Spis treści
Bawarczycy kolejny raz przymierzają się do napędu wodorowego, ale w nowej odsłonie. Kilkanaście lat temu wypuścili krótką serię modelu BMW Hydrogen 7, a więc siódemki przystosowanej do spalania zarówno benzyny jak i wodoru w 6-litrowym silniku V12.
Jazda wodorową BMW serii 7 kosztowałaby ponad 250 zł/100 km
Pomimo zastosowania potężnego silnika, wodorowa siódemka była w stanie wyciskać z niego raptem 256 KM, spalając aż 15 litrów benzyny lub 4 kg wodoru na 100 km i emitując do tego szkodliwe tlenki azotu. Przy dzisiejszych cenach sprężonego wodoru na stacji w Polsce (69 zł/kg), koszty podróży tym autem przekraczałyby więc 250 zł/100 km, a w wersji płynnej – stosowanej w wodorowej serii 7 – wodór musiałby być jeszcze droższy. W dodatku ogromny zbiornik H2 umiejscowiony za tylną kanapą był w stanie pomieścić zaledwie 8 kg tego paliwa, więc wodorowy zasięg limuzyny wynosił raptem 200 km.
Gdybyśmy jednak zatankowali auto i zostawili na dwa tygodnie, po 500 zł w zbiornikach wodorowych nie pozostałoby zbyt wiele, bowiem BMW Hydrogen 7 przechowywał w baku płynny wodór w temperaturze minus 253 st. C. Gdy bak się ogrzewał, wentyle wypuszczały parujący wodór w powietrze, aby ciśnienie go nie rozerwało. W ten sposób w kilkanaście dni niemal cały wodór odparowywał.
Ostatecznie, po 30 latach eksperymentowania z takim napędem, Bawarczycy odwiesili ten projekt na kołek. Zamiast silników spalinowych, zajęli się ogniwami paliwowymi, w których wodór z baku auta łączy się z tlenem z powietrza, generując przepływ prądu zasilającego silnik elektryczny.
Ogniwo paliwowe jak bateria, którą tankujemy, zamiast ładować
Ogniwo paliwowe działa podobnie do baterii litowo-jonowej. W obu mamy dwie elektrody rozdzielone membraną nieprzepuszczalną dla całych atomów (z kompletem elektronów). Tyle, że w baterii między elektrodami przepływają jony litu (atomy litu z oderwanym elektronem), które ponownie wracają na swoje miejsce podczas ładowania baterii (osobnym przewodem przepływają elektrony, czyli prąd). Z kolei w ogniwie paliwowym ładuje się do baku wodór, który podczas jazdy również przepływa między elektrodami bez swojego elektronu (tu także elektrony wędrują osobnymi przewodami jako prąd). Następnie, po połączeniu się jonu wodoru z jego elektronem (H2) i tlenem (O2), ulatuje on do powietrza w postaci wody (H2O). Wodór trzeba więc tankować ponownie.
Kilka minut tankowania w trasie zamiast 15-30 minut ładowania, dla wielu osób brzmi zdecydowanie lepiej. A jak to wygląda w praktyce?
Zasięg BMW iX5 Hydrogen
Wodorowa X5 niemal nie różni się od wersji spalinowych i ma sporo wspólnego z elektrycznym BMW iX (choćby jego silnik elektryczny i zbliżone wymiary). Samochód, chociaż nie ma ciężkiej wielkiej baterii (ma tylko 6 kWh), ani ogromnego silnika spalinowego, to jednak ma ciężkie zbiorniki z wodorem, ogniwa paliwowe i jest bogato wykończony. Waży więc niewiele mniej od wersji bateryjnej – blisko 2,5 tony. Tak duże auto to nie jest wymarzony model pod ogniwa paliwowe. Ich sprawność, a więc zużycie wodoru na 100 km, zależy bowiem istotnie od obciążenia (podobnie jak w silniku spalinowym). Im cięższe i większe auto, tym większe wahania obciążenia w mieście i tym większe obciążenie na autostradzie. Widać to w wynikach zużycia wodoru.
Spokojna płynna jazda BMW iX5 Hydrogen oznacza 1,2 kg/100 km zużycia (500 km zasięgu), jednak dynamiczny przejazd przez gęsty miejski ruch, skutkować może wzrostem zużycia nawet w okolice 2 kg/100 km (300 km zasięgu). Niewiele lepiej będzie na autostradzie, gdzie zużycie skacze do 1,8 kg/100 km (330 km zasięgu). Średnie zużycie od wyjazdu z fabryki w testowanym przez nas egzemplarzu wynosiło 1,6 kg/100 km (375 km zasięgu). W elektrycznym BMW iX z dużą baterią osiągniemy większy zasięg zarówno w mieście (470 km zasięgu), jak i na autostradzie (360 km zasięgu).
