Czy wodór zrewolucjonizuje światową motoryzację? [ANALIZA]

Ile na świecie jest samochodów? W najnowszej porcji statystyk podanych przez firmę analityczną Hedges Company, 1,446 miliarda. W obiegowej opinii to Ameryka Północna, a konkretnie Stany Zjednoczone mają obsesję na punkcie aut. Tymczasem kontynent znajduje się dopiero na trzeciej pozycji w liczbach bezwzględnych. Króluje Azja z 567 milionami samochodów, na drugim miejscu znajduje się Europa z 419 milionami, na trzecim Ameryka Północna z 350 milionami, dalej Ameryka Południowa z 83 milionami, na kolejnym miejscu Afryka z 26 milionami i Antarktyda z 50 sztukami.

Oczywiście te dane należałoby pewnie uzupełnić liczbą mieszkańców i danymi per capita. W Azji wychodzi 0,12 samochodu na osobę, w Europie 0,56, w Ameryce Północnej 0,60 na osobę, w Ameryce Południowej 0,2 a w Afryce 0,02, czyli własne cztery kółka posiadają zaledwie dwie osoby na sto.

Elektryki wciąż jak homeopatia

Zwykle dosyć łatwo jest znaleźć w znanej nam wszystkim wyszukiwarce konkretne dane nt. przemysłu motoryzacyjnego nawet bez klikania w żaden link. Tak jest właśnie w przypadku ogólnej liczby samochodów na świecie. Znacznie trudniej jest z samochodami elektrycznymi. Dane dotyczące sprzedaży i jej corocznego wzrostu znaleźć jest łatwo, ale aby policzyć faktyczną liczbę zarejestrowanych czy jeżdżących po drogach „elektryków”, trzeba sięgnąć do kilku źródeł.

„Global EV Outlook 2020” autorstwa Międzynarodowej Agencji Energii zdradza, że na koniec 2019 roku globalny zasób aut elektrycznych sięgnął 7,2 miliona sztuk. W 2020 r. obserwowaliśmy spory wzrost sprzedaży w porównaniu z poprzednim, aż o 43% do 3,24 mln a w 2021 aż o 98% do 6,4 mln! Choć to wciąż prognozy, gdyż rok się jeszcze nie skończył.

Zsumujmy to wszystko i wyjdzie nam, że na koniec bieżącego roku na całym świecie będzie jeździło 16,84 mln samochodów elektrycznych i będą one stanowić… 1,1% wszystkich aut na świecie. A dodajmy, że wliczamy również hybrydy do kategorii EV.

Wodorowych jeszcze mniej

Czym są w ogóle samochody na wodór? Są właściwie również samochodami elektrycznymi. Samochody całkowicie elektryczne (nie zaliczamy tutaj hybrydowych) można podzielić na dwa rodzaje. EV/BEV – Battery Electric Vehicles, zasilane przez prąd nagromadzony w baterii, których naładowanie wymaga podłączenie do stacji ładowania oraz FCEV – Fuell Cell Electric Vehicles, na ogniwa paliwowe zasilane wodorem. Podobnie jak samochody typu BEV, wykorzystują silnik elektryczny, ale zamiast baterii, w zbiorniku przechowują wodór. Ogniwa

paliwowe łączą wodór z tlenem z powietrza, dzięki czemu generują energię z reakcji chemicznej wodoru z tlenem oraz produkt tej reakcji, czyli wodę.

Wodór od dziesięcioleci jest reklamowany jako przyszłość mobilności. Właściwie był czas, kiedy wodór uważano za „paliwo przyszłości”, podczas gdy pojazdy elektryczne (BEV) miały pozostać ograniczone do niszy małych, miejskich samochodów krótkiego zasięgu. Jednak to pojazdy akumulatorowo-elektryczne (BEV) wjechały na pas szybkiego ruchu. Wydaje się, że ich bracia napędzani wodorem zatrzymali się na linii startu.

Dziś samochodowy wodorowe dostępne są dla nielicznych. Na przykład najpopularniejszy FCEV, Toyota Mirai kosztuje na polskim rynku 300 tys. zł.

Koszty eksploatacji również nie są tanie. Stawka za jednorazowe tankowanie Toyoty Mirai lub Hondy Clarity wynosi od 200 zł lub więcej, co sprawia, że na razie nie mogą konkurować z cenami benzyny. Nawet przy obecnych wysokich jej cenach. Brakuje również infrastruktury paliwowej. Przykładowo w Kalifornii jest łącznie 40 publicznych stacji ładowania wodorem, w porównaniu do prawie 21 tys. stacji ładowania pojazdów elektrycznych.

Kraje europejskie radzą sobie nieco lepiej niż USA. Łącznie 136 stacji znajduje się na terenie całej Europy (Niemcy – 87, Wielka Brytania – 10, Dania – 6, Norwegia, Austria, Francja – 5, Szwajcaria, Szwecja, Holandia – 4, Belgia – 2, Włochy -1), 47 jest w budowie.

