Chmiel: Napęd wodorowy – oczekiwania vs. rzeczywistość

8 lipca 2020, 07:30 Energetyka
Wodór silnik
Co znajduje się pod maską samochodu na wodór? Fot. Flickr

Wielu lubi mówić o energii wodorowej. Wizja wylatującej czystej wody z rury wydechowej samochodu zamiast spalin jest bardzo kusząca. Szkoda tylko, że niektórzy zapominają o prawach fizyki, które za nic nie chcą się podporządkować – pisze Piotr Chmiel, współpracownik BiznesAlert.pl.

Niespełnione marzenia

Tom Baxter (starszy wykładowca inżynierii chemicznej University of Aberdeen) opublikował ciekawy artykuł dot. rozwoju energetyki wodorowej. Swoje rozważania skupił na praktycznych problemach związanych z wytwarzaniem energii wodorowej a następnie jej wykorzystania. I właśnie w tych szczegółach tkwią wszystkie problemy tego paliwa. Chociaż od ok. 200 lat są prowadzone badania nad wykorzystaniem wodoru ciągle nie ma przełomu. Na dzień dzisiejszy wodór w ok. 90 procent powstaje z węglowodorów, metanu (odpadem jest CO2), i jest wykorzystywany głównie przemysłowo. Natomiast próby jego wykorzystania w transporcie samochodowym ciągle są niespełnione. Na etapie poszukiwania nowych źródeł energii dla samochodów występuje swojego rodzaju rywalizacja pomiędzy samochodem elektrycznym z baterią (BEV) a samochodem z napędem wodorowym (elektryczny pojazd napędzany wodorowymi ogniwami paliwowymi – FCEV)

W przypadku BEV energia elektryczna pozostaje „na przewodach” od wytwórcy aż do samochodu co daje efektywność energetyczną na poziomie ok. 80 procent. Autor analizuje straty na każdym etapie tego procesu, aby pokazać, że w przypadku FCEV zużywa się efektywnie tylko 38 procent pierwotnej energii elektrycznej. Wodór ma oczywiście inne zalety. Jego gęstość energii zapewnia, że pełny zbiornik daje mu znacznie większy zasięg, a tankowanie jest szybkie. Ale innowacje w zakresie zasilania dla pojazdów typu BEV już są nadrabiane. W szczególności koncepcja ładowania akumulatorów, zamiana słabej baterii na naładowaną na stacji – może zająć już tylko minuty co rozwiąże problem zasięgu. Oznacza to, że wynajem baterii będzie z korzyścią dla rozkłada kosztów (koszt baterii może wynosić nawet 25 procent wartości początkowych nowego BEV). Baxter uważa, że wodór będzie odgrywał ważną rolę w przemyśle i ogrzewaniu, ale bardzo wątpi w jego zastosowanie w samochodach.

Rozpatrzmy przykład wytworzenia 100 watów energii elektrycznej wyprodukowanej z odnawialnego źródła, np. turbiny wiatrowej, aby zasilić FCEV. Następnie tą energią należy wyprodukować wodór z wody (proces elektrolizy). Proces ten powoduje utratę ok. 25 procent energii – zostaje nam około 75 procent energii. Następnie wytworzony wodór musi być sprężony, schłodzony i przetransportowany do stacji wodorowej, proces o wydajności około 90 procent (utrata kolejnych 10 procent). Wewnątrz pojazdu wodór musi zostać przekształcony z powrotem w energię elektryczną, a proces jest wydajny w 60 procent. Wreszcie energia elektryczna wykorzystywana w silniku do poruszania pojazdem jest wykorzystana w około 95 procent. Z tego prostego rachunku wynika, że tylko 38 procent energii pierwotnej będzie wykorzystane – ze 100 watów energii pozostaje wykorzystanych tylko 38.

Pojazdy elektryczne akumulatorowe (BEV) tracą mniej energii

W pojazdach elektrycznych energia płynie drutami od źródła do samochodu. Te same 100 watów mocy z tej samej turbiny traci około pięć procent podczas podróży przez sieć (w przypadku wodoru zakładamy, że konwersja odbywa się na miejscu w farmie wiatrowej). Strata kolejnych 10 procent energii wynika z ładowania i rozładowywania akumulatora litowo-jonowego, a kolejne pięć procent z używania energii elektrycznej do poruszania się pojazdu. Pozostaje nam zatem ok. 80 watów. Innymi słowy, wodorowe ogniwo paliwowe wymaga podwójnej ilości energii niż samochód zasilany wprost energią elektryczną.

Nadchodzą innowacje w zakresie tankowania pojazdów typu BEV

Na drogach znajduje się około pięć milionów pojazdów elektrycznych, a ich sprzedaż gwałtownie rośnie. To w najlepszym razie tylko około 0,5 procent globalnej liczby samochodów, ale nadal dużo więcej niż liczba samochodów napędzana wodorem. Liczba sprzedaży tych ostatnich osiągnęła około 7500 – na całym świecie do końca 2019 roku.

Wielu, szczególnie polityków, lubi mówić o energii wodorowej. Wizja wylatującej czystej wody z rury wydechowej samochodu zamiast spalin jest bardzo kusząca (jakże ekologiczny przekaz medialny). Liderem napędu wodorowego w UE chcą być np. Niemcy. Szkoda tylko, że politycy zapominają o prawach fizyki, które za nic nie chcą się im podporządkować. Ale może jak się PE mocno postara, to zostanie ogłoszona Dyrektywa, która złamie pierwszą zasadę termodynamiki i wszystko w tym zakresie stanie się „proste”.

Chmiel: Czy strategia wodorowa to kolejne widmo polskiej innowacji?