Trucks

×

Vodikove gorivne celice: odgovori na vsa vaša vprašanja

| 12 min
O vodiku in o tem, ali bi lahko v prihodnosti nadomestil dizelsko gorivo, se veliko govori. Toda kako deluje vodikova tehnologija? Kakšne so prednosti in slabosti vodika? Kako se odreže v primerjavi z električnimi tovornimi vozili? Tukaj so odgovori na nekatera najpogostejša vprašanja o vodikovih gorivnih celicah.

Kaj je vodik in zakaj vzbuja toliko navdušenja?

Vodik je kemični element, ki ga najdemo v številnih naravno prisotnih spojinah, vključno z vodo. Vodik (H2), ki se uporablja v vozilih, je plin brez vonja, ki se običajno pridobiva z ekstrakcijo vodika iz vode ali zemeljskega plina.

Čeprav je danes deležna veliko pozornosti, pa vodikova tehnologija ni nova stvar. Pravzaprav se vodik že dolgo uporablja za pogon vesoljskih plovil. Vendar pa opažamo obujeno zanimanje zanj zaradi prizadevanj za razogljičenje prevozniške panoge, zniževanja stroškov obnovljivih virov energije in bolj dodelanih strategij vlad po vsem svetu za nadaljnji razvoj tehnologije.
 

Kako se proizvaja vodikovo gorivo?

Parni reforming metana (SMR) je najpogostejša metoda za proizvodnjo vodika v velikem industrijskem obsegu. V tem procesu metan iz zemeljskega plina reagira s paro, pri čemer nastajata vodik in ogljikov monoksid. Ogljikov monoksid je podvržen nadaljnjim reakcijam, pri čemer nastane več vodika. Vodik se lahko pridobiva tudi iz vode s procesom, imenovanim elektroliza, pri katerem se voda z električno energijo razcepi na vodik in kisik.

Obstajajo tudi drugi načini pridobivanja vodika, kot sta uplinjanje biomase, pri katerem se rastlinska snov segreva in reagira, pri čemer nastajata vodik in ogljikov dioksid, in fermentacija, pri kateri nekatere vrste bakterij proizvajajo vodik v okviru svoje presnove. Vodik se lahko proizvaja tudi s cepitvijo vode v sončnih celicah, potopljenih v vodo.  
 

Kako poteka distribucija vodikovega goriva?

Čeprav je za distribucijo vodika mogoče uporabiti cevovode, ki se uporabljajo za zemeljski plin, se večina vodika, ki se danes uporablja za gorivo, proizvede v velikih obratih in nato prevaža s posebnimi priklopniki za tekoči vodik. Vodik se lahko proizvaja tudi na polnilnih postajah s parnim reformingom metana ali elektrolizo. Vendar je ta pristop na splošno manj učinkovit in drag.
 

Kako deluje vodikova gorivna celica?

Vozilo na gorivne celice deluje podobno kot motor z notranjim zgorevanjem, le da vodik, ki se črpa iz rezervoarja pod tlakom, ne zgoreva, temveč se spoji s kisikom, pri čemer nastaja električna energija za pogon elektromotorja. Ta proces poteka v gorivni celici z membrano za izmenjavo protonov (PEM), ki je sestavljena iz nizov tankih plošč, ločenih z membranami.

Kako se vodik uporablja v tovornih vozilih?

Vodik se lahko uporablja za pogon motorja z notranjim zgorevanjem, ki je podoben motorju na stisnjeni zemeljski plin (CNG). Druga rešitev je uporaba vodika v gorivni celici, v kateri se proizvaja električna energija za pogon vozila. Vodik se lahko uporablja tudi v pomožni gorivni celici za razširitev dosega baterijskega električnega vozila.
 

Katere so nekatere prednosti vodikovega goriva?

Ko se vodik uporablja za pogon gorivnih celic, sta edina stranska produkta voda in toplota – brez onesnaževal ali toplogrednih plinov. Vodik je lahko izjemno čista alternativa dizelskemu gorivu, kar je odvisno od načina njegove proizvodnje. Vodik tudi vsebuje veliko energije: 80 kg vodika lahko zagotovi dovolj energije, da tovorno vozilo prevozi 800 km. Poleg tega je postopek polnjenja pri vozilih na vodik hiter in enostaven.

Vozila z vodikovimi gorivnimi celicami delujejo na električni pogon. To pomeni, da je izkušnja vožnje podobna vožnji električnega tovornega vozila; tiho delovanje motorja, hiter zagon in možnost pridobivanja zavorne energije.
 

Katere so nekatere slabosti vodikovega goriva?

Vodik je zelo reaktiven, zato pogosto načne druge materiale, pri čemer je tudi zelo vnetljiv. Zaradi teh dejavnikov je njegov transport zahteven in drag. Še ena pomembna težava vključuje pomanjkanje infrastrukture za vodik in visoke stroške njene gradnje. Danes obstaja samo 337 polnilnih postaj za vodik po vsem svetu, od česar jih je največ v Nemčiji in na Japonskem. Čeprav se je pokazalo, da se obstoječa infrastruktura za CNG lahko uporablja za prevoz in shranjevanje vodika, to ni dobra rešitev za gorivne celice, ki morajo delovati na zelo čist vodik.

Poleg tega so vodikove gorivne celice drage za proizvodnjo, saj je obseg proizvodnje še vedno majhen in vključuje ročne postopke. Druga ključna stroškovna komponenta je rezervoar za vodik, ki je velik in zasede veliko prostora. Nazadnje je tu še cena vodikovega goriva, ki je bistveno višja od dizelskega goriva.
 

