Od czasu do czasu zdarza się nam pisać o nielicznych modelach napędzanych wodorem, czy wodorowymi ogniwami paliwowymi. Z góry zakładamy, że nasi czytelnicy wiedzą o co chodzi, ale przecież nie każdy musi znać się na wszystkim, dlatego dziś wyjaśniamy, jak działają samochody na wodór?
FCEV, czyli samochody na wodór
Od dawna powtarzam, że trzecia dekada obecnego wieku będzie dla motoryzacji czasem zmian, zmian i jeszcze raz zmian, w których najważniejszą rolę odegra elektryczność. Zarówno przez coraz bardziej restrykcyjne normy emisji związane ze spalinowymi samochodami, jak i nowymi ulgami podatkowymi, benefitami dla właścicieli EV i wreszcie możliwościami, jakie mają do zaoferowania. Jeśli z kolei o elektrycznych samochodach mowa, w grę wchodzą przede wszystkim modele BEV i właśnie FCEV.
Czytaj też: Toyota Mirai, czyli koncept z wodorem pod maską
Podczas gdy BEV (angielski akronim od Battery Electric Vehicle) magazynują całą dostarczoną ze stacji energię w swoich akumulatorach, FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) ma znacznie więcej z tradycyjnych samochodów z silnikami spalinowymi. Ma bowiem coś w rodzaju „baku” (znacznie lepiej zabezpieczonego), gdzie jednak zamiast benzyny, trafia wodór w stanie albo ciekłym, albo gazowym. To dzięki temu tam gdzie BEV tylko wykorzystuje zmagazynowaną energię do napędu, FCEV tę energię tworzy na bieżąco.
Wodór nie napędza jednak bezpośrednio silnika, jak benzyna, ale ulega reakcji chemicznej w ogniwach paliwowych, gdzie zachodzi proces odwróconej elektrolizy. W nim wodór wchodzi w reakcję z tlenem dostarczonym z zewnątrz, czego produktem jest energia elektryczna, ciepło i woda, która w formie zdemineralizowanej, niczym spaliny, jest emitowana na zewnątrz.
Czytaj też: Napędzany wodorem supersamochód Hyperion XP-1 zawitał na CES 2021
Uzyskane ciepło można wykorzystać np. do ogrzewania kabiny, czy systemu akumulatorów, które również znajdują się na pokładzie samochodu „na wodór”. Jest jednak znacznie skromniejszy od tego w tradycyjnych BEV, ale magazynuje energię na przyszłość, przekazując ją w chwilach potrzeby do elektrycznych silników samochodu. Oczywiście kiedy jest taka potrzeba, wygenerowana energia w ogniwach paliwowych trafia bezpośrednio do silników. Właśnie tak – „samochód na wodór”, to nic innego, jak samochód elektryczny, który energię elektryczną czerpie bezpośrednio z reakcji z udziałem wodoru i tlenu.
Dla lepszego zrozumienia można pokusić się nawet o uproszczenie, że samochody na wodór działają na podobnej zasadzie, co spalinowe. Zbiornik na wodór i akumulator, to ich „bak”, ich paliwem jest wodór, ogniwa paliwowe są niczym silnik pod kątem generowania energii, a same elektryczne silniki, to poniekąd skrzynia biegów z przełożeniem napędu na koła.
Zalety i wady samochodów na wodór
Co do wad i zalet, FCEV mają wiele wspólnego z akumulatorowymi samochodami elektrycznymi. Oferują niski poziom hałasu układu napędowego, natychmiastowy moment obrotowy, czy całkowitą bezemisyjność względem spalinowych modeli, a względem BEV oferują nawet wyższy zasięg, niezależność od niskiej temperatury, szybszy proces podreperowania magazynu energii.
Czytaj też: Dlaczego wodór jest przyszłością motoryzacji?
Ich główną wadą jest z kolei… infrastruktura, jako że na świecie nie ma wielu miejsc, gdzie właściciele FCEV mogliby napełnić z powrotem swoje zbiorniki wodorem. Można to porównać do sytuacji sprzed kilkunastu, a nawet kilkudziesięciu lat, kiedy w Polsce stacje CNG, czyli sprężonego gazu ziemnego (nie mylić z LPG), nie były aż tak popularne, co zmuszało właścicieli z tą instalacją nierzadko do długich podróży.
