Ciężarówki na wodór

Elektromobilność nabiera coraz większego znaczenia. Jest to ważny element obniżenia emisji CO₂ powstającej w ruchu drogowym. Na ile ekonomiczna jest jednak eksploatacja dużych samochodów ciężarowych z 40-tonowym ładunkiem na długich dystansach przy użyciu wyłącznie energii elektrycznej z akumulatorów? Biorąc pod uwagę wagę akumulatorów, długi czas ładowania i ograniczony zasięg dzisiejszej technologii, elektryczne układy napędowe nie są najlepszym wyborem dla TIR-ów. Pomimo tego, nawet 40-tonowe ciężarówki będą mogły w niedalekiej przyszłości przejechać w trybie całkowicie elektrycznym ponad tysiąc kilometrów. Będzie to możliwe dzięki układowi napędowemu Bosch z ogniwami paliwowymi.

Tego typu układ napędowy, zasilany wodorem, wytwarzanym przy użyciu energii odnawialnej, umożliwia neutralny dla klimatu transport towarów. Bosch robi pierwszy krok w tym kierunku, opracowując układ napędowy z ogniwami paliwowymi specjalnie do ciężarówek i planuje rozpocząć jego produkcję seryjną w latach 2022–2023. Gdy już zespoły napędowe marki Bosch z ogniwami paliwowymi zadomowią się w ciężarówkach, będą coraz częściej pojawiać się w samochodach osobowych - stając się integralną częścią przyszłego portfolio układów napędowych.

Siedem powodów, dla których ogniwa paliwowe i wodór są kluczowymi elementami przyszłej mobilności:

1) Neutralność klimatyczna - ogniwie paliwowym wodór (H2) reaguje z tlenem (O2) pochodzącym z otaczającego powietrza. Energia uwalniana w tej reakcji jest zamieniana na energię elektryczną, która jest wykorzystywana do jazdy. Powstają przy tym ciepło i czysta woda (H2O). H2 uzyskuje się metodą elektrolizy, w której woda jest rozdzielana na wodór i tlen za pomocą energii elektrycznej. Wytwarzanie energii elektrycznej z odnawialnych źródeł sprawia, że układ napędowy z ogniwami paliwowymi jest całkowicie neutralny dla klimatu. Szczególnie w przypadku dużych i ciężkich pojazdów, ogniwa paliwowe mają lepszy ślad węglowy niż czysto elektryczne napędy akumulatorowe, jeśli zsumuje się emisje CO₂ związane z produkcją, eksploatacją i utylizacją. Wszystko, czego potrzebują pojazdy napędzane ogniwami paliwowymi, oprócz zbiornika wodoru, to znacznie mniejsza bateria jako buforowy zasobnik energii. To znacznie zmniejsza ślad węglowy w produkcji. - Zalety ogniwa paliwowego naprawdę pojawiają się w tych obszarach, w których elektryczne układy napędowe z akumulatorem nie mogą wykazać zalet - wyjasnił dr Uwe Gackstatter, prezes działu Bosch Powertrain Solutions. „Oznacza to, że nie ma konkurencji między ogniwami paliwowymi, a akumulatorami; natomiast doskonale się uzupełniają”.

2) Możliwości zastosowania - wodór ma wysoką gęstość energii. Jeden kilogram wodoru zawiera tyle energii, ile 3,3 litra oleju napędowego. Aby przejechać 100 kilometrów, samochód osobowy potrzebuje tylko około jednego kilograma; z kolei 40-tonowa ciężarówka potrzebuje ponad siedmiu kilogramów. Podobnie jak w przypadku oleju napędowego lub benzyny, napełnienie pustego zbiornika H2 zajmuje tylko kilka minut i można kontynuować podróż. - Ogniwa paliwowe to pierwszy wybór, gdy każdego dnia trzeba przemieszczać większe ładunki na wiele kilometrów - podkreślił U. Gackstatter. W ramach finansowanego ze środków UE projektu H2Haul, Bosch współpracuje obecnie z innymi przedsiębiorstwami w celu zbudowania małej floty ciężarówek z ogniwami paliwowymi i wprowadzenia jej na drogi. Oprócz zastosowań mobilnych firma opracowuje stosy ogniw paliwowych do zastosowań stacjonarnych z wykorzystaniem technologii SOFC (ogniwa paliwowe z tlenkiem stałym). Ich przeznaczeniem są małe, rozproszone elektrownie w miastach, centra obliczeniowe i punkty ładowania pojazdów elektrycznych. Jeśli cele klimatyczne wyznaczone w Paryżu mają zostać osiągnięte, w przyszłości wodór będzie musiał zasilać nie tylko samochody osobowe i ciężarowe, ale także pociągi, samoloty i statki. Również przemysł energetyczny i stalowy planuje wykorzystanie wodoru.

