4 tygodni temu
Takie rozwiązanie to potencjalne korzyści dla środowiska - choć brzmi to wręcz nieprawdopodobnie, samochód na wodór naprawdę nie wytwarza spalin, a jedynie czystą wodę i podczas jazdy może na dodatek oczyszczać powietrze. Żeby wyjaśnić, jaki wpływ na środowisko ma napęd wodorowy w samochodzie i jak to w ogóle możliwe, by najczęściej występujący na Ziemi pierwiastek skutecznie napędzał auto, warto wyjaśnić kilka kwestii, które budzą dziś ogromną ciekawość. Wielu ekspertów upatruje w takim napędzie ogromnej szansy.
Jak działa napęd wodorowy w samochodzie?
Wodorowy napęd może przybierać różne formy. Producenci eksperymentują z zastosowaniem wodoru jako paliwa, i choć zdarza się, iż w rozmaitych prototypach służy on do napędzania silnika tłokowego, w tej chwili najpopularniejszym zastosowaniem technologii jest FCEV ,czyli samochód elektryczny z ogniwami paliwowymi. Brzmi enigmatycznie, ale w praktyce okazuje się być zaskakująco proste.
Samochód na wodór (np. taki jak Toyota Mirai) ma na pokładzie podzespoły zbliżone do tych z hybrydy czy elektryka. Nie ma tu rzecz jasna silnika spalinowego, a bateria ma niewielką pojemność, ale co do zasady za napęd odpowiada jednostka elektryczna. Energia do jej zasilania jest produkowana podczas jazdy w ogniwach paliwowych. To w nich wodór łączy się z tlenem, uwalniając energię, dzięki której możemy swobodnie podróżować.
Wodorowe ogniwa paliwowe w samochodzie produkują energię elektryczną na bieżąco, opierając się na chemicznej reakcji znanej od bardzo dawna. Pierwiastek o liczbie atomowej 1, czyli występujący powszechnie wodór, jest tankowany z dystrybutora na stacji do zbiornika w aucie, analogicznie do procesu tankowania benzyny. Wodór przedostaje się do ogniw paliwowych, gdzie dochodzi do połączenia jonów wodoru w anodzie z tlenem w katodzie. Przepływ elektronów pomiędzy elektrodami generuje niezbędną do pracy silnika energię elektryczną.
Trafia ona również do akumulatora, podobnego do tych stosowanych w hybrydach Toyoty. Bateria pełni rolę pewnego bufora, który pozwala efektywnie zarządzać pracą małej elektrowni na pokładzie samochodu takiego jak Toyota Mirai, a dzięki temu - obniżać zużycie wodoru. W opisanej wyżej reakcji produktem ubocznym jest wspomniana już woda, która opuszcza pojazd poprzez "rurę wydechową”.
Samochody na wodór vs elektryczne i hybrydy
Co ma wspólnego samochód na wodór z autem hybrydowym i elektrycznym? Wspólnym mianownikiem tych rodzajów napędów jest praktyczne zastosowanie elektryfikacji. W każdym z wymienionych, bateria i silnik elektryczny pełnią jednak nieco inne funkcje.
FCEV czy Fuel Cell Electric Vehicle to samochód wodorowy, w którym zapasem energii jest zgromadzony w zbiornikach wodór. To on pozwala silnikowi elektrycznemu napędzać pojazd. Napęd wodorowy w samochodzie to obiecująca technologia, która pozwala przemieszczać się na duże dystanse bez emisji CO2 i spalin, a dodatkowo oczyszcza powietrze podczas jazdy. Dba o to zaawansowany system filtrów katalitycznych, zainstalowany w układzie doprowadzającym tlen do ogniw paliwowych. Napęd na ogniwa paliwowe jest praktycznie bezgłośny, a reakcja na gaz jest typowa dla auta elektrycznego, czyli natychmiastowa.
W przypadku hybrydy, energia w baterii pochodzi m.in. z odzysku podczas hamowania oraz z pracy silnika spalinowego. Bateria, podobnie jak w aucie wodorowym, jest niewielka. Silnik zwykle ma mniejszą moc, choć pewnym wyjątkiem są hybrydy typu plug-in z większą baterią i mocniejszymi jednostkami elektrycznymi. Hybryda zawsze oznacza jednak obecność dwóch typów silników - elektrycznego i spalinowego. Zalety to wyjątkowo niskie koszty eksploatacji, mniejszy poziom emisji szkodliwych związków i połączenie zalet elektryka z walorami auta spalinowego. W mieście możemy bowiem poruszać się przez większość czasu, korzystając wyłącznie z napędu elektrycznego, a w trasie pojazd zachowuje wszystkie zalety zwyczajnego samochodu spalinowego.
