Spis treści
Wystarczy 5 minut tankowania, aby pokonać samochodem wodorowym nawet 600 km. Wodór jest najbardziej powszechnym pierwiastkiem na świecie. Można go pozyskać choćby ze zwykłej wody i spalać w silniku jak benzynę. Gdy wykorzystamy go w ogniwach paliwowych, jedyną emisją z rury wydechowej będzie ponownie woda. Auto na wodór można kupić z dopłatą i korzystać z przywilejów takich jak jazda po buspasach czy darmowe parkowanie.
Zobacz nasze testy aut wodorowych:
BMW iX5 na wodór: oto realny zasięg, koszt H2 i czas tankowania
Autem na wodór zimą. Co pokazał test Toyoty Mirai na 1400 km?
Dlaczego zatem, zapowiadana od dawna rewolucja wodorowa w transporcie nie nadchodzi? Dlaczego mamy w Polsce już 100 tys. samochodów ładowanych prądem z sieci i zaledwie 200 aut wodorowych? Dlaczego w 2023 roku na całym świecie sprzedało się zaledwie 15 tys. aut wodorowych, podczas gdy w samej Polsce nabywców znalazło 20 tys. aut elektrycznych? Dlaczego zbudowaliśmy już w naszym kraju 6 tys. ogólnodostępnych i ok. 30 tys. prywatnych punktów ładowania elektryków, a zaledwie 3 stacje tankowania wodoru? Dlaczego śląskie miasta kupują autobusy na baterie, a zrezygnowały z zakupu wodorowych?
Dlaczego producenci samochodów mają w swojej ofercie setki modeli bateryjnych i zaledwie kilka na wodór? Dlaczego w Danii zamknięto niedawno wszystkie stacje tankowania wodoru, kolejną zlikwidowano w Niemczech, a z kalifornijskiego rynku stacji wodorowych wycofał się Shell? Dlaczego nawet TIR-ów i promów morskich sprzedaje się już więcej bateryjnych niż wodorowych, choć to przecież tam wodór miał być pierwszym wyborem?
W telegraficznym skrócie
Podstawowymi problemami wodoru są: ogromne straty energii względem np. napędów elektrycznych, co przekłada się na wzrost kosztów wodoru i jego zużycie w autach, konieczność produkcji wielokrotnie większej ilości prądu do ich zasilania, skomplikowanie auta i stacji tankowania, wysoka cena wodoru i jego dostępność, mała gęstość wodoru, wymagająca upakowania w aucie dużych cylindrycznych zbiorników na gazowy wodór, wytrzymujących większe ciśnienie niż panuje na dnie oceanu lub ogromnego baku na płynny wodór, utrzymującego temperaturę -253 st. C, konieczność zmieszczenia dodatkowo sporych stosów ogniw paliwowych, potężnej chłodnicy i jeszcze baterii trakcyjnej.
Do tego dochodzą bardzo wysokie koszty wymiany zbiorników wodoru po 15 latach, a jednocześnie brak wyraźnej przewagi w zasięgu nad elektrykami i wysokie koszty produkcji takich samochodów.
Czy to ma szansę się zmienić? Oczywiście. W każdym razie część, bo praw fizyki nie oszukamy. Czy rzeczywiście możemy więc spodziewać się wkrótce tanich aut wodorowych, produkcji dużych ilości taniego wodoru z nadmiaru energii odnawialnej i wysypu nowych stacji tankowania z niskimi cenami?
Efektywność samochodów wodorowych: dużo do poprawy
Pytanie o koszty wodoru nierozerwalnie wiąże się z efektywnością produkcji, przetwarzania, magazynowania i dystrybucji tego paliwa. Jeżeli chcemy mieć bardzo czysty (w ponad 99,99%) zielony wodór, najefektywniej rozdzielić wodę (H2O) na tlen (O2) i wodór (H2) przepuszczając przez nią prąd z odnawialnych źródeł energii (nazywa się to elektrolizą).
