Na počátku roku 2000 byl vodík horký. Vozidla využívající vodíkové palivové články soupeřila s elektrickými vozidly s bateriemi (EV) jako nejlepší způsob, jak vyčistit automobilový průmysl nahrazením benzínu znečišťujícího klima. Ale dnes jsou elektromobily daleko napřed: velké automobilky rychle elektrizují své řady, zatímco vodíkových aut je k dispozici jen několik.
Několik klíčových faktorů přivedlo auta na baterie k dominanci, říká Sergey Paltsev, vedoucí výzkumný pracovník MIT Energy Initiative a zástupce ředitele společného programu MIT pro vědu a politiku globální změny. Jedním z nich je kulturní vkus: nepopiratelně říká, že vzestup Tesly v roce 2010 poháněl popularitu EV po celém světě.
Velkým faktorem jsou však náklady. Dvě hlavní vodíková auta, která se dnes v USA prodávají, Toyota Mirai a Hyundai Nexo, začínají na zhruba 50,000 60,000 a 40 10 dolarech. Rostoucí počet elektromobilů stojí méně, a to díky klesající ceně lithium-iontových baterií. (A přestože jsou elektromobily stále obecně dražší než auta na plyn, vládní pobídky mohou pomoci tento rozdíl pokrýt.) Výzkum Palceva a jeho studentů zjistil, že náklady na vlastnictví vozu s palivovými články po dobu životnosti vozidla v posledních letech klesly, ale zůstávají vysoká především kvůli ceně vodíkového paliva. Zjistili, že celkové náklady na vlastnictví vodíku byly asi o 1 procent vyšší než u srovnatelného benzínového vozidla a asi o XNUMX procent vyšší než u elektromobilu. XNUMX
Elektromobily mají další zásadní výhodu: již existuje rozsáhlý celostátní elektrický systém. Celostátní přechod na elektrická vozidla přináší velké výzvy, včetně potřeby vybudovat nabíjecí síť a vyrobit spoustu dodatečné (doufejme čisté!) elektřiny pro pohon všech těchto osobních a nákladních automobilů. Ale, říká Paltsev, tyto úkoly jsou méně herkulovské než budování nové vodíkové ekonomiky. “Ve skutečnosti nepotřebujete vytvářet další infrastrukturu pro elektromobily.”
Vodík má své výhody. Palivo lze načerpat za kratší dobu, než je zapotřebí k nabití baterie EV, a může zajistit delší dojezd. Vodík se více podobá zážitku „pump-and-go“, který každý zná z používání benzínu. Tato zkušenost by však vyžadovala vytvoření obrovského množství vodíku a jeho následné přemístění potrubím nebo kamiony do čerpacích stanic po celé zemi. (A ne, nemůžeme použít potrubí, která již máme.)
Měl si svět vybrat vodíková auta před EV? Aby elektromobily měly maximální dopad na snižování emisí oxidu uhličitého (CO2), elektrifikace vozového parku musí jít ruku v ruce s „dekarbonizací“ elektrické sítě, aby tato auta jezdila na čistou energii. „I když se jedná o plně dekarbonizovanou síť, elektromobily stále nejsou vozidly s nulovými emisemi,“ říká Paltsev. „Pořád máme ten zbytek na výrobu baterií, na nerosty, na dopravu. Toto číslo také není triviální – je mnohem menší než u vnitřního spalování, ale není to nula.“
Vodík má však své vlastní problémy. Téměř veškerý vodík, který se dnes používá, se získává ze zemního plynu, v procesu, který vytváří CO2 jako vedlejší produkt. K udržení tohoto CO lze použít systémy zachycování uhlíku2 z atmosféry (odborníci na nastavení nazývají „modrý vodík“), ale díky tomu je již tak drahý vodík ještě dražší. Zlatým standardem by byl „zelený vodík“: proces, který využívá čistou elektřinu k extrakci vodíku z vody. Ale dnes je to nákladný způsob výroby vodíku – a stejně jako elektromobily zvyšují poptávku po nové čisté elektřině pro naplnění našich aut, zelený vodík vyžaduje novou čistou elektřinu k výrobě vodíku.
