Czy wodór ma szansę zostać paliwem przyszłości? Polska ma go pod dostatkiem

Stosowanie paliw alternatywnych ma być rozwiązaniem na kurczące się zasoby paliw kopalnych. To właśnie dlatego trwają intensywne prace, aby uniezależnić się od konieczności wydobycia ropy naftowej. Jedną z opcji, o której coraz głośniej się mówi jest wodór.

Europa zakochała się w autach elektrycznych. Widać to nie tylko po aktualizowanej ofercie producentów, ale też uchwałach rządów. Najlepszym tego przykładem jest Polska, gdzie ostatnio została przyjęta ustawa o elektromobliności. Zakłada ona m.in. wprowadzenie na krajowy rynek miliona aut elektrycznych, korzyści dla klientów wybierających takie pojazdy oraz budowę infrastruktury, niezbędnej do zasilania tego typu aut.

Jest to teraźniejszość, która powoli zaczyna być widoczna na rynku. Jednak trzeba na sprawę spojrzeć nieco szerzej. Przede wszystkim proces wymiany wszystkich pojazdów na auta elektryczne jest praktycznie niemożliwy w krótko- ani średnioterminowym okresie.

Zobacz także: Łatwiej ukraść nowe niż stare auto. Policjant: Złodzieja odstraszają tylko laska i rygiel

Najlepszym przykładem jest Volkswagen który zakłada, że do 2025 roku wyprodukuje milion aut elektrycznych na całym świecie. Inne doniesienia przedstawiają scenariusze, że do 2050 roku udział pojazdów typu BEV będzie wynosił około 25%.

Do tego dochodzą jeszcze inne problemy. Konieczne jest pozyskiwanie energii do zasilania tego typu pojazdów. Aby to zrobić należy znacznie rozszerzyć możliwości produkcji energii. Wbrew pozorom jest do dość duży kłopot, który w efekcie może stać się barierą nie do przeskoczenia.

Dlatego rynek nie zamyka się wyłącznie na pojazdy elektryczne. Coraz głośniej mówi się o technologii wodorowej, która może okazać rewolucyjną. Choć wodór praktycznie nie występuje w stanie wolnym, to bardzo często jest spotykany w postaci związków chemicznych.

Zobacz także: Test Toyoty Mirai, zasilanej wodorem

Wodór występuję choćby w wodzie

Najlepszym tego przykładem jest choćby woda, różnego rodzaju kwasy, zasady czy związki organiczne. Warto zaznaczyć, że we wszechświecie wodór jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych pierwiastków. Stanowi on np. około 80% atmosfery słońca.

Jest to bezbarwny, bezwonny i bezsmakowy gaz, którego temperatura wrzenia wynosi 20 Kelwinów (-253 stopnie Celsjusza) i a krzepnięcia to 14 Kelwinów (-259 stopnie Celsjusza). Na ziemi jest go najwięcej w wodzie.

Warto też dodać, że wodór związany z tlenem w postaci wodnej nie jest palny. Natomiast jeżeli jest powiązany z węglem w węglowodorach to gwałtownie reaguje w kontakcie z tlenem, wytwarzając ciepło i parę wodną.

Co ciekawe jest on najlżejszym gazem niezależnie od stanu skupienia. W postaci gazowej jego gęstość wynosi 90 g/m3, w ciekłej 70,8 kg/m3, a w krystalicznej 88 kg/m3. Charakteryzuje się też najwyższą wartością opałową w odniesieniu do innych paliw, co zostało pokazane w poniższej tabeli.

Wartość opałowa:

  • Wodór 33,3 [kWh/kg] 
  • Benzyna 12,0 [kWh/kg] 
  • Olej napędowy 11,6 [kWh/kg] 
  • Gaz ziemny 10,6-13,1 [kWh/kg] 
  • Metan 13,9 [kWh/kg] 

W jaki sposób uzyskać wodór do zasilania samochodów?

Aby móc wykorzystywać wodór jako nośnik energii konieczne jest jego przetwarzanie. Obecnie 48% produkowanego wodoru powstaje w wyniku reformingu metanu przy wykorzystaniu pary wodnej (katalityczna reakcja węglowodorów (głównie metanu) z parą wodną w podwyższonej temperaturze, zwykle powyżej 750°C).

Kolejne 30% powstaje z ropy naftowej, 18% z węgla, a pozostałe 4% z elektrolizy wody. Wśród wielu metod otrzymywania wodoru najpopularniejszymi są: reforming gazu ziemnego, gazyfikacja węgla lub koksu, technologia plazomowa, elektroliza wody czy metody biologiczne.

