W paliwie, jakim jest wodór, pokładana jest ogromna nadzieja, jeśli chodzi o przyszłość motoryzacji. Samochód wodorowy nie wydziela do atmosfery ani grama CO2, a głównym efektem spalania jest… woda. Pojazdy tego typu mają zapewnić przetrwanie motoryzacji w dobie obostrzeń ekologicznych oraz zadbać o przyszłość błękitnej planety. Mają one przed sobą bardzo trudne zadanie, bowiem muszą połączyć wszystko, co najlepsze w autach elektrycznych oraz tych z konwencjonalnym napędem. Aktualnie produkowane modele dopiero raczkują na rynku, jednak już teraz wnoszą powiew świeżości i mogą zrewolucjonizować świat motoryzacji. Co odróżnia samochód wodorowy od klasycznego oraz jaka jest jego zasada działania? Jakie są rodzaje tego napędu? Tego i wiele więcej dowiesz się z tego artykułu!
Ciekawe jest to, że to pojazdy elektryczne były znane ludzkości jako pierwsze. Społeczeństwo jednak zaczęło skupiać się na rozwoju tego prostszego, mniej ekologicznego rozwiązania, czyli samochodów napędzanych paliwami kopalnymi. Niestety era silników konwencjonalnych chyli się ku końcowi. Po pierwsze ze względu na zanieczyszczenia, które powstają w procesie spalania. Po drugie przez to, że ropa może się skończyć i trzeba opracować jakąś alternatywę. Trzecim powodem, który wynika z dwóch poprzednich, jest pojawianie się coraz to nowych obostrzeń związanych z ekologią narzucanych przez np. Unię Europejską.
W tym artykule przeczytasz o tym:
- jak napęd wodorowy w samochodzie działa i jakie są jego rodzaje,
- czy samochód wodorowy Toyota Mirai to początek rewolucji,
- czy polski wodorowy samochód ma możliwość wejść na rynek,
- jaka jest opinia eksperta marki Inter Cars, jeśli chodzi o napęd wodorowy w samochodzie.
Skąd pomysł na samochód wodorowy?
Zasoby paliw kopalnych na Ziemi nie są nieskończone. Najnowsze prognozy mówią o tym, że w ciągu 40-50 lat wyczerpią się złoża ropy naftowej. Można to traktować jako argument dla wciąż rosnących cen paliw, jednak co by nie mówić, to ropa kiedyś naprawdę się skończy. Co się wtedy stanie? W takim scenariuszu wchodzą do gry alternatywne źródła energii i napędu. Tym razem skupiono się na wodorze, czyli najpowszechniej występującym pierwiastku na Ziemi.
Obecnie samochody elektryczne powoli zaczynają podbijać rynek. Kierowcy coraz chętniej wybierają auta na prąd ze względu na dużo niższe koszty eksploatacji – głównie mowa tutaj o kosztach paliwa oraz serwisów. Do tego większość państw w Europie oferuje różnego rodzaju dofinansowania i dopłaty do pojazdów z napędem elektrycznym. Jednak niestety nie są one pozbawione wad.
Aktualnie największą z nich jest czas potrzebny do ich naładowania. Na szybkiej ładowarce zajmie to przynajmniej kilkadziesiąt minut, w domu bez stacji ładowania może trwać nawet całą noc. Nie można też pominąć tematu maksymalnego zasięgu, który jest bardzo zależny od warunków pogodowych i stylu jazdy. Do tego takie ogniwa mają tendencję do zapalania się w razie wypadku. Wykorzystanie wodoru jako alternatywnego źródła energii rozwiązuje wszystkie te problemy. Jest bezpieczny, szybki w tankowaniu, daje relatywnie duże i stabilne zasięgi, a do tego jest tak samo „czysty”. Znika za to problem ze składowaniem dużych, zużytych akumulatorów. Rozwój tego rodzaju napędu wydaje się więc naturalną decyzją.
Napęd wodorowy w samochodzie – jak działa i na czym polega?
Aby prawidłowo wytłumaczyć zasadę działania napędu wodorowego, trzeba na początku zaznaczyć, że można go używać na dwa całkowicie od siebie odmienne sposoby. Pierwszym z nich jest zastosowanie wodoru jako paliwa w silniku spalinowym, drugim natomiast wykorzystanie go do tworzenia energii elektrycznej, która wprawia auto w ruch. Łatwo zauważyć, że są to zupełnie różne podejścia do tego samego tematu. Poniżej opis każdego z nich.
Silnik spalinowy na wodór
Silnik spalinowy jest znany już od ponad 100 lat. Do jego napędzania powszechnie używany jest olej napędowy, benzyna, gaz ziemny oraz LPG. Taką samą funkcję może także pełnić wodór. Kilka firm motoryzacyjnych stworzyło już nawet działające prototypy, które znajdują się aktualnie w fazach testów. Ich silniki napędzane są wodorem, a zapłon powstaje od iskry. Mowa tutaj o Toyocie, Aquarius Engines oraz firmie Deutz.
