Raport Energetyka. Wodorowy zawrót głowy

Elektromobilność w wydaniu bateryjnym ma chyba dziś tylu zwolenników, co krytyków. Jest jednak inne wydanie elektromobilności: z ogniwami paliwowymi. Pojazd wodorowy to pojazd elektryczny z elektrownią na pokładzie. Na razie aut z ogniwami paliwowymi jest jak na lekarstwo, ale w ciągu dekady może się to zmienić. Warto jednak pamiętać, że wodór w transporcie to nie tylko osobówki, a Polska produkuje blisko 1 mln ton wodoru w ciągu roku. Jednak, żeby móc zastosować go w transporcie, musi przejść proces kosztownego oczyszczania. 

Aby się poruszać zeroemisyjnie, pojazdy wodorowe potrzebują paliwa – wodoru o czystości 99,999 proc. Wiele osób błędnie myśli, że pojazdy wodorowe to pojazdy na wodę. Woda, owszem, pojawia się w procesie produkcji energii w ogniwach paliwowych, ale jako produkt uboczny. Strużka wody może wyciekać z „rury wydechowej” pojazdu wodorowego. 

Nie ma gdzie ładować

W przypadku transportu towarów na duże odległości ogniwa paliwowe mają nad bateriami zdecydowaną przewagę. Są lżejsze, nie zabierają wartościowego miejsca, a ładowanie wodoru trwa znacznie krócej niż ładowanie baterii litowo-jonowych. Wciąż jednak brakuje sieci stacji. Samochody bateryjne (których w tej chwili jest na świecie ponad 6 mln) mają do dyspozycji 1 mln miejsc do ładowania baterii. Tymczasem na koniec 2019 r. na świecie było mniej niż 24 tys. samochodów wodorowych i zaledwie 432 stacje ładowania wodoru, z czego 330 dostępnych publicznie. W Europie znajdowało się 177 stacji, w tym dwie (w Niemczech) należące do polskiego Orlenu. 

Stacji będzie przybywać, według szacunków ekspertów do 2033 r. powinno być już ok. 4 tys. takich miejsc. W Polsce pierwsze dwie – w Warszawie i w Gdańsku – wybuduje Lotos. Poza dostępnością wystarczająco czystego wodoru barierą upowszechniania technologii jest koszt budowy stacji od 4 do 8 mln zł.  

Paliwa alternatywne na celowniku UE

Rozwój technologii wodorowej w Europie przewidziany jest w dyrektywie unijnej 2014/94/UE z 22 października 2014 r., która legła też u podstaw polskiej ustawy o elektromobilności i paliwach alternatywnych z 2018 r. W niej właśnie pojawiły się pierwsze regulacje dotyczące wodoru. Potencjalni kierowcy aut wodorowych zyskali przywileje takie same jak kierowcy pojazdów bateryjnych: możliwość jazdy buspasami, zwolnienie z opłat w strefie płatnego parkowania, wyższy odpis amortyzacyjny (dla firm) i możliwość zwolnienia z akcyzy przy zakupie auta. Ustawa przewiduje też powstanie sieci ładowania wodoru będącej częścią paneuropejskiej sieci TEN-T. Od czasu wejścia w życie ustawy o elektromobilności i paliwach alternatywnych nie powstała jednak na terenie Polski ani jedna stacja ładowania wodoru, a do września 2020 r. zarejestrowano tylko jeden pojazd napędzany wodorem Toyotę Mirai. 

Autobusy

Eksperymenty z wykorzystaniem wodoru jako paliwa do autobusów trwają od prawie 25 lat na niemal wszystkich kontynentach. Ostatnie 15 lat to intensywny rozwój prac nad rozwojem technologii i wiele tysięcy kilometrów testów w takich krajach jak: Niemcy, Wielka Brytania, Norwegia, Australia, USA czy Japonia. 

Także w Polsce są produkowane autobusy wodorowe, choć na razie nie ma jeszcze ani jednego miejsca, gdzie mogłyby zostać naładowane. Solaris realizuje zamówienia dla zagranicznych odbiorców. Premiera Urbino 12 hydrogen odbyła się w 2019 r. w Sztokholmie podczas Globalnego Szczytu Transportu Publicznego. Produktami z Bolechowa zainteresowani są operatorzy w Austrii, Niemczech, Holandii i na Łotwie. 

