Analiza: Koliko daleko je era vodonika?

Nisu retke diskusije na temu izbora „pravog“ energenta budućnosti, dok se posebno ljubitelji automobilizma susreću s različitim mišljenjima o tome koja je tehnologija podesnija u industriji, BEV ili FCEV. Nemački sajt EFAHRER.com je ovjavio veoma poučan tekst o vodoničnim gorivnim ćelijama, objašnjavajuću zašto ta tehnologija nema nikakve šanse naspram baterijske.

Prethodnih nedelja je u Nemačkoj bilo aktuelno pojavljivanje televizijskih komičara Ditera Nura, Marija Barta i Monike Gruber, koji su svi izabrale električne automobile koji im pružaju stalni osećaj ushićenja.. Nedavno je i cenjeni mislilac i filozof Ričard David Preht zauzeo jasnu poziciju protiv litijumskih baterija u automobilima, objašnjavajući da je promocija ove tehnologije nakaradna zbog toga što je materijal koji se koriti u izradi baterija teško dostupan, i da će u roku od deset godina, „vodonični automobili biti aktuelni“.

Prehtove kritike na račun baterijske tehnologije i nisu bile baš utemeljene. Najpre je pogrešno naveo da se rudnici litijuma nalaze u Peruu i da je sam iskop vršen pod neljudskim uslovima, što se može reći za druge sirovine, ne i za sam litijum. Činjenica je da je posebno problematična proizvodnja kobalta koja se odigrava u Kongu, ali taj kobalt se isto tako koristi u svim elektronskim spravicama, a ne samo u elektromobilima.

Ali, da li je tačna njegova tvrdnja da će ulice biti pune vodoničnih automobila za samo deset godina? I, ima li smisla uopšte investirati u mrežu stanica za dopunu komprimovanim vodonikom?

Vodonik – odličan nosilac energije

Ovde nema nikakve sumnje: vodonik je zaista izvanredan nosilac energije. Da biste proizveli vodonik, potrebna vam je voda i struja. Vodonik se može koristiti u motorima s unutrašnjim sagorevanjem, ali i u gorivnim ćelijama, a tada je jedini nus proizvod čista voda.

Uz spoznaju svih ranije pobrojanih kriterijuma, najmanje što se može reći za vodoničnu tehnologiju jeste to da ona budi nadu da smo pronašli idealan obnovljivi izvor energije koji se može generisati uz pomoć energije vetra ili Sunca. Automobil može prevaliti i više od 400 kilometara sa samo pet kilograma vodonika u rezervoaru, tačnije cilindru. Za dopunu te količine goriva je potrebno iskazati strpljenje u trajanju od pet do deset minuta, što je beznačajno duže od dolivanja benzina ili dizela u rezervoar konvencionalnog automobila.

Kina, Koreja i Japan veoma cene ove prednosti koje nudi vodonik i stalno stimulišu istraživačke projekte. Pride, države s istoka koje su snažno oslonjene na zapadni svet, odnosno Japan i Južna Koreja se ozbiljno oslanjaju na vodonik kao energent za automobile i komercijalna vozila, ali se za proizvodnju oslanjaju na rasformiranje gasa i nuklearnu energiju. Znamo da se ovi procesi teško mogu nazvati ekološki podobnim. Kako bi se oslobodili zavisnosti od uvozne nafte, prihvataju visoke cene goriva. S druge strane, čini se da Nemci polako gube entuzijazam za vodoničnom tehnologijom.

Nemački proizvođači bez konkurentnih proizvoda

Niti jedan nemački proizvođač razvija bilo kakav vodonični model. Mercedes GLC F-Cell je bio jedini model u ponudi, ali ni on za pojedinačne kupce. Daimleru je u početku zanimljivim izgledao hibrid koji kombinuje vodoničnu tehnologiju s konceptom dopune na punjačima, ali su i oni odustali od ideje prošle godine i ukinuli finansiranje u tom smeru. S druge strane, Toyota stremi tome da gorivne ćelije učini podesnim za široku upotrebu i nudi novu generaciju Miraija, u nadi da će postići prodaju koja se meri stotinama hiljada isporuka. Pa ipak, i sama Toyota razvija alternativno rešenjeu vidu baterija u čvrstom stanju.