Drugą opcją jest rozdzielenie biometanu (CH4) w bardzo wysokiej temperaturze w procesie reformingu parowego (SMR). Tą metodą wodór produkuje się wodór w rafineriach, ale wymaga to ogromnych nakładów energii (reforming wymaga blisko 1000 st. C) i nie daje bardzo czystego wodoru (trzeba go dodatkowo czyścić). Boleśnie przekonali się o tym niedawno kierowcy w Korei, gdy po zatankowaniu wodoru na stacji ich auta stanęły, bowiem gaz uzyskany z biometanu miał mikroskopijne domieszki innych substancji, co uszkodziło drogie ogniwa paliwowe.
Jednak nawet ta najbardziej efektywna (i najbezpieczniejsza dla ogniw) metoda produkcji wodoru – elektroliza, jest wciąż mało efektywna. Najpierw generuje straty na destylacji wody, później przesyle energii, później na samej elektrolizie, następnie w sprężarkach, w transporcie wodoru i w końcu na stacji tankowania: w układach chłodzenia (wodór gazowy tankuje się w temperaturze -40 st. C, a płynny poniżej -253 st. C).
Na koniec mamy jeszcze niemałe straty w samochodzie: w ogniwie paliwowym lub silniku spalinowym. W tym ostatnim przypadku dochodzą nam jeszcze straty związane z wypuszczaniem ogrzewającego się wodoru do atmosfery, bowiem utrzymanie go poniżej -253 st. C w baku samochodu nie jest proste. W ten sposób zatankowane do pełna auto może pozbyć się całego wodoru, o wartości kilkuset złotych, w ciągu 2-3 tygodni.
Jeżeli chcemy przejechać 100 km samochodem spalającym wodór w klasycznym silniku, potrzebujemy najpierw wyprodukować 223 kWh energii elektrycznej, z czego 93% (208 kWh) pójdzie na straty, a zaledwie 15 kWh (7%) trafi na koła. Prąd nie jest tani, więc każdy 1% strat to realny koszt, który poniesiemy w cenie wodoru na stacji.
Dużo efektywniej wykorzystamy wodór w samochodzie elektrycznym zasilanym ogniwami paliwowymi na wodór gazowy produkowany na miejscu (w elektrolizerach na stacji tankowania), jednak i w takim cyklu potrzebujemy aż 63 kWh prądu na każde 100 km jazdy, z czego 70% bezpowrotnie stracimy.
Dla porównania, ładując samochód elektryczny z superszybkiej ładowarki zasilanej z sieci dystrybucyjnej, straty wyniosą ok. 25%, wystarczy zatem 21 kWh prądu. Jeżeli natomiast elektryka ładujemy w domu lub w biurze z lokalnej fotowoltaiki, straty spadają w okolice 20%. Takie auto elektryczne będzie zatem aż dziesięć razy bardziej wydajne od samochodu z silnikiem spalinowym na wodór.
Jednym słowem, z takiej samej ilości energii elektrycznej wyprodukowanej np. przez farmę wiatrową, zatankujemy na 100 km jazdy jeden samochód spalinowy na wodór lub naładujemy dziesięć samochodów elektrycznych na baterie.
Wysokie koszty wodoru
Niska wydajność wodorowego cyklu paliwowego przekłada się na koszty tego surowca. Na stacjach tankowania wodoru Neso w Polsce zapłacimy 69 zł za kilogram wodoru, a i tak nie jest to cena pokrywająca pełne koszty łańcucha dostaw tego paliwa. Z podobną ceną musimy się liczyć też w Niemczech czy na stacji Orlenu w Czechach. Natomiast już w Austrii czy USA wodór kosztuje ponad 100 zł/kg.
Toyota Mirai, Hyundai Nexo czy BMW iX5 Hydrogen na 100 km zużywają realnie od 0,9 kg (latem na drogach krajowych) do 1,6 kg (zimą na autostradzie), przy średniej w okolicach 1,3 kg/100 km, a więc koszty jazdy tymi autami w Polsce wynoszą blisko 90 zł/100 km.
Dużo taniej wodór można natomiast kupić w Azji. W Korei Południowej czy Chinach zatankujemy go w niektórych miejscach nawet poniżej 30 zł/kg, a więc koszty auta wodorowego zbliżają się tam do cen tankowania samochodów spalinowych, czy też ładowania elektryków na szybkich ładowarkach. Trudno nam jednak ocenić na jakim poziomie subsydiowana jest tam działalność operacyjna stacji i jaką część stanowi tam tańszy wodór z gazu ziemnego.
