Napęd wodorowy ciągle aktualny

Volvo
Maciej Blum
5.7.2022
Reklama
Reklama

W dobie galopującej elektromobilności, paneli fotowoltaicznych i niezbyt szybkiej, ale postępującej przemiany energetycznej najwięksi gracze motoryzacji nie odwracają się od wodoru jako źródła energii elektrycznej.

Jako dobrą alternatywę dla silników spalinowych w zakresie zerowej emisji jednym tchem wymienia się silniki elektryczne i ogólnie napęd elektryczny. Ma to uzasadnienie choćby w zmniejszeniu u praktycznie do zera lokalnej emisji z rur wydechowych.

Reklama

Jeszcze większe racje taka alternatywa ma np. w Norwegii, gdzie energia elektryczna w 97% pozyskiwana jest z odnawialnych źródeł energii. Tam samochody elektryczne rzeczywiście mają rację bytu. W Polsce już tak oczywiste to nie jest.

Według danych udostępnianych m.in. przez Agencję Rynku Energii  w 2021 r. w naszym 16,9% energii elektrycznej wyprodukowano ze źródeł odnawialnych (30,4 TWh). W Polsce największym producentem OZE od wielu lat jest energetyka wiatrowa, odpowiedzialna za produkcję ponad 15 TWh rocznie. Udział węgla w miksie energetycznym zmalał w 2021 r. do 70,8% (co odpowiada produkcji ok. 127 TWh).

To oznacza, że nawet jeśli dostawca energii do samochodów elektrycznych deklaruje, że dostarcza 100% zielonej energii do ładowania samochodów, to jest to prawdą tylko w 29,2%. Ponad 70% energii, którą sprzedaje, pochodzi bowiem ze spalania węgla.

Dynamika spadku udziału węgla nie jest szczególnie intensywna. W 2010 r. udział węgla w miksie energetycznym wynosił 81,8%, więc spadek na przestrzeni 11 lat wyniósł dokładnie 11%, co daje 1% rocznie.

Unijne zakazy i nakazy

Dnia 8 czerwca br. Parlament Europejski opowiedział się za zmianą norm emisji CO2 i wprowadzeniem zerowej emisji dla nowych samochodów osobowych i lekkich pojazdów dostawczych w 2035 r. To część pakietu Gotowi na 55 (Fit for 55 in 2030). Komisja Europejska 14 lipca 2021 r. w ramach pakietu Fit for 55, przedstawiła wniosek ustawodawczy dotyczący zmiany norm emisji CO2 dla samochodów osobowych i lekkich pojazdów dostawczych. Wniosek ma przyczynić się do realizacji celów klimatycznych UE na lata 2030 i 2050, przynieść korzyści obywatelom dzięki szerszemu zastosowaniu pojazdów zeroemisyjnych (lepsza jakość powietrza, oszczędność energii i niższe koszty posiadania pojazdu), a także pobudzić innowacje w zakresie technologii zeroemisyjnych.

Zgodnie z decyzją Parlamentu Europejskiego z 8 czerwca br. od 2035 r. po raz pierwszy rejestrować będzie można wyłącznie samochody bateryjne i wodorowe – czyli zeroemisyjne.

Dodatkowo Komisja Europejska zobligowała państwa członkowskie do rozbudowy infrastruktury, która pozwoli na łatwe korzystanie z takich samochodów. Chodzi przede wszystkim o stacje ładowania, których dziś jest po prostu zbyt mało.

Reklama

Nie jest tajemnicą, że hamulcem dla rozwoju elektromobilności w Polsce oprócz wysokich cen samych samochodów elektrycznych jest niewystarczająca infrastruktura do ładowania aut na prąd. Według unijnych wytycznych niezbędne minimum to stacje ładowania samochodów elektrycznych co 60 km i stacje tankowania wodoru co 150 km wzdłuż głównych dróg. To wszystko ma powstać już do 2025 r. Obecnie w Polsce liczba stacji ładowania regularnie się powiększa i na koniec kwietnia 2022 r. wynosiła 2166. Przy obecnej liczbie samochodów elektrycznych w naszym kraju to w zupełności wystarcza do swobodnego poruszania się samochodem elektrycznym. Dodać należy jeszcze, że wielu posiadaczy takiego samochodu ładuje go z własnej instalacji fotowoltaicznej, więc w tym przypadku jest „zielono”.

Nie wszyscy jednak mają dom i własną instalację PV. Już rok temu weszło w życie rozporządzenie Ministra Klimatu i Środowiska w sprawie sposobu ustalania minimalnej mocy przyłączeniowej dla wewnętrznych i zewnętrznych stanowisk postojowych przy budynkach użyteczności publicznej oraz domach wielorodzinnych. Przewiduje ono obowiązek zapewnienia mocy przyłączeniowej w nowych budynkach obu kategorii, która pozwoli na instalację punktów ładowania o mocy nie mniejszej niż 3,7 kW.

W Rozporządzeniu Ministra Klimatu i Środowiska z dnia 7 maja 2021 r. w sprawie sposobu ustalania minimalnej mocy przyłączeniowej dla wewnętrznych i zewnętrznych stanowisk postojowych związanych z budynkami użyteczności publicznej oraz budynkami mieszkalnymi wielorodzinnymi przewidziano, że minimalna moc przyłączeniowa dla wewnętrznych i zewnętrznych stanowisk postojowych związanych z budynkiem użyteczności publicznej stanowi iloczyn 20% liczby wszystkich stanowisk postojowych związanych z tym budynkiem i wartości mocy 3,7 kW, jednak nie mniej niż 3,7 kW, chyba że z tym budynkiem nie są związane żadne stanowiska postojowe.