Auta BEV są napędzane tylko i wyłącznie silnikami elektrycznymi. Energia zmagazynowana w dużej baterii pozwala na przejechanie choćby kilkuset kilometrów, ale musi być uzupełniana z wyprzedzeniem np. z domowego gniazdka, Wallboxa w garażu czy z publicznej stacji ładowania. Samochody elektryczne są ciche i zwykle wyróżniają się rewelacyjnymi osiągami. Po stronie wad w tej chwili można wskazać niewielki zasięg (zwłaszcza zimą, gdy sprawność akumulatora maleje, a zużycie energii rośnie) i czas uzupełniania energii, który wynosi wielokrotnie więcej niż ten potrzebny na zatankowanie benzyny czy wodoru. Z uwagi na zastosowanie pojemnej baterii, auta elektryczne są też zwykle znacznie cięższe od ich spalinowych, hybrydowych bądź wodorowych odpowiedników.
Auto wodorowe - koszty zakupu i eksploatacji
Napęd wodorowy w samochodzie przez cały czas jest swego rodzaju ciekawostką. Tak jak ponad 25 lat temu nowinką była hybryda, tak teraz auta na wodór przecierają szlaki i mają do wypełnienia iście pionierską misję. To m.in. z tego względu o okazjach cenowych nie ma mowy. Chętni na taki model najczęściej kierują kroki do salonu Toyoty, bo jedynym wyborem na rynku nowych pojazdów jest w tej chwili Toyota Mirai. Cena tego dużego sedana klasy premium to 318 900 zł brutto. Za tę kwotę możemy wyjechać z salonu bezemisyjnym samochodem o realnym zasięgu do 650 km, którego tankowanie trwa 3 minuty. Wraz z popularyzacją wodorowego napędu, na rynku pojawi się większy wybór modeli z różnych segmentów i o różnych parametrach.
A co z cenami tankowania wodoru i kosztami eksploatacji? Dzisiaj przejechanie 100 km Toyotą Mirai kosztuje mniej więcej tyle samo, co samochodem benzynowym o podobnych rozmiarach i zbliżonych osiągach. Prognozy dotyczące rozwoju takiego napędu sugerują, iż wraz z popularyzacją ogniw paliwowych w samochodach, koszty tankowania spadną choćby kilkukrotnie.
Serwisowanie Toyoty Mirai odbywa się w interwałach zbliżonych do tych, o których mówimy w tradycyjnie napędzanych autach. Nie ma tu jednak wymiany oleju silnikowego - serwis najczęściej ogranicza się do inspekcji układu napędowego oraz wszystkich pozostałych podzespołów. Prostsze procedury serwisowe pozwolą zaoszczędzić również na regularnych przeglądach, a zdolność do odzyskiwania energii z hamowania, tak jak w aucie hybrydowym, pozwala ograniczyć zużycie komponentów układu hamulcowego. Elementy ogniw paliwowych Toyoty Mirai są objęte gwarancją obowiązującą przez okres 5 lat lub 100 000 km.
Wydajność, zasięg i spalanie aut na wodór
Zasięg to parametr, o którym właściciele aut spalinowych bądź hybrydowych w praktyce nie muszą myśleć wcale. Uzupełnianie paliwa zajmuje bowiem kilka minut, a problem ze znalezieniem stacji benzynowej po prostu nie występuje. Jak to wygląda w przypadku aut typu BEV i FCEV?
W autach elektrycznych jest już nieco trudniej. Choć prawdą jest, iż taki samochód można ładować z domowego gniazdka, to szybkie uzupełnianie energii (np. w trasie) jest już nieco większym wyzwaniem. Infrastruktura ładowania aut elektrycznych rośnie, ale w Polsce wciąż wymaga od kierowców nieco planowania. Zasięgi samochodów elektrycznych sprawiają, iż podczas dłuższej podróży musimy brać pod uwagę przerwy na ładowanie. Może to stanowić pewną niedogodność, zwłaszcza dla tych, którzy w miejscu docelowym (np. domu czy hotelu) nie mają możliwości podłączenia samochodu do ładowania. Warto również dodać, iż ładowanie na szybkich ładowarkach umieszczonych przy autostradach lub drogach ekspresowych nie należy do najtańszych, a niska temperatura czy większa prędkość istotnie skracają możliwy do przebycia dystans.
