Mobilita budoucnosti potřebuje palivové články

Vzhledem k hmotnosti baterie, dlouhým dobám nabíjení a omezenému dojezdu není elektrický pohon s aktuální technologií baterií pro těžká užitková vozidla první volbou. V blízké budoucnosti však budou 40tunové nákladní automobily schopné ujet tisíc kilometrů čistě elektricky.

Klíčem k tomu je pohon na palivový článek od Bosche. Ten umožňuje s využitím obnovitelně vyráběného vodíku klimaticky neutrální přepravu zboží. Bosch od počátku vyvíjí pohon s palivovými články především se zaměřením na nákladní automobily a plánuje zahájit sériovou výrobu v letech 2022/23. Na základě užitkových vozidel budou pohony s palivovými články v budoucnu stále častěji využívány i v osobních automobilech a z dobrých důvodů budou nedílnou součástí portfolia pohonů budoucnosti.

Související

Martin Pokorný

Jak si vybrat tu správnou autokameru do vašeho vozu

Marek Kuřina

Takto budou v blízké budoucnosti spolupracovat…

Vodík (H₂) reaguje v palivovém článku s kyslíkem (O₂) z okolního vzduchu. Vodík se přeměňuje na elektrickou energii, která se používá k pohonu. Kromě toho vzniká teplo a čistá voda H₂O. H₂ se získává pomocí takzvané elektrolýzy, při které se voda elektřinou štěpí na vodík a kyslík.

Pokud se k tomu použije elektřina z obnovitelných zdrojů, pohon na palivový článek funguje zcela klimaticky neutrálně. Jeho CO₂ bilance, celkové CO₂ emise pro výrobu, provoz a likvidaci, je lepší pro velká a těžká vozidla než u čistě bateriového elektrického pohonu. U vozidel s palivovými články postačuje kromě nádrže na vodík jako záložní/akumulační zařízení také podstatně menší baterie. To zásadně snižuje CO₂ stopu výroby.

Vodík má vysokou energetickou hustotu. Jeden kilogram vodíku obsahuje tolik energie jako 3,3 litru nafty. Automobil potřebuje asi jeden kilogram na 100 kilometrů, 40tunový nákladní vůz potřebuje přibližně sedm kilogramů.

Pokud je nádrž prázdná, je možné ji stejně jako u naftového nebo benzínového motoru, za několik minut vodíkem doplnit a pokračovat v cestě. Kromě mobilních aplikací společnost Bosch vyvíjí stacky palivových článků pro stacionární aplikace s technologií SOFC (palivový článek na bázi tuhých oxidů). Tato technologie má být používána mimo jiné ve formě malých decentralizovaných elektráren ve městech, továrnách, datových centrech a při provozu nabíjecích stanic pro elektromobily.

Za účelem dosažení cílů ochrany klimatu z Paříže bude vodík v budoucnu pohánět nejen automobily a užitková vozidla, ale také vlaky, letadla a lodě. Energetický a ocelářský průmysl také s vodíkem počítá.

Jedním z rozhodujících faktorů při určování, zda je pohon šetrný ke klimatu a ekonomický, je jeho účinnost. U vozidel s palivovými články je zhruba o čtvrtinu vyšší než u vozidel se spalovacími motory. Možnost rekuperace brzdné energie tuto účinnost dále zvyšuje.

Bateriová elektrická vozidla, která mohou ukládat elektřinu přímo ve vozidle a používat ji k pohonu, fungují ještě efektivněji. Jelikož se výroba energie a poptávka po energii časově a prostorově ne vždy shodují, zůstává elektřina z větrných a solárních systémů nevyužita, protože nenajde odběratele a nelze ji uskladnit. A zde přichází ke slovu vodík. Pomocí přebytečné elektřiny může být vyráběn decentrálně, flexibilně skladován a přepravován.

S rozvojem větších výrobních kapacit a klesajícími cenami elektřiny z obnovitelných zdrojů se náklady na výrobu zeleného vodíku výrazně sníží. Hydrogen Council, sdružení více než 90 mezinárodních společností, očekává, že se náklady u řady vodíkových aplikací v příštích deseti letech sníží na polovinu – a stanou se tedy konkurenceschopnými ve srovnání s jinými technologiemi.

Bosch v současné době vyvíjí pro uvedení na trh stack, srdce palivového článku, společně se startupovou společností Powercell a poté jej bude vyrábět sériově. Cílem je vysoce výkonné řešení, které lze levně vyrobit.

Současná síť vodíkových čerpacích stanic ještě není široce dostupná. Zhruba 180 čerpacích stanic na vodík v Evropě stačí na některé důležité dopravní trasy. S cílem podpořit další expanzi spolupracují společnosti v mnoha zemích, často s podporou státních dotací. 

Používání plynného vodíku ve vozidlech je také bezpečné a není nebezpečnější než jiná paliva nebo baterie. Neexistuje zvýšené riziko výbuchu kvůli vodíkovým nádržím. H₂ ve spojení s kyslíkem sice hoří a nad určitý poměr je směs také výbušná. Vodík je ale asi 14krát lehčí než vzduch, a proto extrémně těkavý. Pokud by H₂ například unikal z nádrže vozidla, tak stoupá rychleji, než se dokáže spojit s okolním kyslíkem.

Při požární zkoušce provedené americkými vědci v roce 2003 sice auto s palivovými články zahořelo tryskovým plamenem, ten ale opět rychle zhasl. Vozidlo zůstalo z velké části nepoškozené.