Úsilí o čistý vodík nabírá na síle, protože země usilují o snížení emisí uhlíku.
Podle zprávy z ledna 2020 od firmy Allied Market Research se sídlem v Portlandu na OR byla velikost trhu s vozidly s vodíkovými palivovými články v roce 651.9 oceněna na 2018 milionu USD a předpokládá se, že do roku 42,038.9 dosáhne 2026 XNUMX milionu USD.
Vodíkový palivový článek vyrábí elektřinu elektromechanickou reakcí, nikoli spalováním. Energie, obvykle uložená v palubních bateriích, pohání elektrické trakční motory na vozidle.
Další možnost — vodíkový motor — také využívá jako palivo čistý vodík. Motory jsou instalovány v konvenčních pohonných jednotkách a podvozku se stávajícími převodovkami, nápravami a hnacími soustavami.
Podle Jima Nebergalla, generálního ředitele vodíkových motorů v Columbusu, výrobce Cummins se sídlem v IN, jsou obě možnosti výkonu přitažlivé pro středně těžká a těžká užitková vozidla.
„Zatímco elektrické vozidlo s palivovými články by mohlo být dlouhodobým řešením dekarbonizace trhu s dálkovými těžkými nákladními vozy, vodíkový motor poskytuje doplňkové krátkodobé a střednědobé řešení dekarbonizace,“ řekl Nebergall v nedávné živé prezentaci. na TechBriefs.com s názvem Commercial-Vehicle Propulsion: Potenciál vodíku k podpoře revoluce.
Aby se motory na vodíkový pohon dostaly do hlavního proudu, je třeba zodpovědět otázky: Existuje infrastruktura na podporu motorů na vodíkový pohon? Jaké předpisy budou potřeba? Zvládnou výrobci další designový posun?
Účastník živé prezentace měl pro Nebergalla následující otázku:
Jaké jsou tři velké výzvy vodíkových projektů a vodíkem poháněných motorů?
Přečtěte si Nebergallovu upravenou odpověď níže.
Jim Nebergall: Infrastruktura je klíčovou výzvou. Vidíme velkou dynamiku v infrastruktuře, která podporuje vodík. Panuje všeobecná shoda, že vodík je v budoucnu klíčovým palivem pro užitková vozidla. Vidíme to v USA, Evropě a Číně. Panuje všeobecná shoda, že vodík je tou správnou cestou, a nyní jde o aplikaci technologií a sledování, jak rychle tam tyto technologie dokážeme dostat.
Myslím, že druhou výzvou je regulace. Potřebujeme regulační politiku, která podporuje tuto technologii vodíkového motoru. Jde o 98% snížení emisí uhlíku z výfuku. Je to palivo s nulovým obsahem uhlíku. Je to extrémně levné ve srovnání s ostatními možnostmi a může to být v polovině dekády. Můžeme jít rychle. Když přemýšlíme o dopadu na životní prostředí, potřebujeme snížení uhlíku, jakmile to bude možné. Musíme jít rychle. Potřebujeme regulační politiku, která podporuje technologii, která může snížit uhlík. Evropa odvádí skvělou práci. Mají opravdu dobrou regulační politiku a průmyslovou podporu pro vodíkové motory. Uznávají výhody vodíkových motorů. Pro tuto kritickou technologii existuje regulační podpora.
Třetí největší výzva je z pohledu integrace. Přemýšlejte o výrobci nákladních vozidel nebo vozidel a o poptávce, kterou musí řešit automatizace. Musí pokračovat se svými dieselovými pohonnými jednotkami. Integrují pohonné jednotky na zemní plyn; integrují vodíkové motory, palivové články a baterie. Rozmanitost, se kterou se musí vypořádat a spravovat ji, je neuvěřitelná kvůli technologické rozmanitosti budoucnosti. Je to skutečná výzva pro celé odvětví, aby tyto nové technologie byly cenově dostupné, když budou tak rozmanité.
Co myslíš? Podělte se o své dotazy a komentáře o vodíkových motorech níže.
Představte si elektromobil, který má dojezd 400 mil, lze jej natankovat téměř stejně rychle jako benzinové nebo naftové auto, a přitom vypouští pouze vodu. To jsou přednosti vozu s vodíkovými palivovými články (známého jako elektrické vozidlo s palivovými články nebo FCEV). Proč tedy nejsou všude?
Existuje oddané jádro zastánců FCEV, kteří trvají na tom, že elektromobily na vodíkový pohon jsou lepší než elektromobily na baterie a že svět je blázen, že je ignoruje. Naneštěstí vodíkový palivový článek nabízí oproti baterii jen málo výhod a má několik nevýhod.
