Transport prihodnosti rabi vodik

Pogon v tovornjakih se bo v naslednjih letih močno spremenil. Elektrika je že tu, na vrata pa trka vodik. Na večno vprašanje, ali lahko tovornjak prevozi 1000 kilometrov samo na elektriko, je odgovor že danes na pladnju: lahko, a ne s pomočjo baterij, temveč z gorivnimi celicami.Elektromobilnost je že med nami in je važen element v zniževanju emisij CO₂. Žal pa se za zdaj še ni izkazala v mednarodnem transportu, saj visoka cena tovrstnih vozil, velika masa baterij in dolgi časi polnjenja ne opravičujejo ekonomičnosti tovrstnega transporta. Pa vendar se nakazuje možnost, da bodo tudi 40-tonski tovornjaki v bližnji prihodnosti lahko prevozili 1000 in več kilometrov samo na elektriko.

Cellcentric

Zaskrbljenost zaradi počasnega planiranja mreže za polnjenje baterij in tiste za polnjenje z vodikom je upravičena. Kljub temu pa proizvajalci tovornjakov ne odstopajo od namere, da razvijejo lastne sisteme za električni pogon, še posebej tisti s pomočjo vodika. Kako velik in drag je ta projekt, priča tudi dejstvo, da sta se k sodelovanju zavezala dva največja evropska proizvajalca težkih tovornih vozil, Mercedes in Volvo, ter ustanovila partnerstvo pod imenom Cellcentirc. Partnerstvo predstavlja eno pomembnih faz prehoda z dizla na neke nove sisteme, njihov razvoj, proizvodnjo in kasneje tudi prodajo. Oba partnerja skupaj z zvestimi strankami že testirata lastne tovornjake: Actros H2 in Volvo FH Fuel Cell, tako da bi se serijska proizvodnja lahko začela najkasneje leta 2025. Razdelitev stroškov ni postavljena na pol-pol, temveč sta obe podjetji naredili korak naprej in se dogovorili tudi s Toyoto, ki je tudi sama specializirani proizvajalec gospodarskih vozil skozi znamki Hino in Isuzu. Slednji dve podjetji sta skozi partnerstvo v novoustanovljeni korporaciji Commercial Japan Partnership Technologies Corporation zadolženi ne le za nulto emisijo, temveč tudi za avtonomno vožnjo in povezljivo mobilnost. Zakaj je uporaba najbolj razširjenega plina na planetu tako zanimiva, pa vam posredujemo v nadaljevanju.

 

Reakcija

V gorivni celici vodik (H₂) iz posode za gorivo reagira s kisikom (O₂) iz ozračja. Energija, ki se sprosti pri tej kemični reakciji, se pretvori v električno energijo, le ta pa se uporabi za pogon tovornega vozila. Stranska produkta reakcije sta toplota in voda (H₂O). Vodik pridobivamo z elektrolizo, procesom, v katerem se molekula vode s pomočjo električne energije razbije na kisik in vodik. Če je elektrika za elektrolizo nastala iz obnovljivih virov, je gorivna celica povsem klimatsko nevtralna. Z uporabo v tovornih vozilih imajo tako gorivne celice boljši oziroma manjši ogljični odtis kot baterijsko gnana električna vozila v smislu emisij CO₂, potrebnih za proizvodnjo, delo in reciklažo. Istočasno vozila na gorivne celice uporabljajo precej manjšo in lažjo posodo za gorivo od velikega in težkega baterijskega sklopa na klasičnih električnih vozilih, potrebujejo pa tudi manjšo baterijo za hrambo viška energije.

 

Cena

Cena vodika in njegova pridelava je trenutno še visoka, a zagotovo se bo ob masovnejši uporabi tudi cena znižala. Združenje za vodik, v katerem je več kot 90 mednarodnih podjetij, zagotavlja, da se bo cena vodika v naslednjih desetih letih prepolovila, kljub danes vse višjih cenam energentov, to pa bo tehnologijo gorivnih celic naredilo bolj konkurenčno. Zaradi tega lahko pričakujemo, da bo v srednjeročnem obdobju vožnja na gorivne celice cenejša od vožnje z dizelskim motorjem kot tudi z baterijskim motorjem.

