Samochody na wodór, czyli przyszłość napędu samochodowego?

Jak to w ogóle możliwe, że samochód może żwawo poruszać się po drogach, przejechać nawet kilkaset kilometrów bez konieczności tankowania czy ładowania, a z jego rury wydechowej wydostaje się jedynie czysta woda? Napęd aut wodorowych nie generuje żadnych lokalnych emisji, a zastosowane w nich ogniwa paliwowe wytwarzają prąd w reakcji, której jedynym produktem ubocznym jest czyste H2O. Warto wiedzieć, że auta wodorowe w znakomitej większości są samochodami elektrycznymi, tyle tylko, że zasilanymi wodorem. Stąd bierze się skrót FCEV – Fuel Cell Electric Vehicle. W odróżnieniu od samochodów typu BEV (Battery Electric Vehicle) czy PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle), samochody na wodór nie bazują na energii elektrycznej zgromadzonej w baterii – choć dysponują niewielkim akumulatorem, który gromadzi jej nadwyżki – ani nie wykorzystują spalinowej jednostki napędowej. Tu prąd powstaje na bieżąco, we wspomnianych wcześniej ogniwach. Zasada ich działania opiera się na reakcji znanej chemikom od stuleci.

Auta napędzane wodorem mają dość prostą zasadę działania. Sposób pracy napędu można opisać w kilku zdaniach. Najliczniej występujący na ziemi pierwiastek tankuje się do zbiornika, tak jak benzynę do baku. W przypadku Toyoty Mirai trzy zbiorniki mieszczą łącznie 5,6 kg gazu. Gdy uruchamiamy samochód, wodór trafia do ogniw paliwowych. Tam następuje połączenie jonów wodoru w anodzie z tlenem w katodzie. Przepływ elektronów pomiędzy elektrodami wytwarza energię elektryczną, która następnie trafia do silnika elektrycznego i do akumulatora, bardzo podobnego do tych, które znamy z hybryd Toyoty. W tym procesie powstaje również woda, która wydostaje się z samochodu przez element przypominający "rurę wydechową".

Dowiedz się więcej >>> https://www.toyota.pl/nowe-samochody/mirai

Odpowiedź na to pytanie nie jest już tak oczywista. Pewne jest jednak to, że przemysł motoryzacyjny stoi przed obliczem szybkich i daleko idących zmian. Ogólnoświatowe tendencje odchodzenia od paliw kopalnych, zmniejszania emisji dwutlenku węgla i przejścia na bezemisyjny transport wymuszają na producentach samochodów poszukiwania nowych sposobów na osiągnięcie ambitnych celów klimatycznych. Samochody wodorowe mogą okazać się jedną z dróg, którą warto podążać, choć na razie wysiłki większości koncernów skupione są na autach typu BEV, znanych po prostu jako "elektryki". Toyota bada różne możliwości i sposoby na zmniejszenie poziomu emisji i z powodzeniem robi to już od ponad ćwierćwiecza. Wystarczy przypomnieć, że pod koniec lat 90. miała miejsce premiera hybrydowego Priusa oraz koncepcyjnych wersji Toyoty RAV4, zasilanych ogniwami paliwowymi. Tak, technologia wodorowa jest znana inżynierom japońskiej marki już od wielu lat! W nadchodzących latach możemy spodziewać się dalszego rozwoju różnych rodzajów bezemisyjnego napędu. O tym, który z nich zastąpi silniki spalinowe (i czy ostatecznie do takiej transformacji w ogóle dojdzie) przekonamy się w najbliższych kilku lub kilkunastu latach.

A co z przyszłością aut sportowych i motoryzacji, która ma budzić przede wszystkim emocje? Nad takimi samochodami również trwają intensywne prace! Napęd wodorowy, o którym piszemy to w gruncie rzeczy napęd elektryczny, ale nie każdy wie, że wodór może napędzać również klasyczne spalinowe silniki tłokowe. Zastosowanie takiego paliwa ma już miejsce w koncepcyjnych samochodach, czego przykładem jest Toyota GR Yaris H2. To prototypowy samochód, w którym wodór zasila silnik 1.6 Turbo, znany z produkcyjnej wersji GR Yarisa. Rozwojowe auto pojawiło się już na trasie Rajdu Belgii, a znając ambicje inżynierów Toyoty, można zaryzykować stwierdzenie, że nie jest to jeszcze ich ostatnie słowo...

Wspomniana wcześniej Toyota RAV4 FCEV-1 wykorzystująca ogniwa paliwowe była bardzo wczesnym przykładem auta na wodór. Współcześnie produkowana Toyota Mirai drugiej generacji opiera się na podobnej zasadzie działania, ale jest pełna innowacji i technologicznych nowinek. Sprawność wodorowego napędu pozwala realnie wykorzystywać jej zalety i jeździć nią na co dzień. Co prawda infrastruktura tankowania dopiero się rozwija, ale czy ta niedogodność nie brzmi znajomo także dla właścicieli aut typu BEV...?

