Elektromobilność. Nowy początek czy przystanek w drodze do celu?

Kryzys klimatyczny jest faktem, który wymusza na nas podjęcie konkretnych działań, mających na celu zapobieganie jego skutkom. Zgodnie z przyjętym przez Unię Europejską planem na rzecz klimatu, znanym pod nazwą Europejski Zielony Ład, już w 2030 roku emisja CO₂ na naszym kontynencie ma wynieść -55% w stosunku do jej poziomu z roku 1990, zaś do 2050 roku, Europa planuje osiągnąć neutralność emisyjną. Jeden z podpunktów wspomnianego planu dotyczy ograniczenia emisji, za którą odpowiedzialny jest transport drogowy. Celem poniższego artykułu jest przedstawienie aktualnych trendów w tym sektorze.

Przyczyny globalnej elektryfikacji

Jeśli przyjrzymy się danym dotyczącym globalnej emisji gazów cieplarnianych z podziałem na sektory, okaże się, że  produkcja energii odpowiedzialna jest za aż 73% z nich. Według źródeł z  2019 roku w Unii Europejskiej było to aż 77%. Mówimy tu o kosztach uzyskania energii koniecznej do zaopatrzenia w prąd zarówno budynki komercyjne i mieszkalne, jak ten wykorzystywany w przemyśle. Wlicza się w to również transport, w tym transport lotniczy, morski oraz drogowy, który odpowiada za 16% globalnej emisji ekwiwalentu CO₂, z czego niemal połowa dotyczy transportu osobowego. Nic więc dziwnego, że obniżenie emisji pochodzących właśnie z tego sektora wysunęło się na listę priorytetów. Argumentem przemawiającym za elektryfikacją transportu osobowego jest również fakt, że posiadamy dość dobrze rozbudowaną infrastrukturę niezbędną do przesyłu energii elektrycznej, która jest relatywnie tania w utrzymaniu, a jej transport szybki i obciążony niską stratą przesyłu.

Trendy rozwoju transportu prywatnego

Biorąc pod uwagę dominujące trendy w rozwoju transportu prywatnego, możemy wyróżnić dwa wiodące kierunki. Oba zakładają pozyskiwanie energii bezpośrednio z promieni słonecznych, ale w nieco odmienny sposób. Pierwszy z nich zakłada wykorzystanie paneli słonecznych do ładowanie baterii przeznaczonych do napędu samochodów elektrycznych. Drugi z nich, wykorzystanie ich do wytwarzania wodoru, mogącego posłużyć za paliwo. Niestety ten drugi sposób jest o wiele bardziej skomplikowany, ze względu na wysokie koszty produkcji oraz transportu wodoru, który musi być przechowywany w postaci ciekłej pod wysokim ciśnieniem. Z drugiej strony, wodór jest niemal trzykrotnie bardziej wydajny niż którekolwiek z obecnie używanych paliw kopalnych, a jego gęstość energetyczna wobec dostępnych na rynku baterii, jest aż czterdziestokrotnie wyższa. Z tych powodów zastosowanie napędu wodorowego może być szczególnie atrakcyjne dla transportu dalekobieżnego i ciężarowego. Wykorzystanie baterii w tym wypadku wiązałoby się ze zwiększeniem masy całkowitej pojazdu oraz koniecznością często ładowania, co z kolei wydłużałoby czas przejazdu i jego koszty. W przypadku małych samochodów osobowych, służących głównie jako środek transportu miejskiego lub pokonujących niewielkie odległości, kwestia ta nie jest aż tak kłopotliwa. Problemem może być jednak brak odpowiedniej infrastruktury ładowania, zwłaszcza w mniejszych ośrodkach miejskich.

Napędy konwencjonalne vs. alternatywne

Decydując się na pojazd o napędzie alternatywnym, warto zwrócić uwagę na dominujące źródło pochodzenia energii elektrycznej w danym regionie, bo tak naprawdę to ma decydujący wpływ na całościową produkcję ekwiwalentu CO₂ podczas jego eksploatacji. W Polsce wciąż bazujemy na energii pochodzącej z węgla oraz innych paliw kopalnych, więc całościowa emisja gazów cieplarnianych potrzebnych do wyprodukowania kilowatogodziny prądu jest stosunkowo wysoka. Co za tym idzie – wbrew założeniom – koszt związany z wprowadzeniem do użytku, użytkowaniem i utylizacją samochodu o napędzie benzynowym będzie niższy, niż w przypadku elektryka, ale wciąż wyższy w porównaniu z pojazdem o napędzie wodorowym.

Jeśli te same dane przyłożymy do przypadku Niemiec, gdzie emisja gazów cieplarnianych w stosunku do kilowatogodziny energii jest niższa o ponad połowę, otrzymamy bardziej optymistyczne wyniki i korzyści dla środowiska z użytkowania samochodu elektrycznego będą już odczuwalne.

