Arkadiusz Mędrzak
Zanim opowiemy o nowym silniku, warto zastanowić się, po co komu samochód na wodór? Potrzeba stworzenia nowego napędu wynika z kilku czynników. Jednym z nich jest rosnące zapotrzebowanie na nieodnawialne paliwa kopalne.
Według informacji potentatów w dziedzinie wydobycia ropy naftowej, zasoby tego paliwa powoli się kończą. W związku z tym, że całą światowa gospodarka opiera się na paliwach kopalnych, może to być sporym problemem. Nie można też zapominać o produktach ubocznych powstających w czasie spalania ropy czy gazu ziemnego. Powodują one zanieczyszczenia atmosfery i efekt cieplarniany, którego skutki już są widoczne w ekosystemie.
Silnik elektryczny czy wodorowy?
Odpowiedzią na te problemy stał się silnik elektryczny. Samochody wyposażone w takie jednostki napędowe są dynamiczne i bardzo ciche.
Niestety auta elektryczne cierpią na poważne dolegliwości związane z eksploatacją. Akumulatory nadal są zbyt duże i jednocześnie magazynują za mało energii. To powoduje potrzebę ładowanie samochodów co 200 kilometrów, a sam proces napełnienia energii potrzebnej na przejechanie tego dystansu trwa minimum pół godziny. Do tego przy bardzo szybkich i wydajnych stacjach ładowania samochodów akumulatory szybko się zużywają. Czy rozwiązaniem tych problemów może być samochód na wodór?
Technologia (już nie) z kosmosu
Jak wiadomo każdemu uczniowi szkoły podstawowej, reakcja łączenia się tlenu i wodoru przebiega bardzo burzliwie. Nie wnikając za bardzo w szczegóły, warto powiedzieć, że podczas tego procesu powstaje dużo energii, którą można wykorzystać. Silniki wodorowe korzystają właśnie z łączenia wodoru i tlenu z powietrza. Przetwarzają energię powstałą w tej reakcji na prąd elektryczny. Technologia ta chętnie wykorzystywana jest w zasilaniu promów kosmicznych czy przy wynoszeniu satelitów na orbitę. Od pewnego czasu udało się ją poskromić na tyle, żeby móc stworzyć seryjny samochód na wodór.
W 2022 roku na rynku znajdziemy już kilka różnych samochodów z napędem wodorowym. Są to przede wszystkim:
- Honda Clarity;
- Hyundai Nexo;
- nowa Toyoty Mirai;
- Mercedes-Benz GLC F-CELL;
- BMW Hydrogen 7;
- BMW Hydrogen X5.
Jak działa napęd wodorowy?
Aby opisać najprościej schemat działania samochodu na wodór, można porównać jego budowę do podłączenia silników elektrycznych i zasilanych LPG. Znajduje się w nim silnik elektryczny, a także zbiornik na gaz (w tym wypadku wodór). Dodatkowym elementem jest system pobierający powietrze, który jednak samoczynnie działa podczas jazdy. Niezależnie od producenta, niemal każdy napęd wodorowy opiera się na podobnym schemacie.
Tlen i wodór, czyli zaczyna się jazda
W pierwszym etapie do układu pobierany jest tlen, czyli powietrze atmosferyczne. Mamy go pod dostatkiem, dlatego nie będzie to stanowiło problemu. Następnie ze zbiornika samochodu podawany gaz. Tlen i wodór mieszają się, a nadmiar energii trafia do ogniwa paliwowego. Jest ona przetwarzana na prąd elektryczny i trafia do silnika. W wyniku tak szybkiej reakcji auto wodorowe rusza.
Silnik wodorowy jako odnawialne źródło energii
Podczas jazdy napęd wodorowy może też zasilać akumulator, co tworzy zapas energii i wykorzystuje ją w czasie zwiększonego zapotrzebowania. Co ciekawe, produktem ubocznym samochodu na wodór jest czysta woda. Wydalana jest do otoczenia w postaci pary wodnej lub skraplana, jak ma to miejsce w systemach klimatyzacji. Naturalny produkt uboczny, który ponownie można przetworzyć na składniki reakcji, sprawia, że napęd wodorowy można traktować jako w pełni odnawialne źródło energii.
Napęd wodorowy – najważniejsze zalety
Najważniejszą ideą, jaka przyświecała twórcom silnika na wodór, było uniezależnienie się od paliw kopalnych. Miało to zapewnić niezależność energetyczną od dostawców ropy i ograniczenie emisji szkodliwych związków chemicznych do atmosfery. Można powiedzieć, że plan udało się zrealizować w całości i samochód ten zasilany jest ogólnodostępnym pierwiastkiem, który można wyprodukować niezależnie od szerokości geograficznej. Z kolei jego spalanie uwalnia do atmosfery jedynie czystą parę wodną.
Czy zarzuty wobec silników wodorowych są zasadne?
