Samochód na wodór – zasada działania i eksploatacja

Samochody wodorowe – w czym tkwi problem?

Zanim wyjaśnimy, jak działa samochód na wodór, najpierw należy przybliżyć nieco sam pierwiastek. Mimo iż wodór jest najczęściej występującym pierwiastkiem w całym wszechświecie, na naszej planecie nie występuje w czystej postaci. Na Ziemi jest on bowiem dostępny w formie wody bądź innych związków organicznych.

Żeby pozyskać wodór, konieczna jest tak zwana hydroliza. To proces, przez który rozumiemy rozbicie wody na tlen i właśnie wodór. Jednak większość światowej produkcji wodoru, ponieważ aż 96 proc. pochodzi z paliw kopalnych. Wytwarza się go w drodze tak zwanego reformingu parowego gazu ziemnego. Przede wszystkim właśnie produkcja wodoru jest dużym utrudnieniem i przeszkodą w popularyzacji napędów wodorowych w motoryzacji.

Zasada działania samochodów na wodór

Trzeba mieć na uwadze, że początkowo wodór był stosowany w silnikach spalinowych, jak benzyna czy olej napędowy. Jednak ta koncepcja nie sprawdziła się, ponieważ taka jednostka napędowa była mało wydajna. Dlatego koncepcję wykorzystania wodoru zastosowano do zasilania ogniw paliwowych.

Tak więc wodór zatankowany do zbiorników w samochodach trafia do ogniw paliwowych. Następnie miejsce ma reakcja, która opiera się na połączeniu tlenu w katodzie oraz jonów wodoru w anodzie. W taki sposób wytwarza się energię elektryczną niezbędną dla baterii zasilającej silnik elektryczny. Samochód na wodór jest więc pojazdem elektrycznym. Jednak od klasycznego auta na prąd różni go to, że samochody na wodór nie wymagają ładowania. Wręcz przeciwnie, są to auta samowystarczalne, posiadające na swoim pokładzie własne elektrownie. Na kilogram wyprodukowanego czystego paliwa wodorowego do auta przypada od 40 do 70 kWh energii.

Auto na wodór jest więc samochodem w pełni przyjaznym środowisku. Nie emituje szkodliwych spalin. Co więcej, ogniwa paliwowe emitują nie tylko ciepło, ale także wodę, która jest zdatna do picia. Dobrym przykładem jest wspomniana już Toyota Mirai. Okazuje się, że na każde 100 kilometrów auto produkuje do 7 litrów wody.

Zalety samochodów wodorowych:

• bezemisyjność;

• krótki proces tankowania;

• duży zasięg na jednym ładowaniu (np. Hyundai Nexo – zasięg ok. 500 km, Toyota Mirai – ok. 650 km);

• bezpieczeństwo – wodór jest bezpieczniejszy niż benzyna, a przy punktowym rozszczelnieniu się zbiornika powstaje wąski, pionowy płomień, który nie rozprzestrzenia się i nie tworzy wysokiej temperatury;

• wodór jako pierwiastek wszechobecny w naturze.

Jak wygląda proces tankowania samochodów wodorowych?

Tankowanie wodoru może przypominać proces towarzyszący tankowaniu gazu LPG. Akumulator, który zasila silnik elektryczny w samochodzie wodorowym, energię pobiera z ogniw paliwowych wykorzystujących wodór. Żeby go zatankować, należy zrobić to na stacji tankowania wodoru. Niestety, w Polsce nadal są one bardzo nieliczne. To technologia, która dopiero raczkuje w motoryzacji, zwłaszcza w naszym kraju. Szacuje się, że do 2025 roku w Polsce ma być zaledwie ok. 35 stacji tankowania wodoru.

Koszty eksploatacji i utrzymania samochodów na wodór

Jednym z głównych czynników wpływających na popularność samochodów wodorowych są koszty ich eksploatacji. Cena zakupu takich pojazdów jest obecnie znacznie wyższa niż aut spalinowych czy nawet elektrycznych. Przykładowo, Toyota Mirai kosztuje około 320 000 złotych. Dodatkowo, cena wodoru na stacjach jest wysoka, a dostępność punktów tankowania bardzo ograniczona. Koszty serwisowania są porównywalne do aut elektrycznych, jednak ograniczona liczba wyspecjalizowanych serwisów może stanowić wyzwanie dla użytkowników.

Bezpieczeństwo samochodów wodorowych

Bezpieczeństwo użytkowania samochodów na wodór jest często poruszanym tematem. Nowoczesne zbiorniki na wodór są projektowane tak, aby wytrzymać bardzo wysokie ciśnienie i są wyposażone w liczne systemy zabezpieczające przed wyciekiem. W przypadku rozszczelnienia wodór ulatnia się pionowo i szybko rozprasza w powietrzu, co minimalizuje ryzyko wybuchu. Testy zderzeniowe i rygorystyczne normy bezpieczeństwa sprawiają, że pojazdy te są równie bezpieczne jak inne nowoczesne samochody.

Jeżeli zwrócić uwagę na sam proces tankowania, do wlewu w samochodzie podłącza się specjalny pistolet. Dlatego jest to proces zbliżony do tankowania LPG. Następnie trzeba nacisnąć spust i poczekać aż zbiornik napełni się wodorem. Tankowanie trwa zazwyczaj kilka minut.

Przeczytaj też: “Jak tankować gaz sprawnie i bezpiecznie?“

Trzeba sprawiedliwe przyznać, że technologia wodorowa jeszcze długo nie dorówna popularności napędom elektrycznym czy hybrydowym, nie mówiąc już o samochodach spalinowych. Mimo iż auta wodorowe mają mnóstwo zalet, nadal technologia ma sporo ograniczeń. Dużym problemem jest transport i magazynowanie wodoru. Straty pojawiają się podczas transportu, sprężania i skraplania niezależnie od tego, w jakiej formie skupienia jest wodór – ciekłej czy gazowej.

Samych aut wykorzystujących paliwa wodorowe również jest dosyć niewiele i są one dość drogie. Na przykład Toyota Mirai kosztuje ok. 320 000 złotych. Inne auta wodorowe to na przykład Hyundai Nexo czy Honda Clarity Fuel Cell.

Przyszłość samochodów na wodór

Rozwój technologii wodorowej w motoryzacji zależy w dużej mierze od inwestycji w infrastrukturę oraz sposobów produkcji wodoru z odnawialnych źródeł energii. Wiele krajów, w tym Polska, planuje rozbudowę sieci stacji tankowania oraz wsparcie dla produkcji tzw. zielonego wodoru. Eksperci przewidują, że samochody na wodór mogą w przyszłości znaleźć zastosowanie przede wszystkim w transporcie ciężkim, autobusach czy logistyce, gdzie duży zasięg i szybkie tankowanie są kluczowe.