Številni prenašalci pogonske energije, med katere spada tudi vodik, lahko za trajnostno mobilnost predstavljajo boljšo dolgoročno rešitev kot elektrika. Zakaj je njihov razvoj še vedno tako počasen, ob dokončno potrjenem prehodu na elektromobilnost leta 2035 pa je zdaj postal že povsem zanemarjen?
Vodik kot prenašalec pogonske energije in z njim povezane tehnologije ni nova ali revolucionarna ideja. Izum gorivnih celic, ki so električni tok ustvarjale z elektrokemično reakcijo, sega v daljno leto 1839. V petdesetih in šestdesetih letih 20. stoletja so jih začeli uporabljati v ameriški Nacionalni zrakoplovni in vesoljski upravi (NASA), v tistem času pa so nastala tudi prva eksperimentalna vozila, ki so jih poganjale gorivne celice in vodik, med drugimi GM Electrovan leta 1966.
Ko so se v začetku 21. stoletja pojavila tudi prva serijska vozila, ki jih je lahko napajal vodik, je ta tehnologija delovala kot najbolj obetavna za potencialni preskok voznega parka v trajnostno mobilnost, saj je že v nerazviti fazi omogočila podobno uporabniško in lastniško izkušnjo, kakršne smo potrošniki vajeni od motorjev na notranje zgorevanje, ki jih napajata bencin ali dizelsko gorivo.
Zaostanek se povečuje
Kljub obetavnemu začetku pa vodik in gorivne celice niso poželi takšnega navdušenja, predvsem pa netehnološke posvojitve, ki je z leti uspela baterijskim električnim vozilom, danes vodilni rešitvi trajnostne mobilnosti. Ta je z leti vztrajno pridobivala tržni delež in zdi se, da jo je, sicer z nekoliko zakonske prisile, dokončno ponotranjila celotna avtomobilska industrija.
Razlogi za takšno odločitev so obsežni in precej preprosti. Tako z okoljevarstvenega kot zakonskega vidika je za zmanjšanje škodljivih izpustov potreben čimprejšnji odmik od fosilnih goriv in elektrika je omogočila večji ter opaznejši napredek v krajšem času. Je namreč na voljo v skoraj vsakem domu za razliko od polnilnih postaj vodika, ki jih je moč v številnih državah, tudi v Sloveniji, še vedno prešteti na prste ene roke.
Brez lahko dostopnega vira energije je zgodnja posvojitev take tehnologije otežena in manj privlačna kot njene alternative. Prav tako je v številnih razvitih državah – v zadnjem času kar na celotni ravni Evropske unije – opaziti primanjkljaj presežka električne energije. Obdelava vodika do stopnje pogonske energije pa je energetsko intenzivna in občutno bolj potratna, kot če bi to energijo neposredno uporabljali za napajanje vozil. Za en prevožen kilometer vozila na vodik se posredno porabi skoraj trikrat več električne energije kot pri primerljivem baterijskem električnem avtomobilu.
Novi zakoni, ki bodo od leta 2035 prepovedali prodajo vozil z motorji z notranjim zgorevanjem, zato posredno morda predstavljajo še zadnji žebelj v krsto vodika kot prenašalca pogonske energije v avtomobilu. Finančnih in zakonskih spodbud za njegov razvoj je vedno manj, ob trenutni energetski neučinkovitosti njegovega obdelovanja pa za dosego kratkoročnih okoljevarstvenih ciljev avtomobilski proizvajalci preprosto nimajo druge izbire, kot da ga zapostavijo in pozornost preusmerijo v razvoj baterijskih električnih vozil.
Se lahko karte še premešajo?
Jasno pa je, da je razvojni potencial baterijskih električnih vozil strogo omejen, in vodilni v avtomobilski industriji že opozarjajo, da se nevarno bližamo njegovemu vrhuncu. Njihov napredek se drastično upočasnjuje, po skoraj 20 letih intenzivnega tehnološkega razvoja pa so baterijska električna vozila še vedno neustrezna rešitev za večino potreb tovornega in potniškega prometa.
To seveda velja predvsem za težja gospodarska in tovorna vozila, zlasti pa za zračni in vodni promet. Podaljševanje dosega z večjo količino baterij zaradi dodatne teže in zavzetega prostora lahko hitro prinese negativen učinek, dodajanje volumna posodi za vodik pa predstavlja precej manjši in cenejši problem. Prihodnost mobilnosti bo morala biti multienergetska, a v tem trenutku je vodik še vedno trdno zasidran na drugem mestu.
Zato navkljub neugodnim razvojnim okoliščinam številne avtomobilske znamke nad njim še niso obupale. V tem trenutku sta sicer naprodaj le dve osebni vozili, ki ju lahko poganja vodik: Toyota Mirai in Hyundai Nexo, skupina Stellantis pa ponuja gospodarski trojček, ki ga sestavljajo Citroën Jumpy, Peugeot Expert in Opel Vivaro.