Część osób wytyka błąd w myśleniu o ekologii w przypadku silników wodorowych. Do pozyskiwania tego gazu wykorzystuje się zjawisko elektrolizy, w którym potrzebny jest prąd elektryczny pochodzący z elektrowni. Jest to jednak największy zarzut w kwestii braku troski o ekologię w stosunku do silnika na wodór i mocno wyolbrzymiony. Energia równie dobrze może pochodzić z farm wiatrowych czy fotowoltaicznych, dlatego będzie całkowicie czysta.
Koszty eksploatacji
Brak silnika spalinowego to nie tylko ograniczenie emisji spalin i wysokiej temperatury do atmosfery, lecz także brak niektórych elementów wewnątrz samochodu, takich jak choćby wypełniona olejem komora silnika. Jeśli zdecydujesz się na samochód na wodór, możesz zapomnieć o takich obowiązkach każdego kierowcy, jak wymiana oleju silnikowego czy pasków klinowych. W mniejszym stopniu zużywają się klocki i tarcze hamulcowe. Wpływa to nie tylko na niższe koszty eksploatacji, ale także brak potrzeby produkowania tych elementów i zużywania surowców naturalnych.
Silnik wodorowy, czyli cisza i spokój
Silniki elektryczne, jakie zastosowano w samochodach na wodór, charakteryzują się bardzo cichą pracą. Także cały zestaw ogniw paliwowych pracuje bezgłośnie. Podczas jazdy usłyszysz jedynie szum, a sama kabina nie musi być specjalnie wyciszona. Pozwala to na pokonywanie bardzo dużych odległości samochodem bez poczucia zmęczenia lub rozdrażnienia.
Ile kosztuje wodór napędzający auto?
Zaletą może być także rozsądny koszt poruszania się takimi pojazdami, choć w tym przypadku raczej można mówić o braku wad. Osobowy samochód oferowany przez jeden z japońskich koncernów spala na 100 kilometrów ponad 1 kg wodoru. Koszt takiej ilości tej substancji na niemieckich stacjach to około 10 euro. W związku z tym koszt pokonania 100 km na poziomie 40 złotych jest przyzwoity nawet dla silników benzynowych.
Jak duże są zbiorniki samochodów z napędem wodorowym?
Przy okazji warto wskazać jeszcze jedną zaletę, czyli obszerny zbiornik. Największym problemem samochodów elektrycznych jest potrzeba ładowania ich co około 200 kilometrów. Każdy samochód na wodór wyposażony jest w zbiornik, który pozwoli na przejechanie około 500 kilometrów. W przypadku bardziej nowoczesnych stacji napełniania wodoru zasięg zwiększa się nawet do 700 kilometrów. Ponadto sam proces tankowania nie trwa dłużej, niż w przypadku LPG, co także jest zaletą w porównaniu do samochodów elektrycznych.
Popularność samochodów na wodór a ekologia
Wymienione wcześniej zalety samochodu na wodór są imponujące i stawiają je daleko przed pojazdami elektrycznymi, jeśli chodzi o ekologię i komfort eksploatacji. Brak kłopotów z tankowaniem, cicha praca i brak spalin to coś, co docenią wszystkie osoby zatroskane o środowisko naturalne. Pozostaje zatem pytanie, jak te cechy przekładają się na ich sprzedaż i ile pojazdów wyposażonych w taki silnik porusza się po naszych drogach.
Ile pojazdów z silnikiem wodorowym jest na rynku?
Pierwszy samochód zasilany wodorem wypuściła na rynek Toyota w 2015 roku. Mieści on 5,6 kg wodoru, co powinno wystarczyć nam na 650 kilometrów podróży. Model otrzymał nazwę Mirai i początkowo jeździł jedynie po azjatyckich drogach. Producent jednak szybko otworzył się na europejski i światowy rynek, co poprawiło wyniki sprzedaży auta wodorowego. Wkrótce także inni producenci postanowili rozszerzyć swoją ofertę. Dzięki temu w 2022 roku jako konsument masz do wyboru kilka wariantów pojazdów osobowych z silnikiem wodorowym, z czego już dwie generacje Toyoty Mirai.
Wodorowa rewolucja? Jeszcze nie teraz
Sprzedaż samochodów na wodór każdego roku jest wyższa. W dwa lata (między 2017 a 2019 rokiem) wzrosła o ponad 100 procent. Jednak sumaryczne wyniki nadal nie są imponujące. W 2017 roku sprzedano łącznie na świecie około 3400 sztuk samochodów wyposażonych w silnik na wodór. Z kolei dwa lata później nabywców znalazło ich ponad 7,5 tysiąca. Wynika z tego, że całkowita liczba pojazdów na wodór a świecie to pomiędzy 20 a 30 tysięcy sztuk. Tyle pojazdów w sumie zarejestrowanych jest w jednym małym miasteczku. W Polsce zarejestrowanych jest ich zaledwie kilka i to przeznaczonych tylko do jazdy demonstracyjnej.
