Przyszłość to wcale nie auta elektryczne. Jasne, jako rozwiązanie tymczasowe mogą być one bardziej ekologiczne od samochodów spalinowych, ale problem wytwarzania, a następnie utylizacji i recyclingu baterii uderza w coraz większą liczbę producentów i — co może ważniejsze — także w planetę. Stąd coraz więcej ogólnoświatowych technologicznych gigantów przeprasza się z wodorem, nawet jeżeli — jak Bosch — jeszcze sześć lat temu nie planowali inwestycji w tym kierunku.
„Bosch ma być synonimem wodoru” — usłyszałem podczas konferencji Bosch Tech Day 2023 w Stuttgarcie. To zmiana podejścia do tego paliwa o 180 st. względem deklaracji sprzed zaledwie kilku lat. I nie są to tylko czcze słowa. Bosch już teraz wypuszcza pierwsze ogniwa paliwowe, które produkuje w swojej historycznie pierwszej fabryce, założonej w 1909 r. przez samego Roberta Boscha. Suma inwestycji niemieckiego giganta w rozwiązania wodorowe od 2021 do 2026 r. wyniesie 2,5 mld euro (ok. 11 mld zł), a do 2030 r. będzie to już dwa razy tyle.
Wodór to (obecnie) najlepsze paliwo przyszłości
O co w ogóle cała ta afera? Oczywiście o ekologię, pieniądze i zachowanie jak największej liczby możliwości, do których przyzwyczaiły nas paliwa kopalne i syntetyczne, bez jednoczesnego posuwania się do półśrodków, jakimi bez wątpienia są auta elektryczne wyładowane nieprzyjaznymi dla środowiska bateriami — nie tylko wykorzystującymi metale ziem rzadkich, ale i problematyczne w utylizacji.
Większość producentów aut elektrycznych lub samych baterii, pytana o ich żywotność, recycling i utylizacje w najlepszym wypadku odpowie wymijająco, skupiając się na tym ile procent surowców można z takiej baterii odzyskać, pomijając zupełnie co stanie się z całą resztą. W najgorszym wypadku nabiorą wody w usta…
Wodór to rozwiązanie, które łączy w sobie zalety silników spalinowych i elektrycznych, jednocześnie eliminując większość ich wad. Pierwiastek ten w formie cząsteczki H2 może być spalany w komorze silnika tak samo, jak dzieje się to ze znanymi nam obecnie paliwami. Różnica jest taka, że zamiast spalin zawierających metale ciężkie i gazy cieplarniane, w wyniku spalania wodoru powstaje jedynie… woda.
Co więcej, wodór może być wykorzystywany także do zasilania wodorowych ogniw paliwowych, o zasadzie działania których przeczytacie więcej w dalszej części tekstu. Tu warto wiedzieć, że dostarczając do ogniwa paliwowego wodór, będziemy wytwarzać prąd elektryczny, którym zasilimy silniki elektryczne np. w aucie. Oznacza to, że nie musimy w samochodzie umieszczać ogromnych baterii, które przechowują wytworzoną energię, bo sami możemy ją wytwarzać na bieżąco w trakcie jazdy. Tak, dzięki wodorowi możemy stworzyć auta elektryczne (niemalże) bez baterii.
Wodór w aucie, domu, fabryce
Na szczęście do pociągu z napisem „rewolucja wodorowa” wchodzi coraz więcej firm. Co ważne, są to marki globalne, znane i mające realny wpływ na to, jak wygląda świat wokół nas. Począwszy od Toyoty, przez Hyundai i Renault, aż po marki niezwiązane bezpośrednio z motoryzacją, jak właśnie Bosch.
Marka ta nie chce ograniczać się w rozwiązaniach dla konkretnych gałęzi gospodarki, ale stworzyć, na bazie własnych doświadczeń i zmodyfikowanych taśm produkcyjnych, uniwersalne rozwiązania, które będą użyteczne na każdym etapie wykorzystania wodoru, a więc od momentu jego produkcji, przez transport, aż po wykorzystanie go do produkcji energii elektrycznej dla przemysłu, napędzania silników w pojazdach, a także do ogrzewania wody, jak i całych osiedli.