Gdybyśmy natomiast chcieli wrócić do pomysłów aut wodorowych z silnikami spalinowymi, musielibyśmy się liczyć ze spalaniem na poziomie 3,5 kg/100 km. Przy dzisiejszych cenach wodoru w Polsce, jazda takim samochodem kosztowałaby 240 zł/100 km.
Zobacz także: Za jaką cenę wodór pomoże zielenić transport publiczny?
Skąd wziąć tani, czysty i zielony wodór?
A czy wodór może być dużo tańszy? W końcu coraz częściej ceny prądu na giełdzie spadają do zera, bo mamy nadpodaż energii z wiatru i słońca. Co więcej, coraz częściej musimy już ograniczać produkcję elektrowni wiatrowych i słonecznych, bo nie zawsze znajdują się chętni na takie ilości prądu, jakie potrafią wygenerować przy dobrej pogodzie. Zamiast je wyłączać, moglibyśmy wykorzystywać ten prąd do wytwarzania zielonego wodoru.
Brzmi znakomicie, ale emocje studzi nieco Axpo, czyli jeden z największych sprzedawców energii w Europie i jeden z niewielu producentów „zielonego” wodoru z elektrolizy. Jak tłumaczy nam Luka Cuderman, szef rozpoznania rynkowego i strategii biznesowej Axpo, elektrolizery zbudowane przez jego firmę nie mogą czekać wyłącznie na niskie ceny prądu, bo instalacja wówczas nigdy się nie spłaci (koszty stałe w stosunku małej sprzedaży będą ogromne). Axpo zakłada, że elektrolizery będą produkować wodór przez co najmniej 60-90% godzin w roku.
Co to oznacza? Że w dającej się przewidzieć przyszłości instalacje do produkcji wodoru nie będą bazować na zerowych czy ujemnych cenach prądu, ale na cenach zbliżonych do średniej rynkowej. Będą to zatem ceny podobne do tych, jakie płacą np. operatorzy stacji ładowania aut elektrycznych albo gospodarstwa domowe (tyle, że bez opłat sieciowych). Jeżeli jednak cały cykl paliwowy dla wodoru jest kilka razy mniej efektywny niż dla aut bateryjnych, to oznacza, że tankowanie wodoru musi być istotnie droższe od ładowania elektryków.
Będzie tak dopóki ceny samych elektrolizerów nie spadną rzeczywiście tak bardzo, aż będzie się opłacało stawiać ich ogromne ilości tylko po to, aby pracowały np. 10%, 20% czy 30% godzin w roku, korzystając wyłącznie z najtańszego prądu.
Wyścig wodoru z bateriami
Jednak, nawet jeżeli ceny elektrolizerów znacząco spadną, a ich sprawność znacząco wzrośnie, to i tak ich właściciele nie będą jedynymi, którzy będą chcieli zagospodarować te 10-30% najtańszych godzin w roku. To samo będą chcieli zrobić przecież właściciele aut elektrycznych, ładując je w tanich godzinach w taryfach dynamicznych (to dzieje się już np. w Norwegii, Szwecji, Holandii czy Niemczech, a od sierpnia takie taryfy będą oferowane też w Polsce).
To samo będą też chcieli zrobić właściciele stacjonarnych baterii elektrochemicznych. W Niemczech ich liczba w samych gospodarstwach domowych przekroczyła już milion (co daje już 6 GW mocy magazynowych). Polska idzie tą samą drogą.
Baterie elektrochemiczne (gł. litowo-jonowe) w dodatku cały czas tanieją, a ich wytrzymałość rośnie. Wyścig o tani prąd wygra więc ta technologia, która będzie tańsza w zakupie i wygeneruje mniej strat na przechowywaniu oraz ponownym magazynowaniu. Na razie, co dobrze pokazuje analiza naukowców z ZEA, magazynowanie energii w bateriach litowo-jonowych jest kilkukrotnie tańsze od magazynowania w wodorze.
