Wodór nadzieją transportu

Transport i logistyka wiążą duże nadzieje z wykorzystaniem wodoru (H2) jako paliwa. Nawet jeśli jego masowe zastosowanie poprzedzone jest jeszcze wieloma wyzwaniami, nadzieje te są uzasadnione.

Czyste paliwo

Po pierwsze, ten lotny gaz może być produkowany bezemisyjnie. W procesie zwanym elektrolizą, pod wpływem prądu elektrycznego, następuje rozdzielanie wody (H2O) na wodór i tlen. Pod warunkiem, że energia pochodzi z odnawialnego źródła, takiego jak słońce, wiatr lub wodna, proces ten można uznać za przyjazny dla klimatu.

Ponieważ elektroliza pochłania prawie jedną trzecią więcej energii, niż jest uzyskiwane z wodoru, podstawowym wyzwaniem na drodze do zrównoważonej gospodarki wodorowej będzie zapewnienie wystarczającej ilości zielonej energii elektrycznej w przystępnej cenie.

Często zapomina się o tym, że obecnie elektroliza nadal wymaga słodkiej wody klasy nadającej się do spożycia – prawie dziesięć litrów na kilogram wodoru. Oznacza to, że regiony jałowe z dużą ilością światła słonecznego – co stawia je w roli kluczowych ośrodków produkcji H2 – musiałyby zainwestować również w odsalanie wody morskiej.

Uniwersalny nośnik energii

Po drugie, wodór jest budulcem wszystkich paliw syntetycznych, zwanych również synfuels, powerfuels, power-to-liquid fuels lub power-to-gas fuels. Ten pierwszy pierwiastek w układzie okresowym może łączyć się z węglem i tlenem, tworząc różne łańcuchy węglowodorowe, w tym metan, metanol, olej napędowy i naftę. Wyzwanie polega na tym, że procesy te są również energochłonne. Ponadto do produkcji tych paliw potrzebny jest nie tylko ekologiczny wodór, ale także dwutlenek węgla, który najpierw musi być pozyskany z atmosfery. Powstałe w ten sposób paliwo syntetyczne jest neutralne dla klimatu tylko wtedy, gdy jest pozyskiwane bez emisji gazów cieplarnianych.

W zależności od rodzaju paliwa tylko 40-60 procent energii odnawialnej dostępnej na początku łańcucha technologicznego zostaje przekazane dalej. Z tego powodu takie procesy są często uważane za nieekonomiczne. Paliwa syntetyczne są jednak opłacalną opcją wszędzie tam, gdzie energia elektryczna lub wodór nie mogą być wykorzystane do bezpośredniego zasilania silników czy transportu energii np. w zastosowaniach morskich i lotniczych

„Silnik” ogniwa paliwowego

Po trzecie, i najważniejsze, wodór może być przekształcony z powrotem w energię elektryczną bez emisji gazów cieplarnianych lub zanieczyszczeń powietrza. To właśnie dzieje się wewnątrz ogniwa paliwowego w ramach tak zwanej reakcji redoks, polegającej na przeniesieniu elektronów, i może być uważane za odpowiednik elektrolizy. W ten sposób powstaje energia elektryczna, która może być wykorzystana do zasilania silników lub ładowania akumulatorów. Jedynymi „produktami odpadowymi” są czysta para wodna i ciepło. W pojazdach użytkowych stosuje się ogniwa paliwowe z membraną protonowymienną (PEM), które okazały się bardzo wydajne. Symulacje DACHSER wykazały, że ciężarówka z ogniwami paliwowymi typu PEMFC (ang. Proton Exchange Membrane Fuel Cell) zużywałaby mniej niż dziesięć kilogramów H2 na 100 kilometrów.

Technologia przyszłości

Pomimo wstępnych pozytywnych wyników prototypów PEM i ciężarówek produkowanych w małych seriach, zanim tego rodzaju ogniwa paliwowe staną się powszechnym rozwiązaniem, pewne kwestie pozostają do dopracowania. Na przykład, zarówno paliwo wodorowe, jak i zasysany z atmosfery tlen, muszą być bardzo czyste, aby zapobiec zbyt szybkiemu zanieczyszczeniu wrażliwych elementów ogniwa paliwowego i skróceniu żywotności systemu. Obok kosztownej technologii filtracji powietrza, wymaga to od producentów samochodów stosowania H2 5.0, co oznacza, że wodór musi mieć certyfikowaną czystość na poziomie co najmniej 99,999 procent.

Kolejnym wyzwaniem jest określenie najlepszego sposobu przechowywania wodoru w ciężarówce. Czy powinien on znajdować się w zbiornikach pod ciśnieniem 350 barów, jak to jest powszechnie stosowane w dzisiejszych autobusach? Czy też skroplony w bardzo niskich temperaturach, jak w przypadku skroplonego gazu ziemnego (LNG)? Producenci stosują różne opcje. Przewiduje się, że wszędzie tam, gdzie decydującymi czynnikami są maksymalna pojemność i zasięg, najlepszym rozwiązaniem będzie zbiornik z zimnym, ciekłym wodorem.

Podsumowując, wodór ma potencjał, aby obok bezpośredniego wykorzystania energii odnawialnej odegrać decydującą rolę w transporcie i logistyce. Czy uda mu się spełnić wysokie oczekiwania? Okaże się jeszcze przed końcem tego dziesięciolecia. Coraz więcej producentów pojazdów użytkowych zamierza przekształcić tę technologię przyszłości w innowację w dziedzinie ochrony klimatu i logistyki.