Mity o wodorze to bez dwóch zdań nasz ulubiony temat. Mowa oczywiście o informacjach, które na dobre zakorzeniły się w społecznej świadomości, a które nie zawsze w pełni zgadzają się z prawdą. Dlatego po raz drugi spróbujemy wziąć w obronę wodór i przekonać Was, że nie zawsze jest taki, jak go malują.
Temat mitów o wodorze poruszaliśmy już wcześniej. Jeśli interesują cię równie mocno co nas, poprzedni artykuł znajdziesz tutaj: 3 mity na temat wodoru, które budzą silne obawy rynku. Dziś wyjaśniamy kolejne dwa mity i tym razem dotyczą one transportu opartego o wodór.
Mit 4. Pojazdy wodorowe nie są konkurencyjne w porównaniu z pojazdami elektrycznymi i nie ma dla nich przyszłości
Porównanie pojazdów na wodorowe ogniwa paliwowe (FCEV) oraz aut bateryjnych (BEV) jest jednym z najczęściej poruszanych tematów w dyskusjach o przyszłości czystej mobilności. Nie bez powodu. Elektromobilność jest kluczowa dla osiągnięcia celów dekarbonizacyjnych w sektorze transportu. Jej dynamiczny rozwój będzie dyktowany przez regulacje nakazujące wycofania produkcji i rejestracji nowych pojazdów na paliwa konwencjonalne.
O czym często zapomina się w tych dyskusjach to fakt, że pojazdy na wodorowe ogniwa paliwowe są w rzeczywistości pojazdami elektrycznymi. W porównaniu do aut BEV mają mniejszą baterię o pojemności rzędu kWh. To w niej przechowywana jest energia wytworzona w ogniwach paliwowych, która przekazywana jest do silnika. Oczywiście, rozwijane są także silniki spalinowe na paliwo wodorowe (Toyota, BMW), jednak ze względu na wczesną dojrzałość technologiczną i limitowaną produkcję takich rozwiązań, na ten moment koncentrujemy się głownie na wykorzystaniu ogniw paliwowych.
Są to urządzenia, które umożliwiają pozyskiwanie energii elektrycznej dzięki zachodzącej w nich reakcji chemicznej. Wykorzystują paliwo w postaci wodoru, który reaguje z tlenem, wytwarzając wodę i napięcie elektryczne, które przekazywane jest do napędu pojazdu. Istnieją róże rodzaje ogniw paliwowych. W sektorze transportu stosowane są ogniwa z membraną protonowymienną (PEMFC), które już teraz zasilają samochody osobowe, dostawcze, pociągi i są wykorzystywane w pojazdach kosmicznych.
Często spotykamy się z opinią, iż pojazdy FCEV nie są na tyle konkurencyjne co BEV, by mogły się spopularyzować. Choć i pojazdy bateryjne nadal nie przekraczają 3-4% udziału w łącznym transporcie Unii Europejskiej.
Cena samochodów osobowych na wodorowe ogniwa paliwowe waha się w odniesieniu do konkretnego modelu, kraju oraz ofert poszczególnych dealerów. W zależności od tych kryteriów może wynosić od 200 do nawet ponad 300 tys. złotych[1]. Nietrudno więc dostrzec, że koszt ich zakupu, pomimo kilkukrotnej redukcji na przestrzeni lat, pozostaje stosunkowo wysoki w porównaniu z innymi alternatywami. Jednak zaznaczamy, że takie porównanie jest zawsze zależne od konkretnego modelu oraz klasy analizowanych pojazdów.
Co istotne, znacznie korzystniej od ceny zakupu prezentują się koszty eksploatacji FCEV. Wysoka efektywność energetyczna wodoru sprawia, że samochód osobowy na wodorowe ogniwa paliwowe zużywa ok. 1 kg wodoru na każde 100 km, a autobus ok. 10 kg. Co więcej, pojazdy osobowe FCEV osiągają średni zasięg przekraczający 600 km na jednym tankowaniu. Zasięg ten może być jednak ponad dwukrotnie wyższy, czego dowodem jest ustanowiony w 2021 r. rekord Toyoty Mirai, która pokonała 1360 km na pełnym tankowaniu. Odpowiednio dla autobusów na ogniwa paliwowe zasięg może przekraczać 350 km, co przekłada się na ich wyższą efektywność. Wpływa na nią nie tylko zasięg, ale i krótszy czas tankowania, który dla samochodów osobowych wynosi zaledwie ok. 4-7 min, a w przypadku autobusów ok. 15-20 min. Dla porównania, ładowanie BEV, w zależności od pojemności akumulatora i samej stacji może wynosić od 10 min do nawet 8 h.