Jeśli samochody na wodór są więc takie wspaniałe, dlaczego na rynku znajdziemy tylko dwa szerzej znane modele (Toyota Mirai, Hyundai Nexo)? Sprawa jest oczywiście bardziej skomplikowana.
Problemy samochodów na wodór
Jak zapewne wiecie, im bardziej pracuje się nad technologią i im więcej firm się nią interesuje, tym jej przyszłość maluje się w lepszych barwach zarówno pod kątem możliwości, jak i ceny. Świetnym przykładem tego są samochody BEV, które zaczynały skromnie, ale z biegiem lat i z kolejnymi graczami na rynku, zaczęły znacząco zyskiwać w oczach konsumentów.
Niestety FCEV nie miały tyle szczęścia i w porównaniu do BEV, nie są aż tak często na ustach producentów i klientów. To sprawia, że nadal są znacznie droższe nie tylko od elektrycznych, ale też spalinowych samochodów w tej samej klasie. Wszystko przez brak masowej produkcji i wymóg stosowania szalenie drogiej platyny w formie katalizatora. Dodatkowo zbiorniki na wodór muszą być solidnie zabezpieczone, jako że w tej formie pierwiastek jest wybuchowy, a same w sobie zajmują masę miejsca w samochodzie. O bezpieczeństwo nie musicie się jednak bać – za to odpowiada producent i agencje drogowe.
Hyperion XP-1
Czytaj też: To urządzenie wstrzykuje wodór do silnika diesla i obniża spalanie
Gdyby tego było mało, kupno samochodu na wodór wcale nie oznacza znacznych oszczędności, ponieważ sam wodór jest ciągle na tyle drogi, że do przejechania w Niemczech około 45 km musimy wydać dobre 18 złotych, a w USA aż 52 zł. Spekuluje się jednak, że w niektórych zakątkach świata do 2030 cena za 0,45 kg wodoru, umożliwiającego taki zasięg, spadnie do około 10 zł.
Sama produkcja wodoru jest z kolei obarczona podobnym „ryzykiem emisji”, jaki dręczy samochody elektryczne. Nie bez powodu mówi się, że w Polsce EV jeździ „na węgiel”, ponieważ to z tych elektrowni głównie czerpiemy energię elektryczną. W przypadku FCEV podobnie jest z wodorem, którego nieszkodliwość dla środowiska jest związana z warunkami, w jakich produkowano wodór, bo tak się składa, że ta wymaga energii elektrycznej.
Czytaj też: Wodorowy układ napędowy Toyoty Mirai trafi na statek
Ta energia elektryczna jest wykorzystywana do rozkładania wody na jej pierwiastki składowe, czyli wodór i tlen w procesie elektrolizy. Jeśli używana energia elektryczna pochodzi z odnawialnych źródeł energii, produkcja wodoru ma neutralny ślad węglowy, ale kiedy w grę wejdzie energia z elektrowni stosującej paliwa kopalne, to sprawa zmienia się o 180 stopni. To sprawia, że problem źródła energii dręczy zarówno BEV, jak i FCEV, ale w tych drugich dodatkowym problemem jest utrata energii podczas elektrolizy.
Jednym plusem wytwarzania wodoru jest fakt, że może zachodzić w okresach, w których występuje nadpodaż energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii, więc w dobie coraz częściej powstających elektrowni słonecznych i wiatrowych potencjał jest ogromny i stanowi alternatywę dla drogich magazynów energii.
Samochody na wodór, to jedna wielka niewiadoma
Jak to więc będzie z FCEV? Jeśli będziemy wiedzieć, to z pewnością damy Wam znać, bo co tu dużo mówić, obecnie przyszłość wodoru w motoryzacji trudno przewidzieć, jako że jest uzależniona od zbyt wielu czynników. Firmy pokroju Toyoty, Hyundaia, czy nawet BMW jednak coś tam próbują zrobić, dlatego z czasem może i doczekamy się szerszego zastosowania tych układów napędowych? Próżno jednak liczyć na to, że FCEV wyprzedzą w ciągu kolejnych lat BEV w rozwoju… chyba że czeka nas jakaś wodorowa rewolucja.