Wodór jako paliwo w transporcie

Prace nad wykorzystaniem wodoru jako paliwa transportowego były już rozpoczęte w latach 90-tych ubiegłego wieku. Może być on wykorzystywany na dwa sposoby.

Pierwszy – jako paliwo, które ulega spalaniu w komorze silnika oraz drugim – przy wykorzystaniu ogniw paliwowych, wytwarzających energię napędzającą silnik elektryczny.

Ze względu na szereg zalet (lekkość, łatwość i szybkość napełniania zbiorników) oraz pewnych problemów przy zastosowaniu w silniku spalinowym (np. przedwczesny zapłon, energochłonność przechowywanie wodoru w ciekłym stanie skupienia), rozwijana jest w szczególności technologia wykorzystująca wodór do wytwarzania energii przez zastosowanie ogniw paliwowych.

Zobacz także: Czy warto kupić opony całoroczne?

Są to urządzenia elektrochemiczne, które konwertują energię chemiczną na energię elektryczną, a produktami tej reakcji jest energia cieplna oraz woda.

W przypadku wykorzystywania do ich zasilania czystego wodoru, praktycznie nie występuje emisja zanieczyszczeń. Jeżeli natomiast wodór jest produkowany ze źródeł odnawialnych to występuje emisja gazów cieplarnianych. Jest jednak ona stosunkowo niewielka w odniesieniu do emisji występującej w przypadku wykorzystania paliw kopalnych.

Głównymi korzyściami przemawiającymi za korzystaniem z technologii wodorowej są:
potencjalne korzyści dla środowiska – wynikające z braku emisji substancji zanieczyszczających spalin oraz zmniejszenie hałasu, zmniejszenie importu paliw kopalnych, zwiększenie potencjału eksportu i usług oraz powstawanie nowych miejsc pracy.

"Wodór jako paliwo do pojazdów ma wiele zalet przede wszystkim ze względów środowiskowych. Jego praktycznie nieograniczone zasoby oraz możliwość pozyskiwania z różnych źródeł jest niewątpliwie korzystne. Ponadto produkty spalania wodoru nie są szkodliwe. Gdybyśmy mogli wodór pobierać ze środowiska w czystej postaci, na pewno wszystkie pojazdy byłyby nim zasilane. Problemem jest energochłonność produkcji, trudność magazynowania, transportu, a więc i wysokie koszty z tym związane. W przypadku produkcji wodoru z paliw kopalnych wydziela się dużo, co prawda nieszkodliwego, ale jednak niepożądanego dwutlenku węgla. W Wodoryzacji transportu na dzień dzisiejszy przeszkadzają wyżej wymienione koszty i ograniczone możliwości technologiczne dotyczące przechowywania paliwa w zbiornikach i instalacjach w pojazdach. Podsumowując wodór to na pewno paliwo przyszłości, trzeba tylko w tej przyszłości opracować po pierwsze tańszą i czystszą technologie produkcji, a po drugie sposób bezstratnego magazynowania, bo efektywnie zasilać silniki spalinowe wodorem już potrafimy." – Komentuje Mateusz Bednarski, pracownik Wydziału Samochodów i Maszyn Roboczych Politechniki Warszawskiej.

Rozwój infrastruktury dla aut zasilanych wodorem

Jak do tej pory przede wszystkim wykonywano założenia związane z rozwojem technologii wodorowej w transporcie. Zakładały one powstanie około 200-300 stacji tankowania wodoru w dużych, europejskich miastach oraz na sieci dróg TEN-T, które docelowo miały obsługiwać około 5000 samochodów osobowych oraz około 500 autobusów wyposażonych w ogniwa paliwowe.

Jak wskazują badania, faza komercyjna rozwoju tego napędu powinna rozpocząć się w trzeciej dekadzie XXI wieku. To jest jednak zależne od rozwoju parku pojazdów wyposażonych w technologię umożliwiającą wykorzystanie wodoru.

Cechy pojazdów zasilanych wodorem

Szacuje się, że światowy park samochodów zasilanych wodorem wynosi około 2-3 tysięcy sztuk. W chwili obecnej w fazie rozwoju technicznego i rynkowego jest ponad 60 modeli pojazdów elektrycznych z ogniwami paliwowymi. Do tej pory jednak na rozpoczęcie produkcji masowej zdecydowały się Hyundai (w 2013 roku) i Toyota (w 2014 roku). Warto zaznaczyć, że japońska marka, która wprowadziła model Mirai, wyprodukowała w pierwszym roku 700 egzemplarzy, a w kolejnym zakładała zwiększenie tej liczby do 3500 sztuk.