Zakładając rozwój infrastruktury dystrybucji oraz spadek cen odnawialnego wodoru zgodnie z prognozami, w najbliższych latach mógłby on zrównać się z cenami paliw konwencjonalnych i zostać upowszechniony. Podobnie, jak ma to miejsce w przypadku pojazdów BEV i stale rozwijającej się sieci stacji ładowania, które jeszcze kilka lat temu cechowała dużo niższa dostępność. Jeśli skupić się wyłącznie na opłacalności, już teraz koszt produkcji szarego wodoru wynosi średnio 1-1,80 USD za kilogram (ok. 4,30-7,80 PLN), przy czym cechuje się on znaczną emisyjnością, co docelowo nie idzie w parze ze wzmocnionymi celami dekarbonizacyjnymi w transporcie. I tu musimy zaznaczyć, że aby mówić o pełnej dekarbonizacji nie możemy pomijać faktu emisji także w przypadku aut bateryjnych. O ekologicznym charakterze transportu decyduje bowiem także źródło energii. W przypadku Polski, której system energetyczny jest według analiz jednym z najbardziej emisyjnych spośród krajów europejskich, trudno mówić o tym, aby pojazdy elektryczne były naprawdę czystą alternatywą dla silników spalinowych.
W związku z tym, docelową opłacalność obu typów pojazdów warto rozważać także przy uwzględnieniu źródła, jakim są OZE. Systemy elektroenergetyczne w większości krajów są zdominowane przez źródła konwencjonalne i często nie są przystosowane do obsługi wielu ładowarek dużej mocy jednocześnie. Wodór z kolei może być produkowany wszędzie i ma być transportowany nawet na duże odległości z miejsc i regionów o optymalnych warunkach dla produkcji energii odnawialnej, co sprawia, że potencjał jego wykorzystania rośnie.
Nie zrozumcie nas źle. Nie staramy się udowodnić, że pojazdy FCEV są lepsze. Pragniemy wskazać, że docelowo za najbardziej korzystny środowiskowo i opłacalny model, zarówno z perspektywy środowiskowej, społecznej, jak i indywidualnego użytkownika uważa się rozpowszechnienie obu typów pojazdów, które będą się wzajemnie uzupełniać. Dlaczego? Otóż, o ile pojazdy BEV o średnim zasięgu 100-150 km i wydłużonym czasie ładowania sprawdzają się doskonale w codziennych sytuacjach, jak transport osobowy czy komunikacja miejska (średnie trasy), o tyle FCEV wykazują szczególne korzyści w sektorach, które wymagają wysokiej wydajności pojazdów, krótkiego czasu tankowania oraz zapewnienia długiego zasięgu. Dlatego są lepszą i bardziej efektywną alternatywą w transporcie towarowym, długodystansowym, a także na kolei w przypadku linii niezelektryfikowanych i bocznic.
Wykorzystanie ogniw paliwowych jest szczególnie korzystne dla transportu długodystansowego. To dlatego, że masowa elektryfikacja pojazdów ciężkich nie jest na ten moment możliwa, m.in. ze względu na ciężar akumulatorów, wpływający bezpośrednio na ergonomię pojazdu, wysokie zapotrzebowanie na energię, a także ograniczenie zasięgu jazdy i długi czas ładowania, obniżający efektywność przedsiębiorstw logistycznych. Pomimo rozwoju technologicznego, trudno spodziewać się, aby w przeciągu najbliższych lat możliwe było osiągnięcie na tyle zwiększonej pojemności akumulatorów, by gwarantowały przejazdy na trasach długodystansowych. Samo ich ładowanie wymagałoby budowy potężnej infrastruktury (nawet małych elektrowni), która byłaby w stanie obsługiwać dziesiątki takich pojazdów dziennie i to zwykle jednocześnie, w takcie czasu zmiany.
