Da li je vodonik gorivo budućnosti?

Dizel je mrtav, benzinci će da budu zabranjeni, a budućnost je potpuno električna. Ovako izgledaju naslovi u rubrikama koje pokrivaju automobilsku industriju u medijima širom svijeta. Istina je da dugoročna budućnost konvencionalnih motora sa unutrašnjim sagorijevanjem nije svijetla, ali da li će električni automobili na baterije zaista postati dominantna snaga u ovoj industriji?

Mada se oni u ovom momentu najbolje kotiraju i najviše se o njima priča, postoje proizvođači koji istražuju alternative, a neki od njih kao što su Tojota, Kija, Hjundai, BMW, Honda i Mercedes ulažu milijarde eura u vozila na vodonične gorivne ćelije (FCEV).

Tojota već ima mirai, Hjundai će svoj eksperimentalni IX35 Fuel Cell početkom ove godine da zamijeni konvencionalnijim modelom nekso, a Kija je obećala da će uz svoje plag-in i električne automobile do 2020. imati i vozilo na vodonik. Šta su automobili na vodonik i da li su ona zaista ozbiljna alternativa rastućem talasu električnih vozila?

Ukratko, FCEV je električni automobil čiji se elektromotori pokreću električnom energijom koja se stvara dijeljenjem atoma vodonika, umjesto da je isporučuju tradicionalne baterije. Gorivna ćelija, koja je veličinom slična klasičnom motoru sa unutrašnjim sagorijevanjem, ima anodu, katodu, i elektrolitsku membranu.

Vodonik prolazi kroz anodu, gdje se njegovi molekuli dijele na protone i elektrone.

Elektroni se zatim upućuju u električno kolo, stvarajući električnu struju koja pokreće motor, dok protoni prolaze kroz membranu. Na katodi, elektroni se ponovo sjedinjuju sa protonima i kiseonikom, stvarajući vodu, koja je jedini element koji izlazi na auspuhu ovih vozila. Najveće prednosti FCEV-a u odnosu na električna vozila sa baterijama trenutno su dopunjavanje i domet. Punjenje rezervoara vodonika je slično kao tankovanje benzinom ili dizelom i zahtijeva slično vrijeme.

Iako punjenje baterija kod električnih vozila traje sve kraće, i dalje smo daleko od toga da ih možemo potpuno dopuniti za tri minuta. Auta na vodonik takođe imaju mnogo veći domet od aktuelnih električnih vozila. Hjundai nekso može da pređe čak 800 kilometara, slično kao auto na dizel. Čak i električna vozila sa najvećim dometom jedva mogu da pređu 500 km. Oni koji podržavaju pogon na vodonik takođe ističu da su gorivne ćelije pogodnije za teže namjene kod industrijskih vozila kao što su vozovi, brodovi, a potencijalno čak i avioni, gdje baterije ne mogu da obezbijede traženu snagu ili trajnost. U domovini Kije i Hjundaija, Južnoj Koreji, već se koriste autobusi na vodonik.

Dalje, oni koji se zalažu za FCEV naglašavaju da je proizvodnja vodonika čista i održiva, bez štetnih pratećih materija. Vodonik je najrasprostranjenija supstanca u univerzumu i do njega se može doći na nekoliko načina. Najčešći su razlaganjem vode ili prirodnog gasa. Korišćenjem elektriciteta iz obnovljivih izvora, elektrolizom vode možemo da proizvodimo vodonik bez štetnih nusprodukata. Razlaganjem prirodnog gasa osim vodonika dobijamo i ugljen-dioksid, ali oni koji se zalažu za FCEV, kažu da je količina CO2 koja se tom priliko emituje i dalje za oko 30 odsto manja nego kod automobila sa konvencionalnim motorima. Dakle, zašto vozila na vodonik nijesu već preplavila tržište?

Direktor razvoja u Hjundai Kija grupaciji dr Sae-Hon Kim priznaje da je tehnologija trenutno vrlo skupa. Cijena visokotehnoloških komponenti unutar ćelija je ogromna, iako konstantno istraživanje i razvoj čine da ona polako pada. Međutim, Kim kaže da bi troškovi vrlo brzo padali kad bi vozila na vodonik bila široko prihvaćena.

On procjenjuje da bi se prodajom oko 100.000 primjeraka vozila na vodonik godišnje, njihova cijena izjednačila sa benzincima i dizelašima. Dr Sehon Kim, šef sektora za FCEV u Hjundai/Kija, vjeruje da vozila na vodonične gorivne ćelije imaju svijetlu komercijalnu budućnost. On optimistično predviđa zaokret u političkoj volji tokom naredne decenije, čime bi se riješila druga slabost koju trenutno imaju ova vozila – infrastruktura punionica.

Na primjer, u Velikoj Britaniji svakog dana nikne po neka stanica za punjenje električnih vozila, ali za punjenje vodonikom ima samo njih 12. U Južnoj Koreji vlada namjerava da ponudi olakšice trenutnim benzinskim stanicama da dodaju stanicu za punjenje vodonikom, ali imaju skroman cilj od 310 stanica do 2022. U Japanu, regulativa oko rukovanja vodonikom i relativno visoka cijena instaliranja pumpi za vodonik takođe usporavaju njegovu širu primjenu. Čak i kada bi se ovo prevazišlo, javlja se problem ponud ei tražnje. Bez tražnje korisnika niko nema želju da troši novac na instalaciju stanica za punjenje vodonikom, a bez rasprostranjene mreže stanica za punjenje ljudi će oklijevati da kupe FCEV.

