Samochody na wodór czy elektryczne?
Samochody na wodór czy elektryczne? Jakie wybrać?
Historia aut wodorowych
Samochody na wodór czy elektryczne? Jak działają i jakie mają zalety samochody wodorowe?
Wpływ samochodów wodorowych na środowisko
Jakie są koszty i zalety użytkowania samochodów wodorowych?
Dlaczego wodór jest wciąż mało popularnym paliwem?
Zalety aut wodorowych
Wady aut wodorowych
Dlaczego samochody elektryczne są popularniejsze od wodorowych?
Samochody na wodór czy elektryczne? Jakie wybrać?
Wydaje się, że samochody z napędem wodorowym lub elektrycznym są przyszłością. Oznacza to, że kontynuacja rozwoju silników spalinowych jest obecnie mało sensowna. Wielu producentów coraz częściej deklaruje porzucenie projektów silników wysokoprężnych lub benzynowych na rzecz samochodów zasilanych alternatywnymi źródłami energii. W grę wchodzi energia elektryczna lub wodór. Samochody na wodór czy elektryczne? Które mają więcej zalet?
Historia aut wodorowych
Wodór, najlżejszy pierwiastek w całym wszechświecie, odgrywa kluczową rolę w rozwoju samochodów wodorowych, które mogą być obecnie produkowane. Początkowe obserwacje tego pierwiastka przeprowadził alchemik i lekarz Paracelsus ze Szwajcarii. Henry Cavendish w 1766 roku uznał wodór za odrębną substancję. W XIX i XX wieku naukowcy prowadzili dalsze eksperymenty nad tym pierwiastkiem. NASA natomiast pracowała nad wykorzystaniem ogniw wodorowych, a także próbowano zastosować je w ciągnikach rolniczych.
Pierwszym pojazdem mechanicznym, zbliżonym do samochodu i zasilono go wodorem, był autobus konstrukcji Mercedesa. W 1978 roku niemiecki producent przedstawił Necar, czyli New Electric Car. Pojazd ten posiadał ogromny zbiornik na wodór. Od lat 90. w niektórych niemieckich miastach kursują także autobusy zasilane wodorem.
Na rynku dostępne są obecnie cztery samochody napędzane wodorem za pomocą ogniw paliwowych. Hyundai jako pierwszy wprowadził samochód wodorowy na rynek. Napęd tego typu został zamontowany w jednym ze swoich popularnych SUV-ów, a mianowicie w Hyundaiu Tucsonie. Debiut Hyundai Tucson FCEV miał miejsce w 2013 roku. Na rynku pojawiły kolejne modele, takie jak Toyota Mirai, Hyundai Nexo i Honda Clarity. Dodatkowo, firmy takie jak Mercedes czy BMW eksperymentowały, wprowadzając samochody z konwencjonalnymi silnikami spalinowymi, które korzystają z energii elektrycznej pochodzącej z wodoru lub wykorzystują wodór jako paliwo spalane w komorze silnika. Przykładami takich modeli są BMW Hydrogen 7, BMW Hydrogen X5 oraz Mercedes GLC F-Cell.
Samochody na wodór czy elektryczne? Jak działają i jakie mają zalety samochody wodorowe?
Samochody wodorowe można podzielić na dwa typy. Pierwszy typ to jednostki, które działają podobnie do silników spalinowych. W tych jednostkach wodór jest przechowywany pod wysokim ciśnieniem w zbiorniku.Następnie wstrzykuje się go do komory silnika, powodując eksplozje i rozprężenie. Dzięki temu tłoki i wał korbowy pracują tak jak w zwykłym silniku benzynowym. Toyota jest jednym z głównych producentów tego typu jednostek wodorowych. Są one cichsze i generują mniejsze drgania, a spalanie wodoru nie powoduje emisji toksycznych substancji. Produktem reakcji jest tutaj wodór i woda.
Drugi typ jednostek wodorowych jest bardziej podobny do silników elektrycznych. Takie jednostki zostały wykorzystane przez NASA i korzystają z wodorowych ogniw paliwowych. W samochodach wodorowych tego typu nie ma dużych baterii, ale zamiast tego stosuje się ogniwa paliwowe. Wodór jest utleniany w tych ogniwach, a w wyniku tego procesu następuje rozdzielenie na kationy i aniony. Ruch anionów generuje napięcie, które zasila jednostkę napędową. Dużą zaletą tego rozwiązania jest mniejsza waga, ponieważ zbiornik wodoru waży znacznie mniej niż ciężkie baterie. Ponadto produkcja zbiorników wodorowych i ogniw paliwowych ma mniejszy wpływ na środowisko niż produkcja i utylizacja baterii stosowanych w samochodach elektrycznych. Jedyną wadą tego rozwiązania jest konieczność nagrzania silnika przed rozpoczęciem pracy, co wymaga krótkiego oczekiwania przed ruszeniem pojazdu.