Zobacz także: Dlaczego samochody spalają więcej niż w katalogu? Tak producenci mierzą zużycie paliwa 

Badania niezawodności pojazdów z ogniwami paliwowymi pokazały, że mogą one pracować około 5000 godzin pracy w temperaturze 40-80 stopni Celsjusza bez jakiejkolwiek awarii. Firma ACAL Energy podała, że testowane ogniwa paliwowe w warunkach laboratoryjnych pracowały bezawaryjnie przez 10 000 godzin, co odpowiada przebiegowi około 300 000 km.

Kolejną zaletą stosowania tego rodzaju napędu jest jego tankowanie. Nie jest to już minimum 30 minut, aby naładować baterię w 80%, albo nawet i 12 godzin przy wykorzystaniu prądu „z gniazdka” (ładowanie do 100%), jak to jest przy autach elektrycznych.

W tym przypadku jest to czas porównywalny do tankowania auta z silnikiem konwencjonalnym, czyli 3-4 minuty. Również zasięg pojazdu wodorowego jest o większy niż w aucie typu BEV (około 600 km).

Zobacz także: Na drogach pojawią się autonomiczne konwoje ciężarówek

"(...) BEV (Battery Electric Vehicle) niestety nadal wykazuje wady znane w tego typu konstrukcjach od ponad 100 lat, czyli mały zasięg (150-250 km) oraz długi czas ładowania (od 1h do nawet kilkunastu). Dlatego rozwijamy technologię wodorową. Tutaj wodór zgromadzony w baku ulega reakcji w ogniwie paliwowym z tlenem dając prąd oraz, jako efekt uboczny, wodę. Czyli mamy do czynienia z samochodem posiadającym na pokładzie własną elektrownię. Czas tankowania baku to zazwyczaj 3-4 minuty, a zasięg to 500-800 km. W efekcie elektryczne auta wodorowe – jak nasz Mirai, zachowują funkcjonalność klasycznych aut. Jedynym problemem jest sieć stacji tankowania wodoru. Obecnie w Polsce nie ma nawet jednej stacji, ale przewidujemy pojawienie się takiej w perspektywie kolejnych kilkunastu miesięcy. Rozwój tego typu infrastruktury będzie postępował, zwłaszcza, że Polska jest jednym ze światowych potentatów jego produkcji oraz istnieje dodatkowy proces uzyskiwania wodoru z węgla." – mówi Robert Mularczyk, PR Senior Manager Toyota Motor Poland oraz PR Senior Manager Toyota Central Europe.

Czy wodór będzie paliwem przyszłości?

Wykorzystanie wodoru jako paliwa w transporcie na tą chwilę nie jest jeszcze rozpowszechnione. Największą pracę rozwojową w tym temacie, wykonuje się w Japonii, gdzie producenci wielu firm zauważyli potencjał tego praktycznie niewyczerpywalnego pierwiastka.

Najlepszym przykładem jest powstawanie rowerów, samochodów, autobusów zasilanych wodorem, a nawet systemów grzewczych, wykorzystujących ogniowa paliwowe. Kto wie może już niedługo również w Europie, poza pracami teoretycznymi, rozpocznie się boom na stosowanie wodoru w wielu aspektach życia.

Jest to z pewnością paliwo, które ma dużą szansę w niedalekiej przyszłości stać się jednym z popularniejszych alternatywnych źródeł zasilania na świecie.

Więcej o:
Komentarze (103)
Czy wodór ma szansę zostać paliwem przyszłości?
Zaloguj się lub komentuj jako gość
  • jarzebiaknaczczo

    Oceniono 43 razy 41

    Czy ja coś przeoczyłem przy przeglądaniu tego artykułu? Gdzie jest mowa o tym, że Polska ma pod dostatkiem wodoru? Chyba, że mowa o związkach wodoru - wody w kranie i węgla kamiennego kilometr pod ziemią. A może mowa o Słońcu? W końcu jest wszystkich, również Polski.

  • Gość: SKF

    Oceniono 28 razy 20

    No dobrze, ale worod nie jest zrodlem energii, jest tylko jej nosnikiem, tak samo jak baterie. Ten wodor musimy wyprodukowac - do jego produkcji potrzebny jest albo metan (czyli gaz ziemny czyli import), wegiel (i tu pojawia sie kwestia magazynowania CO2 poprzez formacje skal weglanowych), energia odnawialna, czy jadrowa. W tym ostatnim przypadku lepiej chyba zmagazynowac energie bezposrednio w bateriach niz w wodorze. Samo magazynowanie wodoru tez nie jest proste, bo trzeba go przechowywac pod wysokim cisnieniem. Zbiorniki wysokocisnieniowe sa albo drogie (z wlokne weglowego) albo ciezkie (z bardziej konwencjonalnych materialow).

