal zerowej popularności aut na wodór jest wysoki koszt produkcji silników. Niezbędna do prawidłowego przebiegu reakcji chemicznej membrana elektrolityczna (rozdziela wodór na jony dodatnie i ujemne) zawiera w sobie platynę. Wykorzystanie droższego nawet od złota metalu znacznie zwiększa wydatki ponoszone przez koncerny motoryzacyjne, co w konsekwencji prowadzi do wzrostu cen samochodów.
Dużym problemem dla firm motoryzacyjnych są też zbiorniki na wodór. Muszą być perfekcyjnie szczelne, ponieważ ciecz w kontakcie z tlenem zmienia stan skupienia na gazowy, a następnie się ulatnia. Nietrudno wyobrazić sobie sytuacje, w których kierowcy mający jeszcze przed chwilą pełny bak, nagle nie mogą jechać dalej. Rozszczelnienie butli na nierównej drodze jest przecież dość prawdopodobne.
Niestety, do tej pory nikt nie wymyślił pewniejszego sposobu przechowywania wodoru. Bez poradzenia sobie z tymi problemami trudno liczyć na przyspieszenie rozwoju tego typu samochodów.
Zmiany klimatyczne
Choć sam zamysł jest dobry, ponieważ pod wieloma względami auta wodorowe biją na głowę elektryczne, to właśnie te drugie są jednak melodią najbliższej przyszłości. Przyczyna tkwi także w ekonomii i polityce. Koncernom motoryzacyjnym na razie nie opłaca się tworzyć samochodów wodorowych. Jednocześnie nikt nie wie, kiedy uda się obniżyć koszty produkcji. Być może będzie to wymagało wielu lat badań i testów.
Jednak potrzebna jest technologia na już, zdolna zastąpić dotychczasową, uzależnioną od paliw kopalnych. Właśnie dlatego tak mocno promuje się auta elektryczne.
Dlaczego jednak potrzeba rozwiązania na teraz? Czy nie lepiej byłoby poczekać do momentu, w którym zarówno elektryki, jak i pojazdy wodorowe będą tańsze, a ich twórcom uda się wyeliminować ich wady? Niestety, nie jest to możliwe. Smog w miastach i ogólnie zanieczyszczenie atmosfery już dziś przyczyniają się do zwiększonej podatności na choroby układu oddechowego, a do tego wpływają negatywnie na klimat.
Prawdę mówiąc, z walką z tymi zjawiskami czekano i tak zbyt długo. Gdyby wcześniej zainwestowano w rozwój bezemisyjnych silników, być może dziś ich wszystkie mankamenty udałoby się wyeliminować. Niemniej jednak czas nagli, co może przyczynić się do rozwoju technologii silników wodorowych.
Polityka
Za parciem na bardziej ekologiczne rozwiązania stoi globalna polityka. Dla wielu naiwnych polityków niespodzianką okazały imperialne ambicje wielu państw. Dalsze płacenie im za ropę (a także gaz) wzbogaca je, przez co stanowią coraz groźniejszą konkurencję dla starych mocarstw.
Najlepszy przykład to kraje z Zatoki Perskiej. Jeszcze kilkadziesiąt lat temu nie liczyły się zupełnie w światowej polityce. Dziś nawet tak niewielkie powierzchniowo i ludnościowo państwa jak Katar czy Bahrajn stają do rozmów z mocarstwami zachodnimi jak równy z równym.
Stąd impuls do rozwoju bezemisyjnego transportu. Na razie korzysta na tym segment aut na prąd. Z czasem to samo ma szansę stać się z samochodami wodorowymi.
Na wodór czy prąd? Argumenty za i przeciw
Liczba modeli samochodów wodorowych jest znikoma, a infrastruktura do ich tankowania niemal nie istnieje. Moim zdaniem to wielka szkoda, ponieważ autom z silnikami wykorzystującymi elektrolizę dużo bliżej do bycia ekologicznymi niż pojazdom na prąd.
Oczywiście, w tym miejscu możesz mi zarzucić, że skupiam się wyłącznie na kwestii bezemisyjności, pomijając proces produkcji paliwa. W tej kwestii faktycznie wodorowe wehikuły nie bywają lepsze od elektryków. Nie są też gorsze, ponieważ produkcja prądu czasem jest nieekologiczna.
W jakich więc aspektach lepsze są jedne, a w których drugie? Postanowiłem to sprawdzić, skupiając się na trzech z nich. Pod lupę wziąłem bezemisyjność oraz to, co jest najważniejsze z perspektywy kierowcy – eksploatacja i ceny aut.
Ekologia
Spełnienie wymogu całkowitej bezemisyjności pozostaje możliwe tylko w przypadku samochodów na wodór. Choć często wytwarzany jest w procesach generujących duże ilości gazów cieplarnianych, to da się go pozyskiwać znacznie mniej lub w pełni ekologicznie.
Innymi słowy, zamiast wykorzystywać reforming gazu ziemnego (by pozyskać tzw. wodór szary) lub odgazowywanie pokładów węgla kamiennego i brunatnego (powstaje wtedy odpowiednio wodór czarny i brązowy), można np. chemicznie przetwarzać biomasę celem zdobycia jego zielonej alternatywy.
W przypadku samochodów elektrycznych osiągnięcie pełnej bezemisyjności jak na razie nie jest możliwe. Produkcję prądu można jeszcze unowocześnić, zastępując elektrownie węglowe atomowymi. Choć po procesie syntezy jądrowej pozostają radioaktywne odpady w niewielkich ilościach. Nie powstaje też smog będący nieodłącznym elementem zjawiska spalania węgla.
