Czy samochody wodorowe to przyszłość motoryzacji? Co warto wiedzieć?

Napęd elektryczny jest przyszłością motoryzacji - takiego zdania jest obecnie większość ekspertów. Nie oznacza to jednak, że za kilka lub kilkanaście lat po drogach będą jeździć wyłącznie bateryjne elektryki (BEV). Silnym trendem stają się również samochody na wodór. Napęd wykorzystujący ogniwa paliwowe (FCEV) ma ogromny potencjał i warto przyjrzeć się tej technologii w szczegółach. Auta napędzane wodorem mają szereg zalet, które zwiastują nadchodzący przełom.

Samochód wodorowy, taki jak Toyota Mirai, to w praktyce samochód elektryczny, czerpiący energię z wodoru. To szczególny rodzaj auta na prąd - w modelach z ogniwami paliwowymi, koła napędza bowiem silnik elektryczny. Zasada działania jest jednak nieco inna niż w przypadku zyskujących popularność elektryków. Zalety auta na wodór pozwalają wyeliminować bolączki elektryków, z którymi borykają się dziś ich kierowcy - chodzi przede wszystkim o ograniczony zasięg i długi czas ładowania. Charakter wodorowych aut pozwala z kolei cieszyć się zaletami takimi jak świetne osiągi, natychmiastowa reakcja na gaz czy brak konieczności stosowania skrzyni biegów oraz innych podzespołów o wysokim stopniu skomplikowania.

Oczywistą korzyścią jest również brak emisji spalin. To właśnie w ekologicznym aspekcie warto upatrywać zalet auta na wodór - produktem ubocznym reakcji zachodzącej w ogniwach jest bowiem tylko i wyłącznie woda, a choć na pokładzie pojazdu znajduje się bateria, jest ona niewielka - mniej więcej taka, jak w hybrydach, a co za tym idzie mniej kosztowna w produkcji i w mniejszym stopniu obciążająca środowisko.

Wodorowe samochody osobowe są wciąż traktowane jako interesująca ciekawostka. Napęd, który może zrewolucjonizować rynek i już znajduje zastosowanie m.in. w transporcie, jest nieustannie rozwijany. Jak właściwie działają ogniwa paliwowe i jaka jest zasada działania samochodów wodorowych?

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

Choć nieliczni producenci eksperymentują z zastosowaniem wodoru jako paliwa dla silnika tłokowego (takie rozwiązanie jest postrzegane jako ratunek m.in. dla aut sportowych czy też szansa dla sportów motorowych), obecnie oferowane w salonach auta wodorowe to samochody typu FCEV - Fuel Cell Electric Vehicle. Oznacza to, że mamy do czynienia de facto z samochodem elektrycznym, które nie magazynuje jednak energii, a zamiast tego wytwarza go na bieżąco, przez ogniwa paliwowe na pokładzie. Mała elektrownia zasilana wodorem - najczęściej występującym pierwiastkiem na ziemi, opiera swoje działanie na prostych zasadach i reakcji znanej chemikom od stuleci.

Jak ogniwa wodorowe w samochodzie produkują energię niezbędną do napędzania samochodu? Wodór przedostaje się do ogniw paliwowych, gdzie dochodzi do połączenia jonów wodoru w anodzie z tlenem w katodzie. Przepływ elektronów pomiędzy elektrodami generuje prąd, którym zasilany jest motor. Energia trafia również do akumulatora, podobnego do tych stosowanych w hybrydach Toyoty. Bateria pełni tu rolę bufora, który pozwala efektywnie zarządzać pracą małej elektrowni na pokładzie samochodu typu FCEV, a dzięki temu - zmniejszać zużycie wodoru. W wyniku opisanej wyżej reakcji skutkiem ubocznym jest czyste H20 - woda, która opuszcza pojazd poprzez "rurę wydechową".

W porównaniu do aut spalinowych, sprawność napędu jest więc znacznie większa. Nie ma tu setek lub tysięcy ruchomych części, przekładni, turbosprężarek, układu rozrządu, filtrów cząstek stałych i całej serii innych, kosztownych i podatnych na awarię podzespołów. Gdy porównamy napęd wodorowy do elektrycznego typu BEV (Battery Electric Vehicle), główną różnicą jest z kolei źródło prądu dla silnika bądź silników. I to właśnie w tym przypadku można mówić o kolejnej zalecie, która czyni napęd wodorowy tak obiecującym.

Jedną z kluczowych korzyści w przypadku samochodu typu FCEV jest zaledwie kilkuminutowe tankowanie, które pozwala uzupełnić zapas wodoru i zwiększyć zasięg o kilkaset kilometrów. Toyota Mirai z pełnym zbiornikiem potrafi np. przejechać do 650 km nie generując przy tym żadnych emisji. Wodór tankuje się tak, jak benzynę, olej napędowy lub gaz LPG - na specjalnych stacjach. Rozwój sieci dystrybucji wodoru to jedno z głównych wyzwań, z którymi należy uporać się, by auta na wodór zyskały popularność. Obecnie polscy kierowcy mogą zatankować samochód wodorowy w Warszawie i Rybniku. Plany rozbudowy sieci zwiastują jednak budowę kilku kolejnych obiektów.