Identycznie jak przy użyciu innych paliw gazowych, tak samo w przypadku wodoru pojawia się problem z jego przechowywaniem w baku. Należy to robić pod wysokim ciśnieniem, a samo paliwo musi być schłodzone do temperatury prawie -250 stopni C. Pozwala to na utrzymanie go w stanie ciekłym. Wodór w stanie gazowym jest dużo rzadszy od powietrza, co powoduje, że momentalnie ulatniałby się z baku do atmosfery.
Oprócz tego to rozwiązanie niewiele się różni od tych klasycznych. Tak samo jak LPG czy CNG, wodór pod wysokim ciśnieniem zostaje wtryśnięty do komory spalania, gdzie pod wpływem kompresji oraz iskry następuje wybuch, który napędza ruch tłoków. Ten porusza wałem korbowym, wytwarzając ruch obrotowy, czyli ten napędzający koła.
Zalety tego alternatywnego paliwa to cichsza praca jednostki napędowej oraz zwiększenie jej kultury pracy. Takie wnioski nasuwają się z prób wykonywanych na pierwszych prototypach. Do tego efektem ubocznym spalania wodoru w silniku jest nic innego jak H2O, czyli woda. Oznacza to, że to rozwiązanie jest w 100 proc. ekologiczne i bezemisyjne. Niestety wciąż ciężko wyregulować pracę silnika na tym paliwie. Wodór charakteryzuje się tym, że jego spalanie często zachodzi przedwcześnie, co powoduje spalanie stukowe. Jednak inżynierowie radzą sobie z tym problemem coraz lepiej i może już niedługo uda się znaleźć dla niego odpowiednie rozwiązanie.
Silnik elektryczny na wodór
Największą zaletą takiego rozwiązania jest to, że do swojego działania nie wymaga dużych i ciężkich baterii, ponieważ energia nie musi być w nich składowana. Jest po prostu na bieżąco wytwarzana z paliwa znajdującego się w baku przy pomocy ogniw paliwowych.
Ogniwa paliwowe są znane ludzkości od 1838 r., wtedy też schemat ich działania przedstawił chemik niemiecko szwajcarskiego pochodzenia – Christian Friedrich Schönbein. Jego projekt składał się z katody oraz anody, czyli dwóch elektrod rozdzielonych od siebie membraną elektrolityczną. Funkcję katalizatora reakcji pełni tutaj platyna, która pokrywa elektrody.
W momencie, gdy wodór przedostanie się do ogniwa, ulega on utlenieniu. Oznacza to, że oddaje elektrony, a to skutkuje powstaniem kationów wodorowych. Na katodzie tlen reaguje z elektronami, gdzie redukuje się do anionów tlenowych. Wspomniana wcześniej membrana blokuje wszystkie jony, włącznie z anionami tlenowymi. Jedynie protony mogą się przedostać, a ich przepływ zachodzi od anody do katody. Po dotarciu kationów wodorowych do katody dochodzi do ich reakcji z anionami tlenkowymi. Te reakcje powodują powstanie wody, a elektrony z anody trafiają do katody poprzez obwód elektryczny. W ten sposób powstaje energia. Przez to, że aniony muszą szukać drogi naokoło membrany, trafia on do obiegu, a tam jego ruch wytwarza napięcie.
Napęd wodorowy w samochodzie daje wiele korzyści. Zalety takiego rozwiązania są identyczne jak w aucie elektrycznym, a dodatkowo odpadają wszystkie problemy związane z ogromną baterią o dużej masie. Pełny bak wodoru jest bardzo lekki. Około 120 sprężonego wodoru pod odpowiednim ciśnieniem waży około 5 kg. Problemy natomiast pojawiają się, jeśli mowa o temperaturze pracy takiego silnika. Aby samochód „odpalił” każdorazowo musi się on nagrzać, co wiąże się z czekaniem kilkunastu sekund za każdym razem. Jednak i na to szuka się już rozwiązania, a kolejne modele aut wodorowych potrzebują coraz mniej czasu, aby ruszyć z miejsca.
Wodorowy samochód na prąd – jakie są jego ograniczenia?
Niestety, jak to zawsze w życiu bywa, nic nie jest perfekcyjne – także samochód wodorowy boryka się z pewnymi uniedogodnieniami. Prawdziwym problemem jest niska efektywność energetyczna, która po zamianie wodoru na prąd może wynieść jedynie kilkadziesiąt procent. Wynik ten spowodowany jest tym, że straty pogłębiane są na każdym etapie produkcji energii. Od pozyskania wodoru, po jego kompresję, następnie skroplenie, aż po transport i tankowanie.
Do tego magazynowanie wodoru jest bardzo kosztowne. Co za tym idzie, niewiele krajów podjęło się budowy infrastruktury do tankowania tego paliwa. Kosztowna jest także produkcja samego wodoru, co niestety wiąże się z wyborem tańszej opcji. Jest nią mianowicie pozyskiwanie tego pierwiastka z węgla, co zmniejsza korzyści dla środowiska.
Jakby tego było mało, to auto z pełnym zbiornikiem wodoru może stać od 9 do 14 dni, zanim cała jego zawartość zagrzeje się i po prostu ulotni z baku. Dzieje się tak, ponieważ wodór utrzymuje stan ciekły tylko przy bardzo niskich temperaturach oraz odpowiednim ciśnieniu.
