Nejprve připomeňme alespoň nejvýraznější přednosti a nevýhody dvou konkurenčních ekologicky přijatelných systémů, a to vodíku a bateriových soustav. Vodíkový pohon nabízí rychlé čerpání paliva, nízkou vlastní hmotnost, příznivý jízdní dosah a menší vliv nízkých teplot na dojezd. K hlavním přednostem pohonu s akumulátorovými bateriemi patří vysoká energetická účinnost, možnost rekuperace při brzdění, jednoduchý pohon a nízké servisní náklady. Nevýhodou akumulátorového pohonu je pomalé nabíjení, malý jízdní dosah (dojezd) a zejména drahé, velké a těžké akumulátory. Vodík je třeba stlačovat (příp. zkapalňovat), převážet, skladovat a všechno je nutné vybudovat nanovo..., elektromobil dokáže využít naplno výhody více než 100 let budované elektrizační soustavy. V České republice kromě toho není kde tankovat, třebaže se první vlaštovky již objevily. Jen v průběhu letošního jara otevřela společnost ORLEN Unipetrol na pražském Barrandově první veřejnou vodíkovou stanici pro osobní vozidla a autobusy. Na konci června byla otevřena druhá veřejná plnicí stanice v Litvínově od stejnojmenné společnosti a k dispozici jsou již dvě menší plnicí stanice, jedna se nachází v Ostravě a provozuje ji společnost Vítkovice a. s., druhou stanici otevřela společnost ČEPRO v červnu 2023 ve svém areálu ve Mstěticích. Plnicí infrastrukturu podporuje dnes zejména ministerstvo dopravy, v budoucnu se očekává rozšíření i o další dotační pobídky, například od ministerstva životního prostředí.
Vyspělé západní země (zůstaneme-li v EU) jsou na tom s přípravou „vodíkové éry” lépe. Alespoň jeden příklad za všechny. Společnost Air Products zprovozňuje vodíkovou čerpací stanici pro nákladní automobily v nizozemském Rotterdamu. Čerpací stanice vzniká v rámci projektu Čistý vodík a silniční doprava (CH2 a RT) ve spolupráci s firmami Schenk Transport a TNO. Projekt je podporován z fondů Evropské unie. V trojúhelníku Rotterdam, Antverpy a Severní Porýní-Vestfálsko by mělo jezdit 1000 nákladních automobilů na vodík. V plánu je výstavba 25 vysokokapacitních vodíkových stanic a navýšení kapacity výroby vodíku v horizontu dvou tří let.
Příklady táhnou
Stěží bychom mezi světovými výrobci nákladních vozidel, ať již zabydlených na kterémkoliv kontinentě, našli jediného, který by nevěnoval pozornost vodíkovému pohonu. Nemusíme se rozhlížet jen po Evropě. Patří mezi ně namátkou kupř. Hyundai XCIENT Fuel Cell s kapacitou nádrže 32 kg vodíku, který křižuje evropské dálnice ve službách společnosti Gebrüder Weiss s reálným dojezdem 400 kilometrů.
Jednou z progresivních značek v oblasti konceptů nákladních vozidel budoucnosti je Mercedes-Benz, který se může pochlubit vozidlem s označením GenH2 Truck, tedy prototypem tahače s pohonem vodíkovými palivovými články využívajícím pro uskladnění vodíku nádrže na tekutý vodík. Mohli bychom pokračovat u dalších a samozřejmě nejen evropských výrobců těžké silniční techniky. Z pracovních strojů uveďme alespoň tři příklady využití vodíkového spalovacího motoru, a to u rýpadlo-nakladače JCB, rýpadla Liebherr R9XX H2, či u rolby FPT představené v září loňského roku na IAA v Hannoveru. Novinky jsou stručně popsány po kliknutí na odkaz, případně ve Stavební technice 6/2022 (Liebherr, str. 40) a v následujícím vydání ST 1/2023 (str. 28 a 38). Z drtivé většiny hovoříme o „zeleném vodíku”, tedy o čistém plynu, který ovšem získáváme velmi náročnými a zatím drahými výrobními postupy.
