Vodík jako alternativa k elektromobilitě?

Posledních pár roků se klade velký tlak na snížení emisí v dopravě. Prosazuje se konec prodeje spalovacích motorů a podpora elektromobility. Termín ukončení výroby spalovacích motorů byl Evropskou komisí stanoven na rok 2035. Tento návrh však ještě podléhá schválení Evropským parlamentem a zeměmi sedmadvacítky. Za předpokladu schválení tohoto návrhu – je tento termín reálný? Máme vyvinout alternativní pohon, který by plnohodnotně nahradil všechny benzínové a dieselové motory?

Co se v článku všechno dozvíte?

• Výhody a nevýhody vodíkového pohonu.
• Jsou vodíkové pohony nebezpečné?
• Kde se uplatní vodíkové pohony a kde naopak elektromobilita?

Kdo nám více řekne o vodíkové technologii?

Kristýna Váchalová má bohaté zkušenosti s vývojem benzínových, dieselových, hybridních a vodíkových pohonů, převážně pro firmu Daimler AG pro osobní a nákladní vozy, a autobusy. Ve vývoji vodíkových vozidel působila 8 let. Vyvíjela sání a výfuky vodíkových osobních aut. Velmi hrdá je na patent, který získala za vývoj systému zachytávání a řízeném vypouštění vody z výfuku. Dělala i studii proveditelnosti vodíkového autobusu – koncepční řešení umístění a upevnění vodíkových systémů do stávajícího motorového prostoru v autobusu, navržení vodíkových nádrží a jejich upevnění. Jako úplně první v Daimleru dělala prvotní studie proveditelnosti vodíkových systémů pro 5 různých nákladních aut.

V diskuzích na profesní síti LinkedIn jsme se názorově „střetli“ pod tématy ohledně bateriového a vodíkového pohonu. Jak je vnímá Kristýna?

Jaké vidíte výhody vozidel, které pohání elektrická energie z baterií?

Je to především velmi tichý chod. Baterie těchto vozidel se dají nabíjet i doma. To znamená, že člověk ideálně nepotřebuje hledat dobíjecí stanice. Vozidla nemají žádné lokální emise. Dle mého názoru jsou BEV (Battery Electric Vehicle) vhodné pro městský provoz a velmi velký potenciál vidím v carsharingu.

A na druhou stranu – nevýhody elektrických vozidel vidíte v čem?

Tato vozidla nejsou ve skutečnosti bezemisní. A tady vidím celkem zásadní problém. Tedy je to v rozporu s tím, proč se k elektromobilitě přechází.

Jeden důvod je výroba elektrické energie, která je v současné době jen z malé části bezemisní. Dalším velkým otazníkem je, kde bychom vzali tolik elektrické energie, kdyby všechna spalovací vozidla byla nahrazena bateriovými?

Hlavní složky pro výrobu baterií jsou vzácné kovy, které se těží např. v Číně, v Africe nebo v jižní Americe. Právě těžba těchto vzácných kovů velmi znečišťuje naši planetu a lidé tam pracují ve velmi těžkých a nevyhovujících podmínkách – trpí těžkými nemocemi. Nehledě na to, že vzácných kovů na naší planetě určitě nemáme v neomezeném množství.

Co se vozidla samotného týče, tak jedno velké mínus má dojezdová vzdálenost, délka nabíjení, hmotnost a životnost baterií a v neposlední řadě i jejich cena.

Tento pohon, dle mého názoru, nemůže adekvátně nahradit benzínové a dieselové pohony ve všech vozidlech.

Kristýna Váchalová a Petr Beneš

Nabídnu vám alternativní pohled: u výroby elektrické energie dochází ke snižování emisí, odstavují se „špinavé“ zdroje energie. Spoustu energie vyvážíme, spousta energie je potřebná na výrobu benzínu/nafty. Je zde prostor pro energetické úspory. Navíc, není cíl nahradit všechna vozidla za bateriová. A poslední – vzácné kovy lze recyklovat, na rozdíl od ropy a z ní vznikajícího benzínu/nafty/oleje …

Ano, ale to stále neřeší otázku, kde vzít tolik energie pro nabíjení baterií. Jaký máme konkrétní koncept na snižování emisí ve výrobě elektrické energie u nás? Staví se u nás větrné, vodní či solární elektrárny, tak jako je tomu třeba v Argentině? Jak se takto získaná elektrická energie ukládá, aby se mohla použít v případě potřeby?