Wyścig przemysłu po wodór
Konkurencja o tani prąd do produkcji wodoru nie jest jednak jedyną, jaka może spędzać sen z powiek potencjalnych nabywców aut wodorowych. Bowiem będą oni musieli konkurować także o sam wodór. Przemysł, który korzysta dziś z wodoru produkowanego z gazu ziemnego, powoli zaczyna przestawiać się na zielony wodór z elektrolizy. Będzie on potrzebny w przemyśle metalurgicznym, nawozowym, spożywczym, kosmetycznym, a nawet do produkcji… benzyny i oleju napędowego z ropy naftowej.
Paradoksalnie to kierowcy aut spalinowych opalanych destylatami ropy naftowej, jako pierwsi powszechnie zaczną jeździć (pośrednio) na „zielonym” wodorze, podkupując to paliwo kierowcom aut wodorowych.
Rosnący popyt na „zielony” wodór wcale nie musi jednak oznaczać, że jego ceny będą rosnąć. Wręcz odwrotnie – niemal na pewno początkowo zadziała tu efekt skali, a więc spadek kosztów produkcji „zielonego” wodoru wraz ze wzrostem ilości produkowanego wodoru. To samo można zaobserwować od 20 lat w bateriach litowo-jonowych – wraz z dynamicznym wzrostem zapotrzebowania na (głównie ze strony elektroniki użytkowej, a teraz także i samochodów) ceny ogniw litowo-jonowych spadają.
Traton: mamy ciężarówki na wodór, ale sprzedajemy na baterie
Ten sam efekt skali powinien zadziałać także w przypadku produkcji samych aut wodorowych, które też są dzisiaj bardzo drogie. – W tej chwili samochody ciężarowe z napędem wodorowym kosztują trzykrotnie więcej od elektrycznych z bateriami. Oczywiście, to efekt niewielkiej produkcji aut wodorowych. Jeżeli ją przeskalujemy, koszty teoretycznie mogą spaść nawet poniżej kosztów pojazdów elektrycznych – mówił niedawno w rozmowie z WysokieNapiecie.pl Christian Levin, prezes grupy Traton, czyli jednego z największych na świecie producentów ciężarówek (Scania, MAN i Navistar), która ma w swojej ofercie zarówno pojazdy spalinowe, wodorowe, jak i elektryczne.
− Jednak podstawowym problemem napędów wodorowych jest ogromna nieefektywność. Od produkcji wodoru po napęd straty sięgają aż 75%, podczas gdy w pojazdach elektrycznych wynoszą 25%. Za te straty ktoś musi zapłacić – dodaje szef Tratona i Scanii. Jak tłumaczy Levin, wszystkie analizy wskazują dziś, że całkowity koszt użytkowania ciężarówek elektrycznych będzie mniejszy od tych napędzanych wodorem, a w nieodległej przyszłości spadnie nawet poniżej kosztów pojazdów z silnikami Diesla.
Scania: Wodór? Ciężarówki będą elektryczne
Koszty aut wodorowych
Wysokie koszty wodoru nie są kompensowane niższą ceną takich aut także w przypadku samochodów osobowych. Tam dodatkowo dochodzą jeszcze zauważalne wady związane z objętością butli na wodór i chłodzeniem ogniw. Jednocześnie auta z ogniwami paliwowymi są dużo droższe zarówno od odpowiedników z silnikami spalinowymi, jak i aut elektrycznych bateryjnych. Pytanie, dla jakiej części kierowców krótki czas tankowania, będzie w stanie zrekompensować te wady?
Za podstawową Toyotę Mirai trzeba zapłacić 335 tys. zł. Jednak, chociaż mamy już kwiecień 2024 roku, Toyota wciąż wyprzedaje Mirai z rocznika 2022, dzięki czemu dwuletnie auto wodorowe bez przebiegu możemy kupić za 285 tys. zł.
