Historický vývoj v skratke
Vozidlá s vodíkovým pohonom začali pred približne 3 dekádami vyvíjať viaceré automobilky, no len dve z nich sa reálne dostali na trh a v nejakých malých množstvách sa predávali. Ide o vodíkový elektromobil Toyota Mirai a Hyundai Nexo. Na trhu je napríklad aj model BMW iX5 Hydrogen.
Dnes ich jazdí najviac v Japonsku, Nemecku, Holandsku a Kalifornii. Na týchto 4 trhoch vybudované gro globálnej infraštruktúru pre vodíkové tankovanie. Na Slovensku využitie vodíka v doprave výrazne presadzovalo ministerstvo hospodárstva pod vedením Richarda Sulíka (SaS), žiaľbohu/vďakabohu neúspešne.
Batériové elektromobily sa začali vyrábať už začiatkom 20. storočia, avšak kvôli úspešnej masovej výrobe automobilky Ford sa na trhu presadili spaľovacie autá. Skutočné znovuzrodenie v batériových elektromobiloch priniesla až Tesla, keď v roku 2008 s modelom Roadster ukázala, že aj moderné auto môže mať skvelý vzhľad, výkon a porovnateľný dojazd so spaľovákmi. Dnes je elektromobil Tesla najpredávanejším osobných automobilom na svete a na trhu sú stovky rôznych modelov elektrických vozidiel naprieč takmer všetkými segmentmi.
Elektromobil vs vodík
Mnoho ľudí si napriek jasnému megatrendu v autopriemysle nedokáže predstaviť, že práve prebieha transformácia smerom k elektromobilom a napriek tomu podporujú skôr vodíkový pohon. Poďme sa teda pozrieť na efektívnosť využitia energie v batériovom elektromobile (BEV) verzus vodíkovom aute s palivovými článkami, teda vodíkovom elektromobile (FCEV).
Prehľadnú infografiku nižšie na základe rôznych dát, faktov a medzinárodných štúdií (zdrojovanie nižšie) vypracoval slovenský analytik a expert v oblasti energií a dopravy Michael Sura. Pracoval ako poradca na Ministerstve dopravy a výstavby SR pod ministerom Doležalom a je aktuálne predsedom Dozornej rady Slovenskej pošty.
Energetický analytik Michael Sura
Michael Sura na svojom profile na LinkedIn zdieľa rôzne infografiky z oblasti energetiky a dopravy s medzinárodným presahom. V nedávnom príspevku analyzuje tzv. well-to-wheel účinnosť 3 rôznych pohonov. Batériový elektrický pohon Tesla Model S a Tesla Model 3 (BEV) porovnáva s vozidlami Toyota Mirai (vodíkový palivový článok – FCEV) a BMW Hydrogen 7 Mono-Fuel (vodíkový spaľovací motor). Ako príklad vodíkového spaľovacieho auta používa BMW Hydrogen 7 Mono-Fuel.
Prečo BMW Hydrogen 7 Mono-Fuel? Boli to vozidlá odvodené od modelu BMW Hydrogen 7 s dvomi druhmi paliva postavené na základe modelu BMW 760Li. Bolo auto s obmedzenou produkciou na vodíkový spaľovací motor vyrábané v rokoch 2005-2007.
Dva prototypy BMW Hydrogen 7 Mono-Fuel boli testované v Argonne National Laboratory’s Advanced Powertrain Research Facility (APRF). Spotrebu paliva a emisie boli testované podľa Federálneho testovacieho postupu FTP-75, a to pri studenom štarte i na diaľnici. Spotreba paliva pri teste FTP-75 bola 3,7 kg vodíka na 100 km. Pozrite si infografiku bližšie.
Energetická účinnosť batériového elektromobilu
Z infografiky nižšie môžeme vyčítať, že jednoznačne najvyššiu efektívnosť využitia energie má batériový elektromobil, v tomto prípade Tesla Model 3. Keď vyrobíme 100 kWh energie z obnoviteľných zdrojov, v prenosovej sústave sa v priemere stratí 5% z tejto energie. Do nabíjacích staníc teda z pôvodných 100 kWh príde 95 kWh dostupnej energie.
Pri rýchlom DC nabíjaní dochádza kvôli vzniku tepla k určitým stratám a do batérie auta sa dostane 90% z tejto energie, teda 85 kWh. Pri spotrebe 18,5 kWh/100 km, čo je pri tomto elektromobile skôr diaľničná spotreba, prejde vozidlo 459 km.