To oczywiście jedynie egzemplarz testowy, nie tworzony jako wodorowy od początku. Jednak ogromne ciśnienie, jakie wytrzymać muszą zbiorniki z wodorem, pozostanie zapewne długo zauważalnym ograniczeniem projektantów. W BMW iX5 Hydrogen butle wypełniają tunel środkowy i przestrzeń pod kanapą, dzięki czemu auto nie straciło przestrzeni bagażowej (jest taka sama jak w wersjach spalinowych). W mniejszej Toyocie Mirai butle wyraźnie ograniczają już przestrzeń w kabinie i bagażniku, choć są nieco mniej pojemne. Trudno będzie zmieścić w autach wodorowych dużo więcej kosztownych i wrażliwych na zderzenia butli.
Tankowanie wodoru
Pomimo, że realny zasięg aut wodorowych może być mniejszy, niż wielu potencjalnych kierowcach sobie to wyobrażało, to wodór – według zapewnień producentów − zatankujemy w 3-4 minuty. Rzeczywiście, nasz test tankowania pokazał, że całość zajmuje może 2 razy więcej, ale to wciąż dobry wynik. Gdy podjedziemy na stację, musimy najpierw kliknąć przycisk tankowania w aucie i odczekać mniej niż minutę na komunikat, że możemy otworzyć klapkę. Na stacji tankowania wodoru Neso w Warszawie (to na razie jedyna ogólnodostępna stacja tankowania wodoru w Polsce) musimy przedpłacić tankowanie w terminalu, następnie wpiąć dyszę o odpowiednim ciśnieniu (H70 w przypadku większości aut osobowych, przez którą popłynie 700 barów i więcej), a na koniec wcisnąć przycisk uruchamiający tankowanie.
Napełnianie baku może być przerywane, bo sprężarki na stacji muszą – zwłaszcza przy wysokim wypełnieniu zbiornika – podnosić ciśnienie (nawet do 850 barów) Wodór jest też wówczas schładzany. Ze względu na wysokie ciśnienie, temperatura w baku rośnie nawet o kilkadziesiąt stopni Celsjusza, a nie powinna przekroczyć 80 st. C. BMW zastrzega też, że zgodnie ze standardowym protokołem, napełnianie baku może zakończyć się w przedziale 95-100%, a zatem „pełny” bak może mieć w rzeczywistości od 5,7 do 6 kg wodoru.
Po napełnieniu baku usłyszymy komunikat ze stacji o tym, że tankowanie zostało zakończone. Może się jednak okazać, że na wyjęcie dyszy chwilę będziemy musieli poczekać, bowiem potrafi ona przymarznąć do złącza po stornie auta. Tak było też w naszym przypadku. W zależności od możliwości stacji, może być wymagane kilka, a nawet kilkanaście minut odstępu między tankowaniem kolejnego auta w kolejce.
W wodorze kluczowe jest ciśnienie
Problemem jest to, że wodór ma bardzo małą gęstość. W temperaturze pokojowej i przy ciśnieniu atmosferycznym potrzebowalibyśmy zbiornik wielkości dostawczaka (12 m3) na zgromadzenie 1 kg wodoru, a w baku auta musimy zmieścić kilka kilogramów tego paliwa. Dlatego spręża się go do ciśnień jakie znamy jedynie z fabryk – 350 (w ciężarówkach) lub 700 barów (w autach osobowych). A do samego zatankowania, jego ciśnienie musi być jeszcze wyższe.
Przypomnijmy, że ciśnienie atmosferyczne wynosi 1 bar, mocno napompowane opony auta osobowego mają ciśnienie 3 barów, a samochodowe zbiorniki LPG ze stali zostałyby rozerwane przy ciśnieniu 100 barów. BMW iX5 Hydrogen przechowuje wodór w dwóch butlach pod ciśnieniem 700 barów, które wytrzymują ciśnienie 850 barów podczas tankowania. Ich margines bezpieczeństwa jest oczywiście jeszcze wyższy. Butle są zlokalizowane w tunelu środkowym i pod tylną kanapą. Zbiorniki zbudowane są z kompozytu wzmocnionego karbonem, aby wytrzymać tak ogromny nacisk na ścianki.
Wodór: tanio nie będzie
To właśnie sprężanie wodoru, obok samej elektrolizy (produkcji wodoru z wody), a następie wykorzystania go w ogniwie paliwowym, odpowiada za znaczną część zużycia i strat energii, dochodzących w sumie do 70% w całym cyklu produkcji, transportu, tankowania i wykorzystania wodoru w samochodach.
Dlatego ceny wodoru na stacjach są dziś bardzo wysokie. Na stacji Neso w Warszawie za wodór, bez względu na ciśnienie (H35 i H70), zapłacimy 69 zł/kg brutto. Dla porównania na stacji Orlenu w Pradze zapłacimy 278 koron (52 zł/kg), na stacji Shell w Berlinie wydamy 13,85 euro (64 zł/kg), a na stacji OMV w Wiedniu aż 23,99 euro (110 zł/kg).
Obecnie podróżowanie wodorowym BMW iX5 Hydrogen kosztuje w Polsce od 82 zł/100 km przy oszczędnej płynnej jeździe, po ponad 120 zł/100 km przy dynamicznej jeździe autostradowej.