Do czego ją jednak porównać? Auto mierzy niemal 5 metrów, a więc tyle co np. elektryczny Volkswagen ID.7 (niemiecki elektryk z dużą baterią startuje od 277 tys. zł), ale Mirai oferuje zaledwie 321 litrów przestrzeni bagażowej (niewiele więcej od Yarisa) i praktycznie tylko 4 miejsca (choć druga generacja ma już homologację na 5 osób). Tymczasem, do bagażnika Volkswagena ID.7 zapakujemy 532 litry, a po rozłożeniu kanapy aż 1586 litrów (w Mirai kanapa nie może się rozkładać), mieszcząc piątego pasażera w dużo bardziej komfortowych warunkach.
Duże zbiorniki, chłodnica i ogniwa
Dlaczego jednak auta wodorowe cierpią na niedobór miejsca wewnątrz? Odpowiedź znów tkwi w fizyce – wodór ma bardzo małą gęstość. Gdybyśmy go nie sprężali, aby pokonać choćby 500 km, samochód wodorowy musiałby ciągnąć za sobą… pełnowymiarową naczepę z wodorem. Konstruktorzy muszą więc iść na kompromis między stosowanym ciśnieniem (to kwestia bezpieczeństwa oraz kosztów sprężania i produkcji samych zbiorników), przestrzenią wewnątrz samochodu, a zasięgiem. Za rozsądne dla aut osobowych uznano na świecie ciśnienie 700 barów, czyli 700 razy wyższe od ciśnienia atmosferycznego.
Czy to dużo? Dla porównania oponę samochodową pompujemy do 2-3 barów. Ciśnienie autogazu nie przekracza 20 barów, a stalowy zbiornik LPG zostałby rozerwany przy ciśnieniu ok. 300 barów. Kompozytowe zbiorniki wodoru z włókna szklanego (wzmacnianego karbonem) muszą wytrzymać ponad… 2000 barów (dwa razy więcej niż panuje na dnie Rowu Mariańskiego).
Jednak nawet tak bardzo sprężony wodór wciąż wymaga stosunku dużych i drogich zbiorników o określonych kształtach (nie będą płaskie jak baterie czy formowalne jak zbiorniki benzyny). W wodorowym BMW iX5 mamy dwa zbiorniki mieszczące 6 kg wodoru (co zapewnia mu zaledwie 330 km zasięgu autostradowego), o pojemności aż 160 litrów (plus grube ścianki). Toyota Mirai, mieszcząca 5,6 kg wodoru, ma trzy zbiorniki o pojemności 142 litrów – w tunelu środkowym (stąd brak miejsca na nogi dla piątego pasażera), pod kanapą (dlatego bateria wylądowała w bagażniku) i pod podłogą bagażnika (co dodatkowo ograniczyło przestrzeń bagażową).
Przy ciśnieniu 700 barów, w 100-litrowym zbiorniku mieszczą się 4 kg wodoru. Wystarczy na 300 km jazdy drogą ekspresową autem z wodorowymi ogniwami paliwowymi, albo… niewiele ponad 100 km jazdy w mieście autem spalinowym na wodór. To powód dla którego najprawdopodobniej auta z klastycznymi silnikami spalinowymi na wodór nigdy się nie upowszechnią.
Wracając jednak do, mającej większe szanse, technologii ogniw paliwowych. Sam stos ogniw i towarzyszącym im układ chłodzenia też są całkiem obszerne. Zajmują praktycznie tyle miejsca, co silnik spalinowy. Do tego wodorowce potrzebują gigantycznej chłodnicy – znacznie większej niż w autach spalinowych. Bo chociaż generują o połowę mniej ciepła odpadowego (są dwa razy bardziej efektywne od aut spalinowych), to temperatura pracy ogniw jest bardzo ograniczona (ok. 60-80 st. C). Gdyby ogniwa zbytnio się nagrzały, ich membrana mogłaby wyschnąć, a w najgorszym wypadku stopiłaby się.
Realne zasięgi samochodów wodorowych
Pomimo upychania do aut wodorowych kilku zbiorników, gromadzony w nich wodór nie pozwala na osiągnięcie spektakularnych zasięgów. W naszym autostradowym teście wodorowego BMW, wypadł ona nawet gorzej od swojego elektrycznego odpowiednika (sprawność ogniw paliwowych pod dużym obciążeniem spada, podczas gdy w silnikach elektrycznych praktycznie się nie zmienia, a w silnikach spalinowych może nawet rosnąć).
