Trucks

×

Vodíkové palivové články: Odpovědi na všechny vaše otázky

| 12 min.
Kolem vodíku a toho, zda by mohl v budoucnu nahradit naftu, je hodně rozruchu. Jak ale tato technologie funguje? Jaké jsou výhody a nevýhody vodíku? Jak si stojí proti elektrickým nákladním vozidlům? Zde jsou odpovědi na některé z nejčastějších otázek týkajících se vodíkových palivových článků.

Co je vodík a proč je kolem něj tolik rozruchu?

Vodík je chemický prvek, který je součástí mnoha přirozeně se vyskytujících sloučenin, včetně vody. Vodík (H2) používaný ve vozidlech je plyn bez zápachu a běžně se vyrábí extrakcí vodíku z vody nebo zemního plynu.

Ačkoli se zdá, že vodík je hitem současnosti, vodíková technologie není nic nového. Ve skutečnosti se vodík používá již dlouhou dobu k pohonu kosmických lodí. Ale díky tlaku na dekarbonizaci dopravního průmyslu, klesajícím nákladům na obnovitelné zdroje a podrobnějším strategiím vlád po celém světě je viditelný zájem na dalším rozvoji této technologie.
 

Jak se vyrábí vodíkové palivo?

Parní reformování metanu, nebo SMR, je nejběžnější způsob výroby vodíku ve velkých průmyslových měřítcích. V tomto procesu metan v zemním plynu reaguje s párou za vzniku vodíku a oxidu uhelnatého. Oxid uhelnatý podléhá dalším reakcím, při kterých vzniká více vodíku. Vodík se také může získávat z vody procesem tzv. elektrolýzy, při které se voda pomocí elektřiny štěpí na vodík a kyslík.

Existují také další způsoby získávání vodíku. Patří k nim i zplyňování biomasy, kdy se rostlinná hmota zahřívá a reaguje za vzniku vodíku a oxidu uhličitého. Dále je to například fermentace, kdy určité typy bakterií vytvářejí vodík jako součást svého metabolismu. Vodík lze také vyrábět štěpením vody v solárních článcích ponořených ve vodě.  
 

Jak se vodíkové palivo distribuuje?

Ačkoli je možné distribuovat vodík potrubím používaným pro zemní plyn, většina vodíku používaného jako palivo se dnes vyrábí ve velkých závodech a poté se přepravuje speciálními přívěsy na kapalný vodík. Vodík lze také vyrábět na čerpacích stanicích prostřednictvím metody SMR nebo elektrolýzy. Tento přístup je však obecně nákladný a méně účinný.
 

Jak funguje vodíkový palivový článek?

Vozidlo s palivovými články funguje trochu jako motor s vnitřním spalováním. Systém ale vodík nespaluje – čerpá jej z tlakové nádrže a slučuje s kyslíkem, čímž vyrábí elektřinu pro pohon elektromotoru. Proces probíhá v palivovém článku PEM (membrána s polymerovým elektrolytem) složeném ze sad tenkých desek, oddělených membránami.

Jak se využívá vodík v nákladních vozidlech?

Vodík lze používat jako palivo pro spalovací motor, který je podobný motoru na stlačený zemní plyn (CNG). Dalším řešením je použití vodíku v palivovém článku, který vyrábí elektřinu pro pohon vozidla. Vodík lze také použít jako pomocný palivový článek pro prodloužení dojezdu u elektromobilu poháněného akumulátory.
 

Jaké jsou výhody vodíkového paliva?

Když se vodík používá k pohonu palivového článku, jedinými vedlejšími produkty jsou voda a teplo – žádné znečišťující látky nebo skleníkové plyny. V závislosti na způsobu výroby může být vodík extrémně čistou alternativou k naftě. Vodík skrývá obrovskou energii: 80 kg vodíku dokáže dodat tolik energie, aby nákladní vozidlo ujelo 800 km! Proces tankování vodíkových vozidel je také rychlý a snadný.

Pohon ve vozidlech s vodíkovými palivovými články je elektrický. To znamená, že jízda připomíná jízdu s elektrickým nákladním vozidlem – žádný hluk motoru, rychlý rozjezd a možnost rekuperace brzdné energie.
 

Jaké jsou nevýhody vodíkového paliva?

Vodík je velmi reaktivní, takže má tendenci erodovat jiné materiály a je také vysoce hořlavý – faktory, které ztěžují a zdražují jeho přepravu. Dalším velkým problémem je nedostatečná infrastruktura a vysoké náklady na její budování. V současnosti na celém světě existuje pouze 337 vodíkových čerpacích stanic – nejvíce v Německu a Japonsku. I když se ukázalo, že k přepravě a skladování vodíku lze využít stávající infrastrukturu CNG, není to dobré řešení pro palivové články, které vyžadují provoz na velmi čistý vodík.

Výroba vodíkových palivových článků je také nákladná, protože stále běží v malém měřítku a zahrnuje ruční procesy. Další klíčovou složkou nákladů je nádrž na vodík, která je velká a zabírá hodně místa. A konečně je tu cena vodíkového paliva, která je výrazně vyšší než cena nafty.
 

Jak ekologický je vodík?