Nic z toho neznamená, že vodík je hotový jako čisté palivo pro vozidla. Vzhledem k tomu, že ceny baterií stále klesají, říká Paltsev, jejich dalším logickým krokem by bylo použití těžkých nákladních vozidel. Přesto není jasné, že dojezdové vzdálenosti a doby dobíjení elektromobilů budou zasahovat do světa dálkové kamionové dopravy. Vodík se svými dlouhými dojezdy by se mohl ukázat jako lepší kandidát. A pokud národ vybuduje vodíkové čerpací stanice na podporu nákladní dopravy, bude tento tlak podporovat i osobní vozidla. (V současné době, říká Paltsev, jsou vozidla s palivovými články omezena především na Kalifornii, která má většinu z mála vodíkových stanic v zemi, a na země jako Čína, Japonsko a Německo.)
Inovace vedoucí k čistšímu a levnějšímu vodíku by mohly pomoci učinit vozidla s palivovými články opět konkurenceschopnými. I na trhu EV by se tedy mohly změnit. Například, říká Paltsev, baterie závisí na minerálech těžených v zámoří a někdy za problematických podmínek. Nedostatek těchto materiálů nebo geopolitické otřesy v zemích, které je vyrábějí, by mohly zvýšit cenu elektromobilů – a vyrábět vyrobené v USA. vodík přitažlivý ve srovnání.
Děkuji Robertu Pryorovi z Glen Cove v New Yorku za otázku. Do Ask MIT Climate můžete odeslat vlastní otázku zde.
Mají auta s vodíkovými palivovými články budoucnost na našich silnicích, protože prodej elektromobilů rychle roste?
Zatímco prodeje elektromobilů na baterie rychle rostou a technologie byla široce přijata jako budoucnost bezemisního motorismu, vodíková auta jsou stále poněkud přehlížena. Ačkoli je ve Spojeném království k prodeji několik aut na vodíkový pohon, v současné době je téměř nikdo nekupuje nebo o nich vůbec neuvažuje, částečně kvůli téměř neexistující síti tankování vodíku ve Spojeném království. Mají tedy vozidla s vodíkovými palivovými články skutečně budoucnost?
Výrobci automobilů již řadu let experimentují s vodíkovými palivovými články a technologií spalování vodíku a snaží se rozlousknout vzorec pro využití nejhojnějšího zdroje ve vesmíru k pohonu automobilů. I když bylo dosaženo pokroku, byl ve srovnání s technologií bateriových elektrických vozidel velmi pomalý.
V době psaní tohoto článku jsou v prodeji pouze dva běžné vozy na vodíkový pohon: Toyota Mirai a Hyundai Nexo. Bylo potvrzeno, že na cestě jsou další auta a dodávky s vodíkovým pohonem, přičemž značky jako BMW, Land Rover a Vauxhall plánují nové modely během příštích pěti let.
Protože doplňování vodíkového auta je velmi podobné tankování benzínu nebo nafty, je také téměř stejně rychlé — naplnění nádrže trvá přibližně 5 minut. To je nepochybně výhoda oproti dlouhým čekacím dobám spojeným s nabíjením bateriového elektromobilu.
Jedním z největších důvodů pomalého přijímání vodíkových vozidel je však stávající infrastruktura. Podle UK H2 Mobility je v současné době ve Spojeném království otevřeno 6 vodíkových čerpacích stanic a dalších 5 se plánuje. To je samozřejmě mnohem méně než počet čerpacích stanic a veřejných nabíjecích stanic pro elektromobily, a pokud nemáte jedno na dosah ruky nebo soukromé na pracovišti, provozování vodíkového auta je nemožné.
Existují také obavy z dopadu vodíku na životní prostředí, jehož výroba ve velkém množství vyžaduje velké množství elektřiny, i když je vyráběna z obnovitelných zdrojů. To, spolu s několika dalšími překážkami výroby, je však zjevně překonáno, a jak se technologie vyvíjí, stále existuje reálná šance, že by se vodík mohl v blízké budoucnosti ocitnout jako mnohem významnější součást našeho palivového mixu v dopravě.
Jak fungují vodíková auta?
Jedním z argumentů, které se někdy objevují proti vodíkovým vozidlům, je, že jsou méně účinné než elektromobily. Protože se vodík přirozeně nevyskytuje, musí být extrahován a poté stlačen v palivových nádržích. Poté se musí smíchat s kyslíkem v zásobníku palivových článků, aby se vytvořila elektřina pro pohon motorů automobilu. Cynici poukazují na ztrátu účinnosti v tomto procesu ve srovnání s elektromobilem, ve kterém elektřina pochází přímo z baterie nabíjené ze sítě.