Nawet gdy zestawimy Toyotę Mirai z tańszą od niej o 100 tys. zł miejską Cuprą Born na baterie, okaże się, że oba auta mają w realnych warunkach zbliżone zasięgi autostradowe, a hiszpański kompakt oferuje przy tym o ponad 60 litrów więcej przestrzeni bagażowej, dużo lepsze przyśpieszenie i o ponad połowę niższe koszty jazdy.
Degradacja ogniw i wymiana zbiorników
Wodorowe ogniwa paliwowe są zbudowane podobnie jak ogniwa litowo-jonowe. Każde składa się z warstw katody, separatora i elektrody. Różnica polega na tym, że w ogniwach litowo-jonowych jony litu tylko przemieszczają się wewnątrz ogniwa, akumulując lub oddając energię elektryczną, podczas gdy w wodorowych ogniwach paliwowych atomy wodoru dostarczane są z zewnątrz podczas tankowania i po oddaniu energii łączą się z tlenem, wylatując z rury „wydechowej” jako woda.
Wodór musi więc być bardzo czysty i nie może być dostarczany w zbyt niskiej lub zbyt wysokiej temperaturze, aby nie zniszczyć ogniw. Zanieczyszczenia w wodorze będą przyśpieszać degradację ogniw, podobnie jak… zanieczyszczone powietrze, bowiem tlen do ogniw pobierany jest z otoczenia. W aucie trzeba więc dbać o filtry powietrza nawet bardziej niż w samochodzie spalinowym.
Niestety, degradacji nie da się uniknąć. Jeszcze 10 lat temu ogniwa paliwowe w samochodach wodorowych potrafiły w ciągu roku stracić 10% sprawności. Jednak – podobnie jak w ogniwach litowo-jonowych – widać tu ogromny postęp. Aktualne dane amerykańskiego NREL wskazują, że dopiero po 8 latach umiarkowanego użytkowania (20 tys. km rocznie), ogniwa nowych aut wodorowych stracą 10% sprawności. Najprawdopodobniej ogniwa większości aut wodorowych dostępnych dziś na rynku przeżyją same auta z degradacją do 20-30%.
Gorzej sprawa ma się ze zbiornikami wodoru. Jak już pisaliśmy, muszą one wytrzymać gigantyczne ciśnienia. Ze względów bezpieczeństwa, normy mówią dziś o tym, że nie powinny być użytkowane dłużej niż 15 lat. W przypadku Toyoty Mirai ich wymiana szacowana jest na 100 tys. zł. Czy jest konieczna? Bardzo możliwe, że nie i że oryginalne zbiorniki mogłyby być użytkowane 20-25 lat, aż do zezłomowania samego auta. Wymagałoby to jednak serii testów i zmian norm. Równolegle w laboratoriach trwają prace badawcze nad opłacalnymi technikami recyklingu takich zbiorników, bowiem dziś trafiają one na wysypiska.
Bezpieczeństwo wodoru
Skoro zbiorniki wodoru po 15 latach mają być wymieniane z powodów bezpieczeństwa, to czy wodór w ogóle jest bezpieczny? Jest tak samo bezpieczny jak auta benzynowe czy elektryczne – czyli bardzo bezpieczny, ale oczywiście pożaru czy wybuchu nigdy nie wykluczymy na 100%.
Jedna spektakularna awaria, może jednak wstrząsnąć opinią publiczną, jak dzieje się to przy każdej nowej technologii. – W Norwegii temat samochodów wodorowych właściwie zakończył się po wybuchu na stacji tankowania wodoru w naszym kraju – mówi nam Sveinung Kvalø z norweskiego Elbila.
Chodzi o wybuch wodoru ulatującego ze zbiorników na stacji (jeden z nich był źle zakręcony). Jego stężenie w mieszaninie z powietrzem osiągnęło poziom, który doprowadził do samoczynnego wybuchu. Na szczęście tylko dwie osoby odniosły obrażenia i nie było ofiar śmiertelnych. Wyciek wodoru jest o tyle niebezpieczny, że gaz nie ma zapachu i smaku, a jednocześnie jest niewidoczny. Nie może być jednak nawaniany jak gaz ziemny, bo musi być niemal absolutnie czysty na potrzeby ogniw paliwowych.