Prawdziwą różnicę moglibyśmy zauważyć dopiero przy dojściu do postulowanego przez Unię Europejską niskiego poziomu emisji oraz przejściu na energię odnawialną. W tym wypadku zarówno napęd elektryczny jak i wodorowy gwarantowałyby obniżenie emisji związanej z eksploatacją pojazdu o blisko 60%.

Ciemne strony elektromobilności

Oczywiście należy pamiętać, że omawiane napędy alternatywne mają też swoje wady, które mogą mieć wpływ na atrakcyjność tych rozwiązań z punktu widzenia ich produkcji oraz eksploatacji.

Po pierwsze, nawet niewielkie uszkodzenie samochodu elektrycznego może wymagać całościowej wymiany baterii, co wiąże się ze stosunkowo wysokimi kosztami, w niektórych przypadkach mogących przekraczać wartość rynkową pojazdu.

Drugim problemem, tym razem związanym z bezpieczeństwem użytkowania, jest wysokie ryzyko zapłonu podczas kolizji drogowej. Z kolei gdy już do takiej sytuacji dojdzie, samochody o napędzie elektrycznym wymagają przynajmniej kilkunastogodzinnej akcji gaśniczej, podczas której do gleby może się dostać woda skażona przez wypłukane z baterii metale rzadkie. Z tego powodu pojazdy te gaszone są w specjalnych kontenerach wypełnionych wodą, co pomaga ograniczyć szkody, ale wymaga dodatkowego nakładu pracy ze strony straży pożarnej.

W kontekście samozapłonu, samochody o napędzie wodorowym mogą zostać uznane za  względnie bezpieczne, przynajmniej w porównaniu z tymi napędzanymi przez gaz ziemny, co wynika z właściwości fizykochemicznych tego pierwiastka. Należy pamiętać, że objętość cząsteczkowa wodoru jest niezwykle mała i wymaga przechowywania pod wysokim ciśnieniem. W przypadku zapłonu, o ile zapewni się wodorowi drogę ujścia, nastąpi błyskawiczny i bardzo gwałtowny proces spalania, zaś jego kierunek będzie przebiegał ku górze. W związku z powyższym można oczekiwać, że w przeciągu około 90 sekund od zapłonu, spaleniu ulegnie cały zapas paliwa. W przypadku gazu ziemnego sytuacja jest o wiele bardziej niebezpieczna. Mieszanka ta, jako cięższa od powietrza, gromadzić się będzie w rejonie podwozia, ulegając stopniowemu spalaniu, obejmując cały samochód.

Jeśli chodzi o samochody wodorowe, główną przeszkodą we wprowadzeniu tego trendu na skalę przemysłową jest wysoki koszt produkcji tego paliwa. Na chwilę obecną jest on pozyskiwany drogą elektrolizy z wody słodkiej, co wobec ograniczonych zasobów nie jest korzystnym rozwiązaniem. Z kolei technologia pozyskiwania wodoru z wody słonej jest zbyt kosztowna i mało wydajna, aby mogła zostać wprowadzona do użytku na skalę przemysłową. Do tego dochodzą specyficzne warunki przechowywania i transportu takiego paliwa, co również generuje dodatkowe koszty.

Obiecującym rozwiązaniem wydaje się być Powerpaste – pasta o konsystencji żelowej, będąca mieszanką wodoru i magnezu. Jest to stosunkowo bezpieczny i efektywny, a co najważniejsze – ekologiczny sposób magazynowania paliwa. Jak to działa? W wyniku reakcji chemicznej Wodorku Magnezu z wodą, uwalnia się czysty wodór, zaś jako produkt uboczny powstaje nietoksyczny wodorotlenek magnezu, który można ponownie wykorzystać do nasycenia wodorem kolejnej porcji Powerpaste. W tym wypadku produktem ubocznym jest woda. Na pojawienie się na drogach pojazdów napędzanych pastą wodorową trzeba jednak jeszcze poczekać.

Co dalej?

Zanim pojazdy o tradycyjnym napędzie silnikowym na dobre znikną z naszych dróg minie jeszcze trochę czasu. Na chwilę obecną obserwujemy wyścig pomiędzy producentami aut elektrycznych oraz tych napędzanych wodorem. Oba rozwiązania wciąż wymagają wiele pracy, każde z nich ma zarówno wady jak i zalety, oraz generuje problemy, które będzie należało rozwiązać w przyszłości. Niewykluczone, że w niedalekiej przyszłości pojawią się zupełnie nowe patenty, których aktualnie nie bierzemy pod uwagę. Czas pokaże.

AUTOR: Soran Kasim, Senior Project Manager, ALTEN Polska