To je do jisté míry pravda, ale neočekává se, že auta na vodíkový pohon nahradí EV. Místo toho má vodík doplňovat čistou elektrickou energii a má to dobrý důvod: je to nejčistší možné palivo.
Výroba lithium-iontových baterií pro elektromobily je energeticky velmi náročná, samotná těžba lithia produkuje tuny CO2. Pokud to vezmete v úvahu spolu s nabíjením baterie z jiného než bezemisního zdroje po celou dobu její životnosti, elektromobil stále přispívá k určitému množství emisí CO2 – i když nepochází z výfuku.
Spolupráce
Potřebujete prodat své auto?
Najděte svou nejlepší nabídku od více než 5,000 XNUMX prodejců. Je to tak snadné.
Hodnocené ‘Vynikající’ TrustPilot
Samozřejmě, pokud je baterie pro elektromobily vyráběna za použití zodpovědně získaných materiálů a obnovitelné energie, pomáhá to dále snižovat tyto celkové emise.
Pro srovnání, dnešní vodíková auta mají během životního cyklu emise, které jsou přinejmenším tak nízké jako emise EV. Nepotřebují velké baterie, protože palivový článek přeměňuje vodík na elektřinu pro pohon motorů. Nedávná studie zjistila, že vodíkové auto vypouští během své životnosti přibližně 120 g/km CO2, ale to může být výrazně sníženo na přibližně 60 g/km, když se vodík vyrábí pomocí obnovitelné energie.
Je vodíkové palivo neefektivní nebo „špinavé“?
Velká část dnešního vodíku je reformována ze zemního plynu, ale budoucí zaměření je výhradně na obnovitelné zdroje – i když to bude trvat několik let, než se tam dostanete. Pokud jde o účinnost, je teoreticky vždy lepší používat větrnou nebo solární energii v síti, než ji převádět na vodík, ale je prakticky nemožné uložit dostatek energie v bateriích pro potřeby těžké dopravy – nebo jak tomu často bývá. pro řidiče automobilů, aby dostali dostatek elektřiny tam, kde je potřeba. Vodík lze snadno přepravovat po celém světě ve velkém ve formě čpavku, skladovat jej v tlakových nádržích, a pokud se vyrábí z obnovitelných zdrojů, argument zní, že energetické ztráty při přeměně nepoškozují planetu.
Vodík je navíc skvělý způsob, jak ukládat přebytečnou elektrickou energii, kterou nikdo nechce kupovat, když (například) větrné turbíny produkují více energie, než síť potřebuje kvůli počasí. V současné době se za těchto podmínek generátory jednoduše vypnou, ale výpočty v Německu naznačují, že v roce 2022 by mohlo být vyrobeno dostatek „volné“ elektřiny na elektrolýzu 100,000 2 tun HXNUMX.
Vyžadují vodíková auta příliš drahou novou infrastrukturu?
Průmysl zkoumá způsoby, jak využít stávající distribuční sítě zemního plynu pro snadnou přepravu obnovitelného vodíku napříč zeměmi a pod hladinou oceánu. Výzkum na Birminghamské univerzitě ve Velké Británii a jinde předznamenává distribuční síť, kde lze vodík přimíchat do zemního plynu proudícího přes domácí rozvodnou síť a poté jej znovu oddělit tam, kde je potřeba vodíkové palivo – ať už pro průmysl nebo dopravu.
Výroba obnovitelného vodíku vyžaduje velké investice, ale již nyní rychle nabírá páru. Nedávná analýza mezitím naznačuje dvojí přístup k rozvoji infrastruktury nabíjecích stanic pro elektromobily tam, kde je to snadné, a vodíkových čerpacích stanic tam, kde to není možné, by mohl celosvětově ušetřit miliardy investičních nákladů a urychlit cestu k čistým nulovým emisím.
Není vodík nebezpečně výbušný?
Dokonce i dnes zmínka o vodíkovém palivu vybízí některé lidi, aby si vzpomněli na děsivé obrázky Hindenbergu a uběhli míli. Výzkum ukazuje, že slavná katastrofa vzducholodě z roku 1936 byla důsledkem toho, že obrovský plášť plavidla zuřivě hořel po dobu půl minuty, protože nanesené povlaky měly podobné chemické složení jako Thermite – samotný vodík navzdory veřejným mylným představám nikdy nevybuchl. Podobně se američtí vědci na začátku vesmírného programu pokusili – a selhali – přimět H2 k explozi. Při 61 pokusech bylo dosaženo pouze dvou výbuchů, z nichž každý vyžadoval pečlivé smíchání kapalného kyslíku s kapalným vodíkem. Zatímco plyn H2 je považován za výbušný a vyžaduje opatrné zacházení (stejně jako benzín), malá množství uvolněná z prasklé palivové nádrže vozidla by se téměř okamžitě rozptýlila ve vzduchu.
