Ogniwa wodorowe to przyszłość motoryzacji. Bosch zaczyna ją kształtować już teraz

Samochody na ogniwa paliwowe mają wiele zalet. Korzystanie z nich nie wymaga zmiany przyzwyczajeń i jest dziecinnie proste, podobnie jak w przypadku spalinowych. Pod względem technicznym są autami elektrycznymi. Największą przeszkodę stanowi ich wysoki koszt, ale Bosch ma plan, jak to zmienić.

Niemiecka firma Bosch jest jednym z najważniejszych dostawców rozwiązań do motoryzacji na świecie. W jej historii zapisała się złotymi zgłoskami, wprowadzając do powszechnego użytku między innymi ABS, ESP i elektroniczny wtrysk paliwa. Producent zaawansowanych technicznie podzespołów ostatnio przeprowadził badania opinii publicznej. Wynika z nich, że użytkownicy powoli, ale gremialnie przygotowują się do przesiadki do aut na prąd.

Z badania opinii przeprowadzonego wśród Europejczyków z najbardziej rozwiniętych krajów można wyciągnąć jednoznaczne wnioski. Gdyby jego uczestnicy mieli zmienić samochód teraz, większość wybierze napęd spalinowy. Ale jeśli chodzi o najbliższą przyszłość, ponad dwie trzecie z nich uważa, że będzie jeździć samochodem elektrycznym. Około jedna trzecia sądzi, że najlepszym rozwiązaniem będą auta na ogniwa paliwowe.

Ogniwa paliwowe to kombinacja zalet energii elektrycznej i paliw płynnych

Jak działa samochód zasilanym ogniwem paliwowym? Łączy najlepsze cechy modeli z napędem spalinowym i elektrycznym. Można go zatankować w kilka minut na stacji paliw i przejechać ponad 500 km. W tym czasie nie wyemituje żadnych szkodliwych substancji - jedynym produktem ubocznym jest... woda.

Dbają o to umieszczone w aucie ogniwa paliwowe. Istnieje wiele ich rodzajów, ale te stosowane w samochodach są typu PEM. Charakteryzuje je stały elektrolit w postaci spolimeryzowanej membrany. Paliwem w ich przypadku jest wodór, a uzyskanym efektem - prąd elektryczny. Ich najważniejsze zalety to: nieskomplikowana budowa, nieduże rozmiary, niska temperatura robocza i bezpieczna praca.

Ogniwo paliwowe działa na podobnej zasadzie jak akumulator, ale zamiast magazynować prąd i dostarczać go w czasie jazdy, tworzy energię elektryczną w czasie rzeczywistym. Dzięki temu ma mniejszą wagę i rozmiary oraz nie wymaga długotrwałego ładowania. Zestaw: ciśnieniowy zbiornik z wodorem + ogniwo paliwowe + silnik elektryczny jest idealnym rozwiązanie dla pojazdów przyszłości.

Jedyne istotne wady to wysoki koszt ich wytworzenia oraz konieczność istnienia infrastruktury - sieci stacji tankowania wodorem. Ona już powstaje. W Europie jest ponad 150 stacji wodorowych, a ta liczba będzie rosła coraz szybciej. Natomiast jeśli chodzi o koszt ogniw, Bosch ma plan, jak go obniżyć w nadchodzących latach.

Ogniwa paliwowe w przyszłości: wzrost skali produkcji i mniej platyny

Ogniwa paliwowe nie są dla Boscha nowością. Firma zajmuje się od pewnego czasu rozwijaniem i produkcją stacjonarnych ogniw ze stałym elektrolitem tlenkowym w formie ceramicznej zamiast polimerowej membrany, tak zwanych SOFC.

To znakomite rozwiązanie, gdy jest potrzebne stacjonarne źródło czystej energii elektrycznej, ale nie nadaje się do motoryzacji. Takie ogniwa mają duże rozmiary, do ich pracy jest niezbędna wysoka temperatura (1000 stopni C) i liczne oraz skomplikowane systemy wspomagające.

Bosch - ogniwa paliwowe dla motoryzacjiBosch - ogniwa paliwowe dla motoryzacji fot. Bosch

Dlatego Bosch rozpoczął współpracę ze szwedzkim producentem stosów do ogniw paliwowych - firmą PowerCell. Wspólnie obie firmy zajmą się opracowaniem oraz wytwarzaniem ogniw wodorowych PEM dla motoryzacji. Ich produkcja seryjna ma ruszyć najpóźniej w 2022 roku.

Pojedyncze ogniwa paliwowe tego typu są bardzo cienkie (około 1 mm) i mają niedużą moc. Dlatego stosuje się je w wielu warstwach i układa w stosy. Stos czterystu ogniw paliwowych ma wciąż nieduże rozmiary, ale zapewnia moc 125 kW. Jeśli potrzeba jest wyższa, można używać kilku takich stosów.

Ciężarówki przetrą szlaki dla ogniw paliwowych

Obie firmy - niemiecka i szwedzka - mają dwa sposoby na obniżenie kosztu wytwarzania ogniw paliwowych. Pierwszym jest uruchomienie produkcji seryjnej oraz stopniowe zwiększanie jej skali. Dzięki temu spadnie koszt jednostkowy. Początkowo do tego celu producent ma zamiar wykorzystać rynek samochodów ciężarowych.