Dr. Stefan Hartung, prezes zarządu spółki Robert Bosch GmbH, nie przebierał w słowach. Nie tylko wypowiedział on słowa o tym, że Bosch i wodór szybko mogą stać się synonimami, co przyznał także:
A także, w odniesieniu do uzależnienia tempa rozwoju niemieckiej gospodarki od tego gazu:
W murach kompleksu otaczającego najstarszą fabrykę Roberta Boscha podziwać mogliśmy więc nie tylko ogniwo paliwowe i zbiorniki na wodór, które znajdować się będą najpierw w samochodach dostawczych, a z czasem także i osobowych (co inne marki już realizują np. w postaci samochodu osobowego Toyota Mirai), ale także rozwiązania dla domu, jak wodorowy boiler podgrzewający wodę, a także dla przemysłu.
Niemcy przeprowadzają prawdziwą „wodorową ofensywę” pod tym względem. Już dziś tworzone są prototypy urządzeń do elektrolizy wodoru, do jego transportu, zamiany w energię elektryczną lub ciepło, a także do przechowywania zarówno samego wodoru, jak i wytwarzanej z jego pomocą energii.
Elektroliza, czyli zacznijmy wytwarzać zielony wodór
Na początku 2023 r. Bosch rozpoczął budowę prototypów do elektrolizy z wykorzystaniem membran wymiany protonów, a więc odwróconej metody konwersji energii stosowanej w mobilnych ogniwach paliwowych. Począwszy od jesieni, firma zamierza udostępnić prototypy o mocy 1,25 MW do zastosowań pilotażowych i planuje produkcję seryjną w roku 2025.
Tego typu elektrolizery mogą wytwarzać ok 23 kg wodoru na godz. Można to przeliczyć na liczbę zatankowanych gazem samochodów. W przypadku konstrukcji osobowych dziś mówi się o zbiornikach, które będą miały pojemność ok. 5 kg, co pozwoli na przejechanie 500 km. W przypadku tworzenia samowystarczalnych, umieszczonych w kompaktowych kontenerach zestawów do wytwarzania wodoru, planowane jest umieszczanie w nich po dwa elektrolizery tego typu, co pozwoli zatankować w godzinę dziewięć samochodów. Nie wydaje się to dużo, ale to dopiero początki prac nad tego typu rozwiązaniami.
Jak to działa w moim aucie?
Przy okazji na Bosch Day 2023 miałem okazję, jako jeden z dwóch polskich dziennikarzy, przejechać się prototypowym pojazdem wodorowym, który w praktyce był przerobionym „dostawczakiem” Volkswagena. Bosch wypruł z niego część baterii, wstawiając w to miejsce ogniwo wodorowe i zbiorniki ze sprężonym wodorem. Dzięki temu powstało auto elektryczne, które napędzane było w dwojaki sposób — z niewielkiej baterii elektrycznej lub bezpośrednio z ogniwa wodorowego.
Pojazd ten zawsze ruszał i do prędkości 20 km na godz. korzystał z baterii, jeżeli ta była dostatecznie naładowana. W innym przypadku uruchamiało się wodorowe ogniwo paliwowe, z którego prąd płynął bezpośrednio do elektrycznego silnika, wprawiającego koła w ruch i/lub do baterii, gdzie zawsze zmierzały nadwyżki mocy.
Ale jak to dokładnie działa? Schemat działania ogniw paliwowych został opracowany już w 1838 r. przez niemiecko-szwajcarskiego chemika Christiana Friedricha Schönbeina. Ogniwo zbudowane jest z dwóch elektrod — katody i anody — rozdzielonych elektrolitem lub membraną elektrolityczną. Zwykle elektrody mają postać nawęglonego papieru pokrytego platyną w charakterze katalizatora reakcji.
Po doprowadzeniu wodoru do ogniwa, ulega on utlenieniu, a więc oddaje elektrony, co w efekcie wytwarza kationy wodorowe. Na katodzie tlen reaguje z elektronami, redukując się do anionów tlenowych. Znajdująca się wewnątrz membrana umożliwia przepływ protonów od anody do katody, natomiast blokuje inne jony, w tym powstałe aniony tlenowe. Kationy wodorowe po dotarciu do katody reagują z tymi anionami tlenkowymi, dając w rezultacie wodę, a elektrony z anody docierają do katody poprzez obwód elektryczny, wytwarzając energię.