Problémy, které nevykazují žádné známky toho, že by byly skutečně překonány, zahrnují náklady, nedostatek infrastruktury a relativní neefektivnost dodávek vodíku zákazníkům.
Ale začněme trochou pozadí FCEV.
Co je to vodíkové auto?
Automobil na vodíkové palivové články je typem elektrického vozidla, které k pohonu vozu používá podobný systém elektrického motoru, jaký používá akumulátorové elektrické vozidlo. Klíčovým rozdílem je způsob výroby a skladování elektřiny.
V bateriovém elektrickém vozidle – což je jakékoli elektrické vozidlo, které si v současnosti můžete koupit na trhu – elektřina pro pohon automobilu pochází z externího zdroje (obvykle národní elektrické sítě) a je uložena ve velké baterii, nejčastěji umístěné podél podlahy. auta pod nohama.
Pro srovnání, auto s vodíkovými palivovými články je poháněno vodíkem z čerpací stanice, podobně jako benzinové auto. Vodík se pak používá k výrobě elektřiny na cestách pro pohon elektromotoru.
Jak funguje auto na vodíkové palivové články
Jednoduše řečeno, auto s palivovými články se skládá z několika tlakových palivových nádrží, které zásobují to, co je známo jako zásobník palivových článků. Stoh se skládá z jednotlivých článků, z nichž každý produkuje méně než jeden volt elektřiny, takže stovky z nich jsou spojeny dohromady, aby vytvořily potřebné napětí pro napájení elektromotoru.
Palivový článek vyrábí elektřinu tím, že nutí vodík reagovat s kyslíkem. Jediným výstupem je voda.
Vodík se používá, protože je skvělým nosičem energie, což znamená, že malé množství může uvolnit velké množství energie na pohon vozidla. To také znamená, že vodík je vysoce výbušný, pokud unikne, což je důvod, proč nevyhnutelně čtete a vidíte odkazy na rok 1937 Hindenberg výbuch vzducholodě, kdykoli někdo zmíní auta na vodíkový pohon.
Bylo to však před 86 lety a hodně se změnilo v tom, jak se vodík používá a skladuje. Moderní vodíkové palivové nádrže jsou stejně bezpečné, ne-li bezpečnější, než benzinové nádrže (benzín je další vysoce výbušný produkt, se kterým jsme docela rádi, že denně žijeme). Obvykle mají plášť z uhlíkových vláken obklopený vrstvou skelných vláken. Vydrží dvojnásobek normálního provozního tlaku a jsou obklopeny senzory.
Malý výběr, vysoká cena
Výrobci automobilů, kteří již vyrobili sériová auta s vodíkovými palivovými články, bývají těmi, kteří chtějí předvést své technické znalosti, spíše než z nich mít zisk.
V roce 2008 byla Honda FCX Clarity prvním plně sériovým vozem na světě poháněným palivovými články. Byl však vyroben v nepatrném množství a k pronájmu byl k dispozici pouze v Japonsku a Kalifornii. Druhá generace se objevila v roce 2016, ale nikdy nebyla dostupná ani ve Velké Británii a výroba skončila v roce 2021.
Vláda tvrdí, že na britských silnicích jezdí přes 300 vodíkových vozidel, většinou osobních aut a autobusů, ale počet autobusů výrazně převyšuje auta. V současné době existují ve Spojeném království pouze dva vozy na vodíkové palivové články: Toyota Mirai sedan a Hyundai Nexo SUV.
Toyota představila svůj první Mirai (v japonštině ‚budoucnost‘) v roce 2015, který byl nahrazen druhou generací od roku 2020. Současný Mirai má tři nádrže a uváděný dojezd v reálném světě je 400 mil. V současné době lze objednat dvě verze za 54 65 GBP a XNUMX XNUMX GBP a v nabídce jsou dvě leasingové smlouvy.
Od roku 2020 Toyota prodala ve Spojeném království 60 a celosvětový kumulativní prodej od uvedení na trh činí přibližně 20,000 2022 (do konce října 160). Celkem asi 45 Mirais bylo zaregistrováno ve Spojeném království napříč oběma generacemi, ačkoli XNUMX z nich již bylo prohlášeno za SORN (jinými slovy, v současné době nejsou registrovány a nelze je používat na veřejných komunikacích).
Toyota také vede konsorcium pro vývoj prototypu verze svého pick-upu Hilux poháněného vodíkovými palivovými články v britském závodě společnosti v Burnastonu, Derbyshire.
