Bosch: Mobilita budoucnosti potřebuje palivové články

Stuttgart, Německo – Elektromobilita nabírá na obrátkách. Stává se důležitým stavebním kamenem pro snížení CO₂ emisí z dopravy. Jak ekonomické je však provozování těžkých nákladních vozidel se 40 tunami zatížení na velké vzdálenosti pomocí čistě bateriové elektrické energie? Vzhledem k hmotnosti baterie, dlouhým dobám nabíjení a omezenému dojezdu není elektrický pohon s aktuální technologií baterií pro těžká užitková vozidla první volbou. V blízké budoucnosti však budou 40tunové nákladní automobily schopné ujet tisíc kilometrů čistě elektricky. Klíčem k tomu je pohon na palivový článek od společnosti Bosch. Ten umožňuje s využitím obnovitelně vyráběného vodíku klimaticky neutrální přepravu zboží. Bosch od počátku vyvíjí pohon s palivovými články především se zaměřením na nákladní automobily a plánuje zahájit sériovou výrobu v letech 2022/23. Na základě užitkových vozidel budou pohony s palivovými články od společnosti Bosch v budoucnu stále častěji využívány i v osobních automobilech a z dobrých důvodů budou nedílnou součástí portfolia pohonů budoucnosti.

Sedm důvodů, proč jsou palivové články a vodík klíčovými stavebními kameny pro budoucí mobilitu:

1) Klimatická neutralita

Vodík (H₂) reaguje v palivovém článku s kyslíkem (O₂) z okolního vzduchu. Vodík se přeměňuje na elektrickou energii, která se používá k pohonu. Kromě toho vzniká teplo a čistá voda (H₂O). H₂ se získává pomocí takzvané elektrolýzy, při které se voda elektřinou štěpí na vodík a kyslík. Pokud se k tomu použije elektřina z obnovitelných zdrojů, pohon na palivový článek funguje zcela klimaticky neutrálně. Jeho CO₂ bilance, celkové CO₂ emise pro výrobu, provoz a likvidaci, je lepší pro velká a těžká vozidla než u čistě bateriového elektrického pohonu. U vozidel s palivovými články postačuje kromě nádrže na vodík jako záložní/akumulační zařízení také podstatně menší baterie. To zásadně snižuje CO₂ stopu výroby. „Palivový článek ukazuje své přednosti právě v těch oblastech, ve kterých mu bateriový elektrický pohon nemůže konkurovat,“ vysvětluje Dr. Uwe Gackstatter, ředitel divize Bosch Powertrain Solutions. „Palivové články a baterie si proto nekonkurují, ale dokonale se doplňují.“

2) Možnost použití

Vodík má vysokou energetickou hustotu. Jeden kilogram vodíku obsahuje tolik energie jako 3,3 litru nafty. Automobil potřebuje asi jeden kilogram na 100 kilometrů, 40tunový nákladní vůz potřebuje přibližně sedm kilogramů. Pokud je nádrž prázdná, je možné ji stejně jako u naftového nebo benzínového motoru, za několik minut vodíkem doplnit a pokračovat v cestě. „Palivový článek je první volbou pro každodenní velký počet kilometrů a větší zátěž,“ shrnuje výhody Gackstatter. V projektu financovaném EU H2Haul Bosch s dalšími společnostmi v současné době buduje a na silnice připravuje malou flotilu nákladních vozidel na palivové články. Kromě mobilních aplikací společnost Bosch vyvíjí stacky palivových článků pro stacionární aplikace s technologií SOFC (palivový článek na bázi tuhých oxidů). Tato technologie má být používána mimo jiné ve formě malých decentralizovaných elektráren ve městech, továrnách, datových centrech a při provozu nabíjecích stanic pro elektromobily. Za účelem dosažení cílů ochrany klimatu z Paříže bude vodík v budoucnu pohánět nejen automobily a užitková vozidla, ale také vlaky, letadla a lodě. Energetický a ocelářský průmysl také s vodíkem počítá.

3) Účinnost

Jedním z rozhodujících faktorů při určování, zda je pohon šetrný ke klimatu a ekonomický, je jeho účinnost. U vozidel s palivovými články je zhruba o čtvrtinu vyšší než u vozidel se spalovacími motory. Možnost rekuperace brzdné energie tuto účinnost dále zvyšuje. Bateriová elektrická vozidla, která mohou ukládat elektřinu přímo ve vozidle a používat ji k pohonu, fungují ještě efektivněji. Jelikož se výroba energie a poptávka po energii časově a prostorově ne vždy shodují, zůstává elektřina z větrných a solárních systémů nevyužita, protože nenajde odběratele a nelze ji uskladnit. A zde přichází ke slovu vodík. Pomocí přebytečné elektřiny může být vyráběn decentrálně, flexibilně skladován a přepravován.

4) Náklady

S rozvojem větších výrobních kapacit a klesajícími cenami elektřiny z obnovitelných zdrojů se náklady na výrobu zeleného vodíku výrazně sníží. Hydrogen Council, sdružení více než 90 mezinárodních společností, očekává, že se náklady u řady vodíkových aplikací v příštích deseti letech sníží na polovinu – a stanou se tedy konkurenceschopnými ve srovnání s jinými technologiemi. Společnost Bosch v současné době vyvíjí pro uvedení na trh stack, srdce palivového článku, společně se startupovou společností Powercell a poté jej bude vyrábět sériově. Cílem je vysoce výkonné řešení, které lze levně vyrobit. „Ve střednědobém horizontu nebude používání vozidla s palivovým článkem dražší než u konvenčního pohonu“, říká Gackstatter.

5) Infrastruktura

Současná síť vodíkových čerpacích stanic ještě není široce dostupná. Zhruba 180 čerpacích stanic na vodík v Evropě stačí na některé důležité dopravní trasy. S cílem podpořit další expanzi spolupracují společnosti v mnoha zemích, často s podporou státních dotací. I v Německu uznali politici roli vodíku jako důležitou cestu defosilizace a zakotvili ji v Národní vodíkové strategii. Například společný podnik H2 Mobility vybuduje do konce roku 2020 v Německu zhruba 100 volně přístupných čerpacích stanic a v rámci projektu financovaného EU H2Haul vzniknou nejen nákladní vozy, ale také čerpací stanice potřebné na plánovaných trasách. Existují také rozsáhlé programy financování v Japonsku, Číně a Jižní Korei.

6) Bezpečnost

Používání plynného vodíku ve vozidlech je bezpečné a není nebezpečnější než jiná paliva nebo baterie. Neexistuje zvýšené riziko výbuchu kvůli vodíkovým nádržím. H₂ ve spojení s kyslíkem sice hoří a nad určitý poměr je směs také výbušná. Vodík je ale asi 14krát lehčí než vzduch, a proto extrémně těkavý. Pokud by H₂ například unikal z nádrže vozidla, tak stoupá rychleji, než se dokáže spojit s okolním kyslíkem. Při požární zkoušce provedené americkými vědci v roce 2003 sice auto s palivovými články zahořelo tryskovým plamenem, ten ale opět rychle zhasl. Vozidlo zůstalo z velké části nepoškozené.

7) Aktuálně

Výroba vodíku je ověřená a technologicky zvládnutelná. Při dostatečné poptávce lze proto rychle zvýšit produkci. Kromě toho palivový článek nyní dosáhl technologické vyspělosti pro industrializaci a široké použití. Vzhledem k odpovídajícím investicím a politické vůli se podle Hydrogen Council může vodíková ekonomika v příštích deseti letech stát konkurenceschopnou. „Nastal čas vstoupit do vodíkové ekonomiky“, říká Gackstatter.