Jak to działa?

Samochody zasilane wodorem stanowią innowacyjną kategorię pojazdów, wykorzystującą zaawansowane ogniwowe układy paliwowe. Wodór, pełniący funkcję nośnika energii, jest przechowywany pod znacznym ciśnieniem lub w postaci skroplonej. W ogniwach paliwowych, zwłaszcza tych opartych na technologii PEM, zachodzi elektrochemiczna reakcja pomiędzy wodorem a tlenem z powietrza. Ten proces generuje energię elektryczną, pozostawiając jako efekty uboczne, jedynie wodę i ciepło. Oznacza to, że w przeciwieństwie do EV samochody napędzane wodorem są w stanie samodzielnie produkować energię.

Tę energię, wytwarzaną w ogniwach paliwowych, wykorzystuje silnik elektryczny pojazdu, umożliwiając mu poruszanie się. Niezwykłą zaletą samochodów zasilanych wodorem jest brak emisji szkodliwych gazów w trakcie użytkowania, a jedynym rezultatem procesu jest czysta woda. Warto jednak zauważyć, że ekologiczność paliwa zależy od procesu jego produkcji, a zastosowanie odnawialnych źródeł energii może uczynić wodór bardziej przyjaznym dla środowiska.

Samochody wodorowe wyróżniają się porównywalnym zasięgiem do pojazdów z silnikami spalinowymi oraz szybkim tankowaniem, co stawia je w atrakcyjnej pozycji wobec pojazdów elektrycznych z dłuższym czasem ładowania baterii.

Europejska strategia wodorowa

Strategia Unii Europejskiej, przyjęta 9 lipca 2020 roku, dotycząca integracji systemu energetycznego i wodoru, stanowi kluczowy krok w kierunku stworzenia bardziej efektywnego i wzajemnie połączonego sektora energetycznego. Ta inicjatywa, ukierunkowana na dwie równorzędne wartości – czystszą planetę i silniejszą gospodarkę – opiera się na trzech głównych filarach.

Pierwszym z nich jest bardziej zamknięty obieg systemu energetycznego, w którym efektywność energetyczna jest priorytetem. Kolejnym filarem jest szeroko zakrojona bezpośrednia elektryfikacja sektorów zastosowań końcowych. W przypadku obszarów, gdzie elektryfikacja jest trudna, strategia promuje czyste paliwa, takie jak odnawialny wodór, zrównoważone biopaliwa i biogaz. W skoncentrowanym systemie energetycznym wykorzystanie wodoru ma kluczowe znaczenie dla dekarbonizacji przemysłu, transportu, produkcji energii i budynków w całej Europie. Wodór może stanowić źródło energii w sektorach niewłaściwych do elektryfikacji, umożliwiając jednocześnie magazynowanie energii, co przyczynia się do zrównoważenia zmiennych przepływów energetycznych ze źródeł odnawialnych.

Priorytetem Unii Europejskiej jest rozwój odnawialnych źródeł wodoru, głównie z energii wiatrowej i słonecznej. W perspektywie krótko i średnioterminowej istnieje jednak konieczność korzystania z innych niskoemisyjnych technologii wodorowych, aby szybko ograniczyć emisje i wspierać rozwój rentownego rynku. Celami strategicznymi są: do roku 2024 uruchomienie elektrolizerów o mocy 6 GW w UE, produkujących 1 milion ton wodoru z OZE; do roku 2030 uruchomienie 40 GW i wytwarzanie 10 milionów ton wodoru z OZE; do roku 2050 pełna dojrzałość technologii pozyskiwania wodoru z OZE, szczególnie w trudno elektryfikowanych branżach przemysłowych. Wodór może pełnić rolę substratu, paliwa, nośnika i magazynu energii, znalazł także zastosowanie w przemyśle, transporcie, energetyce i budownictwie. Jego kluczowe znaczenie dla neutralności emisji CO2 do 2050 roku i globalnych wysiłków na rzecz realizacji celów Porozumienia Paryskiego sprawia, że stanowi on istotny element w drodze UE do zrównoważonej energetycznie przyszłości.