Ekologicznie? Tak, ale niezbyt tanio
Co powoduje tak słabe wyniki sprzedaży samochodów na wodór? Z pewnością zachętą nie jest koszt. Cena najtańszego z nich to około 300 tysięcy złotych, czyli przynajmniej dwukrotnie więcej, niż pojazdu spalinowego. Konsumentów nie przekonuje także koszt poruszania się, który jest porównywalny z autami benzynowymi. Trudno jest przekonać użytkowników do korzystania z technologii ekologicznej i zakupu droższego auta, jeśli nie widać w tym żadnej perspektywy oszczędności.
Auto wodorowe jako inwestycja w przyszłość
Pocieszające jest to, że kupując samochód na wodór, możesz liczyć na ulgi lub dopłaty związane z modernizacją floty. Trzeba mieć też nadzieję, że przyszłość należy do tego typu napędu. Wielu znawców i wizjonerów uważa, że samochody elektryczne to jedynie etap przejściowy i naturalnym następcą silników spalinowych są właśnie pojazdy na wodór.
Na małą popularność tego typu aut wpływa też stosunkowo nowa i niepewna technologia. Konsumenci boją się jeszcze sięgać po auta, z których naprawą może poradzić sobie tylko część ASO. Dlatego słupki sprzedaży dopiero wyciągną się w górę w najbliższych latach. Być może przy kolejnej wymianie samochodu na nowy okaże się, że wodorowe silniki są już znacznie tańsze i sięgnięcie po niego będzie dla ciebie opłacalne.
Samochody na wodór – najpoważniejsze problemy
Jak nietrudno się domyślić, samochody na wodór nie są pozbawione wad. Do najpoważniejszych zarzutów należy zaliczyć:
- trudny do schłodzenia zbiornik paliwa;
- wysoka cena;
- znikoma liczba stacji.
Do największych problemów technicznych należy specyfika zbiorników paliwa, które muszą pomieścić gaz. Nie jest problemem sama ich wielkość, ponieważ wydajność gazu w stanie ciekłym jest podobna do LPG. Często także samochód na wodór ma zbiornik umieszczony w tym samym miejscu, co pojazdy na gaz. Jednak żeby gaz utrzymał się w stanie ciekłym, musi być schłodzony do temperatury poniżej – 200 °C.
Pełny zbiornik wadą? Tutaj nią jest
Zbiorniki do przechowywania wodoru w samochodach wykonane są z aluminium, które następnie pokrywa kilka warstw włókniny zalanej tworzywem sztucznym. Taka budowa zapewnia przyzwoity poziom izolacji termicznej i stanowi zabezpieczenie przed uszkodzeniami mechanicznymi. Mimo takich zabezpieczeń samochód na wodór nie może stać zbyt długo z pełnym zbiornikiem. Zbadano, że wodór samoczynnie wyparuje ze zbiornika najpóźniej do dwóch tygodni.
Napęd wodorowy to kłopot z tankowaniem
Wodór jest pierwiastkiem chemicznym, który występuje na naszej planecie w największej ilości. Może się zatem wydawać, że nie będzie żadnych problemów z tym, żeby zatankować. Natomiast stacji benzynowych, w których można to zrobić, jest około 500. Problem polega jednak na tym, że ta liczba dotyczy całego świata. Na naszym globie ten najpopularniejszych pierwiastek można zatankować do najpopularniejszych pojazdów zaledwie w pięciuset placówkach.
Po wodór do auta – niestety nie w Polsce
W rankingach popularności stacji na wodór dominują oczywiście Stany Zjednoczone, kraje Azji na czele z Japonią i kilka krajów z naszego kontynentu. W Europie mamy obecnie ponad 200 punktów tankowania wodoru, a najwięcej u naszych zachodnich sąsiadów. Gaz ten można tankować nawet u naszego rodzimego potentata petrochemicznego z głową orła w logo, jednak tylko poza granicami kraju.
Choć pojedyncze samochody z napędem wodorowym są już zarejestrowane w naszym kraju, wciąż nie ma punktu tankowania tego gazu. Problemem jest niejasna sytuacja prawna i brak zapotrzebowania na takie punkty.
Około 40 lat temu opublikowano w Telewizji Polskiej reportaż, w którym przedstawiono pierwszy silnik wodorowy. Oceniono wówczas, że ta technologia przyjmie się w naszym kraju jeszcze w XX wieku. Mamy trzecią dekadę XXI wieku i według prognoz rządowych samochód wodorowy upowszechni się dopiero za 20 lub 30 lat. Okazuje się zatem, że „auta na wodę” nie są na rękę koncernom motoryzacyjnym i potentatom paliwowym. Choć trudno dopatrzeć się w nich większych wad i trzeba wskazać na ich ekologicznych charakter, nadal są melodią przyszłości.
