Bosch: Mobilita budúcnosti potrebuje palivové články

Stuttgart, Nemecko – Elektromobilita naberá na obrátkach. Stáva sa dôležitým stavebným kameňom na zníženie CO₂ emisií z dopravy. Ako ekonomické je ale prevádzkovanie ťažkých nákladných vozidiel so 40 tonami zaťaženia na veľké vzdialenosti pomocou čisto batériovej elektrickej energie? Vzhľadom na hmotnosť batérie, dlhým dobám nabíjania a obmedzenému dojazdu nie je elektrický pohon s aktuálnou technológiou batérií pre ťažké úžitkové vozidlá prvou voľbou. V blízkej budúcnosti však budú 40 tonové nákladné automobily schopné zájsť tisíc kilometrov čisto elektronicky. Kľúčom k tomu je pohon na palivový článok od spoločnosti Bosch. Ten umožňuje s využitím obnoviteľne vyrábaného vodíka klimaticky neutrálnu prepravu tovarov. Bosch od počiatku vyvíja pohon s palivovými článkami predovšetkým so zameraním na nákladné automobily a plánuje zahájiť sériovú výrobu v rokoch 2022/23. Na základe úžitkových vozidiel budú pohony s palivovými článkami od spoločnosti Bosch v budúcnosti stále častejšie využívané aj v osobných automobiloch a z dobrých dôvodov budú neoddeliteľnou súčasťou portfólia pohonov budúcnosti.

Sedem dôvodov, prečo sú palivové články a vodík kľúčovými stavebnými kameňmi pre budúcu mobilitu:

1) Klimatická neutralita

Vodík (H₂) reaguje v palivovom článku s kyslíkom (O₂) z okolitého vzduchu. Vodík sa premieňa na elektrickú energiu, ktorá sa používa na pohon. Okrem toho vzniká teplo a čistá voda (H₂O). H₂ sa získava pomocou takzvanej elektrolýzy, pri ktorej sa voda elektrinou štiepi na vodík a kyslík. Ak sa na to použije elektrina z obnoviteľných zdrojov, pohon na palivový článok funguje úplne klimaticky neutrálne. Jeho CO₂ bilancia, celkové CO₂ emisie na výrobu, prevádzku a likvidáciu, je lepšia pre veľké a ťažké vozidlá než pri čisto batériovom elektrickom pohone. Pri vozidlách s palivovými článkami postačuje okrem nádrže na vodík ako záložné/akumulačné zariadenie taktiež podstatne menšia batéria. To zásadne znižuje CO₂ stopu výroby. „Palivový článok ukazuje svoje prednosti práve v tých oblastiach, v ktorých mu batériový elektrický pohon nemôže konkurovať,“ vysvetľuje Dr. Uwe Gackstatter, riaditeľ divízie Bosch Powertrain Solutions. „Palivové články a batérie si preto nekonkurujú, ale dokonalo sa dopĺňajú.“

2) Možnosti použitia

Vodík má vysokú energetickú hustotu. Jeden kilogram vodíka obsahuje toľko energie ako 3,3 litra nafty. Automobil potrebuje asi jeden kilogram na 100 kilometrov, 40 tonové nákladné vozidlo potrebuje približne sedem kilogramov. Ak je nádrž prázdna, je možné ju, rovnako ako pri naftovom alebo benzínovom motore, za niekoľko minút vodíkom doplniť a pokračovať v ceste. „Palivový článok je prvou voľbou pre každodenný veľký počet kilometrov a väčšiu záťaž,“ sumarizuje výhody Gackstatter. V projekte financovanom EÚ H2Haul Bosch s ďalšími spoločnosťami v súčasnej dobe buduje a na cesty pripravuje malú flotilu nákladných vozidiel na palivové články. Okrem mobilných aplikácií spoločnosť Bosch vyvíja stacky palivových článkov do stacionárnych aplikácií s technológiou SOFC (palivový článok na báze tuhých oxidov). Táto technológia má byť používaná okrem iného vo forme malých decentralizovaných elektrární v mestách, továrňach, dátových centrách a pri prevádzke nabíjacích staníc pre elektromobily. Za účelom dosiahnutia cieľov ochrany klímy z Paríža bude vodík v budúcnosti poháňať nielen automobily a úžitkové vozidlá, ale taktiež vlaky, lietadlá a lode. Energetický a oceliarsky priemysel taktiež počíta s vodíkom.

