Auta z napędem wodorowym – w czym są lepsze niż auta elektryczne?
Pod koniec 2022 r. na świecie było ponad 72 tysiące samochodów o napędzie wodorowym – to aż 40% więcej niż w roku poprzednim. I trudno się temu dynamicznemu trendowi dziwić: wodór jest wszak najpowszechniejszym pierwiastkiem na świecie, a jako paliwo nie wiąże się z żadnym szkodliwymi emisjami. Czy jednak rzeczywiście auta z napędem wodorowym są ekologiczne?
Pierwszym pojazdem napędzanym na mieszaninę wodoru i tlenu był automobil zaprojektowany na początku XIX w. przez szwajcarskiego wynalazcę, Francois Isaaca de Rivaz. Podobną technologię wykorzystali Rosjanie w czasie oblężenie Leningradu w czasie II wojny światowej. W 1966 r. pierwszy model Forda został eksperymentalnie przekształcony w auto na wodór, a dwadzieścia lat później pomysł zaadaptował również Mercedes. Obecnie na świecie sprzedawane są jednak tylko trzy modele samochodów z napędem wodorowym produkowane przez marki Honda, Hyundai oraz Toyota. Inne marki dopiero planują ekspansję w tym segmencie.
Jak działają auta z napędem wodorowym?
Wodór jest paliwem, które wykorzystuje się do napędzania rakiet kosmicznych, autobusów, lokomotyw, wózków widłowych czy autobusów. We współczesnych samochodach z napędem wodorowym instalowane są silniki elektryczne oraz wodorowe ogniwa paliwowe. Te ostatnie są w stanie wyprodukować samodzielnie energię potrzebną do jazdy, wykorzystując energię chemiczną najlżejszego gazu na świecie.
Choć pomysłów technologicznych jest kilka, ten najczęściej stosowany wykorzystuje ogniwa wodoro-tlenowe z membraną do wymiany protonów. Wodór doprowadzany jest do anody, gdzie oddaje swoje elektrony, przechodząc w stan kationów. Te ostatnie przenikają przez membranę do katody i reagują z anionami, które powstały wskutek redukcji tlenu. W rezultacie elektrony przemieszczają się po obwodzie elektrycznymi z anody do katody, generując przepływ prądu elektrycznego, zaś z pozostałych jonów powstają cząsteczki wody – jedynego produktu ubocznego działania auta z napędem wodorowymi. Woda w postaci parowej lub ciekłej odprowadzana jest na zewnątrz niczym spaliny w klasycznym aucie.
Auta z napędem wodorowym potrzebują więc regularnie tankować wodór na specjalnych stacjach – dla samochodów osobowych musi on mieć stężenie 700 barów. W Polsce jak dotąd działa tylko kilka stacji wodorowych, ale według Polskiej Strategii Wodorowej do 2025 r. ma ich być ponad 30. Dla porównania w Niemczech działa już ponad 100 stacji H2.
Silnik w samochodzie z napędem wodorowym, fot. Scharfsinn/Shutterstock
Zalety aut z napędem wodorowym
Samochód, który emituje jedynie wodę, to oczywiście spełnienie marzeń ekologów. Pod względem emisji w czasie jazdy jest to faktycznie bardzo atrakcyjna opcja. Dodatkowo same ogniwa wodorowe są w pełni odnawialne, co daje im przewagę nad ogniwami wykorzystywanymi w autach elektrycznych. Te ostatnie opierają się głównie na technologii litowej, której recykling stwarza ogromne trudności techniczne.
Wodór tankuje się bardzo szybko – zaledwie 5-10 minut, co jest ogromną przewagą w porównaniu do samochodów elektrycznych ładowanych nawet do 10 godzin. Zasięg na jednym tankowaniu w modelach obecnie dostępnych na rynku wynosi nawet 500 – 756 km, co również oferuje znaczącą przewagę w stosunku do elektrycznej konkurencji. Auto prowadzi się cicho, gładko i dynamicznie.
Z globalnego punktu widzenia wodór jako paliwo jest ideałem – powszechny, niedrogi, nietoksyczny, a na dodatek otwierający szeroki potencjał zastosowań. Trwają już pracę nad technologią wykorzystania wody powstającej podczas jazdy do chłodzenia silnika, a nawet ponownego wykorzystania wodoru.