    Ale, OK. Jesli bedziemy w stanie wyprodukowac tyle wodoru ile nam potrzeba w gospodarce, i bedziemy w stanie rozwinac technologie ogniw paliwowych na tyle, zebysmy to my na nich zarabiali, to uwazam ze powinnismy inwestowac w wodor.

  • e_gregor2

    Oceniono 22 razy 14

    No cóż,, moje 16 letnie Renault też jeździ na wodór, a w zasadzie na jego związkach z węglem. To się na dystrybutorze nazwya "ON"

  • japka_putina

    Oceniono 16 razy 12

    Obawiam się, że entuzjazm dla wodoru wynika po części z typowej dziennikarskiej ignorancji. Osadzenie początków wodoru jako paliwa w transporcie w latach 90-tych XX wieku, pominięcie Hondy, która pierwsza wprowadziła na rynek samochody z ogniwami paliwowymi, brak informacji o sprawności energetycznej przy produkcji wodoru, brak informacji o malejącym zainteresowaniu koncernów motoryzacyjnych tym tematem, to aż za dużo, żeby traktować wnioski autora całkiem serio. Wodór jako nośnik energii ma kilka wielkich zalet, ale ma też kilka krytycznych wad. Jest drogi w produkcji, sprawność tej produkcji jest wciąż wyjątkowo niska, a sieć dystrybucji wymaga dopiero budowy - praktycznie od zera. Do tego cena ogniw paliwowych powoduje, że samochód FCEV jest jeszcze duuuuużo droższy, niż samochód BEV.

    Dosłownie kilkanaście dni temu w Japonii stworzono wodorowy alians pod romantycznym skrótem "JHyM". Mimo, że pierwsze skrzypce gra w nim Toyota, plany są skromniutkie. Japończycy zakładają zwiększenie ilości stacji wodorowych w całym kraju ze 101 obecnie istniejących do 320 w roku 2025 i następnie do 900 w roku 2030. Dopiero wtedy, przy zakładanej liczbie 800 tysięcy samochodów FCEV jeżdżących w Japonii stacje zaczną na siebie zarabiać, a do tego czasu będą konieczne dotacje.

    Wszystko wskazuje na to, że dalsze losy samochodów wodorowych zależą od rozwoju akumulatorów. Dopiero jeśli postęp w akumulatorach będzie zbyt wolny, a ceny zamiast spadać, zaczną rosnąć, otworzy się ścieżka dla samochodów zasilanych z ogniw wodorowych.

    Warto pamiętać, że spalanie wodoru wprost w silniku nie jest żadną filozofią - do tego stopnia, że w czasie wojny z powodu braku standardowych paliw silnikowych w oblężonym Leningradzie w 1941 roiku przerobiono chałupniczymi metodami flotę 100 ciężarówek na napęd wodorowy. Tak więc największym problemem nie jest wykorzystanie, tylko pozyskanie i dystrybucja wodoru.

  • dekaton

    Oceniono 19 razy 11

    Suweren już zainwestował w odór - smród po PiSie będzie się ciągnął latami...

  • wkkr

    Oceniono 10 razy 10

    Dlaczego nie piszecie o problemach zwianych z wykorzystaniem wodoru jako nośnika energii?
    1) Wodór trzeba wyprodukować. Nie jest to kopalina. A to wiąże się z kosztami i stratami energii.
    2) Wodór jest trudny do przechowywania. No "ulatnia się" bo jest "taki malutki". Dla wodoru prawie wszystko to sito z za dużymi oczkami.

  • t.t

    Oceniono 11 razy 9

    No to dowiedziałem się, że wodoru najwięcej jest na Słońcu (problemy z transportem), a trochę bliżej - w wodzie.
    Jednak z wody pozyskujemy jedynie 4%, zapewne ze względu na koszty - elektroliza.
    Można go też pozyskać z gazu i węgla, ale ten pierwszy importujemy, a drugi się kończy.
    Prawdziwe paliwo przyszłości...

  • Gość: Bździum

    Oceniono 15 razy 9

    Wodór, jak wiemy, jest bardzo bezpieczny w magazynowaniu i przesyłaniu. Widać to najlepiej po Hindenburgu.

Aby ocenić zaloguj się lub zarejestrujX