Myslím si, že recyklace úplně neřeší, jak získat vzácné kovy na výrobu baterií.

Jaký je tedy cíl? Z médií slyšíme, že cílem je snižování emisí. Ale tím, že se na trh „protlačí“ BEV, tohoto cíle nedosáhneme. Dle mého názoru je to jen naoko udělané a „prodané“ médii. Tento plán není komplexní a není komunikovaný veřejnosti otevřeně. Nikdo neinformuje o obou stránkách věci – výhody a nevýhody. A tady už vidím červený vykřičník => proč tomu tak je?

Vaší doménou jsou vodíkové pohony. Kde vidíte jejich výhody?

Hlavní výhodou je dojezdová vzdálenost, rychlé doplnění vodíku – řádově pár minut tak, jak to známe u benzínu či dieselu.

Vozidla jsou bezemisní v případě, že do nich tankujeme „zelený vodík“.

Životnost vodíkového systému bych také uvedla jako výhodu, ta v současné době činí asi 450 000 km. Praxe nám ukáže více…

Co je ale velikou předností vodíkových pohonů je právě možnost použití ve všech vozidlech, které nyní pohání benzínové a dieselové motory.

Navíc vodík může sloužit jako velmi dobrý úložní systém elektrické energie z obnovitelných zdrojů. Dá se využít i v kombinaci s FVE přímo doma. Takže se i z privátních domů stávají energeticky nezávislé nemovitosti po celý rok i v našich podmínkách.

Vodík není omezeným zdrojem, co se množství týče.

Myslíte to tak, že lidé budou doma skladovat vodík vyrobený z jejich FVE?

Lidé již skladují vodík u svých rodinných domů. U nás v České republice nevím, zda již taková domácnost existuje, ale v Německu jich již pár je. Jedna je třeba v Bavorsku v horách. Tam bývá zima opravdu dlouhá a se sněhem. V Německu byla tato rodina jako jedna z pilotních, co se testování tohoto systému týče. Za zvýhodněných podmínek mají tento systém doma. V roce 2018/19 byla v Bavorsku tuhá a dlouhá zima s velkým množstvím sněhu. Tento dům byl až do jara, do prvního sluníčka, 100% soběstačný co se elektrické energie týče. I já o tom velmi uvažuji.

Výroba „zeleného vodíku“ však také potřebuje nějakou energii

Ano, je to tak. Ale pokud hovoříme o vodíku, který se získává z obnovitelných zdrojů, tak i elektrická energie pro jeho výrobu se získává stejně. Výhoda vodíku je, že se dá dlouho skladovat prakticky bez ztrát a dá se využít na jiném místě a v jiný čas.

Ale i tady jde vývoj velmi dopředu, např. firma SunHydrogen (a není jediná na trhu): „… vyvíjí nízkonákladovou technologii pro výrobu obnovitelného vodíku pomocí slunečního záření a jakéhokoli vodního zdroje, včetně mořské a odpadní vody. Levné nanočástice napodobují fotosyntézu, aby efektivně využívaly sluneční světlo k oddělení vodíku od vody, což v konečném důsledku produkuje ekologický obnovitelný vodík.“

Australská firma Hysata vyvinula systém elektrolyzéru, který poskytuje celkovou účinnost systému 95 %, což odpovídá 41,5 kWh/kg, ve srovnání se 75 % nebo méně u stávajících technologií elektrolyzérů. Ten by měl být na trhu v roce 2025.

Jak je technicky možné, aby stávající benzínová vozidla používala vodík na pohon?

Asijské automobilky, které nepřerušily vývoj vodíkových pohonů, se zabývají i touto možností.

Já se tímto vývojem nezabývala, tak k tomu podrobnosti nevím. To je dotaz na experty dané tématiky.

Jaké vidíte nevýhody vodíkových pohonů?