Europejska infrastruktura wodorowa

Niemcy są uznawane za europejskiego lidera w dziedzinie technologii wodorowych. Wodór staje się kluczowym elementem ich strategii, rozważanym jako siła napędowa, przede wszystkim, w transporcie i dekarbonizacji przemysłu. Niemcy zaplanowali rozbudowę swojego potencjału badawczego poprzez utworzenie 20 nowoczesnych laboratoriów zajmujących się rozwojem technologii wodorowych. Na realizację tego planu przeznaczony został całkowity budżet w wysokości 100 milionów euro, a pierwszy z tych ośrodków powstał latem 2020 roku.

W celu propagowania tego źródła energii, Niemieckie Ministerstwo Gospodarki proponuje stworzenie certyfikacji technologii wodorowych na szczeblu europejskim i międzynarodowym. Plan obejmuje analizę strategii sprzedaży tych technologii oraz nawiązywanie partnerstw z krajami, które podzielają wizję zastosowania wodoru. Istotna dla postępu w tej dziedzinie jest także, przyjęta w czerwcu 2020 roku, Niemiecka Narodowa Strategia Wodorowa. Zgodnie z jej postanowieniami, do roku 2030 Niemcy zamierzają zainstalować pięć elektrolizerów o łącznej mocy 5 GW, produkujących aż 14 TWh zielonego wodoru. Plan przewiduje, że do tego czasu aż 15 procent, zużywanego u naszych zachodnich sąsiadów wodoru, pochodzić będzie z ekologicznych źródeł. Warto również wspomnieć, że za Odrą znajduje się ponad połowa wszystkich stacji tankowania wodoru (dla samochodów osobowych – 700 barów) w Europie – 87 z 164.

W dziedzinie infrastruktury wodorowej ważnym graczem jest też Norwegia – pionier tej technologii. Norwegowie rozpoczęli produkcję tego pierwiastka na dużą skalę już w 1929 roku. W 2005 roku rząd wprowadził krajową strategię wodorową, skupiając się na koordynacji badań i rozwoju. W 2009 roku zainicjowano projekt HyNor, mający na celu stworzenie prawdziwej “autostrady wodorowej”. Norweski rząd zobowiązał się do promowania produkcji, magazynowania i wykorzystywania wodoru, dążąc do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych o 80-95% do 2050 roku.

„Podium” zamykają Niderlandy, które wprowadziły swoją strategię wodorową w 2020 roku. Holendrzy są drudzy w Europie co do liczby stacji tankowania (16), co więcej w tym kraju pojawiło się wiele projektów wspierających rozwój ekosystemu wodorowego. Na przykład: HyDelta pomaga eliminować przeszkody na drodze do zwiększania skali produkcji wodoru; Hydrogen Markets analizuje rynek wodoru, żeby ułatwić lepsze zrozumienie obecnych ograniczeń i umożliwić pokonanie ich; HEAVENN projekt zakładający powstanie doliny wodorowej; NorthH2 zajmuje się rozbudową infrastruktury OZE, która będzie wspierać produkcję zielonego wodoru. To tylko parę z nich, ale śmiało można stwierdzić, że zaangażowanie Holandii w rozwój technologii wodorowych jest imponujące w skali całej Europy.

Dla zobrazowania obecnego stanu europejskiej infrastruktury wodorowej, przedstawiamy tabelę z zestawieniem, ile stacji tankowania wodorem znajduje się w danym kraju:

Stacje tankowania wodoru w Europie:

Zaznaczamy, że powyższa tabela dotyczy stacji tankowania przystosowanych do obsługi samochodów osobowych (700 barów). Stacji dostosowanych do tankowania autobusów i samochodów ciężarowych (350 barów) jest w Europie 68 i ponad drugie tyle w budowie.