Tabela przedstawiająca zalety i wady aut z napędem wodorowym; opracowanie własne
Wady samochodów z napędem wodorowym
Niestety, auta napędzane wodorem mają też swoje słabe strony i to paradoksalnie również w kontekście ekologicznym. Podstawowym problemem jest sama produkcja wodoru, który nie występuje na Ziemi w czystej postaci i jak dotąd w 95% pochodzi z procesu przetwarzania metanu, generującego znaczące emisje dwutlenku węgla. Alternatywą jest pozyskiwanie tzw. zielonego wodoru w drodze elektrolizy wody, ale jak dotąd jest to technologia bardzo droga, a przez to mało opłacalna dla kierowców. Dodajmy, że sama elektroliza równie wymaga prądu elektrycznego, więc jej przyjazność ekologiczna zależy użycia odnawialnych źródeł energii.
Kolejną wadą aut z napędem wodorowym jest słabo rozwinięta wciąż infrastruktura stacji, która wymaga pokonywania ogromnych odległości, tylko po to, aby zatankować auto. Samo przetrzymywanie wodoru jest kłopotliwe ze względu za wymagania przestrzenne – i w samym aucie, i w naziemnej i infrastrukturze zbiorniki na wodór zajmują bardzo dużo miejsca.
Wodór jest jak dotąd też dość drogim paliwem – droższym niż benzyna w przeliczeniu na jeden przejechany kilometr. Z analizy opublikowanej przez Hydrogeninsight wynika też, że ten sam odcinek drogi pokonany w wodorowym aucie może być nawet 14 razy droższy niż w przypadku auta elektrycznego.
Ciekawostka: W przypadku wycieku wodoru do atmosfery, jego wpływ na globalne ocieplenie jest nawet 11 razy silniejszy niż dwutlenku węgla!
W użyciu są już autobusy z napędem wodorowym, fot. Scharfsinn/Shutterstock
Czy i kiedy samochody na wodór zdominują rynek?
Ja dotąd auta z napędem wodorowym nie stanowią poważnej konkurencji dla aut elektrycznych i nic nie wskazuje, aby sytuacja ta miała się wkrótce zmienić. Technologia jest póki co mało ekonomiczna, a samo pozyskiwanie wodoru stwarza szereg problemów o negatywnych skutkach ekologicznych. Tymczasem dynamiczny rozwój samochodów elektrycznych i infrastruktury potrzebnej do ich ładowania stawia wodorowe pojazdy na pozycji straconej – zdaniem wielu analityków rynku, straty tej nie da się już odrobić.
Auta z napędem wodorowym – pytania i odpowiedzi
Jak działają auta z napędem wodorowym?
Wyposażone w wodorowe ogniwa paliwowe auta wykorzystują tankowany wodór oraz tlen z powietrza, aby w procesie odwróconej elektrolizy wygenerować przepływ prądu. Produktem ubocznym jest woda.
Czy auta z napędem wodorowym są ekologiczne?
Samochody wodorowe nie generują żadnych emisji, ale wodór w ogromnej większości produkowany się z metanu i wiąże się z emisją dwutlenku węgla.
Ile jest na świecie aut z napędem wodorowym?
Obecnie na świecie jest ponad 70 tys. aut napędzanych na wodór – dla porównania aut elektrycznych jest minimum 25 milionów.
- „Fuel cel electric vehicles” US Department of Energy, https://afdc.energy.gov/vehicles/fuel-cell, 2/04/2024;
- “Hydrogen Fuel Cell Electric Cars” California Air Resources Board, https://driveclean.ca.gov/hydrogen-fuel-cell, 2/04/2024;
- “Hydrogen Fuel-Cell Vehicles: Everything You Need to Know John Voelcker, https://www.caranddriver.com/features/a41103863/hydrogen-cars-fcev/, 2/04/2024;
- “Hydrogen as an energy source: pros and cons of the fuel of the future” Miguel Palacio, https://www.ontheroadtrends.com/hydrogen-as-an-energy-source-pros-and-cons-of-the-fuel-of-the-future/?lang=en, 2/04/2024;
- “What Are Hydrogen Cars?” Dustin Hawley, https://www.jdpower.com/cars/shopping-guides/what-are-hydrogen-cars, 2/04/2024;