Auta wodorowe takie jak Toyota Mirai mają zasięgi zbliżone do tych, które znamy z samochodów spalinowych. W odróżnieniu od bateryjnych aut elektrycznych, zimowe warunki nie wpływają w dużym stopniu na zużycie energii, a z ogrzewania możemy korzystać śmiało, bez obaw, iż w trasie szybciej wyświetli się rezerwa. Krótki proces tankowania i niskie zużycie wodoru pozwalają jeździć samochodem na wodór tak, jak konwencjonalnie napędzanym autem. w tej chwili pozostaje on jednak wyborem dla tych kierowców, którzy mieszkają lub pracują w pobliżu stacji tankowania wodoru.
Tankowanie samochodów wodorowych - dostępność i infrastruktura stacji wodorowych
Największym wyzwaniem jest bowiem infrastruktura wodorowa. W Europie Zachodniej sieć tankowania wodoru jest już całkiem rozwinięta, szczególnie w dużych miastach i przy głównych szlakach transportowych, jednak w naszym kraju dopiero powstaje. w tej chwili polscy kierowcy mogą zatankować samochód wodorowy w Warszawie i Rybniku. Choć możliwości uzupełnienia zbiorników wodoru są ograniczone, plany rozwoju sieci nabierają tempa, czego efekty zobaczymy w ciągu kilku lat. Pomoże w tym na pewno rozwój floty wodorowych autobusów miejskich i samochodów użytkowych oraz wodorowego transportu kolejowego, który zastąpi lokomotywy spalinowe.
Toyota Mirai - wodorowa rewolucja
Rozwojem technologii wodorowej interesują się najwięksi rynkowi gracze. Toyota prowadzi badania nad zastosowaniem tego pierwiastka w motoryzacji od początku lat 90., co w 2014 roku zaowocowało wejściem do sprzedaży pierwszego modelu tej marki z napędem wodorowym. Toyota Mirai pierwszej generacji była dopracowanym w każdym szczególe, prestiżowym sedanem segmentu E, w którym nowatorski rodzaj napędu połączono z kompletem zalet elektrycznego auta klasy premium.
Nowa Toyota Mirai następnej generacji to nowoczesna limuzyna o dynamicznej sylwetce i klasycznych liniach. O rewolucyjnym wodorowym napędzie informują emblematy na karoserii, ale styl nadwozia jest na tyle stonowany, iż równie dobrze Mirai mógłby być konwencjonalnym autem benzynowym.
Łączna moc układu napędowego Toyoty Mirai wynosi 182 KM. Auto żwawo przyspiesza od 0 do 100 km/h i wyróżnia się natychmiastową reakcją na gaz. Tak jak w elektrykach, nie ma tu skrzyni biegów, a konstrukcja układu napędowego jest prosta.
Nadwozie skrywa wykończone z dbałością o szczegóły wnętrze. Dobór materiałów jest godny limuzyny, a nowe technologie znane z innych modeli Toyoty sprawiają, iż jazda jest nie tylko przyjemna, ale i bezpieczna. Na ekranie systemu multimedialnego możemy sprawdzać dane dotyczące jazdy oraz… ilość oczyszczonego powietrza. Katalityczny filtr wbudowany we wloty powietrza wychwytuje mikroskopijne cząsteczki zanieczyszczeń, w tym dwutlenek siarki (SO2), tlenki azotu (NOx) i cząstki stałe PM 2.5. Rozwiązanie to usuwa od 90 do 100% zanieczyszczeń o średnicy od 0 do 2,5 mikrometra z powietrza przelatującego przez system ogniw paliwowych.
Na całym świecie pojawia się coraz więcej praktycznych zastosowań wodoru jako źródła energii. Rośnie też produkcja zielonego wodoru, a sieć jego dystrybucji jest stale rozwijana. Czas pokaże, czy podobnie jak Prius, który rozpoczął hybrydową rewolucję, wodorowa Toyota Mirai da początek wielkiemu ruchowi i popchnie świat motoryzacji w zupełnie nowym kierunku.
