Elektryk czy wodorowiec? Oto jest pytanie!
Czy samochody wodorowe to najlepsza alternatywa mobilności na przyszłość? Czy to, że nie emitują CO2 podczas jazdy oznacza, że nie zanieczyszczają środowiska?
Silniki wodorowe zyskują coraz większą popularność. Są z jednej strony znacznie bardziej ekologiczną alternatywą spalania pochodnych ropy naftowej, a z drugiej mogą niwelować wiele wad silników elektrycznych. Ciężkie baterie z kłopotliwą utylizacją, czy długi czas ich ładowania. Nie wspominając o nieetycznym pozyskiwaniu surowców, służących do ich produkcji.
Najważniejszą różnicą pomiędzy samochodem elektrycznym a wodorowym jest źródło prądu. W samochodzie EV (Electric Vehicle) energia elektryczna jest czerpana z akumulatorów zwanych popularnie bateriami. W samochodzie wodorowym określanym skrótem FCV (Fuel Cell Vehicle) prąd wytwarza na bieżąco ogniwo paliwowe. Takie auta również są wyposażone w akumulatory, ale o małej pojemności. Pełnią podobną funkcję jak w autach hybrydowych. Pośredniczą w przekazywaniu energii elektrycznej i dostarczają prąd od razu po uruchomieniu auta, zanim ogniwo paliwowe zdąży się rozgrzać.
Jak działają samochody wodorowe
Samochód na wodorowe ogniwa paliwowe ma zbiornik wodoru, zasilający ogniwo paliwowe gazowym wodorem pod wysokim ciśnieniem, który miesza się z tlenem. Ta mieszanka rozpoczyna reakcję elektrochemiczną, która wytwarza energię elektryczną do zasilania silnika elektrycznego. Oznacza to, że samochody wodorowe mają cechy zarówno samochodów elektrycznych (ze względu na wykorzystanie energii elektrycznej i silnika), jak i konwencjonalnych samochodów benzynowych (ze względu na zbiornik).
Ogniwa paliwowe są głównym elementem samochodów napędzanych wodorem. Zamieniają zmagazynowany wodór (poprzez zmieszanie go z tlenem) w energię elektryczną. Ta energia elektryczna jest następnie wykorzystywana do zasilania silnika elektrycznego napędzającego pojazd. Bez żadnych toksycznych emisji wydobywających się z rury wydechowej. W rzeczywistości jedynym produktem ubocznym całego procesu jest woda i ciepło, będące wynikiem połączenia atomów wodoru i tlenu.
Pojazdy elektryczne (EV) są napędzane silnikami elektrycznymi, które pobierają prąd z akumulatora lub innych przenośnych źródeł energii elektrycznej. Gdy się poruszają, również nie zachodzi żadna reakcja chemiczna, tylko elektryczna, dzięki której akumulatory były wcześniej ładowane.
Ale który z nich jest bardziej ekologiczny i zrównoważony? Samochody elektryczne czy samochody wodorowe?
Wodorowe kontra elektryczne: zasięg jazdy
Hyundai Nexo (zasilany wodorem) może przejechać około 550 km, czyli mniej więcej tyle samo, co elektryczna Tesla Model S. Niemniej jednak trudno jest dokładnie określić zasięg tych samochodów. Zależy to od wielu wskaźników. M.in. od liczby pasażerów, działania klimatyzacji, czy samochód jest na autostradzie, czy utknął w korku w centrum miasta. Ważny jest także rodzaj samego pojazdu. Jednak, ponieważ samochody wodorowe gęsto pakują swoją energię, zwykle są w stanie pokonywać dłuższe dystanse. Podczas gdy większość w pełni elektrycznych pojazdów może przejechać od 160 do 320 kilometrów na jednym ładowaniu, wodorowe mogą dotrzeć do 500 kilometrów (według AutomotiveTechnologies).
Czas zasilania/tankowania
Czas potrzebny na wpompowanie wodoru do zbiornika jest o wiele krótszy (5 do 10 minut) niż ten dla samochodów elektrycznych. Podczas gdy szybkie ładowarki Tesli (o mocy 120 kW) zapewniają akumulatorom 80% mocy w pół godziny, pełne naładowanie BMW i3 lub Nissana Leaf może zająć odpowiednio około 4 lub 8 godzin. Ostatecznie czas zasilania samochodów elektrycznych zależy oczywiście od stacji ładującej i rodzaju złącza ładowania. Ale bez względu na kombinację, nawet z najnowszą sprężarką V3 Tesli, jest to wyraźna wygrana dla samochodu wodorowego. Wszystko dlatego, że 1 kg wodoru przechowuje 236 razy więcej energii niż 1 kilogram litu w bateriach jonowych.