Cena tankowania wodoru

Ceny tankowania wodorem w Polsce nie trzeba uśredniać, albowiem w kraju znajdują się tylko dwie publiczne stacje obsługujące wodór – na warszawskim Ursynowie i w Rybniku. Obecna stawka to 69 zł za kilogram. Już niedługo stacji będzie więcej – grupa Orlen intensywnie pracuje nad rozwojem technologii wodorowych. Ma zamiar w perspektywie kilku lat wejść do czołówki europejskich producentów wodoru. Biorąc pod uwagę cenę wodoru z dwóch stacji w Polsce i spalanie jedynego dostępnego w Polsce samochodu na wodór, czyli Toyoty Mirai (zużycie 1 kg/100 km), zestawienie kosztów przejechania 100 km, w zależności od napędu, wygląda następująco:

Ceny ładowania/tankowania:

Źródło: obliczenia własne

Choć na ten moment napęd wodorowy jest najmniej ekonomiczny to należy pamiętać, że z biegiem lat ten stosunek będzie się dynamicznie zmieniał. Na razie jest to innowacyjna i droga technologia, ale wraz z jej rozwojem i rozpowszechnieniem ceny będą maleć. Istotny wpływ ma również pochodzenie tego pierwiastka. W porównaniu z ładowaniem EV plusem jest to, że tankowanie wodorem trwa od 3 do 5 minut.

Rozwój technologii wodorowych na świecie

Na polskich drogach zobaczyć możemy jedynie dwa modele samochodów osobowych napędzanych wodorem. Pierwszym z nich jest Toyota Mirai II, jedyne dostępne na polskim rynku auto na wodór. Mirai to model z segmentu E, o mocy 182 KM i zasięgu ok. 650 km. Chcąc stać się jej właścicielem musimy zapłacić 335 tysięcy złotych (w podstawowej wersji). Drugi samochód wodorowy obecny w Polsce to Hyundai Nexo, z tym, że na naszych drogach jest ich około 40 sztuk, są sprowadzane z Niemiec i prawie wszystkie należą do Grupy Polsat, która posiada swoją prywatną stację tankowania. Auto dysponuje mocą 163 KM i kosztuje 288 tysięcy złotych (przelicznik z niemieckiego cennika).

Na świecie, w kwestii rozwoju motoryzacji wodorowej, prym wiodą Japonia i Korea Południowa. Pierwszy z wymienionych krajów ma również najlepiej rozwinięta infrastrukturę związaną z wodorem na świecie. Z rąk azjatyckich producentów wyszyły wyżej wspomniane modele, oba miały również swoich poprzedników – Toyota Mirai I i Hyundai ix35 Fuel Cell. Ponadto koreański producent w 2020 roku wypuścił na rynek model XCIENT Fuel Cell – ciężarówkę napędzaną wodorem. Swoje technologie rozwija również Honda, która w 2016 roku wypuściła model Clarity, lecz 2 lata temu wycofała się z jego produkcji.

Europa, a dokładniej niemieccy producenci, BMW i Mercedes-Benz, nie chcieli zostać w tyle i również wzięli się za opracowywanie swoich aut wodorowych.

Bawarski producent stworzył model iX5 Hydrogen, 400-konny odpowiednik modelu X5, który do sprzedaży ma trafić w 2025 roku. Mercedes w 2017 r. zaprezentował model GLC F-CELL, jednakże w 2020 roku zawiesili oni jego produkcję. Jak widać, niektóre marki, pomimo sporej inwestycji w zeroemisyjność, nie są gotowe na produkcję samochodów napędzanych wodorem lub na ten moment nie widzą w nich potencjału rynkowego. Stawiają na EV, na które popyt stale rośnie i nie zmniejszy się w następnych latach.