Hyundai je postavio ambiciozne ciljeve koje želi da dostigne do 2030. godine, a oni predviđaju godišnju proizvodnju od 700 hiljada vodoničnih gorivnih ćelija. Namenu pronalaze u putničkim automobilima, kamionima, ostalim komercijalnim vozilima, pa čak sanjaju i o vodoničnim avionima i brodovima. Ipak, Hyundai za sada, to jest do sada nije uspeo da animira ni stotinu kupaca u Nemačkoj za svoj model iz segmenta FCEV. Pričamo o krosoveru Hyundai Nexo.

Germanski proizvođači mašu jedino prototipovima

Zašto nemačka automobilska industrija okleva s invazijom na vodonik kao energent? Zašto je nakon prikazivanja vodoničnog modela Mercedes F100, što se dogodilo u Frankfurtu na sajmu, još 1991. godine, trebalo toliko vremena da prođe da bi se pojavio serijski model, a pride, njega nema čak ni u najavi. Slična priča je i sa projektom Hydrogen 7 koji je svojevremeno pokrenuo BMW, a koji je podrazumevao sagorevanje vodonika u SUS motorima.

Pre svega, tehnologija gorivnih ćelija je danas izrazito skupa. Da bi se sklopili moderni vodonični automobili, proizvođači moraju da pokriju cenu koštanja koja doseže petocfrene brojke, izraženo u evrima. Delimično je to tako i zahvaljujući neophodnim dragocenim metalima, pri čemu se ističe platina. Iako je sam proces koji se odigrava u gorivnoj ćeliji a čija rezultatanta su električna energija i čista voda, možda sasvim prost, dotle industrijski proizvod kakav su gorivne ćelije, to svakako nije. Ako se želi postići, a nužda je, da gorivne ćelije mogu da izdrže ledene temperature, posledično nastajuća voda mora biti izbačena iz sistema. Kako bi se reakcija podstakla, ćeliju treba prethodno zagrejati. Tokom samog rada, opet nužno je hlađenje jer se tokom same reakcije oslobađa velika toplota.

Usisani vazduh se mora pročistiti veoma temeljno. Bilo kakva nečistoća ili čestice prašine bi mogle da završe na ćelijskim membranama i da posledično, posmatrano dugoročno, nanesu štetu performansama. Čak i kada je vazduh filtriran, ograničavajući faktor je životni vek membrane.

Upravljanje snagom gorivne ćelije je složeno i relativno sporo. Potrebne su sekunde da prođu od momenta pritiska na papučicu gasa do trenutka u kom će se pogonski sklop odazvati. Zato je vodonično automobilu potrebna baterija u kojoj bi se lagerovala električna energija, a njena namena bi bila i u smislu obezbeđenja energije za predgrejanje vozila prilikom prvog starta.

Kada razmatramo situaciju s baterijama, tu smo načisto. U vodoničnom automobilu, sve komponente koje sadrži bilo koji elektromobil su takođe tu, pa čak i baterija, koja je doduše mala, sa kapacitetom svega par kilovat sati. Daimler se tu poneo mudro, dizajnirajući pomenuti GLC F-Cell kao plug-in hibrid, što bi značilo da je baterija dovoljno kapacitativna da izdrži 50 kilometara vožnje s jednom dopunom, uz mogućnost priključka na kućnu utičnicu, dok bi se gorivne ćelije koristile samo za duža putovanja. Dotle bi bile potpuno neaktivne.

