Jezděte na méně s vodíkovými palivovými články – RMI

Jezděte na méně s vodíkovými palivovými články

Původně zveřejněno na ACT news.

Ačkoli vozidla na vodíkové palivové články (FCEV) existují již od 60. let 20. století, v poslední době se objevují jako potenciální řešení dekarbonizace těžké dopravy. Společnost Nikola Motors právě oznámila, že získala 1 miliardu dolarů na financování své technologie vodíkových vozidel a přidala několik nových významných partnerů včetně společností CNHI a Bosch. Začátkem letošního roku společnost také představila odvážný plán pro 700 čerpacích stanic po celé zemi a zajistila si partnerství se společností Anheuser-Busch, které má pomoci dekarbonizovat její vozový park. Proč jsou vozidla FCEV dobrou volbou pro dekarbonizaci těžké dopravy? Podívejme se na podobnosti, výhody a problémy vozidel FCEV ve srovnání s konvenčními nákladními vozidly se spalovacími motory.

Je to stejné, jen lepší

Jednou z výhod vozidel FCEV je, že vodík využívá infrastrukturu pro čerpání paliva, která je podobná jako u konvenčních nákladních vozidel. To znamená, že vozidla FCEV by bylo možné tankovat na stávajících zastávkách pro nákladní automobily po celé zemi a zkušenosti s tankováním by byly podobné. Nákladní vozidlo lze naplnit vodíkem za méně než 15 minut a proces tankování FCEV je podobný jako tankování naftového nákladního vozidla; vodíkový plyn se čerpá do nádrže vozidla pomocí čerpadla a trysky, která je podobná tradičnímu naftovému čerpadlu.

Další výhodou je energetická hustota vodíku. Nafta má energetickou hustotu 45,5 megajoulů na kilogram (MJ/kg), což je o něco méně než benzín, jehož energetická hustota je 45,8 MJ/kg. Naproti tomu vodík má energetickou hustotu přibližně 120 MJ/kg, což je téměř třikrát více než nafta nebo benzín. V elektrickém vyjádření se energetická hustota vodíku rovná 33,6 kWh využitelné energie na 1 kg, zatímco u nafty je to jen asi 12-14 kWh na 1 kg. Ve skutečnosti to znamená, že 1 kg vodíku použitý v palivovém článku k pohonu elektromotoru obsahuje přibližně stejnou energii jako galon nafty. S ohledem na tuto skutečnost společnost Nikola tvrdí, že její vozidla mohou dosáhnout ekvivalentní spotřeby 12 až 15 mpg, což je výrazně nad celostátním průměrem pro nákladní vozidla s naftovým motorem, který činí přibližně 6,4 mpg.

Elektrické hnací ústrojí je také účinnější než spalovací motory. U spalovacího motoru se přibližně 50 % vyrobené energie přemění na teplo, ale u elektrických hnacích ústrojí se na teplo ztrácí pouze 10 % energie. Tento rozdíl v účinnosti ukazuje, o kolik spotřebitelé přicházejí s méně účinnými spalovacími motory.

Cena je další atraktivní vlastností vodíku. Ceny nafty se v současné době pohybují blízko 3,00 USD za galon a vzhledem k nedávnému omezení těžby ropy v Saúdské Arábii lze očekávat další růst cen nafty. Co se však týče vodíku, nedávná analýza společnosti Bloomberg New Energy Finance naznačuje, že výrobní cena vodíku za kilogram by mohla přibližně za deset let činit pouhých 1,40 USD za kilogram.

Pokud jde o těžkou dopravu, záleží na hmotnosti. Vozidla FCEV nabízejí stejně vysoký točivý moment jako bateriová elektrická vozidla, ale při nižší hmotnosti. Příkladem může být odhadovaný rozdíl v hmotnosti mezi bateriovým elektromobilem Lion 8 a vozem Nikola One s vodíkovými palivovými články; Lion 8 má 480 kWh baterii s dojezdem 250 km, což odpovídá přibližně 2-5 tunám. Odhaduje se, že Nikola One s dojezdem přibližně 500-750 mil bude mít 250kWh akumulátor, který bude pravděpodobně vážit asi 2,5-3 tuny.

Při zohlednění těchto faktorů existuje jasná cesta pro vodík jako nízkouhlíkové, nízkonákladové a nízkohmotnostní alternativní palivo pro těžká nákladní vozidla. Nákladní vozidla FCEV však nejsou bez problémů.

Být zelený není snadné

Přestože plynný vodík nemá barvu ani zápach, k podpoře dekarbonizace těžké dopravy budeme potřebovat zelený vodík, a to ve velkém množství. Zelený vodík, nazývaný také obnovitelný vodík, je vodík, který se vyrábí pouze s využitím obnovitelné energie, obvykle procesem elektrolýzy. Elektrolýza vody využívá elektřinu k rozdělení vody na plynný vodík (H2) a kyslík (O2), přičemž se elektrická energie přeměňuje na energii chemickou. Stále existují otázky ohledně toho, jak rychle se může výroba ekologického vodíku rozšířit; výrobní kapacita elektrolyzérů se teprve začíná výrazně zvyšovat.

