Eto koliko su ?isti auti na vodik! Mireia Belmonte, olimpijska pobjednica tr?i u zatvorenom mjehuri?u povezanom s ispušnim sustavom Hyundai Nexoa.
Udiše “ispušne ostatke” i tr?i. Sve je to mogu?e, jer vodikove gorivne stanice tijekom rada emitiraju samo vodenu paru, a Hyundai Nexo i sli?ni auti na vodik pro?iš?avaju i 99,9 posto zraka. Nema zbora, vodik je gorivo budu?nosti. Ve? danas napajaju više od 35.000 vili?ara i pružaju samostalnu rezervnu energiju tvrtkama poput Applea, Googlea i Microsofta, dok u Njema?koj gorivne stanice napajaju mnoge vlakove. Najprodavanije vozilo s gorivnim ?elijama je Toyota Mirai, koja je u svojoj šestogodišnjoj povijesti pronašla nešto više od 11.000 kupaca, najviše u Kaliforniji. Istiskivanje motora s unutarnjim izgaranjem stalno se približava, a problemi baterijskih elektri?nih vozila i dalje su preveliki za mnoge. No, drugo rješenje za održivu mobilnost je bu?enje na tržištu koje izaziva vodik! Od korisnika zahtijeva mnogo manje prilagodbi i žrtvi. Mogu li gorivne ?elije zaista biti budu?nost automobilske industrije?
Vodikovi automobili trenuta?no dosežu snagu samo do 130 kilovata, mnogo manje od pristupa?ne elektri?ne baterije. Tehnologija elektri?nih vozila na baterije ograni?ena je uglavnom na lakša prijevozna sredstva (automobili, skuteri …). Napredak tehnologije gorivih ?elija mogao bi, zbog svoje kompaktnosti, manje težine i ve?eg dometa, omogu?iti velike udaljenosti pa ?ak i zra?ni i vodeni prijevoz. KPMG je 2017. godine proveo istraživanje me?u 1000 rukovoditelja u automobilskoj industriji, koje je pokazalo da ?ak njih 78 posto vjeruje da ?e vodikove gorivne ?elije biti revolucionarna tehnologija ?iste mobilnosti koja dugoro?no ima bolju budu?nost od elektri?nih vozila na baterije. Za Papin posjet Katoli?koj biskupskoj konferenciji u Japanu, Toyota je pripremila dva modela Mirai prve generacije s povišenom pozornicom i sjedalom, tako da u visinu mjere ?ak 2,7 metara.
Kad je rije? o održivoj i ?istoj mobilnosti elektri?na vozila na baterije (BEV) svima su prvo na jeziku. U posljednjem desetlje?u, uz podršku gotovo kultnih sljedbenika i sve restriktivnijeg zakonodavstva za motore s unutarnjim izgaranjem, po?eli su pove?avati svoj tržišni udio. ?itav automobilski sektor taj je trend s odre?enim kašnjenjem kona?no internacionalizirao. Zašto ne, me?utim, skok u ?istu mobilnost o?ito je neizbježan, a sve stroži ekološki zahtjevi prevelika su prepreka za mnoge proizvo?a?e, jer bi u to morali uložiti milijarde eura, što se nikad ne bi isplatilo.
Neke tradicionalne marke automobila, uklju?uju?i Jaguar, elektri?ne ?e automobile prodavati tek od 2025. godine nadalje. Mnogi se od nas pitaju kako ?emo svoj na?in života prilagoditi kompromisima automobila na baterije. Ironi?no je da se elektri?ni automobili prodaju prvenstveno uz reklamiranje životnog stila koji bi kupci trebali željeti u ovo doba. Rani “usvojitelji” novih tehnologija, koji su fascinirani perspektivom elektri?nog automobila, nalaze se samo u ograni?enom broju (ali još je više nas dinosaura koji ?emo izbjegavati elektri?ne automobile, jer se radije držimo ugodnijih starih navika).
Svakim je danom sve manje objektivnih argumenata protiv BEV-a. Najve?i problem su stanice za punjenje. I, naravno, nedosljedni sustavi pla?anja, neto?ne veze, prometne punionice, bezbroj telefonskih aplikacija i, naravno, neuspjeh u postizanju obe?ane snage punjenja. Ali to su samo neki od uobi?ajenih problema. ?ak i u savršenim uvjetima ne postižu efikasnost benzinskih crpki, gdje se za pet minuta mogu?e vratiti na cestu s punim spremnikom goriva i potom tjedan dana zaboraviti na benzinsku, katkad i više. S nekim autima, poput onih s dizelskim Opelovim 2.0 ECOTEC motorima mogu?e je prevaliti s jednim spremnikom i više od tisu?u kilometara. Toliko mnogi prevaljuju u mjesec dana. Mnogima je ova utjeha teška ili se ne žele odre?i. Ho?e li to uop?e biti potrebno?