Niemniej jednak energia atomowa nie jest zielona. Ten warunek spełnia produkcja prądu z wykorzystaniem paneli fotowoltaicznych lub wiatraków. Niestety, ich wydajność bywa zbyt mała, by za wiele lat energii starczało na zasilanie ogniw milionów samochodów elektrycznych.
Największym problemem nie jest jednak dym z kominów i rur wydechowych, ale akumulatory. Do ich tworzenia wykorzystuje się metale ziem rzadkich. Już samo ich wydobycie niszczy środowisko wokół kopalni. Składowanie toksycznych ogniw to kolejny, równie wielki problem, na dodatek taki, z którym w wielu krajach ludziom przyjdzie się zmierzyć w perspektywie najbliższych 10 lat.
Eksploatacja
Kolejna kwestia jest moim zdaniem najważniejsza i to ona ostatecznie zdecyduje, która technologia wygra i czym ludzie będą się wozić za kilka dziesięcioleci. Niestety, przynajmniej jak na razie, nie ma szans, by odczuwalnie przyspieszyć ładowanie akumulatora w aucie elektrycznym.
Owszem, są szybkie ładowarki, ale nadal proces uzupełniania energii trwa przynajmniej kilkadziesiąt minut. Skrócenie tego czasu jest trudne, ponieważ grozi degradacją ogniwa, czyli spadkiem jego pojemności. Z tego powodu nie zaleca się korzystania z szybkich ładowarek zbyt często. Warto też zadać sobie pytanie, co by było, gdyby wszyscy musieli korzystać ze stacji ładowania. Kolejki byłyby dłuższe niż Wielki Mur Chiński.
Do czego prowadzi wdrażanie tej niedopracowanej technologii, z łatwością możemy zaobserwować w Polsce. Duża część społeczeństwa mieszka w blokach, co wyklucza ładowanie auta pod domem. Bo jak miałoby to wyglądać?
Połączenie kilkudziesięciu przedłużaczy, by spuścić je z któregoś piętra, nie wygląda na komfortowy sposób zasilania swoich czterech kółek. Do tego zresztą trzeba byłoby zawsze stać pod bramą, a nie parkować, gdzie akurat jest ostatnie wolne miejsce, czyli nieraz na wiele metrów dalej. Nie wyobrażam sobie też spacerowania po chodnikach pełnych splątanych kabli.
Rozwiązaniem byłby montaż ładowarek przy każdym miejscu parkingowym, ale szczerze mówiąc, nie mam większej wiary, że tak się stanie. Do tego musiałby powstać ujednolicony standard gniazd ładowania, a tego nie ma i nie wiadomo czy będzie. W rezultacie nieliczne mijane na ulicach samochody na prąd to wysokiej klasy pojazdy, a ich właściciele raczej nie mieszkają w blokach.
Taki stan rzeczy moim zdaniem zostanie, a Polacy (i nie tylko) jeszcze długo będą jeździć autami spalinowymi. Gdzie w tym przewaga pojazdów na wodór? Napiszę tylko tyle – tankowanie trwa 5-10 min w zależności od pojemności baku.
Dostępność
Pora, żebym napisał coś, co będzie przemawiało na korzyść samochodów elektrycznych. Ich rozwój trwa dłużej niż wodorowych, a do tego w ostatnich latach mocno przyspieszył. Dzięki temu już dziś na rynku nie brakuje modeli wszelkiego typu.
Klient może zdecydować, czy woli kompaktowe miejskie autko, dużego SUV-a do podróży z całą rodziną, czy może sportowego kabrioleta. Wszystko to na dodatek jest dostępne w różnych wariantach wyposażenia, osiągów, zasięgu jazdy itd. W segmencie pojazdów wodorowych nie ma niemal w czym wybierać. Są absolutną niszą i jeszcze długo nią pozostaną.
W parze z rozwojem elektrycznej motoryzacji pójdą w końcu obniżki cen. Na razie samochody na prąd są dla większości Polaków za drogie, czego przykładem jest Škoda Citigo-e iV, czyli maluszek nadający się głównie do dojeżdżania do pracy w cenie 80 tys. zł w podstawowej wersji wyposażenia. Z czasem będzie jednak lepiej, a do tego rozrośnie się rynek pojazdów używanych, a pewnie też zakładów specjalizujących się w regeneracji zużytych ogniw.
Tymczasem ledwo rozwijany rynek aut na wodór znajdzie się w miejscu, w którym dziś jest segment samochodów elektrycznych. Będą drogie, a zanim potanieją, może minąć jeszcze wiele lat. Dopiero wtedy prawdopodobnie staną się one popularne. Zdecydują o tym oczywiste przewagi, przede wszystkim szybkie tankowanie. Pozwala mi to stwierdzić, że wodór jest paliwem przyszłości.
Nie ukrywam, że jestem zwolennikiem rozwoju technologii samochodów wodorowych. Łączą one w sobie bezemisyjność z wygodą tankowania porównywalną do tej znanej każdemu właścicielowi auta spalinowego. W dłuższej perspektywie pojazdy wykorzystujące wodór mają szansę zastąpić elektryki albo przynajmniej stać się dla nich alternatywą. Dają one szansę życia w czystszym, pozbawionym spalin świecie, na który wszyscy zasługujemy.