Zasięg taki, jak w aucie spalinowym sprawia, że auto wodorowe sprawdza się zarówno w mieście, jak i w trasie. Praktycznie bezgłośna praca układu i dobra dynamika to zalety, dzięki którym samochody wodorowe przypominają elektryki. Różnice w eksploatacji względem aut spalinowych bądź BEV nie są wcale wielkie - wodorowe auta korzystają po prostu z innego paliwa, a do jeżdżenia nimi nie potrzeba ani specjalistycznej wiedzy, ani doświadczenia.

Wykorzystujące czystą energię samochody na wodór doskonale wpisują się w ekologiczne trendy. Dążenie do zmniejszenia globalnego poziomu emisji CO2 czy troska o czyste powietrze w miastach łączą się tu z dużym zasięgiem, szybkim tankowaniem czy przywilejami w miastach, którymi mogą cieszyć się posiadacze aut elektrycznych. Podobnie jak elektryki, samochody na wodór takie, jak Toyota Mirai mają bowiem zielone tablice - są prawnie traktowane tak, jak auta typu BEV. Oznacza to, że kierowcy wodorowych pojazdów mogą korzystać z pasów dla autobusów i za darmo parkować w miejskich strefach płatnego parkowania.

Choć technologia wodorowa jest znana od wielu lat, na popularności zyskała w ostatniej dekadzie. To zasługa dopracowania rozwiązań, które umożliwiły masową produkcję. Nie byłaby ona możliwa, gdyby nie najwyższy poziom bezpieczeństwa, jakim wyróżnia się napęd wodorowy. Stosowany m.in. w ciężkich pojazdach użytkowych czy w autobusach komunikacji miejskiej, napęd musi spełniać wyśrubowane standardy dotyczące odporności na ogień, eksplozje czy rozszczelnienie. Lżejszy od powietrza wodór jest przechowywany w zbiornikach pod ogromnym ciśnieniem. Te, które są stosowane np. w Toyocie Mirai są zbudowane z materiałów kompozytowych i gotowe na ciśnienie ponad 2,25 razy większe niż wymagane przy maksymalnym napełnieniu. Zbiorniki w procesie homologacji poddawane były zróżnicowanym testom, w ramach których weryfikowano nawet… odporność na ostrzał. Auta na wodór, takie jak Toyota Mirai są opracowane z bardzo szerokim marginesem bezpieczeństwa. Kabina pasażerska jest oddzielona od zbiorników, dlatego w razie ich bardzo mało prawdopodobnego mechanicznego uszkodzenia, nietoksyczny wodór ulatnia się do atmosfery specjalnie zaprojektowanymi ścieżkami.

Oprócz kwestii bezpieczeństwa czy ekologii, samochody na wodór są po prostu wygodne. Niższa masa układu napędowego niż w elektryku pomaga osiągnąć lepszy kompromis między komfortem a precyzyjnym prowadzeniem, dynamika i duży moment obrotowy silnika elektrycznego poprawia elastyczność, a cisza panująca na pokładzie sprzyja relaksowi.

 Powszechnie występujący, dający mnóstwo energii wodór. Paliwo idealne? Takich oczywiście nie ma, a opisywana technologia, choć obiecująca, ma przed sobą jeszcze kilka istotnych wyzwań. Czego potrzeba, by spopularyzować samochody na wodór?

Największym i wspomnianym już wyzwaniem jest rozbudowa infrastruktury. Stacji tankowania wciąż jest w Polsce zbyt mało, by wygodnie podróżować z pełną swobodą. Choć np. za naszą zachodnią granicą stacji jest nieco więcej, na braki infrastrukturalne cierpią również inne kraje. Dalekosiężne plany koncernów paliwowych i energetycznych sugerują, że w najbliższych latach możemy doczekać się znacznie większej liczby stacji.

Kluczową kwestią jest też 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.

Czy samochody na wodór otwierają nowy rozdział w historii motoryzacji? A może to tylko chwilowy trend? Na ten moment niełatwo odpowiedzieć na to pytanie, choć wiele przesłanek wskazuje, że mamy do czynienia z nowym etapem rynkowej ewolucji.

Napęd wodorowy staje się realną alternatywą i już znajduje zastosowanie w transporcie i doskonale sprawdza się w ciężarówkach czy autobusach - tam, gdzie elektryczny, bateryjny napęd wiązałby się z zamontowaniem ogromnego, ciężkiego akumulatora, którego ładowanie trwałoby wiele godzin. Napęd typu FCEV wpisuje się idealnie w klimatyczne cele i kierunek, w którym zmierza przemysł. Dzięki niemu możliwe jest ograniczanie emisji CO2, a także redukcja zanieczyszczeń w miejscu zamieszkania. Korzystanie z wodoru pozwala zbliżyć się też do ostatecznego celu, czyli całkowitego uniezależnienia branży od paliw kopalnych.

Czy wodorowe auto to alternatywa dla samochodów elektrycznych i hybrydowych? Na tę chwilę, możliwości jego praktycznego zastosowania nie są jeszcze wykorzystywane w pełni, z uwagi na wymagającą rozbudowy infrastrukturę. Imponujący potencjał wodoru nie pozwala jednak pozostać obojętnym. Konsekwentnie rozwijana przez dużych graczy technologia z pewnością będzie zyskiwać na znaczeniu - wystarczy przypomnieć, że jeszcze dwie dekady temu to popularne dziś hybrydy były tylko ciekawostką.