Technologia wodorowych ogniw paliwowych może okazać się najbardziej opłacalną z dostępnych dziś możliwości generowania energii elektrycznej w branży automotive. Czym jest wodorowe ogniwo paliwowe i w jaki sposób działa?
Co to jest wodorowe ogniwo paliwowe?
Wodorowe ogniwa paliwowe mogą w niedalekiej przyszłości znaleźć szerokie zastosowanie w motoryzacji. Takie rozwiązanie cechuje się licznymi zaletami, ponadto wiele wskazuje na to, że samochody napędzane wodorem będą zdobywać coraz większą popularność. Jednocześnie należy pamiętać, że tak samo jak każda inna technologia, wodorowe ogniwa paliwowe mają pewne ograniczenia. W pierwszej kolejności jednak warto dowiedzieć się, jak wygląda tego typu układ i w jaki sposób może dostarczać energię do silnika pojazdu.
Zadaniem ogniwa paliwowego – niezależnie od jego rodzaju – jest generowanie energii elektrycznej w procesie utleniania się dostarczanego do nich paliwa. Ich praca wygląda zupełnie inaczej niż w przypadku ogniw galwanicznych, do których zalicza się akumulatory i baterie. W przeciwieństwie do tego typu elementów ogniwa paliwowe nie muszą być ładowane, a ich działanie może rozpocząć się niemal od razu po doprowadzeniu paliwa.
Wodorowe ogniwa paliwowe to najczęściej stosowany wariant. Zanurzone w elektrolicie elektrody wykorzystują wodór (na anodzie) i tlen (na katodzie), co pozwala między innymi wyeliminować szkodliwe substancje powstające w procesie spalania – w tym przypadku do środowiska trafia wyłącznie para wodna.
Zobacz też: Jak zmniejszyć ślad węglowy sektora motoryzacyjnego?
Jak działa wodorowe ogniwo paliwowe?
Dzięki wykorzystaniu wodoru proces spalania paliwa nie zmienia składu chemicznego elektrolitów ani elektrod. To kolejny istotny aspekt różnic pomiędzy ogniwami paliwowymi a galwanicznymi. Akumulatory opierają swoje działanie na reakcjach, które mogą prowadzić do zmian w stosowanych substancjach – stąd bierze się również potrzeba ładowania, które polega na odwróceniu tych procesów.
Zasada działania wodorowego ogniwa paliwowego jest dość prosta: wodór oddaje elektrony (utlenia się), które następnie reagują z tlenem, produkując jednocześnie prąd elektryczny i pozostawiając jedynie parę wodną jako efekt uboczny reakcji. Niektóre ogniwa wykorzystują zamiast czystego wodoru związki zawierające dużą ilość tego pierwiastka, takie jak metan czy metanol – w ich przypadku efektywność jest nieco mniejsza, a w procesie spalania powstaje również niewielka ilość dwutlenku węgla.
Zastosowanie wodorowych ogniw paliwowych
Wodorowe ogniwa paliwowe znajdują sporo zastosowań w różnych branżach:
- energetyka – w dostarczaniu energii do miejsc, gdzie niemożliwe jest zapewnienie swobodnego dostępu do sieci energetycznej;
- budowa robotów autonomicznych,
- systemy zasilania alarmowego,
- technologie kosmiczne – statki i sondy,
- motoryzacja.
Warto zwrócić uwagę szczególnie na ten ostatni punkt. Silniki na ogniwa wodorowe to rozwiązanie, które stosuje coraz większa liczba producentów samochodów. Istnieje już kilka modeli od topowych marek właśnie z takim napędem – sprawność wodorowych ogniw paliwowych jest dość duża, co pozwala na wykorzystanie ich nawet w autobusach.
Zobacz też: Ochrona magazynów wodoru – amortyzatory do samochodowych zbiorników na wodór
Samochody na wodór – infrastruktura i inne czynniki wpływające na ich wdrożenie
Choć technologia zarówno wodorowych ogniw paliwowych, jak i silników wodorowych jest już dosyć dojrzała, nadal dzieli nas pewien czas od adaptacji samochodów tego typu na szeroką skalę. Ich liczba jednak stale się zwiększa, a stale rosnąca popularność jest wynikiem połączenia kilku istotnych czynników. Warto zwrócić uwagę między innymi na obowiązujące regulacje – Unia Europejska wraz z innymi organizacjami kładzie aktualnie spory nacisk na ekologię w ruchu drogowym, wspierając inicjatywy związane z paliwami alternatywnymi i precyzując kwestie prawne dotyczące elektromobilności.
Zdecydowaną zaletą w codziennej eksploatacji samochodu na wodór jest szeroka dostępność tego pierwiastka – można go pozyskiwać niemal wszędzie, dzięki czemu koszty dla kierowców będą minimalne. Jeden „bak” w najnowszych samochodach wodorowych pozwala na przejechanie nawet ponad 700 km, co jest znaczącą przewagą nad innymi pojazdami elektrycznymi.