Z tamtej tragedii wyciągnięto jednak wnioski. Stacje tankowania wodoru w Polsce lokalizowane są w znacznej odległości od domów i zatłoczonych miejsc, a od strony dystrybutorów mają potężne mury oporowe chroniące kierowców podczas tankowania. Stacje wyposaża się taż w wykrywacze tego gazu. Na wiele sposobów zabezpieczone są także zbiorniki samochodów, łącznie z detektorami gazu we wnętrzu auta. Podobnie jak baterie litowo-jonowe i baki z paliwem, butle z wodorem są umiejscawiane w autach tak, aby nie ulec zniszczeniu podczas wypadku. Jest więc to bardzo bezpieczna technologia i na pewno nie powinniśmy się obawiać tankowania czy użytkowania takich aut.
Paliwa syntetyczne (e-paliwa) z wodoru?
Skoro wodór ciężko się przechowuje, a ogniwa paliwowe się degradują, to może trzeba połączyć wodór z azotem albo dwutlenkiem węgla i wyprodukować z niego „ekologiczne” paliwo syntetyczne, np. e-benzynę, e-diesla, amoniak, metanol albo e-metan, a następnie spalić je w klasycznym silniku spalinowym? Jasne, kto bogatemu zabroni. Porsche chce nawet produkować takie paliwa do swoich sportowych samochodów.
Niemal na pewno takie paliwa znajdą swoich nabywców – może nawet tysiące nabywców na całym świecie. Pozostały miliard samochodów raczej nie będzie jednak jeździć na takiej e-benzynie.
Dlaczego? Pamiętacie z wcześniejszej części tekstu ile kosztowała jazda spalinowym autem wodorowym? Ponad 240 zł/100 km. To mniej więcej poziom kosztów z jakimi trzeba by się liczyć także przy e-paliwach, bowiem mechanizm ich produkcji jest jeszcze bardziej skomplikowany, co jedynie równoważy nieco łatwiejszą dystrybucję. Nawet jeżeli cena energii elektrycznej, a w konsekwencji cena wodoru, spadną, to i tak auta na baterie i ogniwa paliwowe będą zdecydowanie tańsze w użytkowaniu od tych z silnikami spalinowymi, bowiem są od nich wielokrotnie bardziej sprawne.
W kluczowym wyścigu pozostaną więc samochody na baterie i ogniwa paliwowe, przy czym elektryki są już o kilka długości przed wodorowcami. Czy to może się jeszcze zmienić?
Wygrają samochody wodorowe czy elektryczne?
W historii motoryzacji wodór wskazywany jest jako przyszłość już od 50 lat, a złośliwi mówią, że tą przyszłością motoryzacji pozostanie już zawsze. Pierwsze nadzieje związane z wodorem pojawiły się w latach 70., później wodorowa gorączka odżyła w latach 2000., a po raz kolejny w ostatnim dziesięcioleciu. Koncerny motoryzacyjne na wszelki wypadek trzymają rękę na pulcie i przeznaczają miliony dolarów na badania nad technologiami wodorowymi, ale miliardy dolarów idą w tym czasie najpierw na silniki diesla, a teraz na technologie bateryjne.
W nieoficjalnych rozmowach z członkami zarządów europejskich koncernów motoryzacyjnych trudno wyczuć jakiekolwiek nadzieje na podbicie rynku przez auta wodorowe. Nieco cieplejsze słowa w kierunku tej technologii kierują koncerny z Japonii i Korei, jednak i największy orędownik tej technologii – Toyota – produkuje dziś już zdecydowanie więcej aut na baterie, niż wodorowych. Na te ostatnie nie ma po prostu klientów, chociaż otrzymują one zwykle podobne wsparcie co auta elektryczne.