Istnieje też pozornie nie do pokonania przeszkoda techniczna: niska wydajność. FCEV są tylko w połowie tak wydajne jak BEV, jeśli spojrzeć na cały łańcuch energetyczny między zasilaniem a pojazdem. Globalny rynek FCEV wyceniono na zaledwie 652 mln w 2018 roku, ale oczekiwany wskaźnik wzrostu to zawrotne 67% rocznie, które ma pozwolić osiągnąć 42 mld dolarów w 2026 roku.

Co jeśli wodór trafi pod strzechy?

Powyższe dane nie napawają optymizmem, ale przypomnijmy argumenty entuzjastów wodoru oraz hipotetyczne upowszechnienie pojazdów zasilanych wodorem. Wodór w porównaniu z innymi pierwiastkami posiada wiele zupełnie niezwykłych cech. Jest najlżejszym i najpowszechniej występującym pierwiastkiem w przyrodzie – aż ok. 73% znanego wszechświata zbudowana jest z wodoru!

W procesie spalania w tlenie, uwalnia ogromne ilości energii. Ma wysoką wartość energetyczną w przeliczeniu na jednostkę masy, lecz jego wartość energetyczna, w przeliczeniu na jednostkę objętości jest niewielka.

Na naszej planecie wodór nie występuje w wolnej postaci, dlatego otrzymujemy go w procesie elektrolizy, reformingu parowego gazu ziemnego, gazyfikacji węgla lub reformingu/utlenienia innych węglowodorów lub produktów biomasy. Wodór może być również otrzymywany ze źródeł odnawialnych – jeśli w elektrolizie użyjemy energii generowanej z takich właśnie źródeł. W tedy możemy mówić o zielonym wodorze, czyli właśnie takim, jaki spełnia wymagania zeroemisyjności. Zielony, szary, niebieski czy fioletowy wodór to wciąż ten sam pierwiastek chemiczny, tylko pozyskany z różnych źródeł.

Przechowuje się go we wszystkich stanach skupienia – w postaci ciekłej, gazowej lub stałej, a także również w postaci związanej w takich substancjach, jak etanol, metanol lub wodorki metali.

„Przede wszystkim jednak da się go przekształcać w energię z dużą wydajnością i może stać się źródłem energii w zastosowaniach przemysłowych, domowych, w transporcie lub systemach przenośnych, zastępując ropę naftową. Z tego względu, iż wodór łatwo się przechowuje, to kreuje on możliwości magazynowania energii elektrycznej pod postacią gazu lub cieczy po jego sprężeniu lub obniżeniu temperatury. Taki wodór można przetworzyć z powrotem na energię elektryczną w dowolny sposób i w dowolnym czasie, napędzając nim turbinę czy ogniwo paliwowe. Koncepcyjna i teoretyczna gotowość przestawienia się z paliw kopalnych na wodór już od dawna istnieje. To, czego potrzeba, to zwiększenie skali zastosowania tych rozwiązań, ich uprzemysłowienie, stworzenie rynków, które wprowadzą do praktyki przemysłowej bazujące na wodorze zasady gospodarki ekologicznej” – czytamy na portalu chemiaibiznes.com.pl.

Z tego wszystkiego wyłania się obraz niemal energetycznego Świętego Graala. Istnieje szereg problemów zarówno technologicznych, jak i ekonomicznych. Na razie, przynajmniej w przypadku transportu, technologia to nie problem, ale wodór nie będzie konkurencyjny względem niemal wszystkich innych paliw. Mowa nie tylko o benzynie, oleju napędowym czy LPG, ale również o BEV-ach.

Jeśli jednak w pewnym momencie ceny pojazdów oraz wygoda i bezpieczeństwo użytkowania zbliżyłyby się do chociażby elektryków na baterie, to wiązałoby się to z upowszechnieniem samochodów na wodór. Takie umasowienie bez wątpienia nie nastąpi także bez gęstej sieci stacji ładowania. Jak wspomniano wyżej, obecnie jest ich naprawdę niewiele.

Analitycy jednak pozostają optymistycznie nastawieni. Z danych zaprezentowanych w dokumencie „Hydrogen - scaling up. A sustainable pathway for the global energy transition” wynika, że do roku 2050 wodór może stać się paliwem dla ponad 400 mln samochodów osobowych, 15-20 mln ciężarówek i około 5 mln autobusów. Nad samochodami wodorowymi oprócz Toyoty i Hondy pracują m.in. Audi, BMW, Mercedes, Lexus i Hyundai.