Ciężarówki 

Już dziś wodorowe ciężarówki przemierzają pierwsze trasy. W Szwajcarii można spotkać te wyprodukowane przez Hyundai Motor Group; 10 egzemplarzy XCIENT dostarczono w lipcu 2020 r. Do 2025 r. koncern planuje wyprodukować 1600 egzemplarzy takich pojazdów. Toyota przystąpiła do współpracy z Hino Motors – producentem ciężarówek. Efektem tej współpracy ma być wielkoskalowa produkcja ciągników siodłowych. Nikola Motor to amerykański startup, który od momentu powstania w 2014 r. pokazał światu już dwa koncepcyjne pojazdy: Nikola One i Nikola Tre. Firma zapewnia, że pierwsze egzemplarze trafią do zamawiających jeszcze w tym roku, a masowa produkcja ruszy na przełomie 2022 i 2023 r. Zasięg wodorowych ciężarówek to nawet 1 tys. km na jednym ładowaniu.

Kolej

Wodór wykorzystywany jest także z powodzeniem jako paliwo w transporcie kolejowym. Pierwszy wodorowy pociąg wyprodukowany przez Alstom jeździ od 2018 r. w Niemczech. Po udanym pilotażu w Dolnej Saksonii niemiecki przewoźnik złożył zamówienia na kolejne składy. Wodorowymi pociągami zainteresowana jest Wielka Brytania i Włochy. W poznańskich zakładach  Cegielskiego ma powstać niebawem prototyp polskiej lokomotywy wodorowej. Pierwsze zapowiedzi tego projektu pojawiły się już w 2018 r. Za tym projektem stoi PKP Cargo i Jastrzębska Spółka Węglowa. W 2020 r. płocki Orlen i bydgoska Pesa podpisały list intencyjny w sprawie budowy prototypu lokomotywy pasażersko-towarowej zasilanej wodorem. Z kolei Lotos zaprosił do współpracy nad hybrydowymi rozwiązaniami specjalistów z Politechniki Warszawskiej, efektem mają być dwie zmodernizowane lokomotywy manewrowe. 

Samochody osobowe 

Wśród samochodów osobowych gama modeli z ogniwami paliwowymi nie jest duża. Liderem jest Toyota. Model Mirai można spotkać zarówno w Kalifornii, jak i we Francji, gdzie auta jeżdżą jako taksówki. We Frankfurcie z kolei można w pilotażowym carsharingu wypożyczyć wodorowe auta marki Hyundai. Koncern ma na swoim koncie produkcję ix35 obecnie oferuje Nexo. Na rynku dostępne są jeszcze Hondy Clarity. Prace nad zastosowaniem ogniw podejmował też Ford i Daimler, obecnie pracuje nad tym BMW. 

Na razie auta wodorowe są znacznie droższe niż bateryjne i choć zyskują popularność, wciąż są ciekawostką na drogach. Barierą jest nie tylko ograniczona sieć stacji, ale także koszt zakupu pojazdu. Mirai w Niemczech kosztuje równowartość ponad 340 tys. zł., Nexo ponad 300 tys. zł. Samo paliwo też nie należy do tanich. W 2019 r. kilogram wodoru na stacji Orlen w Niemczech kosztował ok. 40 zł. Toyota Mirai zużywa ok. 1,1 kg wodoru na 100 km. 

Traktory

Coraz większe zainteresowanie budzą na świecie wodorowe pojazdy rolnicze. Tym bardziej że równolegle do alternatywnego napędu wdrażane są rozwiązania autonomiczne wykorzystujące dodatkowo sieć 5G. Prototypy ciągników pojawiły się już w Azji. W Europie w 2009 r. New Holland zaprezentował pierwszą generację wodorowego traktora. W 2016 r. zapowiadano produkcję wodorowych traktorów od Ursusa. Niestety firma popadła w poważne tarapaty finansowe, co wstrzymało projekt. 

Wojsko

Rozwój technologii wodorowej uważnie obserwują armie, także polska. Gdy w maju 2018 r. NCBiR zakomunikowało rozpoczęcie Programu Magazynowania Wodoru, od razu pojawiły się informacje o zainteresowaniu MON efektami prac. Wydaje się to bardzo prawdopodobne, ponieważ na świecie od lat prowadzone są prace badawczo-rozwojowe nad wykorzystaniem wodoru zarówno jako paliwa, jak i magazynu energii właśnie na potrzeby wojska. Warto tu dodać, że zbiorniki wodoru są poddawane testom na postrzelenie i przedziurawienie.

Statki 

Dużym wyzwaniem jest redukcja emisji pochodzących z transportu w powietrzu i na wodzie. Tutaj też kluczem do sukcesu może stać się wodór. W 2017 r. w dziewiczy rejs wypłynęła łódź napędzana energią słoneczną, wiatrową i wodorową. Energy Observer wciąż jest na wodzie. Można już obejrzeć drugi sezon zmagań załogi z żywiołami i poznać technologie wykorzystywane na statku dzięki serii pokazywanej na Planete+. Najwięksi armatorzy postrzegają wodór jako doskonałe paliwo do napędzania autonomicznych kontenerowców. Pojawiły się także plany wykorzystania tego napędu wodorowego i autonomii do transporu (o ironio) ropy. 