Pogonski sklop na gorivne celice je tudi za četrtino bolj učinkovit kot motor z notranjim zgorevanjem. Če v račun dodamo še regenerativno zaviranje ter rekuperacijo pri vožnji po klancu navzdol, je učinkovitost še večja. Baterijska vozila so sicer še bolj učinkovita, težava pa je v tem, da se proizvodnja in potrošnja električne energije ne podpirata. Električna energija iz vetrnic in solarnih panelov pogosto ostane neizkoriščena, saj je ni možno vedno dostaviti neposredno do potrošnika, še manj pa jo je možno skladiščiti. Tu vodik prednjači, saj se višek proizvedene energije lahko uporabi za njegovo ponovno proizvodnjo, kar prinese veliko večjo fleksibilnost v transportu.

Brez strahu

Uporaba plinastega vodika v vozilih je varna, tveganje ni nič večje kot pri klasičnih avtomobilih z motorjem na notranje zgorevanje oziroma kot pri baterijskih vozilih. Posode za vodik ne predstavljajo posebne grožnje za eksplozijo. Resnica je, da H₂ zagori, ko pride v stik s kisikom, vendar je vodik približno 14-krat lažji od kisika in je zato izredno hlapljiv. Vsak atom vodika, ki mu bo uspelo »pobegniti« iz posode na vozilu, bo izparel, še preden bo prišel v stik z ambientalnim zrakom. Na testiranjih gašenja vozil z gorivnimi celicami so v ZDA opazili le kratkotrajen plamen, ki se je izredno hitro sam ugasnil, medtem ko na vozilu ni bilo večjih poškodb.

Energijska gostota

Vodik ima zelo visoko energijsko gostoto. Na primer, en kilogram vodika vsebuje toliko energije za pogon vozila kot 3,3 litra dizla. Za prevoženih 100 kilometrov potrebuje osebni avtomobil približno en kilogram vodika, tovorno vozilo pa okoli sedem kilogramov. In ne nazadnje polnjenje posode z vodikom traja le nekaj minut, tako kot polnjenje posode z dizelskim gorivom, po tem pa lahko voznik nemoteno nadaljuje vožnjo. Zaradi tega je vodik odličen izbor za transport blaga na večje razdalje, v bližnji prihodnosti pa bi ga lahko srečali tudi v vlakih, ladjah in letalih ter za potrebe težke industrije.

Preprost proces

Proizvodnja vodika je danes poznan in tehnološko preprost proces. To pomeni, da lahko ob povečanem povpraševanju na trgu razmeroma hitro ustvarimo dodatne količine, prav tako gorivne celice doživljajo svojo tehnološko zrelost. Večji problem je infrastruktura, ki se sicer širi, a mreža še zdaleč ni dovolj široka in gosta, da bi lahko zagotovili nemoten pretok tovornih vozil po celotni Evropi. Po zagotovilih sveta za vodik bi lahko ta tehnologija postala uporabna tudi v gospodarske namene, če bo le dovolj sredstev za vlaganje v razvoj in dovolj politične volje.

 

Gorivna celica

Gorivna celica proizvaja električno energijo s pomočjo kemične reakcije med vodikom in kisikom. Je neke vrste miniaturna elektrarna. Ker gorivna celica proizvaja električno energijo direktno, brez zgorevanja vodika, je čista in hkrati izjemno učinkovita. Teoretično lahko gorivna celica pretvori kar 83 % vodika v električno energijo, zato je v primerjavi z bencinskimi in dizelskimi motorji, ki v delo pretvarjajo le okoli 40 % vse energije, zelo učinkovita. Poleg tega pa gorivna celica ne proizvaja CO₂, niti ostalih škodljivih emisij, saj je njen edini stranski produkt voda.

Odlikuje se po dobrem izkoristku, majhni masi in volumnu ter tihem in okolju prijaznem delovanju. Sam naziv »gorivna« zavaja, saj v njej pravzaprav nič ne gori. Najbolj preproste nizkotemperaturne gorivne celice lahko kot gorivo uporabljajo le čisti vodik, bolj zapletene visokotemperaturne pa tudi metanol in druge tekoče ogljikovodike. Princip njihovega delovanja je odkril že Sir William Grove leta 1839. Razvoj gorivnih celic se je začel že pred desetletji v vesoljskih in vojaških programih (Gemini in Apollo), pri katerih stroški niso bili pomembni. Danes smo na stopnji, ko so gorivne celice tik pred tem, da bodo tudi komercialno uporabne.