Samochód wodorowy – Toyota przoduje na rynku?
Aktualnie rynek azjatycki podbija druga generacja modelu Mirai od Toyoty. Poprzednia była pierwszym na świecie seryjnie produkowanym samochodem elektrycznym napędzanym przy pomocy wodoru i ogniw paliwowych. Model ten trafił także do Europy, niestety liczba punktów tankowania wodoru na starym kontynencie jest bardzo niewielka, co mocno utrudnia korzystanie z takiego auta na co dzień. Jednak to nie jest wina Toyoty. Japończykom nie można odmówić uporu, z jakim rozwijają różne rodzaje ekologicznych napędów i trzeba im przyznać, że pod tym względem na rynku nie mają sobie równych.
Polski samochód wodorowy – marzenie, które się spełni?
Na rynku dostępnych jest zaledwie kilka modeli aut wodorowych. Jeszcze w tym dziesięcioleciu do tego grona ma dołączyć polski samochód wodorowy. Firma Amper Life to start-up, którego celem jest wprowadzenie do sprzedaży swojego modelu pojazdu tankowanego płynnym wodorem. Aktualnie znany jest wstępny projekt auta. Ma to być SUV, który na jednym baku będzie mógł przejechać nawet do 1000 km.
Jednak żeby polski samochód wodorowy mógł wyjechać na ulice, najpierw trzeba zadbać o zaplecze punktów tankowania wodoru. Założyciel start-upu zapowiada stworzenie całej sieci stacji z ciekłym wodorem, które będą w pełni zautomatyzowane. Ma to być ostatni cel planu, który zakłada najpierw rozpowszechnienie stacji ładowania pojazdów elektrycznych. Nie dotyczy to tylko samochodów, ale także hulajnóg i rowerów. Największą przeszkodą w realizacji tego planu jest obecnie sam wodór. Aby to wszystko miało sens, wytworzony wodór musi pochodzić z zielonych źródeł energii. Wytwarzanie go z węgla mija się z celem.
Samochód wodorowy okiem eksperta
Całe grono analityków w tej chwili zastanawia się, jakie są szanse na powszechne zastosowanie wodoru w przemyśle motoryzacyjnym oraz transportowym. Na chwilę obecną firmy zajmujące się logistyką pokładają dużo większe nadzieje w pojazdach wodorowych niż elektrycznych. Aż 41 proc. badanych uważa, że pojazdy zasilane wodorem wejdą do powszechnego użytku już w ciągu 10–15 lat. Takie samo zdanie o elektrykach ma tylko 34 proc. badanych. Aktualnie pojazdy z ogniwami paliwowymi wydają się być najlepszym możliwym kierunkiem rozwoju motoryzacji. Dla przeciętnego użytkownika samochodu będzie to oznaczało niższe koszty utrzymania. Takie czynności jak serwis hamulcowy, olejowy itp. będzie można wykonywać rzadziej ze względu na układ napędowy zastosowany w tych autach. A ponadto motoryzacja w końcu stałaby się całkowicie bezemisyjna – mówi ekspert marki Inter Cars.
Sprawdź ofertę Inter Cars!
Niestety na to wszystko trzeba będzie jeszcze trochę poczekać i na razie muszą nam wystarczyć hybrydy, elektryki oraz auta spalinowe. Wszystkie części potrzebne do serwisu Twojego samochodu znajdziesz na stronie Inter Cars. Czeka tam na Ciebie szeroki wybór elementów zawieszenia, układów hamulcowych czy podzespołów i osprzętu silnika. Znajdziesz tam także cały dział poświęcony elektromobilności. Wejdź na stronę i przekonaj się sam!
Podsumowując działanie napędu wodorowego w dużym uproszczeniu: wodór trafia do ogniw paliwowych, gdzie następuje reakcja połączenia jonów wodoru w anodzie z tlenem w katodzie. Przepływ elektronów pomiędzy elektrodami powoduje powstanie energii elektrycznej, która napędza silnik elektryczny, a ten napędza koła pojazdu. Wiesz też, ile kosztuje i jaka czeka go przyszłosć.
FAQ
Samochód wodorowy – cena zakupu. Ile wynosi?
Dla przykładu, 2 generacja Toyoty Mirai została wyceniona na niecałe 300 tysięcy złotych. W takich cenach będzie oscylował samochód wodorowy. Cena oczywiście będzie zależna od marki i oferowanego zasięgu.
Czy wyjdzie polski samochód wodorowy?
W Polsce powstał start-up Amper Life, który ma na celu wprowadzić swój samochód wodorowy na drogi przed 2030 rokiem. Czy to się uda? Na ten moment ciężko to przewidywać, ale mamy nadzieję, że tak!
Czy powstaną stacje tankowania wodoru w Polsce?
Są takie plany. W ciągu najbliższych kilku lat sieć stacji tankowania wodoru ma zacząć się rozrastać. Po części będzie to także zasługa firmy Amper Life.