Nowa Toyota Mirai ma zasięg aż do 650 km na jednym tankowaniu, a uzupełnianie paliwa zajmuje zaledwie 5 minut. Napęd jest sprawny zarówno podczas mrozów sięgających -30 stopni Celsjusza, jak i w czasie coraz częściej dokuczających nam upałów. Świetne osiągi, najnowocześniejsze systemy wsparcia kierowcy czy w końcu pionierski system oczyszczający powietrze sprawiają, że jest to samochód przyszłości w pełnym tego słowa znaczeniu. Pobierane do ogniw paliwowych powietrze jest przepuszczane przez filtr z aktywnym węglem, który zatrzymuje niewielkie drobiny kurzu i niebezpieczne związki, takie jak dwutlenek siarki czy tlenek azotu. W efekcie powietrze, które zostawia za sobą Mirai, jest czystsze niż to, które pobiera.

Obawy sceptyków budzi bezpieczeństwo, ale także tutaj zastosowane technologie i innowacje pozwalają eksploatować taki pojazd z pełnym spokojem. Temat obrósł mitami, które warto wyjaśnić. Po pierwsze – zarówno zbiorniki wodoru, jak i sama technologia wytwarzania energii z jego pomocą są całkowicie bezpieczne. Temperatura samozapłonu wodoru wynosi 575 stopni Celsjusza – jest zatem znacznie wyższa niż w przypadku oleju napędowego lub benzyny. Zbiorniki wodoru, które zostały zastosowane w Toyocie Mirai, są wykonane z bardzo szczelnych materiałów kompozytowych o dużo większej wytrzymałości niż stal oraz posiadają zawory bezpieczeństwa w razie potrzeby utrzymujące wodór w środku. Podobne zabezpieczenia stosują również inni producenci – wodorowe pojazdy są w końcu szeroko wykorzystywane np. w transporcie zbiorowym w wielu europejskich miastach.

Samochody napędzane wodorem są już dostępne w ofercie niektórych producentów. Jako pierwsza auto zasilane wodorowymi ogniwami paliwowymi wprowadziła do produkcji właśnie Toyota. W europejskich salonach auta typu FCEV pojawiają się raczej nieśmiało, ale np. w niektórych stanach USA znajdują nieco więcej nabywców. Dla przykładu, w Kalifornii jeździ obecnie około 12 000 wodorowych aut.

Skromna infrastruktura tankowania wodoru sprawia, że choć auta na wodór są dostępne m.in. w ofercie Toyoty, obecnie nie brylują w rankingach sprzedaży. Ale sytuacja może się szybko zmienić. Świadczą o tym ruchy takie, jak np. testy wodorowej floty taksówek w Berlinie. W ramach programu H2 Movers Berlin, wodorowe Toyoty Mirai wykonały już ponad 100 tys. kursów z pasażerami po Berlinie i przejechały łącznie już ponad milion kilometrów. Przejazd wodorową Toyotą można zarezerwować za pośrednictwem aplikacji Uber w usłudze Comfort Electric. Dane zebrane podczas takich programów pilotażowych pozwolą odpowiedzieć na pytania "czy i kiedy pojazdy napędzane wodorem trafią pod strzechy?".

Jak każdy napęd alternatywny, ogniwa paliwowe mają swoje zalety i wady. Wodorowe auto z pewnością kusi zerowymi lokalnymi emisjami napędu, możliwością szybkiego tankowania wodoru, sporym zasięgiem, ciszą i dynamiką znaną z aut elektrycznych czy wreszcie wysokim poziomem bezpieczeństwa.

Z drugiej strony infrastruktura tankowania wymaga rozbudowy, a jeśli wodór ma stanowić w przyszłości alternatywę dla aut napędzanych konwencjonalnie, stacje muszą stanąć nie tylko przy głównych trasach. Wątpliwości niektórych może budzić również emisyjność produkcji i transportu wodoru. Do powstawania tego paliwa potrzebna jest energia elektryczna, a ta może pochodzić z różnych źródeł, o różnym wpływie na środowisko. Podobny argument często podnoszą osoby krytyczne wobec samochodów elektrycznych zasilanych bateriami. Na szczęście producenci wodoru zwracają dużą uwagę, by wytwarzać go z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii – np. słońca lub wiatru. To właśnie tzw. zielony wodór jest uznawany za przyszłość transportu. A w jego bezemisyjnej logistyce mogą pomóc… pojazdy wodorowe. Wodorowe ciężarówki, statki i pociągi powstają już dziś.

Ceny Toyoty Mirai startują z poziomu 314 900 zł (dla samochodu wyprodukowanego w 2022 roku). Standardem są tu elementy wyposażenia znane z aut klasy premium, ale nie jest tajemnicą, że stosunkowo wysoka kwota to przede wszystkim efekt kosztownej produkcji komponentów wykorzystywanych do produkcji napędu wodorowego. Choć wiele podzespołów jest tożsamych z tymi stosowanymi w hybrydowym układzie Toyoty, wytworzenie niektórych elementów wymaga po prostu większych nakładów. Obecna sytuacja zmieni się wraz z popularyzacją takiego typu napędu. Efekt skali zrobi swoje, a auta wodorowe staną się tańsze. A jak kształtuje się cena tankowania wodoru? Dzisiaj przejechanie 100 km Toyotą Mirai kosztuje mniej więcej tyle samo, co samochodem benzynowym o podobnych rozmiarach i porównywalnej mocy. Eksperci są zdania, że w przyszłości, wraz z popularyzacją napędu wodorowego, koszty będą wyraźnie, nawet trzykrotnie niższe.