Wpływ samochodów wodorowych na środowisko
Samochody wodorowe mają duże znaczenie dla ochrony środowiska, ponieważ stanowią alternatywę dla silników spalinowych, redukując emisję szkodliwych substancji. Celem producentów takich aut jest stworzenie alternatywnego paliwa, które umożliwi podobną eksploatację do samochodów spalinowych bez emitowania szkodliwych związków do atmosfery.
Jednak istnieje problem z produkcją wodoru, który służy jako paliwo dla tych pojazdów. Proces ten wymaga ogromnej ilości energii, co może zwiększyć zapotrzebowanie na energię pochodzącą głównie z paliw kopalnych, które generują duże ilości szkodliwych substancji. Ponadto istnieją różne typy wodoru, w zależności od użytych metod produkcji. Tzw. wodór zielony jest bezemisyjny, ale niebieski i szary wodór powstają w wyniku procesów nieekologicznych. Większość wodoru na świecie jest produkowana poprzez reforming metanu lub zgazowanie węgla. Wiąże się to z emisją gazów cieplarnianych i innych substancji szkodliwych.
Aby wodór był w pełni ekologiczny, powinniśmy przede wszystkim produkować wodór zielony lub niebieski. Podczas jego produkcji co prawda również wytwarza się dwutlenek węgla, ale ten gaz możemy wykorzystać wtórnie. Oprócz problemów związanych z produkcją wodoru, same samochody wodorowe są bardzo przyjazne dla środowiska. Nie wymagają ciężkich i trudnych do zrecyklingowania baterii. Wystarczają im tylko ogniwa paliwowe i zbiornik na wodór, który jest bardzo lekki – pełny zbiornik może ważyć zaledwie kilka kilogramów. W procesie spalania jedynym skutkiem ubocznym jest woda, która jest usuwana z systemu, a samochody wodorowe nie emitują żadnych innych szkodliwych substancji.
Jakie są koszty i zalety użytkowania samochodów wodorowych?
W dyskusji na temat samochodów elektrycznych często podnosi się argumenty dotyczące ich wygody w codziennej eksploatacji. Jednym z często wspominanych wad jest konieczność częstego ładowania, co może być uciążliwe, zwłaszcza jeśli nie mamy dostępu do szybkich ładowarek, które mogą być kosztowne. Związany z tym problemem jest również zasięg, który może wynieść przecież setki kilometrów, co oznacza potrzebę częstego ładowania, na przykład w trakcie podróży na wakacje.
W przypadku samochodów wodorowych ten problem w dużej mierze znika. Tankowanie trwa znacznie krócej, gdyż napełnienie zbiornika mieszczącego 5 kilogramów wodoru, na przykład w Toyocie Mirai, trwa od 5 do maksymalnie 10 minut. Taka ilość paliwa wystarcza na przejechanie nawet 500 kilometrów, co jest porównywalne do zatrzymania się na tankowanie zwykłego samochodu spalinowego. Nawet cena nie odstrasza, ponieważ w Niemczech wynosi ona około 40 złotych za kilogram, co daje około 100 kilometrów zasięgu, a ta cena ma jeszcze spaść.. Samochody elektryczne są produkowane praktycznie przez wszystkich producentów samochodów, a większość państw zdaje sobie sprawę, że zapewnienie dogodnych warunków dla korzystania z takich pojazdów jest kluczowe w celu zmniejszenia emisji szkodliwych substancji.
W przypadku samochodów wodorowych skala jest znacznie mniejsza, ponieważ na rynku jest póki co tylko kilka modeli: głównie Toyota Mirai i Hyundai Nexo. W Polsce praktycznie nie ma stacji tankowania wodoru, a jeśli już się pojawiają, są to głównie prywatne stacje obsługujące autobusy komunikacji miejskiej lub należące do konkretnych firm. Ponadto nie ma planów na budowę większej liczby stacji wodorowych, ponieważ transport i przechowywanie wodoru są dość skomplikowane.
