Naturalnym krokiem w stronę ekologii są samochody elektryczne. Niestety te mają pewne ograniczenia, które główne dotyczą zasięgu. Jest jednak technologia, która jest w stanie zlikwidować tą przeszkodę. A mowa o napędzie wodorowym. Ogniwa paliwowe działają w bardzo prosty sposób. Przy użyciu wodoru generują energię elektryczną. Ta jest stuprocentowo ekologiczna, bowiem powoduje emisję tylko i wyłącznie wody!
Przyglądając się zmianom, które nastąpiły na rynku motoryzacyjnym na przestrzeni ostatnich 20 lat, co do jednego kierowcy nie mogą mieć wątpliwości – przyszłością naprawdę będzie napęd elektryczny. Niestety ma on też pewne ograniczenia. A podstawowym jest pojemność pokładowych baterii. Po pierwsze ta jest niewystarczająca na długich trasach. Po drugie uzupełnienie ilości prądu magazynowanego w akumulatorach trwa zdecydowanie zbyt długo. Czy w tej kwestii coś da się zrobić? To właśnie pytanie postanowili zadać sobie naukowcy.
Według pierwszego nurtu technologiczne walkę o wyższą funkcjonalność elektryków można wygrać stosując innowacyjne metody ładowania. Mowa m.in. o budowie sieci niezwykle szybkich ładowarek, umożliwieniu ładowania indukcyjnego podczas jazdy czy tworzeniu coraz bardziej pojemnych akumulatorów. Drugi nurt technologiczny jest nieco bardziej ortodoksyjny. Zakłada bowiem wyrzucenie dużych baterii spod podłogi samochodów i montaż w ich miejscu pokładowej… elektrowni!
Wodór łączy się z tlenem. Powstaje energia i najczystsza na świecie woda!
Oczywiście elektrownia nie przyjmuje postaci pieca węglowego emitującego do atmosfery potężne ilości szkodliwych związków. W jej rolę wcielają się ogniwa paliwowe. Na czym polega ich zasada działania? Układ napędowy zostaje wyposażony w zbiornik. W tym nie jest jednak magazynowana benzyna czy olej napędowy, a wodór pod dużym ciśnieniem. Pierwiastek trafia następnie do ogniwa, w którym jest łączony z zassanym z powietrza tlenem. W wyniku tej reakcji powstaje najnormalniejsza w świecie woda. Jej skutkiem ubocznym jest wytworzenie energii chemicznej.
Energię chemiczną należy następnie zamienić na elektryczną. W takiej postaci będzie ona w stanie zasilać nie tylko urządzenia pokładowe, ale również silnik elektryczny, który został zamontowany na pokładzie pojazdu. Choć napęd wodorowy brzmi nieco jak opis technologii kosmicznej, tak naprawdę jego dzieje sięgają głęboko w historię inżynierii. Po raz pierwszy opis mechanizmu pojawił się bowiem już w roku 1801! O ile jednak Humphry Davy dokonał odkrycia, na pierwszy działający model trzeba było poczekać do roku 1842. Zbudował go William Grove.
Choć już XIX wiek przyniósł spore odkrycie na polu ogniw paliwowych, tak naprawdę na ich mocniejszy rozwój trzeba było poczekać ponad wiek. Technologia powróciła na stół na przełomie lat pięćdziesiątych i sześćdziesiątych XX wieku. Nieoczekiwanie powodem takiego stanu rzeczy stała się Zimna Wojna i kosmiczny wyścig między Stanami Zjednoczonymi i ZSRR. Generatory prądu oparte o ogniwa paliwowe stały się kluczowym elementem takich programów badawczo-rozwojowych jak Gemini czy legendarnego już Apollo.
Ogniwa paliwowe w samochodach – na początek rok 1966
Lata sześćdziesiąte to też moment, w którym w ogniwach paliwowych zakochała się motoryzacja. Pierwszy projekt samochodu o napędzie wodorowym został wdrożony przez General Motors. W roku 1966 amerykańska marka zaprezentowała wersję koncepcyjną modelu Chevrolet Electrovan. Model oferował zasięg oszacowany na blisko 200 kilometrów i niestety miał jedno, ale za to wielkie ograniczenie. Pierwsze ogniwa paliwowe były olbrzymie! Jako że zajmowały całą przestrzeń załadunkową, do vana nie dało się wiele zmieścić. To na szczęście nie miało większego znaczenia. W drugiej połowie XX wieku kierowcy nie mieli najmniejszego zamiaru rezygnować z benzyny i oleju napędowego. Projekt był zatem typowo ciekawostkowy.
Kiedy tak naprawdę zaczął się dobry czas dla ogniw wodorowych? Pod koniec lat dziewięćdziesiątych. To wtedy producenci uświadomili sobie, że w XXI wieku motoryzacja zmieni się nie do poznania, a kolejne stopnie nowoczesności będą wkraczać na rynek z prędkością światła. Skąd taki pogląd? Po pierwsze wynikał on z dynamicznego unowocześniania świata. Digitalizacja postępowała i nie brała jeńców. Szerzyła się praktycznie w każdej sferze życia. Po drugie coraz bardziej palący stawał się problem dziury ozonowej i zwiększonej emisji szkodliwych związków do atmosfery.
