Volvo Trucks

SLOVENSKÁ REPUBLIKA

×

Vodíkové palivové články: odpovede na všetky vaše otázky

| 12 minút | 12 minút
Okolo vodíka a toho, či by mohol v budúcnosti nahradiť naftu, je veľa medializácie. Ako však táto technológia funguje? Aké sú výhody a nevýhody vodíka? Ako obstojí v porovnaní s elektrickými nákladnými vozidlami? Tu sú odpovede na niektoré z najčastejších otázok o vodíkových palivových článkoch.

Čo je vodík a prečo je okolo neho toľko vzruchu?

Vodík je chemický prvok, ktorý je súčasťou mnohých prirodzene sa vyskytujúcich zlúčenín vrátane vody. Vodík (H2) používaný vo vozidlách je plyn bez zápachu a bežne sa vyrába extrakciou vodíka z vody alebo zemného plynu.

Hoci dnes okolo vodíka panuje veľa vzrušenia, vodíková technológia nie je žiadnou novinkou. V skutočnosti sa vodík už dlho používa na pohon kozmických lodí. V súčasnosti sme však svedkami obnoveného záujmu vďaka tlaku na dekarbonizáciu dopravného priemyslu, klesajúcim nákladom na obnoviteľné zdroje a podrobnejším stratégiám vlád na celom svete v oblasti ďalšieho rozvoja tejto technológie.
 

Ako sa vyrába vodíkové palivo?

Parné reformovanie metánu, alebo SMR, je najbežnejšou metódou výroby vodíka vo veľkých priemyselných objemoch. Pri tomto procese metán obsiahnutý v zemnom plyne reaguje s parou, pričom vzniká vodík a oxid uhoľnatý. Oxid uhoľnatý podlieha ďalším reakciám, pri ktorých vzniká ďalší vodík. Vodík sa môže vyrábať aj z vody pomocou procesu nazývaného elektrolýza, pri ktorom sa voda štiepi pomocou elektrickej energie na vodík a kyslík.

Existujú aj iné zdroje vodíka, ako je splyňovanie biomasy – pri ktorom sa rastlinná hmota zahrieva, reaguje a vzniká vodík a oxid uhličitý – a fermentácia, pri ktorej určité typy baktérií vytvárajú vodík ako súčasť svojho metabolizmu. Vodík možno vyrábať aj štiepením vody v solárnych článkoch ponorených vo vode.
 

Ako sa distribuuje vodíkové palivo?

Aj keď je možné distribuovať vodík potrubím využívaným na zemný plyn, väčšina vodíka aplikovaného ako paliva sa dnes vyrába vo veľkých závodoch a potom sa prepravuje špeciálnymi cisternami na kvapalný vodík. Vodík sa môže vyrábať aj na čerpacích staniciach prostredníctvom SMR alebo elektrolýzy. Tento spôsob je však vo všeobecnosti menej efektívny a nákladnejší.
 

Ako funguje vodíkový palivový článok?

Vozidlo s palivovými článkami funguje z časti ako spaľovací motor, až na to, že systém nespaľuje vodík, ktorý čerpá z tlakovej nádrže, ale spája ho s kyslíkom, čím sa vyrába elektrina na pohon elektromotora. Proces prebieha v palivovom článku PEM (polymérová elektrolytická membrána) tvorenom súbormi tenkých dosiek oddelených membránami.

Ako sa využíva vodík v nákladných vozidlách?

Vodík sa môže použiť aj ako palivo pre spaľovací motor, ktorý je podobný motoru na stlačený zemný plyn (CNG). Ďalším riešením je nasadenie vodíka v palivovom článku, kde generuje elektrinu na pohon vozidla. Vodík možno využiť aj ako pomocný palivový článok na predĺženie dojazdu elektrického vozidla poháňaného akumulátormi.
 

Aké výhody má vodíkové palivo?

Keď sa vodík používa ako palivo pre palivový článok, jedinými vedľajšími produktmi sú voda a teplo – žiadne znečisťujúce látky ani skleníkové plyny. V závislosti od toho, ako sa vodík vyrába, môže byť extrémne čistou alternatívou k nafte. Vodík má tiež jednu bezkonkurenčnú vlastnosť: 80 kg vodíka dokáže poskytnúť dostatok energie, aby nákladné vozidlo prešlo až 800 km! Proces dopĺňania paliva do vodíkových vozidiel je rýchly a jednoduchý.

Pohon vo vozidlách s vodíkovými palivovými článkami je elektrický. To znamená, že zážitok z jazdy je podobný jazde v elektrickom nákladnom vozidle: žiadny hluk motora, rýchly štart a možnosť rekuperácie brzdnej energie.
 

Aké nevýhody má vodíkové palivo?

Vodík je veľmi reaktívny, takže má tendenciu erodovať iné materiály a je tiež vysoko horľavý – to sú faktory, ktoré komplikujú a predražujú prepravu. Ďalším veľkým problémom je nedostatočná vodíková infraštruktúra a vysoké náklady na jej vybudovanie. V súčasnosti existuje iba 337 vodíkových čerpacích staníc na celom svete, pričom väčšina z nich je v Nemecku a Japonsku. Hoci sa ukázalo, že existujúcu infraštruktúru CNG možno využiť na prepravu a skladovanie vodíka, nie je to vhodné riešenie pri použití palivových článkov, ktoré na pohon vyžadujú veľmi čistý vodík.

Výroba vodíkových palivových článkov je tiež drahá, pretože objem výroby je stále malý a zahŕňa manuálne procesy. Ďalšou kľúčovou zložkou nákladov je nádrž na vodík, ktorá je veľká a zaberá veľa miesta. A napokon sú tu náklady na vodíkové palivo, ktoré sú výrazne vyššie ako pri nafte.
 