Unia Europejska oraz kraje takie jak Niemcy, Francja i państwa Beneluksu mają nadzieję na przyszłe korzystanie z wodoru w sposób bardziej wygodny. W planach jest zwiększenie udziału autobusów i ciężarówek napędzanych wodorem oraz rozbudowa sieci stacji tankowania. Dalszy rozwój obejmuje również większe wykorzystanie wodoru w samochodach osobowych. Jednak będzie to proces czasochłonny i kosztowny. W Polsce do roku 2030 Orlen planuje wybudować 50 miejsc, gdzie będzie można zatankować samochód na wodór, ale bardzo obiecującą polską firmą jest Simple H2, która stworzyła i opatentowała unikalny elektrolizer grafenowy, stosowany do uzyskania zielonego wodoru oczystości 99,999% bezpośrednio na stacjach. Firma Simple H2 posiada drugi patent na na niezależną stację wytwarzania wodoru wraz z magazynem i stacją tankowania wodoru H35 i H70 z systemem elektrolizy. Być może i mamy taka nadzieję, że Simple H2 podbije świat swoimi rozwiązaniami.
Dlaczego wodór jest wciąż mało popularnym paliwem?
Technologie wodorowe są obiecujące w teorii. Jako ekologiczne paliwo, wodór może zasilać samochody osobowe bez generowania jakichkolwiek zanieczyszczeń, a także ma szybszy proces tankowania niż ładowanie samochodów elektrycznych. Wydaje się więc, że wodór powinien zastąpić samochody elektryczne. Jednakże, istnieje wiele problemów z tą technologią. Wodór jest uważany za paliwo przyszłości przez producentów, takich jak Toyota i Hyundai, ale nie tylko przez nich. Z drugiej strony, Volkswagen twierdzi, że wodór nigdy nie będzie powszechnie wykorzystywany.
Głównym problemem z wodorem jest to, że rozwój tej technologii oraz infrastruktury wymagałby wielu lat, a może nawet dekad, aby stało się to opłacalne i korzystne dla środowiska. To jest bardzo długi czas, zwłaszcza gdy obecnie większość producentów i organizacji, takich jak Unia Europejska, naciska na szybkie zmniejszenie naszego śladu węglowego. Teoretycznie, rozwiązaniem są samochody elektryczne, które są już dość powszechnie dostępne, a infrastruktura ładowarek stale się rozwija.
Wodór spotyka również krytyka z innej przyczyny – jego produkcji. Kiedy jest wytwarzany przy użyciu energii ze źródeł odnawialnych, powstaje tzw. „zielony wodór”, który jest bezemisyjny i uważany za całkowicie czyste i ekologiczne paliwo. Jednak większość wodoru jest produkowana przy użyciu technologii generujących wiele gazów cieplarnianych, co nazywane jest „szarym wodorem”, lub jako „niebieski wodór”, który również powoduje uwalnianie się pewnej ilości zanieczyszczeń do atmosfery, ale na mniejszą skalę niż w przypadku szarego wodoru. Choć te problemy mogą być rozwiązane dzięki patentom wcześniej opisanej Polskiej firmy Simple H2.
Zalety aut wodorowych
Podsumowując, samochody wodorowe mają wiele zalet. Przede wszystkim są kompletnie bezemisyjne, ponieważ działają na zasadzie elektrycznej, ale nie magazynują energii, lecz wytwarzają ją na bieżąco, co jest nieszkodliwe dla środowiska. Jedynym produktem ubocznym samochodów wodorowych jest woda, co stanowi ogromną zaletę. Ponadto, w przeciwieństwie do samochodów elektrycznych, samochody wodorowe nie wymagają dużych, ciężkich i mało ekologicznych baterii, a zamiast tego wykorzystują lżejsze ogniwa paliwowe i zbiornik na wodór.
Kolejną zaletą jest waga i komfort użytkowania. Aby uznać to za zaletę samochodów wodorowych, musimy założyć hipotetycznie, że infrastruktura dla samochodów elektrycznych i wodorowych jest tak samo rozwinięta. W takim przypadku tankowanie samochodu wodorowego zajmuje zaledwie kilka do maksymalnie dziesięciu minut, a pełny bak o pojemności 5/6 kilogramów zapewnia zasięg ponad 500 kilometrów. Dodatkowo, ten zasięg nie wymaga korzystania z ciężkich baterii, a sam zbiornik z wodorem jest lekki.
Wodór jest również bezpiecznym paliwem. Jest łatwopalny, ale trudno doprowadzić go do samozapłonu. Wymaga bardzo wysokiej temperatury, a samochody wodorowe są zaprojektowane tak, aby w przypadku uszkodzenia zbiornika wodór uwalniał się kontrolowanymi ścieżkami, nie dostając się do kabiny pasażerskiej.