Sve opisane tehničke vratolomije kod vodoničnih automobila znače da oni nikako ne mogu biti pristupačniji od čisto električnih automobila s litijum-jonskim baterijama. Dodatno, rezervoari (cilindri) su složeni, teški i skupi. Molekuli vodonika su toliko mali da lako mogu da penetriraju konvencionalne materijale. Običan čelik postaje krt i lomljiv u dodiru s vodonikom jer on ulazi u metalne rešetke. Zbog te činjenice, rezervoari aktuelnih modela iz FCEV segmenta bivaju obloženi materijalom osposobljenim da sačuva deponovani vodonik.

Ali, to i nije jedina nekonvencionalna stavka koju treba izreći pri pomenu rezervoara za vodonik. Pune se pod pritiskom od 700 bara, što je praktično jedini način da se u njih uglavi pet kilograma vodonika. Pride, zapremina rezervoara Toyote Mirai, kao karakterističnog primera, iznosi više od stotinu litara. Možete i sami pretpostaviti koje su debljine rezervaori da bi izdržali tako veliki pritisak. Pošto su dodatno da kažemo i izrađeni od laganih materijala, njihova cena mora biti astronomska, zar ne?

Transport i lagerovanje su zahtevni u smislu utroška energije

Pritisak i zapremina su veliki problemi inherentni vodoniku, ali nisu vezani samo za rezervoar i deponovanje istog. Evo nekoliko primera. Pri normalnom atmosferskom pritisku, jedan kilogram vodonika poseduje zapreminu veću od jedanaest kubnih metara, pri čemu treba biti fer i reći da jedan kg vodonika jeste dovoljan da Hyundai Nexo ili Toyota Mirai prevale i do 80 ili 100 kilometara.

Zbog toga nije moguće transportovati vodonik korišćenjem postojećih gasovoda. Gas bi iscureo na svakom ventilu, a pride bi čelik od kog su cevi izrađene ostao oštećen. Dakle, vodonik mora biti transportovan drumskim putem do stanica za dopunu. Veliki šleperi-cisterne zapremine 36 kubnih metara primaju 27 tona benzina. Pri pritisku od 700 bara, u tu zapreminu smestite samo dve tone vodonika. Avaj, cisterna te veličine nije u stanju da se nosi s takvim pritiskom.

Preduzeće koje posluje i u Srbiji i specijalizovano je za razne vrste gasova, Linde nudi isporuku vodonika u tečnoj formi, odnosno u tečnom stanju. Ono što je lako i praktično s ukapanim gasom (kakav je u upaljaču), izrazito je kompleksno kod vodonika.

Tačka ključanja je na -252 stepena Celzijusa, što znači da proces ukapavanja zahteva veoma moćne rashladne sisteme koji sledstveno troše ogromne količine energije. Zato što je jedan litar tečnog vodonika i dalje ekstremno lagan, pa teži samo 70,8 grama. manje od 2,6 tona istog stane u veliku cisternu. Cisterna za tečni vodonik ne mora da trpi nikakav pritisak, ali mora biti izvanredno izolovana, što opet ide na teret raspoložive zapremine iste. Pride, vodonik mora biti dopremljen brzo zbog isparavanja istog. Cisterne koje transportuju tečni vodonik, na odredište nikada ne dolaze pune, čak iako su tako krenule s početne tačke.

Veoma spora dopuna na preskupim stanicama – pumpama

Visok pritisak stvara dodatne probleme i prilikom dopune rezervoara. Vodonik pod visokim pritiskom se do automobila doprema putem creva i pištolja. Javljaju se velike razlike u pritisku, što znači da se pištolj hladi, a zavisno od pritiska i smrzava. Pre druge dopune, pumpa za gorivo prvo mora uspostaviti odgovarajući visok pritisak, dok se pištolj mora odmrznuti. Takav sistem dopune, koji je veoma skup i košta oko milion evra po mestu za dopunu, nije u stanju da opsluži više od šest automobila za sat vremena.