Powstają również wodorowe statki śródlądowe. Projekt FLAGSHIPS (finansowany przez UE) ma na celu budowę dwóch bezemisyjnych, napędzanych tzw. zielonym wodorem komercyjnych statków śródlądowych i do operacji morskich bliskiego zasięgu. Jeden nich ma pływać na rzece Rodan we Francji. Napęd dostarczy ABB, koncern technologiczno-energetyczny, którego centra badań i rozwoju znajdują się także w Polsce. Pierwszy ze statków ma zostać zwodowany w 2021 r.

Samoloty 

Wodór jako paliwo dla statków powietrznych to szybko rozwijająca się gałąź nauki i przemysłu. W ostatnich miesiącach prym wiodą tu firmy z USA, Wielkiej Brytanii. W lutym 2020 r. w Rzeszowie pokazano prototypowy motoszybowiec zasilany ogniwami wodorowymi. AOS H2 powstał na Politechnice Rzeszowskiej  przy współpracy Politechniki Warszawskiej, krakowskiej AGH i Zakładu Szybowcowego w Jeżowie. Niestety, na razie nie mógł wzbić się w powietrze, ponieważ nie mamy jeszcze odpowiednich przepisów.  

Nie same plusy 

Nie można jednak dać się zwieść, że wodór i ogniwa paliwowe mają same zalety. Żywotność ogniw paliwowych oraz możliwości magazynowania i przesyłu wodoru wciąż jeszcze są przedmiotem badań. Sprawność ogniw wodorowych wynosi ok. 70 proc. (jeśli jednocześnie będziemy wykorzystywać ciepło). Do produkcji ogniw paliwowych wykorzystywane są drogie materiały, m.in. platyna, brak jest jednak strategii recyklingu elementów ogniw paliwowych. UE finansowała projekt HYTECHCYCLING, którego celem było obniżenie ilości surowców wykorzystywanych do wytwarzania wodoru i ogniw paliwowych. Wciąż również tzw. zielony wodór (najbardziej ekologiczny) to margines produkcji. Aż 95 proc. światowej produkcji wodoru to wodór szary, brązowy i niebieski, a więc technologie wykorzystujące surowce nieodnawialne, przede wszystkim metan i węgiel.

Jaki będzie polski pomysł na wykorzystanie wodoru w gospodarce? Przede wszystkim ma on pomóc transformować naszą energetykę. Celem będzie na pewno produkcja zielonego wodoru. Jednak zapowiedzi powołanego w sierpniu 2020 r. pełnomocnika ds. gospodarki wodorowej Krzysztofa Kubowa sugerują, że Polska będzie chciała możliwie długo produkować tzw. szary wodór. Wraz z powołaniem pełnomocnika w rządzie powstał międzyresortowy zespół ds. wodoru, który ma wypracować krajową strategię wodorową. To ciekawa zmiana, biorąc pod uwagę sceptyczne podejście urzędników Ministerstwa Energii do paliwa wodorowego na początku prac nad ustawą o elektromobilności i paliwach alternatywnych. 

--

Wodorowe ciekawostki

• Wodór jest najczęściej występującym pierwiastkiem we wszechświecie.

• Ogniwo paliwowe zamienia energię chemiczną paliwa na energię elektryczną dzięki udziałowi tlenu.

• Pierwsze ogniwa wodorowe pojawiły się w 1838 r.

• Od 2015 r. 8 października obchodzimy Międzynarodowy Dzień Wodoru i Ogniw Paliwowych. Data symbolizuje masę atomową wodoru (1,008 u) zapisaną „po amerykańsku”. 

• Wodór jest lżejszy od tlenu.

• FCEV (fuel cell electric vehicle) – tak oznaczane są samochody wodorowe.

• Arnold Schwarzenegger jeździł wodorowym Hummerem. 

• W 2016 r. w Polsce powstał prototyp wodorowego samochodu sportowego o nazwie Premier.

• W 2019 r. doszło do pożaru jednej ze stacji ładowania wodoru w Norwegii, w jego konsekwencji wszystkie publiczne stacje wodorowe w kraju zostały zamknięte na kilka miesięcy. Przyczyną pożaru był wadliwy zawór.

• Koreański zespół BTS wspierał w 2020 r. kampanię promującą wodór. 

• W 2019 r. Hyundai pokazał szybką ładowarkę prądu stałego (DC) dla pojazdów bateryjnych zasilaną wodorem.

• W 2021 r. wystartuje nowa seria wyścigów elektrycznych SUV-ów Extreme E. Załogi będą przemieszczać się po świecie wodorowym statkiem St. Helena, bateryjne auta będą ładowane dzięki ładowarkom wodorowym.