V prípade ťažšieho elektromobilu Model S a priemernej spotrebe 21 kWh/100 km prejdete 405 km. Samozrejme obmedzenie je na strane energetickej hustoty lítium-iónovej batérie, ktorá sa zatiaľ nechytá na energetickú hustotu npríklad benzínu/nafty. Na pohon vodíkového, či naftového spaľováku však minieme neporovnateľne vyššie množstvo energie ako na pohon elektromobilu.
Energetická účinnosť vodíkového elektromobilu
Poďme sa teda pozrieť na vodík. Z pôvodných 100 kWh vyrobenej energie sa pri elektrolýze (proces výroby vodíka) stratí 30%. Kompresiou vodíka do nádrží/prepravných vozidiel sa stratí ďalších 10% – v kamióne sa nachádaza 63 kWh energie. Pri prevoze na vzdialenosti 100 km dochádza k strate ďalších 4%. Do čerpacej stanice príde 60 kWh.
Tankovaním vodíka do auta opäť nastávajú straty a do auta sa dostáva z pôvodne vyrobených 100 kWh len 57 kWh vo forme vodíka. Tu sa vodík opäť musí premeniť prostredníctvom elektrolýzy na elektrickú energiu, ktorá sa ukladá v batérii a poháňa elektromotory a kolesá. Pri spotrebe 1 kg vodíka na 100 km prejde vodíkový elektromobil Toyota Mirai vzdialenosť 173 km. Do nádrže modelu Mirai sa vojde 5,65 kg, takže tento model na plnú nádrž prejde približne 560 km. Dojazd podobný, avšak energetická efektívnosť je niekde úplne inde.
Vodíkový spaľovák – BMW Hydrogen 7
Abolútne najhoršiu energetickú efektívnosť má vodíkové vozidlo v motore s vnútorným spaľovaním. Teda klasický spaľovák, avšak špeciálne upravené pohonné ústrojenstvo na ľahký plyn vodík. Lastovičkou tohto pohonu bola sedmičková rada z dielne bavorského BMW. Niektoré ázijské automobilky sa snažili podobný pohon efektívne vyvinúť, zatiaľ však žiadne produkčné vozidlo na cestách nevidíme.
Tento pohon prejde rovnakým procesom výroby, kompresie, transportu energie ako to je pri vodíkovom elektromobile. Rozdiel je však v tom, že používa klasický motor s vnútorným spaľovaním. Z jeho pôvodných 100 kWh je už len 57 kWh, avšak pri spotrebe takmer 4 kg/100 kg auto prejde len 46 km. Nádrž takéhoto vozidla udrží cca 8 kg vodíka, takže celkový dojazd je na úrovni asi 200 km.
Zhodnotenie huntinspeed
Áno samozrejme. Nepochybné výhody vodíka sú rýchle tankovanie, väčší dojazd a lokálne emisie len vo forme vodných výparov. Vlastníctvo vodíkového auta je už dnes omnoho komplikovanejšou a drahšou záležitosťou ako vlastníctvo elektromobilu a dôležitá je hlavne energetická neefektívnosť tohto pohonu.
Zatiaľ čo do budovania nabíjacej siete sa investujú miliardy eur, mnoho automobiliek už upustilo od svojich veľkolepých vodíkových plánov a alokujú svoje zdroje radšej do batériovej elektromobility.
Aj v našom regióne strednej a východnej Európy je už rozšírená sieť ultrarýchlych nabíjacích staníc a tisícky pomalých nabíjacích bodov. Ak by chcel Slovák v tejto chvíli jazdiť na vodíkovom aute, prakticky nemá ho kde natankovať. V krajine máme jedinú čerpaciu stanicu v Bratislave a ani tá nie je otvorená pre verejnosť. V ČR sú v tejto chvíli 2 vodíkové stanice – v Prahe a Ostrave.
Najdôležitejším problémom vodíkových áut je ich obrovská energetická neefektívnosť. Na pohon vodíkového elektromobilu je potrebné vyrobiť niekde v elektrárni vyše 2,5-násobok toho, čo v prípade batériového EV. Pri vodíkovom spaľováku je to až 10-násobok. Pravdepodobne sa všetci zhodneme, že v prípade masového prechodu na vodíkoú mobilitu toľko energie len ťažko niekde zoženieme.
Väčší zmysel v snahe o klimatickú neutralitu v doprave dáva využitie vodíka ako paliva v nákladnej cestnej, lodnej, či leteckej doprave.