Gorive ?elije
Postoji li onda rješenje i jesu li to gorive ?elije i prije svega vodik kao ZERO EMISSION pogon. Izum gorivih ?elija, koje su elektrokemijskom reakcijom stvorile elektri?nu struju, datira iz 1839. godine, a stvarni zamah dobio je tek 1950-ih i 1960-ih, kada su se po?eli koristiti u ameri?koj Nacionalnoj zrakoplovnoj upravi (NASA). U program Apollo uvedene su gorivne stanice snage 1,5 kilovata, koje su astronautima pružale napajanje i opskrbljivale ih pitkom vodom.
Kasnije su svoje mjesto pronašli i u Sjedinjenim Državama i drugdje u podmornicama i brojnim vojnim programima. Gorivne stanice generiraju ?istu elektri?nu energiju i mogu koristiti niz goriva, dok se automobilska industrija fokusira na vodik. U tom slu?aju automobili ne generiraju štetne emisije, jer u zrak emitiraju samo toplinu i vodenu paru. Vodik je u svom naj?iš?em obliku netoksi?an plin bez boje i mirisa.
Me?utim, kada je vodik gorivo, poput elektri?ne energije, on je prijenosnik energije, a ne izvor. Vodik je najrasprostranjeniji element u svemiru, iako ga je prakti?ki nemogu?e prona?i samostalno na Zemlji – mora se dobiti iz drugih izvora. Poput elektri?ne energije i vodik se može dobiti održivo iz obnovljivih izvora, poput elektrolize, koja troši sun?evu energiju ili energiju vjetra, iako se u praksi ispostavlja da “dizajneri” rijetko biraju takav pristup.
Samo dva posto od godišnjih 600 milijardi kubi?nih metara vodika dobije se elektrolizom, jer se može dobiti i iz prirodnog plina, naftnih derivata i mnogih drugih izvora energije. Tijekom postupka proizvodnje vodika stvaraju se štetne emisije i CO2. Isti je problem s proizvodnjom elektri?ne energije, pa je kriti?na prednost vodika to što je prijenosno gorivo. Vodik se stoga treba proizvoditi samo na mjestima gdje se energija za elektrolizu dobiva organskim putem, skladišti i, poput naftnih derivata, transportira na potrebna mjesta.
Kako djeluje?
Izvor elektri?ne energije su dakle gorivne ?elije. Gorivne ?elije s dobivenom energijom opskrbljuju elektri?ni motor koji pokre?e vozilo, pa su tako vozila s vodikovim gorivnim ?elijama klasificirana kao elektri?na vozila (HFCEV). Gorivna ?elija sastoji se od dvije elektrode: anode i katode, odnosno negativnog i pozitivnog pola, koji su odvojeni elektrolitom s ?vrstom membranom. Anoda prima molekule vodika, gdje ih katalizator – poput platine – dijeli na elektrone i protone. Elektroni u vanjskom krugu stvaraju elektri?nu struju i toplinu, a protoni putuju kroz porozni elektrolit.
Na katodi se protoni, elektroni i kisik kombiniraju i tvore molekule vode. Izme?u katode i anode stvara se napon, a povezane elektrode generiraju pogonsku energiju. Taj se postupak naziva hladnim sagorijevanjem, a kada koristimo vodik, osim elektri?ne energije, jedini nusproizvodi su voda i toplina. Kada se vodik proizvodi na ekološki održiv na?in, vozila ne uzrokuju dodatno zaga?enje.
Gorivne stanice su stoga ?isti, u?inkoviti i tihi izvor energije. Oni proizvode elektri?nu energiju sve dok je dostupan izvor goriva. Izvor goriva, u ovom slu?aju vodik, mora se stla?iti kako bi postao upotrebljiv kao gorivo za vozilo. Trenutni standard je 700 bara. Tako?er se hladi na pumpama, tako da se ne zagrijava i širi kada se upumpava u vozilo. Veli?ina spremnika za vodik u vozilima s gorivnim ?elijama izražava se u kilogramima, a danas se njihova veli?ina kre?e izme?u pet i šest kilograma, što je dovoljno da dosegne oko 600 kilometara i prili?no je konkurentna u usporedbi s automobilima s motorima s unutarnjim izgaranjem.