Ne preseneča, da je ponudba skopa, in temu primerne so tudi prodajne številke, ki se že nekaj let gibajo med 10 in 20 tisoč prodanimi primerki. V letu 2024 naj bi se ponudbi pridružila še nova Honda CR-V, pri kateri bo vodik prav tako skrbel za napajanje gorivnih celic. Pri Hondi so že potrdili, da bodo po zaslugi inovativnih materialov in optimizacije izdelave proizvodni stroški novega modela CR-V za kar dve tretjini manjši od njihovega prejšnjega modela na vodik, zdaj že upokojene izvedbe Clarity.
Poleg potniškega Miraija in nekaj drugih konceptnih vozil na gorivne celice, med drugim poltovornjaka Hilux, pri Toyoti raziskujejo tudi zmogljivost vodika v dirkalnikih z motorji z notranjim zgorevanjem. Med drugim so na reliju Ypres v Belgiji, devetem krogu svetovnega prvenstva v reliju v letu 2022, preizkusili GR Yarisa H2, dirkalno Corollo na vodik pa so v juniju leta 2022 preizkusili na vzdržljivostni dirki Fuji Super TEC 24.
GR Yaris H2 je nastopil na reliju Ypres v Belgiji, in sicer v devetem krogu svetovnega prvenstva v reliju leta 2022, za volanom pa je bil tudi direktor Toyote Akio Toyoda.
Za volan obeh je sedel direktor Toyote Akio Toyoda. Na vzdržljivostni dirki se je zaradi zamudnih popravil po nesreči Corolla sicer uvrstila na zadnje mesto, vendar so bili njeni najhitrejši časi kroga povsem primerljivi z drugimi dirkalniki v razredu. Cestno različico tega 1,6-litrskega trivaljnika z neposrednim vbrizgom vodika so že namestili v konceptno Corollo Cross H2, za katero pravijo, da je opravila šele 40 odstotkov razvojne poti, zato še niso potrdili, če bo ta tehnologija kdaj na voljo tudi kupcem.
Z razvojem nadaljujejo tudi pri BMW, saj je iX5 Hydrogen že v zadnji fazi testiranj. Član upravnega odbora Frank Weber je potrdil tudi, da nad vodikom ne bodo obupali, saj predstavlja kredibilno alternativo baterijsko gnanim električnim vozilom, predvsem v ekstremnih vremenskih razmerah, saj lahko gorivne celice optimalno delujejo tudi pri manj kot minus 20 stopinjah Celzija brez občutnih negativnih posledic na doseg ali zmogljivost. Kljub uspešnemu razvoju pa je že zavrnil možnost, da bi vozilo z gorivnimi celicami ponudili tudi kupcem, kot razlog pa je navedel nezadostno polnilno infrastrukturo.
Kljub zanikanju, da ga bodo ponudili kupcem, pri BMW-ju vztrajno razvijajo različico športnega terenca iX5 z gorivnimi celicami.
Največja ovira še vedno polnilno omrežje
Ta še vedno predstavlja največjo oviro pri komercialni uspešnosti mobilnosti na vodik, saj za razliko od elektrike namreč ni dostopen povsod po svetu. Ob začetku letošnjega leta je po vsem svetu obratovalo le 814 polnilnih postaj vodika za potniške avtomobile; največ naj bi jih bilo na Kitajskem, kjer naj bi bilo postaj še precej več, kot je uradno zabeleženo. Kljub vedno hitrejšemu širjenju infrastrukture v Evropi jih je bilo ob novem letu še vedno le 254, od tega 105 v Nemčiji. Za primerjavo – v Nemčiji imajo več kot 14 tisoč običajnih bencinskih črpalk. Nove evropske zahteve za infrastrukturo alternativnih goriv sicer narekujejo, da bi države članice v bližnji prihodnosti morale postaviti polnilno postajo z vodikom ob vsaki večji avtocesti vsaj na 150 kilometrov.
Zaradi neugodnih finančnih in zakonskih pogojev, zaradi katerih se proizvajalci raje osredotočajo na širjenje omrežja električnih polnilnic, se infrastruktura torej razvija prepočasi. Kupci čakajo na razširitev polnilne infrastrukture in investitorji na kupce. Tudi razvoj infrastrukture je kratkoročno pri vodiku občutno dražji kot pri elektriki, a ker je distribucija vodika centralno organizirana na črpalkah, bi se tehtnica v prid vodika nagnila že pri manj kot milijonu vozil.
Prednost pri ekonomiji obsega
V primerjavi z elektriko bi bila infrastruktura velika prednost vodika, ko začnejo veljati prednosti ekonomije obsega, saj ga je tako kot nafto, mogoče prevažati na dolge razdalje. Gorivo je namreč trajnostno in ekološko samo toliko kot energija, s katero je bil narejen. V Evropi, kjer je presežka pridelane električne energije vedno manj, širjenje infrastrukture pa je draga in zamudna naloga, bo potrebe električne mobilnosti treba nadomestiti z obstoječimi elektrarnami, ki so v povprečju daleč od ekoloških in brezogljičnih. Ovira je tudi neenakomerna proizvodnja energije iz obnovljivih virov zaradi spremenljivih vremenskih razmer. Elektrika, ki se porablja za polnjenje vozil, mora biti namreč pridobljena relativno lokalno, saj je njen prenos na dolge razdalje zahteven in drag.