Minimalna moc przyłączeniowa dla wewnętrznych i zewnętrznych stanowisk postojowych związanych z budynkiem mieszkalnym wielorodzinnym ma natomiast stanowić iloczyn 50% liczby wszystkich stanowisk postojowych związanych z tym budynkiem i wartości mocy 3,7 kW, jednak nie mniej niż 3,7 kW, chyba że z tym budynkiem nie są związane żadne stanowiska postojowe.

Transport ciężki w kropce

Wodór – mimo wielu prób – został na bocznym torze. Mimo że Mazda i BMW opracowały samochody z silnikami spalinowymi zasilanymi wodorem, pomysł ten – ze względu na trudność transportowania tego gazu w zbiorniku samochodu – został odłożony na półkę. Z kolei Toyota nie tak dawno zaprezentowała model Mirai, który jest samochodem elektrycznym. Energię elektryczną do zasilania silników elektrycznych pozyskuje się jednak z ogniw paliwowych, które zasilane są wodorem, a nie z baterii, jak w większości samochodów elektrycznych. Ogniwo paliwowe ma tę zaletę, że nie potrzebuje prądu. Ma jednak tę wadę, że potrzebuje wodoru.

W Polsce aktualnie jest 14 stacji, na których można zatankować wodór – nie są jednak dostępne dla wszystkich – powstały na potrzeby tankowania komunikacji miejskiej, czyli autobusów zasilanych tym gazem. Pierwsza publiczna stacja z możliwością tankowania wodoru została uruchomiona w Krakowie na przełomie kwietnia i maja tego roku. Zgodnie z zapowiedziami do 2030 r. Orlen uruchomi także ponad 100 ogólnodostępnych stacji tankowania wodoru wraz z niezbędną logistyką. W Polsce powstanie ich ok. 57, na Słowacji – ok. 26, a w Czechach – ok. 28.

Przepisy, które dotyczą zeroemisyjności od 2035 r., odnoszą się jedynie do samochodów osobowych i lekkich dostawczych. Mimo to branża ciężarowa też przygotowuje się na energetyczną rewolucję. Tutaj jednak stawia się na napęd elektryczny, do którego energię zapewnią ogniwa paliwowe wykorzystujące wodór. Dzięki ogniwom paliwowym ciągniki mogą osiągać większe zasięgi i nie potrzebują długotrwałego ładowania.

Jako przykład można przytoczyć niedawno zaprezentowany model Volvo FH Fuel Cell Electric, który powstał we współpracy z Mercedesem. Na razie jest to jeszcze prototyp, ale plany na wprowadzenie go na rynek nie są odległe, ponieważ już za 3 lata ciągnik ten ma trafić do sprzedaży. Na jednym tankowaniu wodoru ciągnik ma pokonać do 1000 km. Będzie można to więc porównać z dzisiejszymi ciężarówkami napędzanymi gazem. Postój przy tankowaniu ma trwać poniżej 15 min, a przewidywane DMC zestawu to co najmniej 65 t. Wiadomo też, że pokładzie znajdą się aż dwa ogniwa wodorowe, łącznie zdolne wygenerować 300 kW energii elektrycznej. Elementem wspólnym z Mercedesami będą ogniwa paliwowe. Wyprodukuje je spółka Cellcentric, założona przez koncerny Volvo i Daimler Truck.

W produkcji wodoru potencjał widzi też firma Bosch – jeden z liderów produkcji części i podzespołów dla motoryzacji. Bosch przyspiesza rozwój działalności w obszarze produkcji zielonego wodoru. W trosce o klimat planuje nie tylko wykorzystywać nowe paliwo, ale także być jedną z firm uczestniczących w jego produkcji. Dlatego koncern opracowuje komponenty do elektrolizerów. To dzięki nim, w procesie elektrolizy, woda rozdzielana jest na wodór i tlen. Jeśli potrzebna do tej reakcji energia pochodzi z odnawialnych źródeł, w procesie uzyskujemy tzw. zielony wodór.

Podobnie jak w ogniwie paliwowym kluczowym elementem elektrolizera jest stos, który składa się z kilkuset pojedynczych ogniw połączonych szeregowo. W każdej z tych komórek energia elektryczna jest wykorzystywana do rozbijania wody na wodór i tlen. Jest to odwrotność tego, co dzieje się w ogniwie paliwowym, gdzie energia elektryczna jest wytwarzana przez połączenie wodoru i tlenu. W obu przypadkach reakcję chemiczną ułatwia membrana do wymiany protonów (PEM).

Bosch współpracuje z wieloma partnerami, aby opracować sposób połączenia stosu elektrolizera z jednostką sterującą, energoelektroniką i różnymi czujnikami w celu stworzenia „inteligentnego modułu”. Firma planuje dostarczać te inteligentne moduły producentom instalacji elektrolizy i dostawcom usług przemysłowych od 2025 r. Projekty pilotażowe rozpoczną się już w przyszłym roku.

Bosch wprowadzi na rynek kilka kompaktowych modułów, które będzie można w łatwy sposób integrować. Można je będzie stosować w mniejszych jednostkach o mocy do 10 MW, a także w elektrowniach lądowych i morskich o mocy gigawatów. Moduły Bosch znajdą zastosowanie zarówno w nowych projektach, jak i w istniejących zakładach produkujących ekologiczny wodór.

Artykuł ukazał się w czasopiśmie
Reklama

O Autorze

Maciej Blum

Redaktor naczelny miesięcznika „autoEXPERT”

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę
Reklama