Hyundai uvedl na trh svou druhou generaci vozu s palivovými články, Nexo, ve Spojeném království v roce 2019. V roce 2021 to bylo 65 700 liber včetně nyní již ukončeného grantu Plug-In Car Grant. Hyundai tvrdil, že po připojení vodíkové 413barové trysky k vozidlu a jejím uzamčením bude doplňování paliva dokončeno přibližně za pět minut, když budou nádrže na vodík plné na dojezd až XNUMX mil.
Nexo je stále uveden na webových stránkách Spojeného království, ale bez ceny a bylo hlášeno, že je k dispozici pouze pro firemní zákazníky. Nebyli jsme schopni zjistit, kolik se jich prodalo, ačkoli britská registrační databáze How Many Left odhaduje, že bylo zaregistrováno celkem 29 vozů. Vyjměte auta, která by si Hyundai UK ponechala pro vlastní potřeby a ve skutečnosti jich nebylo k zákazníkům tolik.
Ostatní výrobci automobilů fušují do palivových článků nebo to vzdali. BMW právě zahájilo malosériovou výrobu SUV iX5 Hydrogen v Německu, ale pouze pro celosvětovou testovací flotilu, o prodeji ve Velké Británii se nemluví. Mercedes se v roce 2020 vzdal celého svého programu na vodíkové automobily, ale vstoupil do partnerství se společností Volvo na vývoji těžkých nákladních vozidel s palivovými články.
Globálně se vodíková auta opravdu nedělají. Údaje shromážděné společností JATO Dynamics v roce 2021 uváděly, že celosvětový prodej vozů na vodíkové palivové články činil 15,500 XNUMX kusů po celém světě.
Pád při tankování
Největší výhodou bateriového elektromobilu je možnost „tankovat“ na každém místě, kde je k dispozici elektřina, i když se nabití doma stále měří v hodinách. Pokud jde o veřejné nabíječky, podle Zap Map bylo na konci prosince 2022 ve Spojeném království více než 37,000 22,000 nabíjecích míst pro elektromobily na XNUMX XNUMX nabíjecích místech.
Každý den přibývají další elektrické nabíjecí stanice (ačkoli mnozí říkají, že to nestačí pro termín do roku 2030), ale pokud máte auto na palivové články, množství zastávek na doplňování vodíku je žalostné.
Skladování vodíku vyžaduje účelová zařízení, která nelze jednoduše zapojit do národní sítě jako místo nabíjení baterií – a současné náklady na vybudování jedné vodíkové stanice se odhadují na 2 miliony liber.
Abychom měli životaschopnou národní vodíkovou síť, která by pokrývala všechny hlavní silnice Spojeného království, vláda navrhuje, abychom potřebovali alespoň 1,000 2 čerpacích stanic (za cenu kolem XNUMX miliard liber). Tak jak blízko jsme k tomu, abychom to zasáhli? No, vůbec ne moc blízko.
Od ledna 2023 je ve Spojeném království pouze 11 míst, kde můžete natankovat své auto na palivové články. Aby toho nebylo málo, číslo jde špatným směrem a ve skutečnosti jde o pokles o tři stanice za posledních 12 měsíců, protože Shell loni uzavřel své tři pobočky.
Ze zbývajících lokalit se většina nachází v průmyslových areálech, v prostorách obecního úřadu nebo vedle výzkumných ústavů – což není příliš vhodné pro obecné použití veřejností. A zdá se, že v současné době nejsou připravovány žádné nové lokality. I kdyby měla být zítra oznámena masivní nová investice, bude trvat mnoho let, než se postaví dostatečný počet míst, aby byla vodíková energie životaschopná.
Ačkoli si mnoho lidí stěžuje na nedostatek elektrických nabíjecích míst, která jsou v současné době k dispozici pro elektromobily na baterie, ve skutečnosti je mnohem snazší nastartovat v krátkém časovém rámci, než zprovoznit více než tisíc vyhrazených vodíkových čerpacích stanic po celé zemi.
Je to podobná situace v každé jiné zemi v Evropě, která fakticky vylučuje vodík jako životaschopnou možnost pro spotřebitele kdykoli v blízké budoucnosti.
Ne tak zelené
Současná výroba a použití vodíku ve Spojeném království se silně soustředí v chemikáliích a rafinériích Tento vodík, z velké části vyráběný ze zemního plynu, se používá k výrobě dalších chemikálií a hraje různé role v rafinériích při přeměně ropy na různé konečné produkty. V těchto dvou sektorech se výroba a používání vodíku obvykle odehrává na stejném místě, často integrovaném do jediného průmyslového zařízení.
