Samochody wodorowe – jak działają i dlaczego mogą zrewolucjonizować rynek motoryzacji?

Poszukiwania motoryzacyjnego Świętego Graala trwają. Inżynierowie pracują nad napędami, które połączą środowiskową neutralność z doskonałymi osiągami, korzystnym zasięgiem i cichą, kulturalną pracą. Czy napęd wodorowy w samochodzie przybliży nas do takiego ideału? Na razie wiemy tylko jedno – to jeden z najważniejszych i najciekawszych trendów, któremu warto bacznie się przyglądać. Czym jest tak właściwie samochód na wodór, jak działa i jakie ma zalety względem popularnych dziś aut spalinowych, hybryd i elektryków?

Samochód na wodór w praktyce oznacza najczęściej samochód elektryczny z ogniwami paliwowymi. Choć rynkowi liderzy tacy jak Toyota pracują również nad zastosowaniem wodoru jako paliwa dla silników tłokowych, technologia wodorowa, o której mówimy w kontekście samochodów jeżdżących już po drogach, wykorzystuje silnik elektryczny i ogniwa paliwowe. Mowa o autach takich jak Toyota Mirai, skrótowo zwanych FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle).

Nowa technologia ma potencjał, by zrewolucjonizować rynek i zaserwować klientom prawdziwy złoty środek – auto, które w czasie jazdy nie generuje żadnych emisji, jest napędzane cichym, mocnym, elektrycznym silnikiem, a jednocześnie oferuje zasięg oraz łatwość jego zwiększania znane z samochodów spalinowych. Choć auta FCEV znajdują się obecnie we wczesnym stadium rozwoju, już teraz oferują unikalne połączenie zalet różnych typów napędu. Przy okazji, napęd wodorowy w samochodzie wpisuje się w ekologiczne trendy, które dziś zdają się nakreślać kierunek rozwoju rynku.

Czym są ogniwa paliwowe, które umożliwiają napędzanie auta typu FCEV? W praktyce ta technologia okazuje się całkiem prosta – wykorzystuje procesy chemiczne znane od stuleci. Wodór tankowany jest w 3do 5 minut z dystrybutora do specjalnego zbiornika lub kilku zbiorników umieszczonych na pokładzie samochodu. W ogniwach paliwowych następuje połączenie jonów wodoru w anodzie z tlenem w katodzie. Energia elektryczna powstaje wskutek przepływu elektronów pomiędzy elektrodami, a produktem ubocznym całego procesu jest H2O. To dlatego jedyną substancją, którą w czasie jazdy emituje Toyota Mirai, jest czysta woda. Auto przy okazji oczyszcza także powietrze, które zanim trafi do ogniw paliwowych, jest przepuszczane przez filtr z aktywnym węglem, który zatrzymuje drobiny kurzu i niebezpieczne związki, takie jak dwutlenek siarki czy tlenek azotu. W efekcie powietrze, które pozostawia za sobą Mirai, jest czystsze niż to, które pobiera z otoczenia.

Toyota Mirai dodatkowo jest wyposażona w baterię, jaką znamy z hybryd Toyoty. Służy do magazynowania nadmiaru energii wytworzonej w ogniwach oraz odzyskanej podczas hamowania. Zasady dalszego działania są dokładnie takie, jak te znane z hybryd czy elektryków. Różnica jest jednak zasadnicza – auto na wodór na bieżąco produkuje energię elektryczną. Nie magazynuje jej w dużym, ciężkim akumulatorze, tak jak auta typu BEV, a zamiast silnika spalinowego (obecnego w hybrydzie), na pokładzie pracuje mała elektrownia. Kierowca może się więc cieszyć z charakterystyki jazdy auta elektrycznego, przy jednoczesnej swobodzie i zasięgu samochodu napędzanego konwencjonalnie, którego tankowanie trwa tylko kilka minut.

Jedną z najistotniejszych cech samochodu na wodór jest to, że jeździ się nim zupełnie zwyczajnie. Nie musimy pamiętać o jego ładowaniu, sprawdzać dostępności ładowarki w aplikacji ani wozić ze sobą kabli, by podłączać auto do miejskiego punktu ładowania. Nie trzeba również posiadać specjalistycznej wiedzy czy zmieniać stylu jazdy. Auta takie, jak Toyota Mirai jeżdżą zupełnie tak, jak samochody elektryczne, nie wymagają postojów przy ładowarce lub podłączania do gniazdka w domowym garażu, a na ich pokładzie możemy cieszyć się z tych samych przywilejów co kierowcy BEV. Zielone tablice rejestracyjne, wydawane w Polsce również pojazdom wodorowym z ogniwami paliwowymi, uprawniają m.in. do darmowego postoju w miejskich strefach płatnego parkowania i jazdy buspasami. Korzyści znane kierowcom aut elektrycznych to także duży i dostępny natychmiastowo moment obrotowy. Nie inaczej jest w przypadku pojazdów wodorowych – szybka reakcja na gaz, dobre osiągi i wzorowa dynamika. Takim samochodem jeździ się po prostu przyjemnie.

Kilka kilogramów wodoru pozwala pokonać nawet kilkaset kilometrów – dla przykładu, zasięg Toyoty Mirai to 650 km. O tankowanie nie trzeba będzie się więc martwić zbyt często, ale jeśli rezerwa paliwa zmusi nas do odwiedzenia stacji, także tutaj nie powinniśmy obawiać się zaskoczeń lub trudności. Dystrybutor tankowania wodoru podpina się do wlewu, a sam proces napełniania zbiorników zajmuje tyle czasu co tankowanie benzyny, oleju napędowego czy LPG.