Zobacz też: Rodzaje samochodów elektrycznych a rozwój elektromobilności
Aktualnie sporą przeszkodą jest jednak brak dostępnej infrastruktury do zasilania aut wodorowych. W Polsce obecnie dostępne są 2 stacje ładowania aut wodorowych – pierwsza stacja tego typu powstała zaledwie kilka miesięcy temu na Warszawskim Ursynowie – jest to jedna z nowocześniejszych stacji w Europie, a druga dostępna stacja znajduje się w Rybniku. Z danych firmy konsultingowej Ludwig-Bölkow-Systemtechnik wynika, że pod koniec 2022 r. ich liczbę szacowano na 814 na całym świecie, ok. 260 w Europie, z czego ponad 100 w Niemczech. Istnieje jednak wiele projektów, które zakładają powstanie nowych punktów tankowania wodorem już w najbliższych latach. W planach jest m.in. budowa stacji tankowania wodoru przez Orlen za granicą oraz kolejnych obiektów w polskich miastach. Do 2030 roku ma powstać 57 takich obiektów w Polsce, 26 na Słowacji oraz 28 w Czechach.
Jak tankować samochód na wodór?
Z perspektywy kierowcy proces tankowania wygląda podobnie jak w przypadku aut spalinowych. Istnieje jednak kilka ważnych różnic – jedną z nich jest fakt, że wodór na stacjach zazwyczaj liczy się w kilogramach, a nie w litrach. Co więcej, tankowanie samochodu na wodór wymaga dokładnej kontroli tempa przez dystrybutor, ponieważ zbyt szybkie zasilenie pojazdu może skutkować niebezpiecznym podwyższeniem temperatury. Czas ładowania nowego auta wodorowego na typowej stacji wynosi około 3 minut.
Ceny samochodów wodorowych
Na razie samochody na wodór są dość drogie – ceny dostępnych w Polsce modeli wynoszą około 300 tysięcy złotych. Wraz z rozwojem infrastruktury i rosnącą popularnością paliw alternatywnych kwoty będą jednak stopniowo spadać, podobnie jak w przypadku innych samochodów elektrycznych. Istotną rolę mogą tutaj odegrać regulacje prawne Unii Europejskiej i państw członkowskich – już teraz w wielu miejscach kierowcy mogą liczyć na ulgi związane z wykorzystaniem tego typu aut takie jak bezpłatne parkowanie, poruszanie się buspasami, bezpłatny wstęp do stref czystego transportu, zniżki na polisy OC czy korzystniejsze limity amortyzacji dla przedsiębiorców.
Wodorowe ogniwa paliwowe – zalety i wady
Budowa wodorowych ogniw paliwowych jest stosunkowo prosta, podobnie jak sam schemat ich działania – dzięki temu energia chemiczna może być bardzo szybko i łatwo konwertowana na energię elektryczną. Jednocześnie ryzyko wystąpienia awarii i nieprawidłowości jest bardzo małe. Ogromną zaletą korzystania z tego typu ogniw paliwowych jest ich neutralny wpływ na środowisko. Produktem ubocznym spalania wodoru jest tylko para wodna, w przeciwieństwie do szeregu szkodliwych substancji powstających przy spalaniu paliw stałych. Co więcej, wodorowe ogniwo paliwowe generuje też niski poziom hałasu. Technologia wodorowych ogniw paliwowych pozwala ponadto na wydajną pracę przez długi czas oraz możliwość dużych przeciążeń chwilowych. Pojedyncza komórka produkuje prąd o bardzo niskim napięciu (pomiędzy 0,5 a 1 V), jednak mogą one być łączone w niemal dowolnej liczbie, co pozwala na sporą skalowalność i szerokie zastosowanie.
Minusem wodorowych ogniw paliwowych jest dość wysoki koszt materiałów wykorzystywanych do produkcji katalizatorów. Ponadto sprawność tego typu układów jest niższa niż podczas magazynowania energii w akumulatorach. Sam proces pozyskania wodoru również wymaga pewnego nakładu energii. Mimo tego wodór jest uznawany za pierwiastek o sporym potencjale w roli źródła energii zarówno dla samochodów, jak i w zastosowaniach stacjonarnych. Należy przy tym pamiętać, że wodorowe ogniwa paliwowe to technologia, która ciągle jest w fazie rozwoju, a wartość firm z tego sektora stale rośnie.
Najnowocześniejsze rozwiązania dla elektromobilności z Knauf
Wciąż rozwijająca się technologia zasilania wodorowego staje się coraz popularniejsza. Z tego względu warto zwracać się ku rozwiązaniom, które sprawdzą się na tym szybko rozwijającym się rynku. Nowoczesne ogniwa wykorzystują elementy z pianki EPP, która zapewnia skuteczną izolację termiczną w parze z ochroną przed wstrząsami i uszkodzeniami. Jednym z czołowych producentów tego typu części jest firma Knauf Industries, oferująca również wiele innych innowacyjnych rozwiązań z zakresu elektromobilności.
Skontaktuj się z naszymi specjalistami, aby poznać pełną ofertę.