Když vodík reaguje s kyslíkem v palivovém článku, jediným výstupem je voda. Takže když je nákladní vozidlo poháněno palivovým článkem, nevznikají žádné škodlivé výfukové emise. Jakékoli měření dopadu na klima však musí také brát v úvahu proces výroby vodíku, který je velmi energeticky náročný. Většina vodíku se dnes vyrábí pomocí uhlí nebo zemního plynu. Pokud však elektřina použitá k výrobě pochází z obnovitelných zdrojů energie, vodíkové palivo může mít téměř neutrální uhlíkovou stopu (takovému vodíku se říká „zelený vodík“). Dalším způsobem, jak snížit stopu vodíku, je ukládání uhlíku (Carbon Capture Storage – CCS). Je to proces, při kterém se emise CO2 z reakce SMR zachycují a přepravují a trvale izolují hluboko pod zemí.
 

Vodíková vs. elektrická nákladní vozidla – porovnání

Aby jakákoli alternativa k naftě uspěla, musí nabízet jasnou výhodu v oblasti nákladů, dojezdu a dostupnosti infrastruktury.  Zde je porovnání, jak si vodíkové palivové články stojí oproti elektromobilům:

Náklady: Vodíkové palivové články i lithium-iontové akumulátory jsou dražší než nafta. Cena lithium-iontových akumulátorů však rychle klesá. Společnost Bloomberg předpovídá, že bod přechodu, kdy budou elektrická vozidla levnější než jejich ekvivalenty se spalovacím motorem, by mohl nastat již v roce 2022. Protože vývoj a zavádění vodíkových vozidel probíhá v malém měřítku, je obtížné u nich podobný pokrok změřit.

Dojezd: Vodíkové palivové články mají větší hustotu energie než akumulátory, a proto poskytují větší dojezd vozidla. Poměr energie k hmotnosti je u vodíkové nádrže o tlaku 700 bar desetkrát vyšší než u akumulátoru. Vodíkové palivové články jsou také lehčí než akumulátory, což znamená, že vodíková vozidla mohou mít vyšší užitečné zatížení.

Infrastruktura: Vývoj a výroba lithium-iontových akumulátorů pokročily mnohem dále než vodíkové palivové články. Elektrická nákladní vozidla se ukázala jako obchodně životaschopná – zejména v městské dopravě. Infrastruktura doplňování paliva pro elektrická vozidla také pokročila mnohem dále. Například ve Spojených státech bylo v roce 2018 20 000 elektrických nabíjecích stanic a méně než 45 vodíkových čerpacích stanic.
 

Nahradí vodík naftová nebo elektrická nákladní vozidla?

Vodík hodně nabírá na síle. Většina velkých společností vyrábějících osobní a nákladní vozidla, včetně společnosti Volvo Trucks, zkoumá a rozvíjí řešení a vytváří partnerství s cílem vyvinout vhodnou technologii. Ale není to jen automobilový průmysl, kdo zjišťuje potenciál vodíku.

S rostoucími obavami o změnu klimatu a s požadavky na „zelenou obnovu“ po pandemii COVID-19 projevují větší zájem (což se promítá do investic!) o vodík také vlády zemí. Právě letos v květnu EU představila plán na oživení ve výši 750 miliard EUR. Plán se týká ekologické dopravy a průmyslu. Plán je zaměřený na Evropskou zelenou dohodu, zdůrazňuje vodík jako prioritu a uvádí plány na rozvoj technologie prostřednictvím investiční agendy a volného přeshraničního obchodu s vodíkem. Začátkem tohoto roku bylo také oznámeno ustanovení Evropské aliance pro čistý vodík, která sdružuje investory s vládními, institucionálními a průmyslovými partnery.

Ačkoli tento vývoj hovoří dobře pro budoucnost vodíku v nákladní silniční přepravě, stále existuje mnoho překážek, které mu brání významně přispět ke klimatu nebo ekonomice. Jednou z oblastí, kde je vodík hodně slibný, je těžká a náročná dálková přeprava – zde jej lze použít jako palivo pro elektrická hnací ústrojí. To znamená, že namísto nahrazování elektrických nákladních vozidel, která jsou vhodnější pro distribuci a regionální přepravu, mohou obě technologie spolupracovat na vybudování udržitelnějšího dopravního systému.

K otázce, zda by vodík mohl nahradit naftový motor: tlak na udržitelnější dopravu znamená, že vodík pravděpodobně nahradí některá naftová vozidla. Zejména pokud bude existovat jasný obchodní případ a konkurenční výhoda takového pohonu.
 

Alternativní paliva: Posouzení pro a proti

Vodíkové palivové články, elektrická nákladní vozidla, biopaliva, bio-LNG… zdá se, že seznam různých alternativ k naftě se stále rozrůstá. Pro provozovatele dopravy může být obtížné rozumět oblasti alternativních paliv a orientovat se v ní. Abych vám pomohl, připravil jsem průvodce, který poskytuje přehled o tom, jak jednotlivé technologie fungují a uvádí jejich klady a zápory. 

Lars Mårtensson

Lars Mårtensson works as Environment and Innovation Director at Volvo Trucks.

Související články

Latest Press Release

Latest Press Release