To General Motors bez wątpienia dzierży palmę pierwszeństwa na rynku motoryzacyjnym. W latach dziewięćdziesiątych jako pierwszy do koncepcji powrócił jednak Mercedes. Najpierw – w roku 1994 – zaprezentował napęd wodorowy w modelu NECAR 1 opartym technologicznie o vana MB100. Dwa lata później ogniwa paliwowe stały się częścią klasy V, a trzy lata później zyskały na kompaktowości i zostały zamontowane na pokładzie klasy A.
W nowym millenium przebudzenie. Kolejne projekty, kolejnych firm
Na początku nowego millenium kolejne projekty korzystające z technologii wodorowej zaczęły pojawiać się jak grzyby po deszczu! Swój pomysł na napęd elektryczny i pokładową elektrownię zaprezentowały takie firmy jak Audi, Chrysler, Fiat, Ford, Honda, Mazda, Mitsubishi, a nawet Hyundai czy Alfa Romeo! A tak potężne zainteresowanie prowadziło tylko do jednego wniosku – napęd wodorowy rzeczywiście ma realną szansę stać się hegemonem rynku samochodów osobowych, ale oczywiście w przyszłości.
Pierwszym seryjnie produkowanym pojazdem wykorzystującym ogniwa paliwowe była Honda FCX Clarity – montaż trwał od roku 2007. Japońskiego sedana nie dało się jednak kupić. Był oferowany kierowcom tylko i wyłącznie w formie wynajmu terminowego. Na identyczny model użyczania pojazdów klientom postawił Mercedes. I tak w roku 2010 garstce kierowców ze Stanów Zjednoczonych, Europy, Singapuru i Japonii udało się eksploatować model F-Cell. Zmiana sposoby sprzedaży aut nadeszła tak naprawdę dopiero w roku 2015. To wtedy Japończycy zaprezentowali sedana Mirai.
Futurystycznie wyglądający pojazd z Japonii ma 154 koni mechaniczne i 335 Nm momentu obrotowego, osiąga pierwszą setkę w 9 sekund, posiada dwa zbiorniki na wodór o pojemności 122,4 litra, jego tankowanie trwa zaledwie 3 minuty, a maksymalny zasięg wynosi 502 kilometry. Co jednak jest w nim rewolucyjnego? Kierowcy nie musieli wynajmować Mirai. Mogli go wreszcie kupić. W Niemczech dla przykładu kosztował 66 tysięcy euro plus VAT. Przy obecnym kursie walut daje to kwotę wynoszącą niespełna 330 tysięcy złotych.
Ogniwa paliwowe – wady i zalety
Zalety napędu wodorowego są dość oczywiste. Tak naprawdę jest on równie funkcjonalny jak samochód korzystający z silnika konwencjonalnego. Kompaktowe rozmiary współczesnych ogniw sprawiają, że nie musi się on borykać z problemem ograniczonej przestrzeni w kabinie pasażerskiej, a sam wodór oferuje wysoki poziom bezpieczeństwa. Obecnie stosowane zbiorniki z jednej strony ograniczają możliwość wycieku niezwykle małych cząsteczek wodoru, a poza tym są zabezpieczone na wypadek wypadku czy nawet pożaru.
Co z wadami? Popularyzacja ogniw paliwowych w chwili obecnej jest ograniczona przez koszty technologiczne. Dla przykładu Mirai jest modelem segmentu D. Mimo wszystko jego cena sięga 330 tysięcy złotych. Warto jednak pamiętać o tym, że kwota ta jest ograniczeniem dziś. Wraz z popularyzacją rozwiązania koszty produkcyjne i amortyzacyjne wynikające z inwestycji w technologię spadną. Tym samym ceny pojazdów obniżą się i staną się tak atrakcyjne jak chociażby dziś ceny hybryd.
Drugie i zdecydowanie większe ograniczenie dotyczy możliwości tankowania wodorem. W chwili obecnej stacji takich na całym świecie jest tyle co na lekarstwo. Oczywiście ich ilość można drastycznie zwiększyć i to nawet całkiem szybko. Najpierw trzeba jednak zwalczyć dwa kolejne problemy. Po pierwsze warto stworzyć mechanizm pozwalający na uzyskiwanie przemysłowych ilości wodoru. Po drugie naukowcy muszą przemyśleć kwestię jego przechowywania. Wodór jest niezwykle małą cząsteczką. Jeżeli zatem nie zastosuje się zbiornika specjalnej konstrukcji, a do tego nie zmagazynuje go pod ciśnieniem i we właściwej temperaturze, po prostu wydobędzie się przez ściankę pojemnika.
Napęd wodorowy – podsumowanie
Motoryzacyjna teoria ewolucji postępuje. Pierwszym jej szczeblem były silniki spalinowe, drugim powoli stają się hybrydy. Co będzie dalej? Rozwój naturalnie musi iść w stronę agregatów elektrycznych. A te najpierw będą zasilane za pomocą baterii, a później pokładowych elektrowni wodorowych. Własne źródło energii da autu dwie zalety. Będzie ono równie funkcjonalne jak model zasilany benzyniakiem czy dieslem, a jednocześnie stanie się bardziej ekologiczne od elektryków czerpiących prąd z baterii. Chyba właśnie tak wygląda nasza motoryzacyjna przyszłość.
Produkcyjne samochody wodorowe
- Honda FCX Clarity/Clarity Fuell Cell
- Mercedes F-Cell
- Hyundai ix35 FCEV
- Hyundai Nexo
- Toyota Mirai