Nie ulega wątpliwości, że w tym przypadku gra warta jest przysłowiowej świeczki, ponieważ samochód zasilany wodorem, posiada wszystkie zalety pojazdu na baterie, nie będąc zarazem obciążonym jego wadami. Wykorzystanie wodoru w sektorze transportu pozytywnie wpływa na jakość powietrza w mieście bez względu na to, czy surowiec wodorowy jest produkowany z odnawialnego źródła, czy też nie. Pojazdy z ogniwami paliwowymi są relatywnie bezpieczniejsze (co wynika z dyfuzyjnych właściwości wodoru), lżejsze (dzięki wyeliminowaniu bardzo ciężkich baterii) oraz oferują znacznie lepsze zasięgi i czas ładowania, niż „klasyczne” elektryki, czyli BEV-y. Te cechy są szczególnie widoczne w przypadku autobusów.

Prawdopodobnie najszybciej napęd wodorowy może znaleźć szerokie zastosowanie w pojazdach służących do transportu przedmiotów w zakładach przemysłowych, takich jak wózki widłowe. Zastosowanie go w takich warunkach nie wymaga powstawania specjalnej infrastruktury, a decydujące są jedynie takie czynniki jak: dostępność wodoru, jego cena, bezpieczeństwo i względy ekologiczne.

Rynek polski

W Polsce inicjatywy związane z wodorem zapowiedziało kilka spółek, m.in. PGNiG, Orlen i Lotos. Ta ostatnia ma szczególnie ambitne plany – niedawno ogłosiła, że za 6 lat chce być w pierwszej dziesiątce największych producentów zielonego wodoru w Europie.

„Green H2” – nazwa projektu w oczywisty sposób nawiązuje do wodoru zielonego, który ma być produkowany na terenie gdańskiej rafinerii Lotosu. Elektrolizery w specjalnie wydzielonym „parku” do 2025 r. mają osiągnąć moc 100 MW. Projekt nie poprzestaje na tym – poza elektrolizerami mają powstać magazyny wodoru, ogniwa paliwowe a nawet turbiny wodorowe. Na razie założenie projektu jest takie, aby umiejscowić instalacji zielonego wodoru na terenie rafinerii w Gdańsku. Cel jest prosty - wodór ma "zazielenić" klasyczne paliwa.

"O ile dzisiaj zakładamy, że 100 proc. wodoru będzie wykorzystywane do produkcji paliw klasycznych, to pewnie za jakiś czas wodór będzie paliwem sam w sobie i będziemy go dystrybuować do innych odbiorców w regionie, np. patrzymy na transport miejski, i w transporcie morskim" - powiedział w kwietnu kierownik projektu Green H2, Wojciech Lach.

Jeśli projekt zostanie wprowadzony w życie, gdańska rafineria zredukuje emisje CO2 o minimum 100 tys. ton rocznie.

Wcześniej Lotos zapowiadał również stacje ładowania wodorem w swojej sieci w ramach projektu Pure H2. Poza ładowaniem, stacje pełniłyby również funkcję oczyszczania wodoru.

Nie tylko samochody

Skupiliśmy się na pojazdach naziemnych, ale entuzjaści wodoru patrzą również na niebo i myślą: „skoro samochody, to może i samoloty?”. Są już startupy, które się tym zajmują. Jednym z nich jest amerykański Universal Hydrogen, który chce wyposażyć samoloty w „kapsuły” z wodorem, czyli po prostu ogniwa podobne jak w samochodach. Pamiętajmy, że lotnictwo odpowiada za 2,5% emisji gazów cieplarnianych a na razie nie ma bezpiecznego i prostego pomysłu na jego dekarbonizację.

Począwszy od 2024 r., firma planuje oferować nie tylko kapsuły, ale także zestaw modernizacyjny do konwersji 50-miejscowego samolotu regionalnego z jednym przejściem na zasilany ogniwami paliwowymi (chociaż zrobienie miejsca na kapsuły oznaczałoby, że samoloty będą tylko mieć 40 miejsc po zmianie przestrzeni). Przekonwertowane samoloty istniałyby głównie po to, by pokazać branży, że to rozwiązanie działa. Firma chce, by samoloty znalazły się w powietrzu, zanim Boeing Co. i Airbus zdecydują o projektach wymiany własnych samolotów jednokadłubowych, co ma nastąpić w ciągu następnej dekady.

Wodór ma być wszechobecnym elementem zeroemisyjnego świata. Jeśli osiągnąłby ekonomiczną konkurencyjność, stałby się jednym z centralnym punktów całego przemysłu transportowego. W założeniu, że wszystkie pojazdy byłyby zeroemisyjne, czyli na drogach byśmy mieli BEV-y i FCEV-y, wodór jako pierwiastek chemiczny, jako towar i nośnik energii pełniłby prawdopodobnie taką rolę, jaką dziś i przez ostatnie dekady pełniła ropa naftowa. Na razie jest to cel, do którego drogę niemal nikt nie jest w stanie nakreślić. Niektórzy są zdania, że nigdy go nie osiągniemy. Jednak potężne środki na całym świecie kierowane są na badania i rozwój technologii wodorowych. Niemal codziennie naukowcy, inżynierowie i menadżerowie zastanawiają się nad tym, jak uczynić wodorowy sen rzeczywistością