Samochody z wodorowymi ogniwami paliwowymi zamiast typowych akumulatorów litowo-jonowych, posiadają jeszcze jedną przewagę – eliminują problem końca cyklu życia akumulatorów litowych. Istnieje duży znak zapytania co do przyszłości tych baterii (także z paneli słonecznych, telefonów komórkowych), gdy przestaną służyć głównemu celowi. Trudno je poddać recyklingowi. Choć niektóre projekty są opracowywane w celu ponownego wykorzystania ich jako generatorów zapasowych w budynkach miejskich, np. w szpitalach.
Jazda bez emisji zanieczyszczeń, szybkie tankowanie w ciągu 5-10 minut w porównaniu do pełnego ładowania 3-6 godzin jest niewątpliwą wygraną mobilności wodorowej.
Samochody elektryczne kontra samochody na wodór – co jest bardziej ekologiczne?
Chociaż wodór jest najpowszechniejszym pierwiastkiem we wszechświecie, nie istnieje w czystej postaci na naszej planecie. Oznacza to, że jeśli chcemy wykorzystać go jako paliwo do samochodów, musimy go wyprodukować z innych związków, takich jak woda, gaz ziemny lub inne paliwa kopalne lub biomasa. W tym celu należy zużywać energię, a do tego dochodzą koszty środowiskowe i ekonomiczne.
Ale możemy uzyskać wodór w czysty sposób, odwracając proces elektrolizy wody. Problem polega na tym, że ten proces oddzielania cząsteczek H20 w celu uzyskania wodoru pochłania dużą ilość energii. To czyni go bardzo kosztownym procesem. Jeśli jednak energia ta może pochodzić z odnawialnych źródeł energii, takich jak słońce czy wiatr, cykl energetyczny netto może być bardzo niski. Proces staje się bardziej przyjazny dla środowiska.
Pomimo niewątpliwych korzyści, większość wodoru (ok. 90%) jest obecnie wytwarzana w procesie reformingu metanu. To kładzie się cieniem dla tych, którzy są przejęci walką z globalnym ociepleniem ze względu na tlenek i dwutlenek węgla, które są generowane w tym procesie. Również potrzeba użycia gazu ziemnego (paliwa kopalnego, brrr…), również może nie być dla nich zbyt przekonująca. Nawet jeśli proces krakingu metanu zostanie ulepszony, prawdopodobnie nie będzie to długoterminowe rozwiązanie.
Pozostaje elektroliza
Ratunkiem pozostaje elektroliza wody. Elektroliza to każdy proces, w którym w wyniku przepływu prądu elektrycznego przez substancję zachodzą w niej zmiany struktury chemicznej. Elektroliza wody polega na rozkładzie jej na jony (dysocjacji) pod wpływem napięcia wynoszącego minimum 1,229 V.
Alkaliczna elektroliza wody jest dojrzałą technologią. Istnieją elektrolizery wytwarzające nawet 60 kg wodoru na godzinę. Ze względu na dostatecznie długi czas życia można powiedzieć, że ich wykorzystanie jest efektywne ekonomicznie. Jednak elektrolizery alkaliczne nie wykazują się elastycznością w podążaniu za zmienną charakterystyką pracy źródła. Tymczasem jest to warunek konieczny współpracy ze źródłami niesterowalnymi, do których należą OZE, silnie zależne od warunków pogodowych.
Jednak wraz z rozwojem technologii, być może proces elektrolizy wody w celu uzyskania wodoru można ulepszyć. I wykorzystywać, gdy stanie się bardziej wydajny. Bo fakt, że samochody wodorowe oznaczają dwukrotne zużywanie energii (do produkcji wodoru, a następnie do napędzania pojazdów), podczas gdy samochody elektryczne mogą od razu korzystać z energii z sieci, jest mocnym argumentem przemawiającym za samochodami elektrycznymi. Dlatego, że po zamianie energii elektrycznej na wodór i z powrotem na energię elektryczną może wiązać się z utratą energii. Nawet do 45% (łącznie z kompresowaniem jej do postaci cieczy i jej przechowywaniem), co czyni go mało wydajnym procesem.
Jednak w miarę opracowywania nowych metod produkcji wodoru, takich jak membrana do wymiany protonów, która według naukowców może osiągnąć 86% wydajność, musimy poczekać na rozwój wydarzeń. Wykorzystanie dodatkowego zaopatrzenia w energię do produkcji wodoru i stworzenie jakiejś hybrydowej wersji samochodów wodorowo-litowo-jonowych również może być czymś ciekawym.
Na dziś samochody elektryczne są na pewno bardziej dostępne, zarówno jeśli chodzi o podaż modeli, jak i punktów ładowania. Obejmują one bardziej wydajne procesy w porównaniu z samochodami napędzanymi wodorem. A jeśli ich baterie litowe są ponownie wykorzystywane, będą bardziej zrównoważonym rozwiązaniem, przynajmniej w ciągu najbliższych kilku lat.
Czytaj także: Elektromobilność – ekologia czy ideologia?