Kako okolju prijazen je vodik?

Ko vodik reagira s kisikom v gorivni celici, pri tem nastane samo voda. Ko torej tovorno vozilo poganja gorivna celica, škodljive emisije izpušnih plinov ne nastajajo. Toda pri oceni vpliva na podnebje je treba upoštevati tudi proizvodni proces vodika, pri katerem se porabi veliko energije. Danes se večina vodika proizvede na podlagi premoga ali zemeljskega plina. Toda če električna energija, uporabljena za njegovo proizvodnjo, prihaja iz obnovljivih virov energije, ima lahko vodikovo gorivo skoraj nevtralen ogljični odtis (temu rečemo »zeleni vodik«). Še en način za zmanjšanje ogljičnega odtisa vodika je proces zajemanja in shranjevanja ogljikovega dioksida (CCS), pri katerem se emisije CO2 iz parnega reforminga metana zajamejo, prepeljejo in trajno odložijo globoko pod zemljo.
 

Kaj pokaže primerjava vodika in električnih tovornih vozil?

Da bi lahko katera koli alternativa dizelskemu gorivu uspela, mora zagotoviti jasne prednosti z vidika stroškov, dosega in razpoložljivosti infrastrukture.  Primerjava vodikovih gorivnih celic in električnih vozil razkrije naslednje:

Stroški: Vodikove gorivne celice in litij-ionske baterije so dražje od dizelskega goriva. Toda cena litij-ionskih baterij se hitro znižuje. Bloomberg napoveduje, da bi lahko do točke preloma – ko bodo električna vozila postala cenejša od enakovrednih vozil z motorjem z notranjim zgorevanjem – prišlo že leta 2022. Ker sta razvoj in uvedba vozil na vodikov pogon omejena, je zanje težje izvesti podobne izračune.

Doseg: Vodikove gorivne celice imajo večjo energijsko gostoto kot baterije in zato zagotavljajo večji doseg vozila. Pravzaprav je razmerje med energijo in težo 700-barskega rezervoarja za vodik desetkrat večje kot pri bateriji. Vodikove gorivne celice so tudi lažje od baterij, kar pomeni, da imajo lahko vozila na vodikov pogon večjo nosilnost.

Infrastruktura: Na področju razvoja in proizvodnje litij-ionskih baterij je prišlo do veliko večjega napredka kot v primeru vodikovih gorivnih celic. Električna tovorna vozila so se izkazala za tržno donosna, zlasti za mestne prevoze. Tudi polnilna infrastruktura za električna vozila je veliko bolj razvita. V Združenih državah je bilo na primer leta 2018 20.000 električnih polnilnih postaj in manj kot 45 polnilnih postaj za vodik.
 

Bo vodik nadomestil dizelska ali električna tovorna vozila?

Vodik se vse bolj uveljavlja. Večina večjih proizvajalcev avtomobilov in tovornih vozil, vključno z družbo Volvo Trucks, raziskuje, išče rešitve in sklepa partnerstva za razvoj te tehnologije. Vendar pa potenciala vodika ne odkriva le avtomobilska industrija.

Zaradi vse večje zaskrbljenosti glede podnebnih sprememb in zahtev po »zelenem okrevanju« po pandemiji bolezni COVID-19 vlade kažejo večje zanimanje za vodik (in vanj tudi vlagajo!). Samo maja letos je EU razkrila načrt za okrevanje, vreden 750 milijard evrov, za financiranje zelenega prometa in industrije. V načrtu, ki se osredotoča na evropski zeleni dogovor, je vodik izpostavljen kot prednostna naloga z načrti za razvoj tehnologije na podlagi naložbenega programa in proste čezmejne trgovine z vodikom. Poleg tega je bilo v začetku tega leta napovedano evropsko zavezništvo za čisti vodik, ki združuje vlagatelje s partnerji iz vlad, institucij in industrije.

Čeprav ti dogodki vodiku napovedujejo lepo prihodnost v svetu tovornih vozil, še vedno obstajajo številne prepreke, ki ovirajo pomembnejši doprinos vodika k boju proti podnebnim spremembam in gospodarstvu. Eno od področij, na katerih vodik veliko obeta, pa so zahtevni prevozi težkega tovora na velike razdalje, kjer ga je mogoče uporabiti kot gorivo za delovanje električnega pogonskega sklopa. To pomeni, da bi se lahko namesto zamenjave električnih tovornih vozil, ki so primernejša za distribucijo in regionalne prevoze, obe tehnologiji uporabljali skupaj za vzpostavitev bolj trajnostnega prevoznega sistema.

Glede vprašanja, ali lahko vodik nadomesti dizelski motor, je treba omeniti, da prizadevanje za bolj trajnostni promet pomeni, da bodo vozila na vodikov pogon verjetno zamenjala nekatera dizelska vozila. Zlasti ob prisotnosti jasnih poslovnih razlogov in konkurenčne prednosti.
 

Alternativna goriva: ocena prednosti in slabosti

Vodikove gorivne celice, električna tovorna vozila, biogoriva, bio-LNG ... Zdi se, da je seznam različnih alternativ dizelskemu gorivu vse daljši. Če ste prevoznik, imate morda težave pri razumevanju področja alternativnih goriv in se na njem težko znajdete. Za lažje spopadanje s to temo sem pripravil vodnik s pregledom delovanja posameznih tehnologij ter njihovih prednosti in slabosti. 

Povezani članki