Použitím těžkých vozidel s alternativním nízkoemisním systémem v regionálním provozu je možné snížit celkový dopad dopravy na klima, neboť většina přepravy zboží i realizace staveb se v rámci EU uskutečňuje regionálně. V případě využití vodíku v palivovém článku je jedinou odpadní látkou buďto kapalná či plynná voda vycházející z výfuku. Pokud je k pohonu využit spalovací motor, vzniká navíc nepatrné množství oxidů dusíku, které lze ale snížit za použití systémů pro snižování těchto emisí známých z konvenčních spalovacích automobilů.
Dejme slovo našemu konzultantovi
Začněme emisní stopou. Při hodnocení vlivu na znečišťování životního prostředí je automobil resp. pracovní stroj nutné posuzovat podle celého životního cyklu LCA (Life-cycle-assessment). Může vodík konkurovat bateriovým systémům?
Mgr. Jan Sochor: Pokud bychom tankovali pouze obnovitelný vodík, tedy vodík vyráběný z obnovitelných zdrojů energie, dostaneme se na trošku horší hodnoty, než které mají bateriové elektromobily v případě, že jsou po celou dobu provozu napájeny pouze zelenou elektřinou. Rozdíl v poněkud vyšší emisní náročnosti strojů na vodík ve srovnání s bateriovými typy je dán zejména tím, že vodík se vždy vyrábí se ztrátami. V každém případě jsou vodíkové i bateriové typy lokálně bezemisní a v konečném důsledku jedinou alternativou k naftě, benzínu, LPG, CNG či LNG. Protože ale Unie odsouhlasila velmi přísná pravidla pro výrobu obnovitelného vodíku, lze s jistou nadsázkou říct, že takovýto vodík je reálně zelenější než zelená elektřina, která je krytá pouze zárukami původu bez fyzické návaznosti mezi výrobou a spotřebou.
Zcela jiné výsledky tedy dostaneme při posuzování celého životního cyklu vozidla či stroje, viz obsáhlé pojednání ve ST 3/2023 str. 80–82 s názvem STOP nabujelé elektromobilitě. Existují i jiné varianty. Z pohledu energie pro výrobu baterie a z toho vyplývajících emisí se bateriový elektromobil jeví velmi nevýhodný ve srovnání s jinými druhy elektrifikovaných vozidel. Jak je to s ekologickou výrobou vodíku, můžete uvést příklad takové produkce?
Unie dnes podporuje dva typy výroby vodíku, jedná se o vodík obnovitelný a vodík nízkouhlíkový. Obnovitelný vodík se vyrábí elektrolýzou napájenou elektřinou z obnovitelných zdrojů. Nízkouhlíkový vodík lze vyrobit celou řadou nízkoemisních procesů (například parní reforming zemního plynu se zachytáváním uhlíku, či pyrolýzou metanu, nebo elektrolýzou za využití jaderné elektřiny). V praxi se v Evropě očekává výstavba desítek GW elektrolyzérů, které by měly do roku 2030 zajistit výrobu jednotek milionů tun obnovitelného vodíku. Velmi aktivní na tomto poli jsou například společnosti pohybující se v největších přístavech Evropy. Například v Rotterdamském přístavu společnost Shell v roce 2022 došla k finálnímu investičnímu rozhodnutí postavit elektrolyzér o výkonu 200 MW, který vyrobí denně přibližně 60 tun vodíku. Výroba je navázána na nedaleké offshorové větrné parky a měla by začít okolo roku 2025.
Kdy je výhodnější aplikovat palivové články napájené plynným a kdy tekutým vodíkem?