Wady aut wodorowych
Największym mankamentem samochodów wodorowych jest ich ograniczona dostępność i brak wystarczającej liczby stacji tankowania. To poważny problem, zwłaszcza w Polsce, gdzie istnieje tylko kilkanaście stacji, z których większość należy do miast i służy do tankowania autobusów wodorowych jeżdżących po mieście. Przykładem jest Telewizja Polsat, która posiada własną przenośną stację do tankowania swoich pojazdów, takich jak Hyundai Nexo i Toyota Mirai.
Należy również pamiętać o aspekcie środowiskowym. Samochody uznawane są za duży problem dla ochrony środowiska, dlatego wprowadza się coraz bardziej rygorystyczne normy emisji spalin, które można spełnić tylko poprzez korzystanie z samochodów elektrycznych, hybrydowych lub właśnie wodorowych. Niemniej jednak często pomija się fakt, że energia elektryczna musi zostać wytworzona, a w Polsce głównie pochodzi ona z elektrowni działających na węgiel. Ponadto proces produkcji wodoru również pozostawia duży ślad węglowy.
Jednak największym problemem samochodów wodorowych jest zupełnie co innego. Podczas gdy na rynku istnieje wiele samochodów elektrycznych, a technologia ta dynamicznie się rozwija i przyciąga inwestycje wielu producentów, inwestycje w rozwój napędów wodorowych są ograniczone do nielicznych. W rezultacie, ta technologia rozwija się znacznie wolniej, a nawet zwiększenie nakładów na jej rozwój wymagałoby dużo czasu i środków. Szacuje się, że rozwój tej technologii mógłby trwać dekady, podczas gdy ekolodzy dążą do znalezienia rozwiązań, które działają znacznie szybciej.
Dlaczego samochody elektryczne są popularniejsze od wodorowych?
Samochody elektryczne zdobywają przewagę nie tylko ze względu na lepszą jakość samochodu, ale głównie dzięki infrastrukturze i dostępności. Obecnie samochody elektryczne stają się coraz bardziej rozsądną alternatywą dla pojazdów spalinowych, podczas gdy samochody na wodór są dostępne tylko w niewielkiej liczbie modeli. Ponadto, infrastruktura ładowarek dla samochodów elektrycznych jest znacznie bardziej rozwinięta.
Jeśli porównamy same właściwości samochodów, różnice stają się mniejsze. Aby dokonać porównania, należy jednak założyć, że oba typy pojazdów mają takie same warunki eksploatacji, takie jak rozbudowana sieć stacji ładowania i tankowania, a także dostępność na rynku.
Samochody elektryczne są znacznie bardziej wydajne energetycznie. W przeciwieństwie do samochodów na wodór, które mają duże straty na etapie produkcji wodoru, samochody elektryczne wykorzystują nawet ponad 70% początkowej energii. Oznacza to, że samochody elektryczne wykorzystują tyle energii, ile samochody na wodór tracą. To jedna z największych przewag samochodów elektrycznych nad samochodami na wodór.
Jednak samochody elektryczne mają pewne wady związane z zasięgiem i czasem ładowania. Samochody na wodór można zatankować w kilka minut i przejechać od 500 do nawet 600 kilometrów, podczas gdy pełne naładowanie baterii samochodu elektrycznego za pomocą najszybszych ładowarek zajmuje co najmniej kilkadziesiąt minut. W Polsce brakuje jeszcze rozbudowanej sieci szybkich ładowarek, co jeszcze bardziej wydłuża czas ładowania samochodów elektrycznych.
Gdy porównujemy wpływ na środowisko naturalne, sytuacja staje się bardziej skomplikowana. Obie te technologie są teoretycznie bezemisyjne w trakcie jazdy, ale trzeba wziąć pod uwagę, skąd pochodzą paliwo i baterie używane w samochodach elektrycznych. Produkcja baterii generuje dużo dwutlenku węgla i ekologiczne wątpliwości, ponieważ są one ciężkie i wymagają dużo energii. Ponadto, prąd używany do ładowania samochodów elektrycznych może pochodzić z nieczystych źródeł energetycznych.
Samochody na wodór również nie są tak czyste, jak mogłoby się wydawać. Produkcja wodoru jest bardzo energochłonna i może generować dużo dwutlenku węgla oraz innych szkodliwych związków. Na przykład w Chinach wodór jest produkowany poprzez zgazowanie węgla. Niemniej jednak, zarówno samochody elektryczne, jak i samochody na wodór mają pozytywny wpływ na redukcję smogu w miastach, który często pochodzi od dużej liczby pojazdów spalinowych