Potencijalni kamen-spoticanja je i ugradnja pogosnkog sklopa u auto. Električna vozila koriste male elektromotore smještene na točkovima, a baterije su smještene u sendviču u podu, čime se obezbjeđuje isti ili veći unutrašnji prostor nego kod konvencionalnih auta, i to u vozilu istih dimenzija.

Pošto je rezervoar za smještaj vodonika iste veličine kao kod klasičnih četvorocilindarskih SUS motora, tvorci FCEV vozila su ograničeni na sličan raspored kao kod klasičnih automobila.

Vlasnik Tesla Motorsa Ilon Mask je opisao FCEV vozila kao “nevjerovatnu glupost” ali, kao čovjek koji posjeduje sopstvenu kompaniju za proizvodnju električnih automobila, od njega se drugo nije ni očekivalo. Njegov argument je da je proizvodnja vodonika manje efikasna nego proizvodnja električne energije za vozila na baterije. Kontraargument je da vodonik može da se proizvede bez ikakve štetne emesije ida ponudi brže punjenje i veću autonomiju od električnih vozila sa litijum-jonskim baterijama.

Veliko pitanje je da li su vozila na vodonik suviše kasno uključena u trku? Baterijska vozila kao što su nisan lif, reno zoe i tesla model S već čest prizor po Evropi, pa su vlasti zemalja članica EU već opredijelile sredstva za razvoj infrastrukture za njihovo punjenje. Osim toga, domet električnih automobila i tehnologija punjenje se vremenom poboljšavaju. Kod novog lifa baterije mogu da se dopune do 80 odsto za sat, dok VW navodi da će svi njegovi ID električni modeli moći da pređu oko 650 km sa jednim punjenjem. Tu je i cijena samog vozila.

Lif ili zoe možete da kupite za oko 30.000 eura, dok tojota mirai košta preko 60.000 eura, a i hjundai nekso će imati sličnu cijenu. Kao što je dr Kim rekao, što više ljudi bude kupovalo vozila na vodonik, ona će biti jeftinija, ali kao i kod stanica za punjenje, radi se o scenariju kokoške i jajeta, jer će ljudi početi da ih kupuju tek kada dostignu pristupačnu cijenu.

Besplatna proizvodnja na terasi ili u bašti

Tojota će u saradnji sa holandskim institutom za istraživanje energije DIFFER, raditi na razvoju inovativnog uređaja koji bi apsorbovao vodenu paru i dijelio je na vodonik i kiseonik - direktno koristeći sunčevu energiju.

Na ovaj način, krajnji korisnik bi samo trebalo da taj uređaj izloži sunčevoj svjetlosti i on bi proizvodio vodonik potpuno besplatno.

U potrazi za rješenjima, Tojotino odjeljenje za istraživanja naprednih materijala sastalo se sa DIFFER grupom “Katalitički i elektrohemijski procesi za energetske aplikacije”, kojom rukovodi Mihalis Campas.

Ova grupa radila je na metodu “razdvajanja” vode u gasovitom (para), umjesto u tečnom agregatnom stanju.

“Rad sa gasom umjesto sa tečnostima ima nekoliko prednosti”, objašnjava Campas. “Tečnosti stvaraju neke tehničke probleme, kao što je neželjeno stvaranje mehurića. Štaviše, korišćenje vode u gasovitom umjesto u tečnom stanju, ne zahtijeva skupe instalacije za prečišćavanje vode. I na kraju, pošto koristimo samo vodenu paru koja je prisutna u okolnom vazduhu, naša tehnologija je takođe primjenjiva na udaljenim mjestima gdje nema vode u tečnom stanju.”

Tokom prošle godine DIFFER i TME su u zajedničkoj studiji izvodljivosti pokazali da zamišljeni princip zaista funkcioniše.

Istraživači su razvili novu foto-elektrohemijsku ćeliju u čvrstom stanju koja je bila u stanju da prvo “uhvati” vodu iz okolnog vazduha i onda generiše vodonik na sunčevom svjetlu.

Do finalne verzije uređaja razvojni tim očekuje i optimizacija sistema i unapređenje tehnologije. Postojeće foto-elektrohemijske ćelije, koje su u stanju da proizvode vodonik, veoma su male, veličine oko kvadratnog centimetra. Da bi postale ekonomski održive, njihova veličina mora da bude povećana za najmanje dva do tri puta.

“Nadamo da će jednog dana ove vrste sistema moći da se koriste u privatnim kućama za napajanje energijom ili za napajanje automobila za svakodnevne potrebe”, predviđa Campas.

• 800 kilometara je rastojanje koje sa jednim punjenjem može da pređe Hjundaijev nekso koji koristi vodonik, dok je domet najnovijeg električnog nisan lifa 360 km