Velmi dlouho jsem nad tím přemýšlela, ale moc jsem jich nenašla. V podstatě jen dvě: Vodíkové systémy jsou složité a tím pádem i drahé.

Není důvodem právě vysoká cena vodíkových systémů, proč se tato technologie zatím více neujala v osobní dopravě? Hyundai Nexo a Toyota Mirai nepočítám jako běžně dostupná auta díky jejich ceně a absenci sítě čerpacích stanic.

Ano, vodíkové systémy jsou drahé. Jejich cena není důvodem, proč se vodíková auta zatím neujala. Před několika roky se rozhodlo, avšak ne na základě názorů expertů v automobilkách, že bateriové pohony budou ty pravé pro snížení CO2. Většina automobilek tedy začala tehdy podporovat vývoj BEV a vývoj vodíkových pohonů bohužel pozastavila. Výjimkou jsou asijské automobilky, které i nadále vyvíjely různé alternativní pohony paralelně. A dnes mají tím pádem náskok. Díky nim jsou na trhu vodíkové osobní vozy.

Hyundai Nexo a Toyota Mirai jsou dostupná auta. Absence vodíkových čerpacích stanic je u nás, ale ne v západní Evropě. Jsme opět pozadu.

Švýcarsko patří, co se rozvoje vodíkových čerpacích stanic a vzestupu vodíkových vozidel, mezi nejaktivnější v rámci Evropy.

Další automobilky, které se zabývají vývojem vodíkových osobních vozidel jsou BMW, Peugeot, VW či Renault, který by na konci května měl představit první koncepční vůz s vodíkovou technologií.

O vodíkových pohonech se říká, že jsou velmi nebezpečné. Je tomu opravdu tak?

Vodík není tak hořlavý, jak jeho pověst říká. Třaskavý efekt nastává pouze za velmi zvláštních podmínek. To vyžaduje směs vzduchu a vodíku nejméně 18 procent a jiskru nebo okolní teplotu vyšší než 560 °C. Ale jelikož je vodík extrémně těkavý a v havarijní situaci okamžitě uniká směrem nahoru, koncentrace vodíku obvykle zůstává v nekritickém rozmezí. Benzín je daleko nebezpečnější, snáze se vznítí a zůstane déle na výstupu.

Výhodou bezpečnosti použití vodíku je i jeho velmi nízká hustota, kdy při proražení nádrže dojde k jeho rychlému stoupání, proto se neakumuluje v blízkosti nehody. Při požáru tak dojde k tvorbě plamene, který bude stoupat kolmo vzhůru a nedojde tak k požáru vozidla jako je tomu u kapalných fosilních paliv.

Všechna paliva obsahující vysokou koncentraci energie mohou být za určitých podmínek nebezpečná. Vodík lze však považovat jako podobně bezpečný nebo dokonce bezpečnější než každé jiné palivo.

Proč, když vybuchne vodíková stanice, je „celá vodíková stanice srovnaná se zemí“ a je velká tlaková vlna?

Všechna paliva jsou nebezpečná za určitých podmínek. Ale tady jde o srovnání nebezpečnosti mezi benzínem a vodíkem.

Vodíkové nádrže jsou testovány kromě standardních crashtestů také tak, aby odolaly střelbě z pušky. Nádrže dokážou odolat dvojnásobnému tlaku, než jaký je za standardních podmínek. Podobně bezpečné jsou i plnicí stanice, které mají celou řadu systémů zaměřující se na bezpečnost při práci s vysokým tlakem.

Výroba vodíku probíhá již desítky let a nedochází při ní prakticky k žádným mimořádným tragédiím. Vodík je také mimo jiné plyn, který není zdraví škodlivý, nemusíte se tak bát jeho úniku. Systémy ve vodíkových vozidlech jsou navíc vyvíjeny tak, aby se v případě havárie uzavřely a nemohlo tak dojít k náhlému vzplanutí.

Jak vnímáte současnou situaci spojenou s přechodem na alternativní pohony?

Já jsem toho názoru, že přechod na alternativní pohony se vzal za špatný konec. V podstatě bylo řečeno, co se má do kdy dodržet a za co budou sankce. Ale jak se toho má dosáhnout, to už nikdo neřekl. Chybí komplexní projekt/plán.