Hlavní problémy s vodíkem se týkají přepravy a skladování. Vodík se vyrábí v plynné formě a je třeba jej skladovat pod tlakem nebo přímo zkapalňovat. Oba tyto procesy vyžadují další energii, která může, ale nemusí pocházet z obnovitelných zdrojů. Objevují se metody, které k přepravě vodíku ve stabilním stavu využívají chemické vazby (obvykle označované jako kapalné organické nosiče vodíku ) nebo čpavek. Tyto metody nevyžadují tlak ani kryogenní zkapalnění, a proto vyžadují méně energie na přepravu a skladování vodíku. Tato technologie je však stále v poměrně raném stádiu vývoje a není připravena na zavedení ve velkém měřítku.

Dalším řešením problémů s přepravou a skladováním bylo zaměření na lokální výrobu. Společnost Nikola uzavřela partnerství se společnostmi Nel a Bosch, aby dodala síť místních stanic na výrobu vodíku, které využívají obnovitelné zdroje energie a elektrolyzéry, čímž se odstraní logistický řetězec konvenčního zásobování naftou a benzínem. V budoucnu bychom mohli k přepravě vodíku potenciálně využívat také infrastrukturu zemního plynu, což by snížilo potřebu rozsáhlého rozvoje infrastruktury. To by také mohlo nabídnout možnost dodávat vodík z centrálních výrobních uzlů namísto lokálních staveb.

Jednou z dalších nevýhod vodíku je dojezd. Podle společnosti Nikola je dojezd nákladního automobilu s palivovými články 500-750 mil v závislosti na zatížení a terénu; nákladní automobily Toyota Kenworth FCEV mají dojezd přibližně 300 mil. To bledne ve srovnání s dieselovými nákladními automobily, které mohou bez doplnění paliva ujet i více než 1 000 mil. Vzhledem k tomu, že řidiči mohou denně ujet maximálně 500 mil, nemusí však tento faktor způsobit výrazné narušení standardní praxe.

Jak brzy je teď?“

Přestože existují problémy, čas pro vodík nastal právě teď, a zde je důvod, proč:

Sledujeme zvýšený tlak regulačních orgánů a poptávku ze strany průmyslu. Evropská unie se zavázala, že do roku 2030 odstraní benzinová a naftová vozidla. Současně normy pro čistá paliva a související investice v Kalifornii a Kanadě vytvářejí politický základ pro změnu. Hyundai plánuje do roku 2030 výrobu až 700 000 vozidel FCEV ročně a Japonsko plánuje do roku 2030 výrobu 800 000 vozidel FCEV. A vzhledem k tomu, že se předpokládá, že náklady na technologii dosáhnou na několika trzích rentability s nákladními vozidly s dieselovými motory, je zde značná dynamika a investice do vodíkových technologií.

Čím více projektů bude stále více využívat technologie palivových článků, tím větší bude potenciál pro snižování nákladů a investice do této technologie. Závazek Číny dostat do roku 2030 na silnice 1 milion vozidel s palivovými články (přičemž do těžké nákladní dopravy se investuje 7,6 miliardy dolarů) nabízí obrovský potenciál pro výrazný pokrok v oblasti účinnosti a nákladových bodů vozidel s palivovými články.

Vodík už zažil falešné úsvity, ale tuto nízkouhlíkovou alternativu prosazují některé z největších společností na planetě v mnoha odvětvích. Toyota Kenworth se dlouhodobě zabývá vývojem nákladních vozidel využívajících technologii palivových článků a v roce 2019 přidala 10 vozidel T680, která budou využívána v přístavu v Los Angeles a v celé jižní Kalifornii. Společnost Shell nedávno výrazně investovala do velkých vodíkových elektrolyzérů, které nabízejí bezuhlíkovou variantu výroby vodíku. Začátkem tohoto měsíce společnost Cummins koupila za 290 milionů dolarů přední firmu na výrobu elektrolyzérů a palivových článků Hydrogenics. To vše jsou signály vážného odhodlání lídrů v oboru přejít do oblasti vodíku a palivových článků.

Rocky Mountain Institute (RMI) pracuje na identifikaci příležitostí pro zelený vodík k urychlení dekarbonizace v odvětvích, která se potýkala s pokrokem, a teprve nyní si začínáme uvědomovat, jakou roli a postavení může mít tato technologie v dekarbonizaci sektoru nákladní dopravy. Doufáme, že se připojíte k RMI a Severoamerické radě pro efektivitu nákladní dopravy (NACFE) na panelové diskusi o vodíku v nákladní dopravě, která se uskuteční 8. října.