Mówiąc w skrócie — ogniwo rozbija wodór na kationy i aniony. Te pierwsze swobodnie przechodzą przez ogniwa, ale te drugie muszą szukać drogi na około. W tym wypadku biegnie ona przez obwód, w którym powstaje napięcie.
Wodór… spalinowy?
Istnieje też druga opcja, w której całkowicie eliminujemy baterie (poza akumulatorem, wciąż niezbędnym do uruchomienia silnika i całej elektroniki) i nie generujemy prądu, a spalamy wodór w komorze silnika.
Podobnie jak w przypadku innych silników na paliwa gazowe, czy to LPG, czy CNG, tak wodór również musi być przetrzymywany w zbiorniku pod wysokim ciśnieniem. Następnie jest on wstrzykiwany do komory silnika, gdzie następuje eksplozja, a w wyniku rozprężenia, tłok jest odpychany, kręci wałem korbowym i wytwarza się ruch obrotowy, który następnie — w dużym skrócie — jest przekazywany na koła.
Ale dlaczego mielibyśmy zastąpić benzynę wodorem w tym wypadku? Z perspektywy kierowcy ma to znaczenie ze względu na charakterystykę pracy silnika. Jak wskazywały już pierwsze testy Toyoty, silnik (w tym wypadku jednostka trzycylindrowa o pojemności 1,6 l) w wyniku spalania wodoru pracuje ciszej i mniejsze są jej drgania.
Poza tym ogromną zaletą, zwłaszcza wobec rosnących wymagań Unii Europejskiej jest także wpływ na środowisko. Podobnie, jak w przypadku gazu ziemnego (CNG), znanego m.in. z naszych domowych kuchenek, w wyniku spalania wodoru nie wydzielają się żadne trujące lub zanieczyszczające środowisko substancje, w tym dwutlenek węgla. W teorii, wynikiem spalania wodoru z tlenem jest wyłącznie… woda. To znacznie czystszy związek chemiczny, który za kilka lat może wylatywać z rur wydechowych wielu samochodów na świecie.
Najbliższe lata są kluczowe
Temat zakazu wjazdu aut spalinowych do miast mocno podgrzewa dyskurs publiczny w Polsce. Dzieje się tak pomimo tego, że o zakazach mówi się w perspektywie dłuższym niż dekada. Tymczasem przed sobą mamy rozwiązanie nie tylko tego problemu, ale i sporego bagażu ekologicznego.
Bosch przewiduje, że do 2030 r. 20 proc. ciężarówek będzie napędzanych wodorem. W tym samym czasie wartość rynku elektrolizy zielonego wodoru, która ma stawać się coraz ważniejszym sposobem pozyskiwania tego surowca, wynosić może nawet 26 mld euro, a więc ponad 115 mld zł. Już dziś pierwsze ciężarówki Iveco z silnikami produkowanymi przez Boscha w kooperacji z amerykańską firmą Nikola, wyjeżdżają na drogi.
Wodór tankuje się tak szybko, jak chociażby LPG. Nie trzeba zostawiać auta na kilkadziesiąt minut lub kilka godzin. Wciąż problemem jest jednak cena. W Polsce „z ulicy” wodoru nie kupimy i nie zatankujemy. Poza kilkoma przedsiębiorstwami opcją jest jedynie szukanie go za granicą, co jest oczywiście nieopłacalne.
W zależności od kraju, za kilogram wodoru zapłacimy od ok. 10 do ponad 20 euro, a więc od 45 do nawet 90 zł. To jednocześnie koszt przejechania ok. 100 km. W tym momencie jest to więcej, niż w przypadku aut benzynowych i z silnikami Diesla, nie wspominając o LPG lub nawet autach elektrycznych, ładowanych z przydomowej fotowoltaiki.
Zielony wodór daje nam jednak niepowtarzalną szansę „normalności”, a więc korzystania z samochodów tak, jak przyzwyczaiły nas do tego syntetyczne paliwa, bez martwienia się o dobro planety i „zapominanie”, że baterie w autach elektrycznych są elementem mocno dyskusyjnym pod względem ich ekologiczności.
Źródło: komputerswiat.pl