3) Účinnost

Jedným z rozhodujúcich faktorov pri určovaní, či je pohon šetrný ku klíme a ekonomický, je jeho účinnosť. Pri vozidlách s palivovými článkami je zhruba o štvrtinu vyššia než pri vozidlách so spaľovacími motormi. Možnosť rekuperácie brzdnej energie túto účinnosť ďalej zvyšuje. Batériové elektrické vozidlá, ktoré môžu ukladať elektrinu priamo vo vozidle a používať ju na pohon, fungujú ešte efektívnejšie. Keďže sa výroba energie a dopyt po energii časovo a priestorovo nie vždy zhodujú, zostáva elektrina z veterných a solárnych systémov nevyužitá, pretože nenájde odberateľa a nie je možné ju uskladniť. A tu vstupuje do hry vodík. Pomocou prebytočnej elektriny môže byť vyrábaný decentralizovane, flexibilne skladovaný a prepravovaný.

4) Náklady

S rozvojom väčších výrobných kapacít a klesajúcimi cenami elektriny z obnoviteľných zdrojov sa náklady na výrobu zeleného vodíka výrazne znížia. Hydrogen Council, združenie viac ako 90 medzinárodných spoločností, očakáva, že sa náklady pri mnohých vodíkových aplikáciách v nasledujúcich desiatich rokoch znížia na polovicu – a stanú sa teda konkurencieschopnými v porovnaní s inými technológiami. Spoločnosť Bosch v súčasnej dobe vyvíja na uvedenie na trh stack, srdce palivového článku, spoločne so startupovou spoločnosťou Powercell, a potom ho bude vyrábať sériovo. Cieľom je vysoko výkonné riešenie, ktoré je možné lacno vyrobiť. „V strednodobom horizonte nebude používanie vozidla s palivovým článkom drahšie než pri konvenčnom pohone,“ hovorí Gackstatter.

5) Infraštruktúra

Súčasná sieť vodíkových čerpacích staníc ešte nie je široko dostupná. Zhruba 180 čerpacích staníc na vodík v Európe stačí na niektoré dôležité dopravné trasy. S cieľom podporiť ďalšiu expanziu spolupracujú spoločnosti v mnohých krajinách, často s podporou štátnych dotácií. Aj v Nemecku uznali politici rolu vodíka ako dôležitú cestu defosilizácie a zakotvili ju v Národnej vodíkovej stratégii. Napríklad spoločný podnik H₂ Mobility vybuduje do konca roka 2020 v Nemecku zhruba 100 voľne prístupných čerpacích staníc a v rámci projektu financovaného EÚ H2Haul vzniknú nielen nákladné vozidlá, ale aj čerpacie stanice potrebné na plánovaných trasách. Existujú taktiež rozsiahle programy financovania v Japonsku, Číne a Južnej Kórei.

6) Bezpečnost

Používanie plynného vodíka vo vozidlách je bezpečné a nie je nebezpečnejšie než iné palivá alebo batérie. Neexistuje zvýšené riziko výbuchu kvôli vodíkovým nádržiam. H₂ v spojení s kyslíkom síce horí a nad určitý pomer je zmes aj výbušná. Vodík je ale asi 14krát ľahší ako vzduch, a preto extrémne prchavý. Ak by H₂ napríklad unikal z nádrže vozidla, tak stúpa rýchlejšie, ako sa dokáže spojiť s okolitým kyslíkom. Pri požiarnej skúške vykonanej americkými vedcami v roku 2003 síce auto s palivovými článkami zahorelo tryskovým plameňom, ten ale opäť rýchlo zhasol. Vozidlo zostalo z veľkej časti nepoškodené.

7) Aktuálne

Výroba vodíka je overená a technologicky zvládnuteľná. Pri dostatočnom dopyte je preto možné rýchlo zvýšiť produkciu. Okrem toho palivový článok teraz dosiahol technologickú vyspelosť na industrializáciu a široké použitie. Vzhľadom na príslušné investície a politickú vôľu sa podľa Hydrogen Council môže vodíková ekonomika v nasledujúcich desiatich rokoch stať konkurencieschopnou. „Nastal čas vstúpiť do vodíkovej ekonomiky,“ hovorí Gackstatter.