Pri vodiku ni geografskih omejitev, saj je transport mogoč. Ta je težaven, saj mora biti vodik za prevoz shranjen v komorah pod pritiskom med 700 in 900 bari ali pa ohlajen pod minus 253 stopinj Celzija in shranjen v tekoči obliki. Vendar ga je mogoče ob večjih potrebah prevažati po že obstoječem cevovodu in omrežju zemeljskega plina, ki presega dolžino 500.000 kilometrov in bi lahko sprejel mešanico s 30 odstotki vodika. Za transport stoodstotnega vodika pa bi večji del omrežja moral biti dodelan predvsem na stičnih delih zaradi prepustnosti.
Geografska fleksibilnost
Dokaj enostaven transport pa daje možnost, da se vodik pridobiva na odročnih krajih sveta, kjer imajo presežek električne energije, predvsem pa boljši izkoristek in stabilnost pri pridobivanju. Najbolj optimalne dežele za pridelavo elektrike in vodika na istem mestu glede na razpoložljivost sončne in vetrne energije ter zalog vode so od Evrope sicer precej oddaljene. Na primer Avstralija, Nova Zelandija in Kanada, ki so že politični partnerji pri ekonomiji vodika, ter Južna Afrika in področje Južne Amerike. Proizvodnja vodika ali sintetičnih goriv na enaki odročni lokaciji, kjer se pridobiva elektrika, seveda prihrani zahtevnost transporta, predvsem pa izkoristi presežek električne energije, ki je na neposeljenih območjih prevečkrat neizkoriščena.
Takšno strategijo sta že izkoristila Porsche in Siemens s skupnim projektom v Čilu, kjer proizvajajo e-goriva. Enako velja za optimalno postavljene vetrne elektrarne v Severnem morju, ki imajo lahko skoraj dvakrat boljši izkoristek kot tiste na celinah in z integriranimi napravami za elektrolizo predstavljajo idealno rešitev za pridobivanje vodika. Vodik lahko služi tudi kot medij za shranjevanje energije, gorivne celice pa kot zasilna elektrarna za industrijska podjetja ali celo domove. Za razvoj te strategije je Evropska unija lani namenila 5,4 milijarde evrov razvojnih sredstev. Sliši se veliko, v resnici pa ta znesek znaša le dva odstotka vsote, ki so jo namenili za razvoj polnilne infrastrukture električnih vozil do leta 2030. Do nadaljnjega je vodik bitko z elektriko že izgubil, še preden je dobil priložnost.
Hyundai Nexo je trenutno najbolje prodajan avtomobil z gorivnimi celicami in pogonom na vodik.
Vrste vodika
Glede na način pridobivanja se vodik loči na več vrst. Zeleni vodik je pridobljen z uporabo energije iz obnovljivih virov z elektrolizo vode. Sivi vodik je trenutno najbolj pogost in nastane s pomočjo parnega preoblikovanja zemeljskega plina, vendar ob njegovi proizvodnji v ozračje uhaja ogljikov dioksid. Sivi vodik se lahko spremeni v modri vodik, če se nastale emisije ujamejo in shranijo pod zemljo. Rjavi vodik se pridobi z uplinjanjem premoga, turkizni pa denimo iz metana s postopkom pirolize.
Toyotin motor ICE na vodik
Toyotin motor z notranjim zgorevanjem in neposrednim vbrizgom vodika se pojavlja v vse več testnih avtomobilih. Z njim so se že pomerili na etapi svetovnega prvenstva v reliju, na 24-urni vztrajnostni dirki, preizkušajo ga tudi v družinski Corolli Cross. V osnovi gre za 1,6-litrski trivaljnik iz GR Yarisa in GR Corolle, ki je bil prilagojen, da za gorivo namesto bencina zgoreva vodik. Osnovne spremembe na pogonskem sklopu vključujejo injektor za plinsko gorivo ter močnejše ojnice in ventile, drugačen je seveda tudi rezervoar za gorivo, ki mora vodik vzdrževati pod visokim pritiskom. Prednosti takšnega motorja v primerjavi z gorivnimi celicami so cenejši stroški izdelave, okolju prijaznejša sestava in manjša potreba po redkih kovinah, kot sta litij ali nikelj. V primerjavi z baterijsko gnanimi električnimi vozili ima tudi boljši doseg in hitrejši polnilni čas, ki v GR Yarisu H2 znaša le 90 sekund.
Preberite še: Avtonomna vozila povzročila prometni kaos, proizvajalec pa krivi slabo mobilno omrežje
BONUS VIDEO: To je avto, v katerega tankaš bencin, on pa pelje na elektriko! Norost, ali najboljše iz obeh svetov?