Aký ekologický je vodík?

Keď vodík reaguje v palivovom článku s kyslíkom, jediným výstupným produktom je voda. Keď je teda nákladné vozidlo poháňané palivovým článkom, nevznikajú žiadne škodlivé výfukové emisie. Akékoľvek posudzovanie vplyvu na klímu však musí brať do úvahy aj výrobný proces vodíka, ktorý je energeticky veľmi náročný. Väčšina vodíka sa dnes vyrába spaľovaním uhlia alebo zemného plynu. Ak však elektrická energia používaná na výrobu pochádza z obnoviteľných zdrojov, vodíkové palivo môže mať takmer neutrálnu uhlíkovú stopu (to je známe pod označením „zelený vodík“). Ďalším spôsobom, ako znížiť uhlíkovú stopu vodíka, je zachytávanie a skladovanie oxidu uhličitého (CCS). To je proces, pri ktorom sa emisie CO2 z procesu SMR zachytávajú, prepravujú a trvalo sekvestrujú hlboko pod zemou.
 

Porovnanie vodíkových a elektrických nákladných vozidiel

Aby mohla akákoľvek alternatíva k nafte uspieť, musí ponúkať jasnú výhodu, pokiaľ ide o náklady, dojazd a dostupnosť infraštruktúry.  Tu je porovnanie vodíkových palivových článkov s elektrickými vozidlami:

Náklady: Vodíkové palivové články aj lítium-iónové akumulátory sú drahšie ako nafta. Cena lítium-iónových akumulátorov však rýchlo klesá. Bloomberg predpovedá, že bod prechodu – keď budú elektrické vozidlá lacnejšie ako ich ekvivalenty so spaľovacím motorom – by mohol prísť už v roku 2022. Keďže vývoj a zavádzanie vodíkových vozidiel sú obmedzené, je ťažké získať podobné údaje.

Dojazd: Vodíkové palivové články majú väčšiu energetickú hustotu ako akumulátory, a preto poskytujú vozidlu väčší dojazd. V skutočnosti je pomer uskladnenej energie voči hmotnosti vodíkovej nádrže s tlakom 700 bar desaťkrát výhodnejší ako pri akumulátoroch. Vodíkové palivové články sú tiež ľahšie ako akumulátory, čo znamená, že vodíkové vozidlá môžu ponúknuť vyššie užitočné zaťaženie.

Infraštruktúra: Vývoj a výroba lítium-iónových akumulátorov pokročila oveľa ďalej ako pri vodíkových palivových článkoch. Elektrické nákladné vozidlá sa ukázali ako komerčne životaschopné, najmä v mestskej doprave. Oveľa ďalej zašla aj infraštruktúra na dobíjanie elektrickej energie. Napríklad v Spojených štátoch bolo v roku 2018 až 20 000 elektrických nabíjacích staníc, no menej ako 45 vodíkových čerpacích staníc.
 

Nahradí vodík naftové alebo elektrické nákladné vozidlá?

Vodík naberá na obrátkach. Väčšina veľkých automobilových a nákladných spoločností, vrátane Volvo Trucks, skúma, pracuje na riešeniach a vytvára partnerstvá zamerané na vývoj technológie. Nie je to však len automobilový priemysel, ktorý objavuje potenciál vodíka.

S rastúcimi obavami o zmenu klímy a požiadavkami na „zelenú obnovu“ po COVID-19 vlády prejavujú väčší záujem o vodík (a investície doň!). Len v máji uplynulého roka EÚ odhalila rozpočet na plán obnovy vo výške 750 miliárd EUR určený na financovanie ekologickej dopravy a priemyslu. Plán, ktorý je zameraný na Európsku zelenú dohodu, zdôrazňuje vodík ako prioritu a jeho súčasťou je rozvoj technológie prostredníctvom investičnej agendy a voľného cezhraničného obchodu s vodíkom. Začiatkom tohto roka bola ohlásená aj Európska aliancia čistého vodíka, ktorá spája investorov s vládnymi, inštitucionálnymi a priemyselnými partnermi.

Hoci tento vývoj hovorí za budúcnosť vodíka v nákladnej doprave, stále existuje veľa prekážok, ktoré bránia tomu, aby zmysluplne prispel ku klimatickému alebo ekonomickému prínosu. Jednou z oblastí, kde sa vodík javí ako sľubný, je ťažká a náročná diaľková preprava, pri ktorej ho možno použiť ako palivo pre elektrickú hnaciu líniu. To znamená, že namiesto nahradenia elektrických nákladných vozidiel, ktoré sú vhodnejšie na distribúciu a regionálnu prepravu, môžu obe technológie spolupracovať pri budovaní udržateľnejšieho dopravného systému.

Na otázku, či by vodík mohol nahradiť naftový motor, možno odpovedať takto: tlak na udržateľnejšiu dopravu znamená, že vodík pravdepodobne nahradí niektoré dieselové vozidlá. Najmä ak na to existuje jasný obchodný dôvod a prináša to konkurenčnú výhodu.
 

Alternatívne palivá: Zhodnotenie pre a proti

Vodíkové palivové články, elektrické nákladné vozidlá, biopalivá, bio-LNG... zdá sa, že zoznam rôznych alternatív k nafte rastie. Pre prevádzkovateľa dopravy môže byť ťažké porozumieť a zorientovať sa v oblasti alternatívnych palív. Aby som vám pomohol, pripravil som sprievodcu, ktorý poskytuje prehľad o tom, ako jednotlivé technológie fungujú a aké sú ich výhody a nevýhody. 

Lars Mårtensson

Riaditeľ pre životné prostredie a inovácie vo Volvo Trucks

Súvisiace články

Latest Press Release

collage.pressReleaseTitle