V srpnu 2021 vláda Spojeného království zahájila svůj plán na „vedoucí světovou vodíkovou ekonomiku“. Její vlastní analýza naznačuje, že 20–35 % spotřeby energie Spojeného království do roku 2050 by mohlo být založeno na vodíku. Jedním z cílů je do roku 2030 nahradit zemní plyn v napájení asi tří milionů domácností.
Cílem je nahradit až jednu pětinu zemního plynu „zeleným“ vodíkem, poháněným obnovitelnými zdroji energie, který štěpí vodu na vodík a kyslík. Strategie také závisí na „modrém“ vodíku vyráběném ze zemního plynu a páry. Modrý vodík není bez emisí, ale emise uhlíku lze zachytit, uložit a použít v jiných aplikacích.
Náklad cisteren
Kromě výroby vodíku je tu také otázka jeho dodávání do čerpacích stanic po celé zemi, pokud nemůžete vyrábět vodík na místě. To vyžaduje velké množství cisternových vozů jezdících po dálnicích po celý den, každý den, což znamená, že spotřebováváte hodně paliva jen na dodání paliva.
Může to být známý způsob dodávky, protože tak jsme dodávali benzín a naftu posledních sto let, ale pokud se chystáte začít od nuly s novým zdrojem energie, není to zrovna nejlepší způsob, jak toho dosáhnout. Ve srovnání s tím je dodávka elektřiny prostřednictvím národní sítě mnohem efektivnější a ekologičtější.
Bateriové elektromobily jsou již ve velké míře poháněny „zelenou“ elektřinou. Obnovitelné zdroje energie tvořily 43 % celkové výroby elektřiny ve Spojeném království mezi říjnem a prosincem 2021 a toto procento roste.
Schůdnější varianta pro těžká vozidla
Velká užitková vozidla jsou však jiný příběh. Vodík již pohání autobusy v mnoha zemích, včetně Spojeného království. To je považováno za schůdnější cestu budoucnosti, protože rovnice tankování/nabíjení je pro tento druh vozidel mnohem příznivější.
V budoucnu by to mohlo zahrnovat nákladní auta, vlaky a další vozidla s vysokou spotřebou energie – dokonce i letadla –, která musí překonat dlouhé vzdálenosti bez zastavení a lze je doplnit tam, kde mají základnu. To znamená relativně malý počet soukromých čerpacích stanic, aniž by se příliš spoléhaly na veřejnou infrastrukturu pro doplňování paliva, což je mnohem dosažitelnější.
Tam směřuje veškeré výzkumné úsilí Spojeného království. Dopravní část vodíkové strategie vlády Spojeného království je zaměřena spíše na vlaky, užitková vozidla a letadla než na automobily. Cílem strategie je 4,000 XNUMX nových autobusů s nulovými emisemi, ať už vodíkových nebo elektrických, a infrastruktura potřebná k jejich podpoře.
Vodík je považován za životaschopnou alternativu k bateriovým elektrickým nákladním automobilům, ale jak nabíjecích stanic pro nákladní vozidla, tak čerpacích stanic na vodík jsou stále velmi řídké. Očekává se, že bude plně funkční do roku 2025, Tees Valley Hydrogen Transport Hub bude velkým zařízením pro výrobu, skladování a distribuci zeleného vodíku a bude považováno za testovací prostředí.
U osobních aut zvítězila baterie
Zatímco tlak na zvýšení využívání vodíku pro domácnosti a těžkou dopravu je vítán, vyhlídka na silnice přeplněné vodíkovými auty stále vypadá jako pohádka – skoro jako za posledních 50 let.
Ještě předtím, než připustíte velmi vysokou ceníkovou cenu a výběr pouze ze dvou modelů, nedostatek čerpacích stanic z nich dělá začátečníky pro soukromé uživatele.
Existuje cesta, než bude bateriový elektromobil životaschopný pro každého, ale vzhledem k tempu vývoje, které si vynutil konec prodeje spalovacích motorů, budou mít baterie delší dojezd a doba nabíjení se bude i nadále zrychlovat. Pokrok, kterého bylo za poslední desetiletí dosaženo, je významný a bude se v následujících letech rychle vyvíjet.
To neznamená, že v budoucnu nebudou k dispozici vozidla s vodíkovými palivovými články – pro některé zákazníky by byl elektromobil s palivovými články lepší volbou než elektromobil s bateriemi, pokud by byla k dispozici infrastruktura. Ale i když se stane alternativou, je pravděpodobné, že to bude jen okrajová volba. Pro všechny ostatní jsou jasnou odpovědí elektromobily na baterie.