Niektórzy kierowcy obawiają się o bezpieczeństwo wodorowego napędu, ale warto rozprawić się z mitami, które krążą wokół nowej technologii. Po pierwsze – zbiorniki wodoru są opracowywane z ogromnym marginesem bezpieczeństwa. Ich wytrzymałość jest potwierdzona licznymi testami ciśnieniowymi, a materiały, z których są wykonane, gwarantują wytrzymałość znacznie większą niż w przypadku stalowych baków na paliwo. Zbiorniki są także wyposażone w specjalne zawory bezpieczeństwa. Temperatura samozapłonu wodoru wynosi 575 stopni Celsjusza – jest zatem wyraźnie wyższa niż w przypadku oleju napędowego lub benzyny. Bezpieczeństwo tych rozwiązań sprawiło, że w wielu miastach od kilku lat poruszają się już m.in. wodorowe autobusy.

Walory wodorowych aut sprawiają, że warto bacznie obserwować rozwój tej technologii. Jakie są najważniejsze zalety rozwiązania, które w ostatnich latach zyskuje na popularności? W przypadku Toyoty Mirai na pierwszy plan wysuwa się duży, umożliwiający swobodne podróżowanie zasięg. 650 km to wartość znana z wielu aut spalinowych. Nie ma tu mowy o długim ładowaniu, takim jak w przypadku aut elektrycznych. Oznacza to łatwą i pozbawioną wyrzeczeń podróż nawet w długiej trasie. To właśnie możliwość szybkiego uzupełniania zapasu energii (a w przypadku FCEV wodorowego paliwa) pozostaje kluczowa dla wielu kierowców w Europie i na świecie.

Brak emisji szkodliwych substancji oraz CO2 podczas jazdy to zalety, o których warto wspomnieć w kontekście jakości powietrza, którym oddychamy. Szczególnie w miastach, ograniczenie poziomów szkodliwych związków w powietrzu przyczynia się do poprawy zdrowia i zmniejszenia ryzyka chorób układu oddechowego. Auta takie, jak Toyota Mirai gwarantują również niższy poziom pylenia z układu hamulcowego - hamowanie rekuperacyjne (tak jak w aucie elektrycznym czy hybrydowym) za pomocą którego odzyskujemy energię pozwala zmniejszyć zużycie klocków i tarcz hamulcowych. Rzadsze wymiany eksploatacyjne, czystsze felgi i mniej pyłu w powietrzu – same korzyści!

Czysty, odnawialny wodór jest paliwem, które wpisuje się również w nurt zrównoważonego rozwoju i pozwala osiągać ambitne cele środowiskowe. Pozyskiwanie gazu, który służy do napędzania aut FCEV możliwe jest w sposób całkowicie ekologiczny, przy użyciu wody oraz energii odnawialnej. Wodór jest jedną z najważniejszych metod magazynowania energii stabilizujących sieci energetyczne, a służące do jego produkcji elektrolizery wody można łatwo zainstalować w dowolnym miejscu.

Jak każde rozwiązanie we wczesnej fazie rozwoju, napęd wodorowy w samochodzie musi stawić czoła kilku wyzwaniom. Kluczową kwestią jest koszt tzw. zielonego wodoru, czyli produkowanego bezemisyjnie. Obecnie na całym świecie prowadzone są dalsze prace w kierunku optymalizacji produkcji paliwa przeznaczonego dla aut wodorowych. Jednym z czynników, które pozwolą ograniczyć koszty produkcji, magazynowania i transportu wodoru, jest zwiększenie skali jego wykorzystania w transporcie i gospodarce. Upowszechnienie się ogniw paliwowych w samochodach daje największą szansę na obniżenie tych kosztów – wielu ekspertów uważa, że jest to po prostu kwestią czasu.

Z powyższych wynika też konieczność rozbudowy infrastruktury tankowania. Liczba stacji jak na razie umożliwia podróżowanie tylko między największymi miastami w Polsce. By jazda autem typu FCEV była naprawdę wygodna i miała szansę stać się rozsądną alternatywą dla szerszego grona klientów, niezbędne są dalsze inwestycje. Czy sieć dystrybucji nowego paliwa urośnie w najbliższych latach? Obecnie powstaje kilka tego typu obiektów. Dalekosiężne plany koncernów paliwowych i energetycznych sugerują, że w najbliższej dekadzie możemy doczekać się znacznie większej liczby stacji. Do rozwoju tej technologii przyczyni się także wzrost wykorzystania zielonego wodoru w komunikacji publicznej, energetyce i przemyśle.

Ograniczenie zależności od paliw kopalnych jest jednym z głównych celów przemian, które możemy dziś obserwować. Nie trzeba pilnie śledzić rynku motoryzacyjnego, by zauważyć, że elektryfikacja stała się absolutnie kluczowa dla każdego liczącego się producenta. Spopularyzowanie hybryd, coraz śmielsza obecność aut elektrycznych na drogach czy w końcu napęd wodorowy, który ma szansę zrewolucjonizować rynek – każdy z tych trendów przyczynia się do obniżenia globalnego zużycia paliw i poziomu emisji CO2.

Eksperci uważają, że ogniwo wodorowe w samochodzie może okazać się strzałem w dziesiątkę jako rozwiązanie, które łączy niewielki wpływ na środowisko ze swobodą podróżowania. Konkurencja i wyścig po najlepszą technologię to bez wątpienia coś, na czym zyskują klienci. Najwięksi gracze pracują bowiem nad równoległym rozwojem wielu rodzajów napędu. Na ten moment nie sposób wskazać najlepszą technologię – pewne jest jednak, że konkurencyjność i potencjał wodoru nawet sceptykom nie pozwala pozostać obojętnym. To szansa na prawdziwą rewolucję.