Na današnjim stanicama za punjenje vodika spremnik se može napuniti za manje od pet minuta, što je tako?er usporedivo s vozilima s motorima s unutarnjim izgaranjem. Cijene vodika uvelike se razlikuju ovisno o mjestu, ali kre?u se izme?u pet i deset eura po kilogramu i vremenom opadaju, pa nude kilometrinu sli?nu vrijednosti kao naftni proizvodi. O?ekuje se da ?e proizvodnja vodika pasti za dodatnih 30 posto do kraja desetlje?a, prema Me?unarodnoj energetskoj agenciji. Doseg vozila tako?er se pove?ava regenerativnim ko?enjem, koje akumulator puni ina?e izgubljenom energijom. Nešto sli?no kao i kod elektroautomobila
Kako je sa sigurnoš?u?
Što se ti?e skladištenja vodika, može se pojaviti još jedno pitanje – pitanje sigurnosti. Poput naftnih derivata i litij-ionskih baterija i vodik je zapaljiv. Tako što je problemati?no u prijevozu, dolijevanju goriva i nesre?ama. Mnogi od vas pomislit ?e na katastrofalnu nesre?u zepellina Hindenburg, u kojoj je vodik tako?er imao veliku ulogu u širenju požara. Nesretne okolnosti tog dana nemogu?e je ponoviti u automobilu s gorivim ?elijama, jer su spremnici za gorivo izra?eni od uglji?nih vlakana i testirani su brojnim udarcima, požarima i balisti?kim napadima, pružaju?i istu razinu sigurnosti kao i automobili s unutarnjim izgaranjem motori.
Primjerice, u Toyoti su “probušili gorivo” (gorivne ?elije) samo municijom kalibra 50. U slu?aju curenja, sustavi su dizajnirani tako da omogu?uju sigurno ispuštanje, a vodik se raspršuje visoko u atmosferu u uskom tijeku i ne zadržava se na tlu, ili ne gori toliko dugo kao benzin. I gorivne ?elije i vodik novost su za automobilsku industriju, ali obje su ve? dobro ispitane u industriji, tako da nema neo?ekivane opasnosti. U Americi se koriste više od pola stolje?a, a danas napajaju više od 35.000 vili?ara i pružaju samostalnu rezervnu energiju tvrtkama poput Applea, Googlea i Microsofta, dok u Njema?koj gorivne stanice napajaju mnoge vlakove.
Gorive ?elije ili baterije?
Trenutno baterijska vozila na elektri?ni pogon nisu ni do koljena klasi?nim autima na fosilna goriva, a ni onima na gorivne ?elije. Najprodavanije vozilo s gorivnim ?elijama je Toyota Mirai, koja je u svojoj šestogodišnjoj povijesti pronašla nešto više od 11.000 kupaca, a oko polovice svih vozila s gorivim ?elijama vozi se ameri?kom saveznom državom Kalifornija. Što je kap u moru kada te brojke usporedimo s prodajom baterijskih vozila.
Snaga gorivih ?elija tako?er zaostaje za baterijama. Vodikovi automobili trenuta?no dosežu snagu samo do 130 kilovata, mnogo manje od pristupa?ne elektri?ne baterije. Štoviše, na cijelom automobilskom tržištu ponuda razli?itih modela gorivih ?elija može se nabrojati na prste jedne ruke, a niti jedan od njih nije dostupan u nas, a ni u našoj neposrednoj blizini. Razlozi za to su, naravno, o?iti – kupci ?ekaju da se infrastruktura punjenja proširi, a investitori ?ekaju kupce. Za?arani krug iz kojeg ?e biti još teže iza?i nego s BEV-om, jer se ta vozila ne mogu puniti kod ku?e.
Rezultat je O crpki s vodikom u Hrvatrskoj te samo jedna benzinska crpka u Sloveniji, na Petrolovoj benzinskoj pumpi u Lescama, ima mogu?nost skladištenja i vodika. No i ona ponekad radi sporo zbog nekorištenja, a ponekad uop?e. Postoje planovi za produljenje, naravno, ali se datumi iznova odga?aju. U Europi je najviše pumpi za vodik u Njema?koj, gdje ih ima nešto više od 50 – mnogo, ali daleko od dovoljnih. Gorivne ?elije su stoga još uvijek daleko od svog tehnološkog potencijala. Baterije gube samo oko 17 posto uložene energije tijekom punjenja i pražnjenja zbog energetske neu?inkovitosti, dok se više od polovice uložene energije gubi u ciklusu od elektrolize do proizvedene energije gorivih ?elija. Automobili bi mogli povratiti dio ove energije koriste?i toplinu koja je stvorena kao nusprodukt hladnog izgaranja za funkcije grijanja i hla?enja. No budu?i da su sposobni za ve?e skladištenje energije, gorivne ?elije mogu ponuditi ve?i domet od litij-ionskih baterija za ?etvrtinu cijene razvojem u?inkovitosti.