Suštinski problem s efikasnošću

Sve dosada pobrojana manjkavosti vodonika kao energenta su od uticaja na ekonomsku isplativost korišćenja istog. Ali, ima tu još jedan momenat koji je izrazito protiv vodoničnih automobila. Jednom prilikom je tokom održavanja foruma o elektromobilnsti, ekspert iz ove oblasti Mihael Bušer iz firme EnBW demonstrirao kakav problem vodonik ima s efikasnošću.

Dok je eletkrični automobil koji primenjuje baterijsku tehnologiju u stanju da konvertuje više od 75% električne energije koja je generisana od strane vetrenjača ili fotovoltnih sistema, lanac koji podrazumeva prvo proizvodnju vodonika putem elektrolize, zatim stvaranje pritiska i transport vodonika, uz sve ostale nužne potprocese, u najboljem slučaju se konvertuje najviše 25 do 30% električne energije.

Drugim rečima, to znači da je potrebno najmanje trostuko više struje da bi se prevalio jedan kilometar vodoničnim u odnosu na baterijski automobil. Ili, tri puta više energije vetra ili Sunčeve energije se potroši za kilometar vožnje automobila s FCEV tehnologijom. “Iako čovek na ulici očekuje vodonik, tehnoloogija je toliko inferiorna u odnosu na onu koju koriste baterijski automobili“, tvrdi Bušer.

Povrh svega, bilo kakava dalja prerada vodonika u takozvana sintetička goriva (eFuels) samo dodatno pogoršava stvari. Za ovu namenu je nužno odvojiti ugljen-dioksid iz vazduha, za šta se troši ogromna količina energije, što značajno pogoršava sliku o energetskoj efikasnosti.

Ugljen-dioksid se obrađuje s vodonikom kako bi se dobio metan ili metanol, i dalje u dugočlane ugljovodonike, kakvi su oni koje pronalazimo u benzinu ili dizelu. Korišćenje sintetičkih goriva u motorima s unutrašnjim sagorevanjem pokazuje istu onu očajnu energetsku efikasnost koja karakteriše benzin ili naftu (između 25 i 30%). Naposletku, 13% električne energije koju smo upotrebili u procesu stvaranja goriva, prenese se na drum. BMW je pokušao da sagori vodonik direktno u motoru s unutrašnjim sagorevanjem. Rezultat je bio još više poražavajuć.

Baterije se razvijaju brže od gorivnih ćelija

Naravno, razvoj vodoničnih gorivnih ćelija se nastavlja. Dolazi do unapređenja efikasnosti sistema, što će umanjiti potrebu za korišćenjem energije iz baterije u vodoničnim vozilima. Međutim, ostaje problem transporta i dodatnog utroška energije koji je za to potreban. To je nešto što je nepromenjivo, a čega su svesni i nemački proizvođači koji su decenijama koketirali s ovom tehnologijom. Ovde mislimo na Daimler i BMW.

Najveći neprijatelj gorivnih ćelija u vozilima su ipak baterije, odnosno tehnologija baterija koja raste i razvija se mnogo brže nego što to može vodonična tehnologija. Ričard David Preht definitivno greši.

Vodonik je za upotrebu u jednom mestu

Vodonik može i mora da ima potpuno drugačiju namenu. Na primer, gas koji nastaje prekomernom proizvodnjom električne energije iz obnovljivih izvora može biti korišćen direktno za topljenje čelika, gde može zameniti ugalj.

Potencijal za smanjenje emisije CO2 po kilogramu upotrebljenog vodonika je mnogo veći nego kod gorivnih ćelija u automobilima. Sličan proces je moguće oformiti i u industriji za proizvodnju cementa. Naposletku, možda bi više smisla imalo i da se vodonik troši na mestima gde se proizvodi, i da se njime dopunjuje elektroenergetski sistem. U kontekstu takve upotrebe, efikasnost vodonika je ekstremno bolja nego u vozilima. Vodonik zaista može da bude dobro indirektno pogonsko gorivo za baterijske automobile.

AutoRepublika

Izvor: efahrer.chip.de

(1778)