Může vodík zachránit motor ICE?
Palivové články nejsou jedinou možností pro H2 a o využití plynu pro pohon spalovacích motorů je velký zájem. JCB je přední britská společnost, která je průkopníkem H2 ICE ve svém závodě na zemní práce a nedávno nainstalovala svůj vodíkový motor do nákladního automobilu. “Není žádný důvod, proč bychom v budoucnu neměli vidět vodíkové spalovací motory ve vozidlech používaných na silnicích, včetně automobilů.” řekl předseda Lord Bamford při uvedení vozidla na trh, ale většina běžných výrobců automobilů je v současnosti méně optimistická.
Toyota věří, že H2 ICE má své místo v motorsportu, kde chtějí fanoušci slyšet zvuk tradičních motorů, ale navzdory nedávnému odhalení své Corolly Cross – konceptu SUV na bázi GR s 2litrovým motorem na H1.6 a prostorem pro pět cestující – udržuje technologie H2 ICE na cestě ke komercializaci pouze 40 procent. „Zatím nelze říci, zda technologie dospěje pro silniční auta,“ uvedla nedávno společnost.
Co se děje s globálním trhem s vodíkovými auty?
Za poslední desetiletí bylo ve Spojeném království zaregistrováno méně než 500 vozů na vodíkový pohon, ale Rada pro vodík (průmyslový orgán) předpověděla, že v roce 13 by mohlo být celosvětově v provozu 2030 milionů vozidel na palivové články, včetně 1 milionu dodávek a nákladních automobilů. a autobusy. Mnohým to bude znít nevěrohodně, vzhledem k tomu, že k dnešnímu dni je celosvětově registrováno pouze asi 26,000 6,000 vozů na palivové články a téměř XNUMX XNUMX autobusů. Počty čerpacích stanic však také rychle rostou.
Od roku 2022 vedla Čína se 161, následovaná Japonskem a Koreou. Německo je jedinou evropskou zemí s více než 100 čerpacími stanicemi a dokonce i USA jich má méně než 100, ale opět Rada pro vodík předpovídá, že na základě současných investičních plánů bude do roku 10,0000 celosvětově 2 2030 čerpacích stanic H1.2. Nedávná zpráva Market Research Future předpovídá, že globální hodnota trhu vozidel s palivovými články vzroste do roku 46 ze současných 2030 miliardy dolarů na XNUMX miliard dolarů.
Jaká je budoucnost vodíkových aut?
Pro skutečně udržitelnou mobilitu je vodík palivem, které nelze ignorovat. Je také považován za potenciální alternativu pro pohon těžkých nákladních vozidel, kde jsou elektrická nákladní vozidla omezována kapacitou baterie a musí se dobíjet pomocí elektrické sítě. Největší nevýhodou však je, že vývoj úplné infrastruktury pro doplňování vodíku, kde se plyn vyrábí a poté dopravuje do stanic, bude trvat miliardy liber a řadu let.
Klíčem k podpoře vodíkových vozidel je jejich začlenění do širší „vodíkové ekonomiky“ – samotné budování čerpacích stanic pro vodíková auta by bylo neefektivní. Místo toho by v ideálním případě celý energetický sektor začlenil vodík do směsi, od doplňování paliva do aut až po skladování energie pro domácnosti. Další výhodou vodíku je, že jej lze potenciálně vyrábět na místě, spíše než být přepravován jako palivo nebo dodáván přes síť jako elektřina.
Ale i když existuje vodíková infrastruktura, ať už místní nebo celostátní, vodíková vozidla stále čelí otázce nákladů. Toyota Mirai se prodává od více než 50,000 XNUMX liber. To je hodně, co se platí za každé auto, ale stejně jako u elektromobilů, jak se technologie zlepšuje a stává se více mainstreamem, ceny by měly začít klesat. O vodíku stále existuje mnoho „kdyby“, ale dnes je jich mnohem méně než před deseti lety.
Vodík není jedinou alternativou k elektrické energii, klikněte zde dozvědět se více o syntetická paliva.