Ogniwa paliwowe są znakomitym rozwiązaniem dla ciągników siodłowych. Transport towarów również musi przestawiać się na stosowanie energii elektrycznej, a wymagany zasięg oraz moc trudno osiągnąć przy zasilaniu akumulatorami. Żeby uzyskać niezbędne parametry, takie zestawy byłyby bardzo ciężkie, a ich ładowanie trwało wiele godzin.

W biznesie czas to pieniądz i przedsiębiorstwa próbują uniknąć jego marnowania. W dodatku samochody ciężarowe poruszają się według łatwego do przewidzenia schematu i w określonym czasie, dlatego łatwiej przygotować dla nich niezbędną sieć stacji tankowania wodorem. W niektórych krajach, takich jak Niemcy, na najbardziej popularnych trasach ona częściowo już istnieje.

Bosch - ogniwa paliwowe dla motoryzacjiBosch - ogniwa paliwowe dla motoryzacji fot. Bosch

Rozwój technologii zminimalizuje udział kosztownej platyny

Drugim sposobem na spadek kosztu produkcji ogniw paliwowych jest rozwój tej technologii. Najdroższym składnikiem takich ogniw jest platyna. Ten rzadki i drogi metal jest najlepszym katalizatorem. W tej chwili ogniwa paliwowe do jednego samochodu wymagają użycia około 30-60 gramów platyny. Bosch ma zamiar obniżyć ten udział do mniej niż dziesięciu gramów, czyli podobnej ilości do stosowanej w tej chwili w katalizatorach samochodów spalinowych.

Firmy nie zdradzają, w jaki sposób chcą to osiągnąć, ale to ma być ich przewaga nad konkurencją. Tylko w 2020 roku Bosch zamierza zainwestować pół miliarda euro, aby osiągnąć ten cel. Być liderem na rynku ogniw paliwowych, kiedy wzrośnie na nie popyt. Producent ma już pierwszych klientów zainteresowanych zakupem takich rozwiązań.

Ogniwa paliwowe stworzone przez Boscha i PowerCell będzie kupować do swoich ciągników siodłowych amerykański startup Nikola. Bosch zaopatrzy tego producenta w kompletne rozwiązania, a nie tylko stosy ogniw. W przypadku wysokiej ceny samochodów ciężarowych udział ogniw jest procentowo znacznie niższy i łatwiejszy do zaakceptowania na początkowym etapie rozwoju nowej technologii.

Kiedy koszt ich produkcji się obniży, trafią także do samochodów osobowych. Również na tym rynku Bosch znalazł pierwszego zainteresowanego producenta, ale jeszcze nie chce zdradzać, kto nim będzie. To dopiero początek rozwoju masowej produkcji tej technologii, ale jej przyszłość rysuje się w jasnych barwach.

Elektrownia słonecznaElektrownia słoneczna fot. Bosch

Elektromobilność to przyszłość - nie uciekniemy przed nią

Według badań w 2030 roku co najmniej 20 procent samochodów będzie zasilana prądem. Wystarczy, by ułamek tej liczby korzystał z ogniw paliwowych zamiast akumulatorów, żeby stworzyć dla nich duży rynek i stabilny popyt. Ogniwa paliwowe są rozwiązaniem przyszłości i ich rola w motoryzacji z pewnością będzie rosnąć.

Już dostępne w tej chwili stosy ogniw paliwowych są rozwiązaniem godnym uwagi. Wytwarzają prąd stały o mocy pozwalającej na zasilanie większości silników elektrycznych stosowanych w motoryzacji. W przypadku samochodów osobowych około jednego kilograma wodoru pozwala na przejechanie stu kilometrów. Rozbudowanie stacji tankowania wodorem i przekształcenie istniejącej sieci stacji paliw to kwestia czasu.

Korzyści związane z rozwojem tej technologii są oczywiste. Jeśli chcemy, by transport był coraz bardziej przyjazny dla środowiska, powstrzymać jego degradację i ograniczyć emisję spalin do atmosfery, w dłuższej perspektywie nie mamy innego wyjścia. Transport musi przestawić się na bardziej przyjazne dla klimatu źródło energii.

Jest nim prąd, a pomimo rozwoju samochodów zasilanych akumulatorami pod wieloma względami nigdy nie dorównają tym na ogniwa wodorowe. Układ napędowy z ogniwami paliwowymi jest całkowicie neutralny dla klimatu, gwarantuje duży zasięg i możliwość szybkiego uzupełnienia nośnika energii.

Bosch - ogniwo paliwowe PEM dla motoryzacjiBosch - ogniwo paliwowe PEM dla motoryzacji Bosch

Dzięki popularyzacji ogniw paliwowych większa część użytkowników samochodów dołączy do elektrycznej rewolucji, a w przypadku transportu ciężkiego wodór może być jedynym rozwiązaniem jeszcze przez długi czas. Ogniwa paliwowe stosowane w samochodach ciężarowych mają mniejszy całkowity ślad węglowy niż czysto elektryczne napędy akumulatorowe.

Dzięki licznym zaletom i przyjazności dla środowiska ogniwa paliwowe są rozwiązaniem, którego rozwój jest i będzie wspierany przez rządy wielu krajów. Kluczowe rynki to Unia Europejska, ale również Chiny i Ameryka Północna. Elektromobilność to przyszłość i jest coraz bliżej. Dlatego w ciągu dwóch lat na linii produkcyjnej fabryki Bosch w Bambergu zaczną powstawać innowacyjne stosy ogniw paliwowych dla motoryzacji. Bo trzeba być gotowym na zmiany.