Palivový článek vždy využívá vodík v plynné formě. Pokud ale automobil využívá kryogenní nádrže na zkapalněný vodík, jako to například v současnosti testuje společnost Daimler, mění se kapalný vodík na plynný v rámci systému uvnitř vozu. Přetvořit vodík z kapaliny na plyn není tak těžké už jen z toho důvodu, že vodík je možné udržet zkapalněný pouze při teplotách, které jsou nižší než –253 stupňů celsia. V každém případě platí, že zkapalněný vodík nabízí vyšší energetickou hustotu na litr, v případě zkapalněného vodíku se bavíme o objemu přibližně 71 g vodíku na 1 litr nádrže, při použití stlačeného vodíku na 700 bar v nádržích je objem snížen na přibližně 42 g vodíku na 1 litr nádrže. V praxi tak zkapalněný vodík nabízí možnost uskladnit v nádržích větší množství vodíku oproti plynnému vodíku, a tím nabídnout nákladním vozidlům vyšší dojezd na jednu nádrž. Jízdní dosah se v případě zkapalněného vodíku pohybuje přes 1 000 kilometrů. Zkapalněný vodík ale trpí odpařováním v řádu jednotek % během jednoho týdne, takže je nutné vodík čas od času vyvětrat. Plynný vodík tímto problémem naproti tomu netrpí. Jednotlivých aspektů je ale celá řada, většina výrobců dnes uvažuje spíše o využití vodíku v plynné formě, a to buďto při 350 nebo 700 barech.
Jarní měsíce letošního roku byly bohatě vyplněny řadou specializovaných „vodíkových” konferencí a kongresů ať již u nás či v jiných evropských zemích. Co přinesly nového v oblasti výroby a využití vodíku zejména v oboru těžké motorizované techniky?
Naše každoroční tradiční konference Hydrogen Days přinesla v roce 2023 podstatné novinky. Zájemcům o vodík jsme umožnili prohlédnout si prezentace vzdělávacího charakteru, které vodíkové technologie, legislativu a další aspekty více přiblížily i méně odborným posluchačům. Kromě toho proběhla v květnu konference, která se věnovala vodíku ve vytápění, H2 Heating. Uskutečnila se celá řada dalších akcí. Z hlediska těžké motorizované techniky bych určitě rád zmínil projekt společnosti Tatra Trucks na výstavbu vodíkového kamionu, který by měl být schopen zvládnout těžké důlní podmínky. Testy by měly začít již v tomto roce.
Jak poradit dopravci v rozhodování, který alternativní systém pohonu výhledově vybrat? Pomůže křišťálová koule?
Kéž bychom takovou měli. Je nutné si uvědomit, že budoucnost je jednoznačně v elektrifikaci a ve vodíku. Alternativou mohou být pokročilá biopaliva či paliva syntetická, obzvláště tam ale bude velmi obtížná levná výroba. Určitě by stálo za to, aby si dopravci nejdříve jednotlivé technologie, ať už bateriové či vodíkové, osahali, a to ideálně za všech povětrnostních i klimatických podmínek. Když výrobce udává u baterií dojezd 600 kilometrů, může to být za příznivých podmínek na nizozemských silnicích. V zimě na kopcovitém terénu s vlhkou vozovkou může být takové vozidlo spíše přítěží. U vodíku samozřejmě také trpíme jistými neduhy, jako v případě baterií, ale dojezdy se tak signifikantně nezkracují při nepříznivých podmínkách. Otázkou nicméně vždy bude TCO. Vodík na plnicích stanicích začne zlevňovat pouze za předpokladu, že dojde k jeho masivnímu nasazení (snížení ceny jeho výroby na základě snížení investičních a ideálně i provozních nákladů na elektrolyzéry, větší objemy přepravované trailery = snížení ceny distribuce, spolehlivé plnicí stanice schopné naplnit vozidlo s 700barovou nádrží do 15 minut, či funkční distribuční soustava schopná dopravit vodík vedle zemního plynu na místo určení, což je ale spíše otázka vzdálené budoucnosti). Vodík dává smysl zejména tam, kde je potřeba pracovat s vozidlem takřka nepřetržitě a na delší vzdálenosti. Co přinese budoucnost, ale bohužel nevíme.