Infrastruktura punionica tako?er je kratkoro?no skuplja za vodik nego za elektri?nu energiju, no budu?i da je distribucija vodika centralno organizirana na crpkama, vaga u korist vodika bila bi nagnuta ve? u slu?aju da postoji i manje od milijun vozila. Tako?er, današnja tehnologija baterija suo?it ?e se s ograni?enjima prirodnih materijala poput kobalta. Vrijeme punjenja akumulatorskih vozila, koja ?e biti konkurentna vozilima s motorima s unutarnjim izgaranjem ili gorivim ?elijama, još je uvijek daleko, možda ?ak i nepremostiva prepreka.
Proširenje dometa s više baterija zbog dodatne težine i zauzetog prostora može brzo imati negativan u?inak, a dodavanje volumena u spremnik za vodik mnogo je manji i jeftiniji problem. Tako?er je vrijedno spomenuti da je tehnologija elektri?nih vozila na baterije ograni?ena uglavnom na lakša prijevozna sredstva (automobili, skuteri …), a napredak tehnologije gorivih ?elija mogao bi, zbog svoje kompaktnosti, manje težine i ve?eg dometa, omogu?iti velike udaljenosti pa ?ak i zra?ni i vodeni prijevoz.
Kao i svaka nova tehnologija, ovdje ?e ekonomija razmjera igrati klju?nu ulogu. Posljednjih godina investicijski fondovi uglavnom su se usredoto?ili na razvoj baterijskih elektri?nih vozila, njihovu infrastrukturu za punjenje i u?inkovitiju i jeftiniju baterijsku tehnologiju, jer je odsko?na daska bila povoljnija.
Ali baterije su ve? zrela tehnologija koja u razvijenoj fazi zahtijeva više kompromisa od gorivih ?elija. KPMG je 2017. godine proveo istraživanje me?u 1000 rukovoditelja u automobilskoj industriji, koje je pokazalo da ?ak 78 posto vjeruje da ?e vodikove gorivne ?elije biti revolucionarna tehnologija ?iste mobilnosti koja dugoro?no ima bolju budu?nost od elektri?nih vozila na baterije. nazna?iti vrijeme punjenja i infrastrukturne zahtjeve. No, trenutno je najve?i izazov ili nedostatak infrastrukture razvoj vodikovih gorivnih ?elija.
U prvom su planu investitori i vlade koje imaju mo? podržati – ili suzbiti – razvoj gorivih ?elija u automobilskoj industriji. Potroša?ki faktor igrat ?e klju?nu ulogu. Ho?emo li dobrovoljno prihvatiti kompromise oko baterija ili inzistirati na udobnosti i starim navikama toliko dugo da ?e i plan B biti u potpunosti razvijen?
Elektroliza
Ekološki najprihvatljiviji postupak za dobivanje vodika je elektroliza. To je kemijski postupak koji omogu?uje elektri?nom strujom razdvajanje vode na sastavne elemente, vodik i kisik. Ako se korištena elektri?na energija dobije ekološki održivo, proizvedeni vodik bit ?e gorivo za transport potpuno bez generiranih emisija.
GM Electrovan
Tijekom svemirske utrke 1960-ih, gorivne ?elije igrale su važnu ulogu, a njihov tehnološki napredak tako?er je nadahnuo General Motors. Rezultat je bio jedno od najnaprednijih elektri?nih vozila i prvi automobil na pogon na gorivne ?elije. Doseg GMC Electrovana 1966. godine s spremnicima za teku?i vodik i kisik iznosio je 241 kilometar, kontinuirana snaga 32 kilovata, a maksimalna snaga ?ak 160 kilovata.
Projekt je trajao dvije godine i napušten je zbog visokih troškova i vremenskih ograni?enja. Instalacija cijevi bila je duga?ka 168 metara, tako da je u kombiju sa šest sjedala bilo dovoljno mjesta za samo dva putnika, a masa je prelazila tri tone.
Toyota Mirai imala je i po?asnu titulu papinskog automobila. Za Papin posjet Katoli?koj biskupskoj konferenciji u Japanu, Toyota je pripremila dva modela Mirai prve generacije s povišenom pozornicom i sjedalom, tako da u visinu mjere ?ak 2,7 metara.
Hyundai je pokazao ?isto?u modela Nexo videom na kojem olimpijska prvakinja Mireia Belmonte tr?i u zatvorenom mjehuri?u povezanom s ispušnim sustavom Nexo. Budu?i da vodikove gorivne stanice tijekom rada emitiraju samo vodenu paru, a Nexo u me?uvremenu pro?iš?ava 99,9 posto zraka.