Obiektem badań wiodących koncernów motoryzacyjnych stają się również samochody ciężarowe i autobusy. Wodorowe ciężarówki możemy znaleźć w ofercie takich producentów jak: Scania, Hyundai, Toyota i Iveco. Jeśli chodzi o autobusy, możemy je już spotkać, chociażby na ulicach polskich miast. Produkuje je Solaris (hiszpańska Grupa CAF), dokładniej chodzi o model Urbino 12 Hydrogen. Niedługo na rynku ma zadebiutować druga marka autobusów wodorowych z naszego kraju – NesoBus – produkowana przez Grupę Polsat Plus i koncern ZE PAK.

Co stoi na przeszkodzie?

Rozwój technologii związanej z samochodami napędzanymi wodorem jest problematyczny z kilku przyczyn. Pierwszym problemem jest brak odpowiedniej infrastruktury do tankowania tego typu samochodów. Choć pracę nad rozpowszechnieniem jej trwają, to jest to zadanie na lata, a jak na razie, w wielu krajach potencjalni klienci często nie mieliby gdzie tankować swoich aut. Co więcej, jest to proces kosztowny, tak jak stworzenie sieci produkcji, dystrybucji i magazynowania wodoru.

– Nasz kraj jest o jakieś cztery lata zapóźniony w stosunku do Zachodu, gdzie instalacje wodorowe zaczynają powstawać jak przysłowiowe grzyby po deszczu. Cykl powstawania takiej instalacji – od pomysłu do wybudowania – trwa jakieś 4-5 lat. W Polsce tak na serio zajęliśmy się wodorem dopiero rok temu, więc na szerszą obecność takich instalacji trzeba poczekać mniej więcej do 2025 roku. W latach 2025-2028 można spodziewać się szerokiego upowszechniania takich punktów – tłumaczy Tomoho Umeda, wykładający zarządzanie technologiami wodorowymi na studiach MBA Collegium Humanum.

Produkcja wodoru obecnie opiera się w znacznej mierze na paliwach kopalnych (tzw. szary wodór), co negatywnie wpływa na środowisko i jest kosztowne energetycznie. Idąc dalej, wodór jest łatwopalny i jego małe cząsteczki mogą przenikać przez pewne materiały, co stawia wyzwania związane z bezpieczeństwem zarówno podczas produkcji, jak i eksploatacji pojazdów. Dodajmy, że obecnie dużo bardziej ekonomicznym i podobnie ekologicznym rozwiązaniem są samochody elektryczne, infrastruktura związana z EV i sama oferta oraz specyfika pojazdów, o wiele bardziej odpowiadają potrzebom klientów na całym świecie.

Są też pozytywy.  Co nam da rozwój technologii wodorowej i jakie stoją przed nią szanse? Ta technologia może zdobyć popularność, zwłaszcza w segmencie pojazdów ciężarowych i autobusów. Lecz dzięki sporemu zasięgowi, samochody na wodór mogą również być atrakcyjne dla kierowców aut osobowych, zwłaszcza tych pokonujących długie trasy. Jest to innowacyjne rozwiązanie, z uwagi na fakt, że są to samochody zeroemisyjne, do których paliwo będzie pozyskiwane w bardziej ekologiczny sposób niż prąd do napędzania EV. Równocześnie eliminują wiele problemów związanych z pojazdami elektrycznymi, takich jak ograniczony zasięg, długi czas ładowania czy utylizacja/recykling akumulatorów.

– Wodór jest brakującym elementem układanki zeroemisyjnej mobilności, ponieważ jedna technologia nie wystarczy, aby umożliwić neutralną dla klimatu mobilność na całym świecie – stwierdził Oliver Zipse, prezes zarządu BMW AG

Samochody z napędem wodorowym, przy odpowiednim zarządzaniu rozwojem i znaczącym inwestycjom, mogą kształtować przyszłość motoryzacji i razem z pojazdami elektrycznymi stanowić spójną całość rynku motoryzacyjnego.

Maksym Berger