3) Sprawność - jednym z decydujących czynników wpływających na przyjazność dla klimatu i rentowność układu napędowego jest jego sprawność. W przypadku pojazdów z ogniwami paliwowymi jest ona około jednej czwartej większa niż w przypadku pojazdów z silnikami spalinowymi. Dodatkowo zwiększa ją zastosowanie hamowania rekuperacyjnego. Jeszcze bardziej efektywne są pojazdy akumulatorowo-elektryczne, które mogą magazynować energię elektryczną bezpośrednio w pojeździe i wykorzystywać ją do napędu. Ponieważ jednak wytwarzanie i zapotrzebowanie na energię nie zawsze pokrywają się w czasie i lokalizacji, energia elektryczna pochodząca z elektrowni wiatrowych i słonecznych często pozostaje niewykorzystana, ponieważ nie może znaleźć odbiorcy i nie można jej przechowywać. Tutaj widać zalety wodór. Nadwyżka energii elektrycznej może zostać wykorzystana do jego produkcji w sposób zdecentralizowany. Ponadto wodór daje się elastycznie przechowywać i transportować.

4) Koszty - koszt wytwarzania zielonego wodoru znacznie spadnie, gdy zwiększą się moce produkcyjne, a cena energii elektrycznej wytwarzanej ze źródeł odnawialnych zmniejszy się. Hydrogen Council, zrzeszenie ponad 90 międzynarodowych firm, spodziewa się, że przy wielu zastosowaniach wodoru, koszty spadną o połowę w ciągu najbliższych dziesięciu lat, co uczyni je konkurencyjnymi w stosunku do innych technologii. Bosch pracuje obecnie ze start-upem Powercell nad opracowaniem stosu, serca ogniwa paliwowego, i przygotowaniem go do wprowadzenia na rynek, a następnie produkcji seryjnej. Celem współpracy jest stworzenie rozwiązania o wysokiej wydajności przy niskim koszcie. - W perspektywie średnioterminowej eksploatacja pojazdu z ogniwem paliwowym nie będzie droższa niż pojazdu z konwencjonalnym układem napędowym - zaznaczył U. Gackstatter.

5) Infrastruktura - dzisiejsza sieć stacji tankowania wodoru nie zapewnia jeszcze pełnego pokrycia, ale liczba około 180 stacji do tankowania wodoru w Europie jest już wystarczająca dla niektórych ważnych szlaków transportowych. Aby przyspieszyć ekspansję, w wielu krajach firmy kooperują ze sobą i otrzymują wsparcie w postaci dotacji państwowych. Również w Niemczech politycy uznali ważną rolę wodoru w dekarbonizacji gospodarki, czyniąc go elementem Narodowej Strategii Wodorowej. Dla przykładu, spółka joint venture H2 Mobility zbuduje w Niemczech do końca 2020 r. około 100 publicznie dostępnych stacji paliw, a finansowany ze środków UE projekt H2Haul dotyczy nie tylko ciężarówek, ale także stacji paliw wymaganych na planowanych trasach. Japonia, Chiny i Korea Południowa również mają wszechstronne programy wsparcia.

6) Bezpieczeństwo - stosowanie gazowego wodoru w pojazdach jest bezpieczne i nie stanowi większego zagrożenia niż inne paliwa lub akumulatory samochodowe. Zbiorniki wodoru nie stwarzają zwiększonego ryzyka wybuchu. Prawdą jest, że H2 spala się w połączeniu z tlenem i że mieszanina tych dwóch gazów powyżej pewnego stosunku jest wybuchowa. Ale wodór jest około 14 razy lżejszy od powietrza i dlatego jest wyjątkowo lotny. Na przykład każdy H2, który wydostaje się ze zbiornika pojazdu, ucieka szybciej niż może zareagować z otaczającym tlenem. W teście ogniowym przeprowadzonym w 2003 r. na samochodzie z ogniwami paliwowymi przez amerykańskich naukowców, wybuchł wprawdzie płomień, ale szybko zgasł. Pojazd pozostał w większości nieuszkodzony.

7) Czas - produkcja wodoru to sprawdzony i prosty technologicznie proces. Oznacza to, że można go szybko rozwijać, aby sprostać większemu zapotrzebowaniu. Ponadto ogniwa paliwowe osiągnęły obecnie niezbędną dojrzałość technologiczną, niezbędną do ich komercjalizacji i powszechnego stosowania. Według Hydrogen Council gospodarka wodorowa może stać się konkurencyjna w ciągu najbliższych dziesięciu lat dzięki odpowiednim inwestycjom i przy woli politycznej.

(ik)

Źródło i fot. Bosch