Mit 5. Powszechna produkcja ekologicznego paliwa wodorowego będzie skomplikowana i droga
Kolejną nieścisłością dotyczącą wodoru jest kwestia jego produkcji. A dokładniej produkcji zielonego wodoru z wykorzystaniem źródeł OZE. Jeśli chodzi o sam proces, opiera się on na znanej od wieków elektrolizie wody, która polega na rozdzieleniu pod wpływem napięcia elektrycznego wody na jej części składowe – wodór i tlen. Tę, w ramach eksperymentu można przeprowadzić nawet w warunkach domowych – wystarczy kilka powszechnie dostępnych przyrządów, jak bateria, sól kuchenna, spinacz czy ołówek i szklanka wody. Sam proces w rozumieniu praktycznym nie jest więc niczym skomplikowanym.
Faktem jest natomiast, że zwłaszcza w obecnej, początkowej fazie rozwoju projektów, produkcja wodoru z wykorzystaniem instalacji OZE na większą skalę będzie obarczona określonymi kosztami. Zarówno samych instalacji, kosztami operacyjnymi elektrolizerów, wody, a także w zależności od przyjętego modelu, również cenami energii elektrycznej. Przy czym, w krajach, gdzie udział OZE w łącznej produkcji energii elektrycznej jest wysoki, zgodnie z mechanizmem kształtowania cen energii w Unii Europejskiej, produkcja wodoru będzie bardziej opłacalna dzięki możliwości wykorzystania większych wolumenów energii sieciowej w niższej cenie.
Warto również zaznaczyć, że produkcja wodoru może docelowo zwiększyć efektywność farm OZE. Te, w przypadku farm fotowoltaicznych cechuje sezonowość nie tylko w ujęciu rocznym, ale także jednej doby, a także niestabilność związana z aktualnymi warunkami pogodowymi. Ich wynikiem może być powstawanie niedoborów energii lub jej utrata związana z niedoborem popytu i przepustowością sieci w sytuacjach nadpodaży energii. Jej wykorzystanie na cele produkcji wodoru daje perspektywę magazynowania i późniejszego wykorzystania jako paliwa lub ponownego przetworzenia, przez co optymalizuje działanie instalacji.
Dodatkową przewagą pojazdów na wodorowe ogniwa paliwowe jest fakt, iż wodór może być produkowany w każdym miejscu na świecie, a zasoby niezbędne do jego produkcji (źródła odnawialne, woda) są powszechne. Zmniejsza to ryzyka związane z malejącymi zasobami, brakiem dostaw, powstawaniem wahań rynkowych i uzależnieniem od państw, na których terenie znajdują się złoża, jak ma to miejsce w przypadku paliw kopalnych. Podobny problem występuje w przypadku materiałów niezbędnych do produkcji baterii w pojazdach BEV. Zasoby kobaltu, niklu i litu są ograniczone i w dużych ilościach występują w konkretnych regionach świata. Ze względu na zwiększoną produkcję aut elektrycznych, zasoby te z roku na rok maleją, a przez to stają się coraz bardziej kosztowne. W 2022 r. cena litu przekroczyła 81 tys. USD za tonę, a jeszcze dekadę temu wynosiła niemal 18 razy mniej (ok. 4,5 tys. USD za tonę)[2]. Co więcej, według prognoz, rosnące zapotrzebowanie nie tylko w mobilności, ale i elektronice sprawia, że w ciągu 50-100 lat możemy mierzyć się z ich znacznym niedoborem lub wyczerpaniem.
Oczywiście, docelowo także w przypadku pojazdów FCEV może zaistnieć ryzyko związane z ograniczeniem pozyskania i wysokim kosztem materiałów. W tym zwłaszcza platyny oraz irydu. Jednym z rozwiązań tego problemu ma być zmniejszone zużycie w tradycyjnych środkach transportu oraz bezpośredni recykling materiałów z katalizatorów pojazdów spalinowych.
Dlatego właśnie staramy się wyjaśniać nieścisłości dotyczące wodoru, jakie pojawiają się w przestrzeni publicznej. Nie powinniśmy bowiem demonizować żadnego z omawianych typów pojazdów elektrycznych. Ich łączne wykorzystanie umożliwi uniezależnienie od eksploatacji jednego rodzaju materiałów i spłaszczenie szczytów popytu, a także docelową dekarbonizację każdego z wymagających sektorów transportu.
[1] Ceny nie są wiążące i zostały przywołane na podstawie następujących źródeł: Karty specyfikacji technicznej, Edmunds.com, Carbuzz.com
[2] LME Lithium Hydroxide CIF (Fastmarkets MB) price graph