My dnes známe termín, do kdy se mají snížit emise vozidel a na jaké hodnoty. Tento termín se již několikrát posunul dopředu. Dle mého názoru to stále není finální termín.

Jaký postup byste doporučila vy díky vašim 17letým zkušenostem z vývoje automobilu?

Napřed by měl být plně vyvinut produkt – vozidla s alternativními pohony. To znamená, že dané alternativní pohony budou plně a spolehlivě funkční ve všech typech vozidel, která v současné době pohánějí benzínové či dieselové motory.

Také by měly být vystavěny čerpací či dobíjecí stanice v dostatečné hustotě, aby byl možný jejich bezproblémový provoz.

Zdroj paliva (elektrické energie) i výroba všech komponentů by měla být bez zatížení životního prostředí, včetně použitých materiálů.

A až pak někdo může přijít s nějakým termínem, kdy se zastaví výroba benzínových a dieselových pohonů.

Já osobně vidím veliký potenciál na trhu pro stávající i nové firmy v oblasti vodíkových technologií, a tím pádem i nové pracovní příležitosti.

Chápu navrhované kroky, avšak ani pro první automobily na přelomu 19. a 20. století nebyla infrastruktura připravená. Benzínky se budovaly postupně. Vnímám, že u elektromobilů je to snadné – zásuvku má doma každý a tak „nabíjecích stanic“ je nepočítaně.

Tehdy nikdo na nic netlačil. Jezdilo se koňmi. S prvními automobily se začaly postupně stavět i čerpací stanice. Lidé se dobrovolně rozhodovali, zda si pořídí vůz anebo se budou dále pohybovat jako dosud.

Dnes politici vyvíjí tlak na to, aby se omezila či zakázala výroba spalovacích motorů, aniž by za ně byla adekvátní náhrada, či si každý zákazník mohl vybrat, čím bude jezdit.

Proč se tedy vyvíjí tlak na zrušení něčeho, co velmi dobře a spolehlivě funguje, aniž by za ně byla adekvátní náhrada, která by dávala smysl?

Zásuvku má doma každý, ale ne každý chce jezdit bateriovým automobilem, a ne každý vůz je schopen jezdit na baterie. Tady chybí ten komplexní plán. Nehledě na to, že nemáme dostatečné množství elektrické energie na provoz BEV – v případě, že by se všechny spalovací motory nahradily tímto pohonem, kde vezme elektrickou energii?

Řekněte nám na závěr, jak tedy vidíte elektromobilitu?

Když to vše shrnu, co jsem říkala, tak si myslím, že bateriová vozidla určitě dávají smysl, ale ne všude. Použití bateriových pohonů by se mělo koncentrovat do malých vozidel, která nejezdí na dlouhé vzdálenosti.

A auta s vodíkovým pohonem?

U vodíkových pohonů vidím velký potenciál využití u všech vozidel, která jezdí delší a dlouhé vzdálenosti jako osobní a nákladní vozidla, autobusy. Další velmi dobré využití je i u letadel, lodí či vlaků a pracovních strojů.

Vývoj všech alternativních pohonů je v současné době na začátku – chybí i sítě čerpacích/nabíjecích stanic. Myslím, že čas teprve ukáže, který alternativní pohon bude ten nejvhodnější. Ani nevylučuji, že by to mohla být nějaká kombinace pohonů.

Stále by mělo platit, že experti a zákazníci by měli mít rozhodovací právo, který pohon či pohony se prosadí a tím udávat i směr vývoje.

Děkuji za váš pohled na zajisté „třaskavé“ téma. Jakožto uživatel elektromobilu od 2018, kdy elektromobilem jezdím bez problémů i tisícikilometrové trasy, vidím v elektromobilitě smysl už teď. Co se vodíku týče, myslím, že velký smysl dává opravdu v nákladní dopravě. A doufám, že čistější způsob přepravy brzo vytlačí benzínové a naftové motory hlavně z měst.

Petr Beneš, elektromobilní nadšenec jezdící jen na baterky; benes_petr@seznam.cz, www.linkedin.com/in/petrbenes-electromobility