Decydują o tym koszty zakupu i użytkowania – niższe w przypadku aut elektrycznych. Decyduje o tym także infrastruktura – w przypadku aut elektrycznych bazowa infrastruktura jest w Europie dostępna od 100 lat. To zwykłe gniazdka elektryczne z których naładujemy każdy samochód elektryczny. Wielu ich posiadaczy w ogóle nie montuje domowych ładowarek, poprzestając na ładowaniu z gniazdka. Wbrew pozorom znaczenie dla części kierowców ma też wygoda ładowania – podłączenie auta we własnym garażu jest znacznie szybsze niż jazda na stację tankowania, a zapewnia np. 90% wszystkich potrzeb ładowania auta w roku. Tym bardziej, że stacji tankowania wodoru w Europie brakuje. Skoro nie ma zbyt wielu chętnych na drogi wodór, to nie ma też chętnych do budowy drogich stacji tankowania.
Elektryki są jednocześnie dużo prostsze w budowie i serwisowaniu, dzięki czemu znacznie łatwiej, szybciej i taniej mogą być oferowane klientom przez dziesiątki producentów, podczas gdy technologie wodorowe skupione są w zaledwie kilku firmach, które nie potrafią się z nimi przebić nawet wśród własnych klientów.
Postęp technologiczny w wodorze (bardziej wydajne elektrolizery i ogniwa paliwowe, produkowane po niższych kosztach, czy tańsze zbiorniki wysokociśnieniowe) teoretycznie może coś zmienić. Tyle, że równie szybki, jeżeli nie szybszy, postęp widać też w branży bateryjnej − to tańsze, trwalsze, mniejsze i lżejsze ogniwa litowo-jonowe, które można coraz szybciej ładować.
Z rynkowego punktu widzenia, każdy rok tylko pogłębia dystans o jaki technologie bateryjne uciekają wodorowym. Produkcja baterii i samochodów elektrycznych na świecie skaluje się w wykładniczym tempie, podczas gdy samochody wodorowe tkwią w miejscu i są tworzone jak w manufakturach, niczym kosztowne dzieła sztuki inżynierskiej. Wraz z wydawaniem miliardów na coraz lepsze baterie, wodór ma coraz mniejsze szanse na odniesienie jakiegokolwiek większego sukcesu w najbliższych 50 latach.
Żeby to zmienić, musielibyśmy wkrótce zacząć produkować duże ilości bardzo taniego wodoru, na co nie widać na razie perspektyw, bowiem kosztowne elektrolizery nie będą tanio wytwarzać wodoru jedynie z nadwyżek zielonego prądu. Teoretycznie, mogłyby produkować tanio prąd np. w Arabii Saudyjskiej z wydajnie pracującej tam fotowoltaiki, ale koszt przewiezienia wodoru niweczy właściwie zyski z takiej operacji, a jednocześnie oznaczałoby ponowne uzależnianie Europy od importu paliw z państw niedemokratycznych.
Z ekonomicznego i środowiskowego punktu widzenia najważniejsze jest jednak co innego – jeżeli samochodu wodorowe są od 3 do 10 razy mniej efektywne, to znaczy, że wybierając taką technologię musielibyśmy produkować od 3 do 10 razy więcej zielonej energii elektrycznej do ich zasilania. O ile zasilenie wszystkich samochodów energią elektryczną zwiększyłoby zapotrzebowanie na prąd w kraju o ok. 30%, o tyle zasilanie ich wodorem, zwiększyłoby to zapotrzebowanie od 100%, w przypadku ogniw paliwowych, do 300% w przypadku spalinowych silników wodorowych. Byłoby to po prostu ogromne marnotrawstwo energii, a gęsto zaludnione obszary, takie jak Europa, miałyby już trudności z akceptacją społeczną tylu farm wiatrowych i słonecznych, ile pojazdy wodorowe by wymagały.
Przy pracach nad tym tekstem przewertowaliśmy dziesiątki scenariuszy, modeli i prognoz zmian na rynku motoryzacyjnym do 2050 roku – od konserwatywnych, po bardzo progresywne. Żadna z nich nie daje wodorowi szans na sukces w porównaniu z technologiami bateryjnymi. Co ciekawe, w zastosowaniach do samochodów osobowych, przyszłości wodoru nie widzi nawet „Hydrogen Europe” i zapytanych przez nią kilka tygodni temu 99 ekspertów. A mówimy tu o najpotężniejszej w UE organizacji reprezentującej branżę wodorową.
