Vodik – gorivo prihodnosti?

Pri štirih testnih tovornjakih je motor z notranjim izgorevanjem zamenjal elektromotor, ki ga napaja elektrika iz baterij in gorivnih celic. Te pa poganja vodik. Preostali del pogonskega sklopa je sestavljen iz enakih standardnih komponent, ki se uporabljajo v hibridnih tovornjakih in avtobusih, ki jih ima Scania v svoji ponudbi.

Komponente tovornjaka na vodik so hibridna pogonska enota, električni pogonski sistem, elektromotor, baterija in rezervoarji za vodik. Popolnoma električni tovornjaki so opremljeni z električnim pogonskim sklopom, energija pa se pretvori v električno energijo iz vodikovega plina v gorivnih celicah na vozilih. Tovornjak z gorivnimi celicami ima tudi baterijo, ki mu nudi potrebno dodatno moč in ko mora vozilo obnoviti električno energijo iz zavorne energije.

Kje se proizvaja vodik?
Da se vodik lahko uporablja kot gorivo, ga mora napredni mehanizem stisniti na tlak od 350 do 700 barov. Ta se nato distribuira s pomočjo točilnega sistema, podobnega tistemu na običajnih bencinskih servisih. Podjetja, ki proizvajajo vodik, so razvila sisteme za njegovo pretakanje, ki so varni in uporabnikom prijazni, obenem pa so uvedli tudi mednarodne standarde za zagotovitev združljivosti med vsemi točilnimi mesti in vozili.

Trenutno je vodik kot pogonsko gorivo najpogosteje dostavljen na mesto za pretakanje po običajni poti – s pomočjo rezervoarjev, ki so pod tlakom in so nameščeni na tovornjakih. Na ustreznih mestih pa lahko vodik proizvajamo tudi na kraju samem, in sicer z elektrolizo. V najboljšem primeru s pomočjo energije iz obnovljivih virov ali s pomočjo storitev uravnoteženja električnega omrežja.

Skica prikazuje, kako je mogoče ustvariti vodik brez uporabe fosilnih goriv na kraju samem. Obnovljiva energija in presežna električna energija iz omrežja se uporabita skupaj z vodo za ustvarjanje vodika in kisika s pomočjo elektrolizatorja. Vodik se skladišči in nato uporablja kot pogonsko gorivo za vozila z gorivnimi celicami.

Vodik pod nizkim tlakom je shranjen v jeklenkah in cisternah, nato pa ga komprimirajo, da se tlak poveča na 700 barov. Pred distribucijo se vodik ohladi s pomočjo izmenjevalnika in hladilne enote. S pomočjo točilnega sistema je lahko rezervoar vozila napolnjen v nekaj minutah. Asko je že začel graditi svoje točilno mesto, tako da nadzorujejo lastni ekosistem.

Varnost
Če je vodik v rezervoarju, ni nevarnosti za eksplozijo. Vodik je vir energije, ki je tako kot vsako drugo gorivo vnetljivo, če pride v stik z zrakom. Ocene tveganja kažejo, da vodik ni bolj nevaren kot na primer bencin ali zemeljski plin. Poleg tega se vodik že več kot 100 let tržno varno uporablja tudi v velikih količinah v kemijski industriji.

Vsebnost energije v vodikovih rezervoarjih v vozilih je običajno manjša kot pri običajnih bencinskih ali dizelskih vozilih. Avtomobilska industrija se je po vsem svetu dogovorila za tlak v rezervoarju 700 barov. Tlak sistema za shranjevanje vodika je nadzorovan mehansko. Vozila na vodik, ki jih poganjajo predstavitveni preskusni programi, so bili v celotnem razvojnem ciklu avtomobilskih proizvajalcev, vključeni v preizkuse trčenja, in so odobrena za uporabo na cesti. Vozila so torej varna kot običajno gnana vozila.

Razvejanost točilnih mest 
Poleg razvoja tehnologije vozil je vzpostavitev mreže točilnih mest bistvenega pomena za razvoj novih vozil. 100-odstotno električna vozila je mogoče napolniti v 3 do 5 minutah na točilnih mestih za vodik, ki so podobni današnjim bencinskim servisom (bencin/dizel). V vsaki od partnerskih držav projekta Hydrogen Mobility Europe je trenutno omejeno število točilnih mest, s projektom H2ME pa se bo število povečalo. Po navedbah FCH JU je v Evropski uniji na voljo približno 139 točilnih mest (https://h2-map.eu/). 

Električna vozila, in z njimi povezana infrastruktura za točenje goriva, so trenutno v zelo zgodnji fazi uvedbe na trg. Prednostna naloga je uvajanje vozil na trge, kjer je vzpostavljena strategija za podporo njihove uporabe z ustrezno infrastrukturo za oskrbo, distribucijo in prodajo vodika kot goriva.

V prvih letih bo obseg infrastrukture počasi naraščal, če se bo le povpraševanje po vozilih povečalo. V fazi uvajanja (do konca leta 2020) bo število postaj ostalo majhno, vendar se bo povečevalo hitreje kot povpraševanje po vodiku, da se zagotovi ustrezno omrežno oskrbo, kar bo omogočilo prodajo električnih vozil na širšem trgu. Za to pa je treba narediti približno 100 postaj v vsaki državi.

Naložbeni stroški izgradnje točilnih mest bodo v prvih letih ostali razmeroma visoki, z enakovredno nizko izkoriščenostjo pa vlagatelji v prvih letih delovanja potrebujejo podporo, da upravičijo zahtevne zgodnje naložbe v postaje, preden bodo vozila prišla v velikem številu. 

Kako deluje tovornjak na vodik?
Najprej gorivna celica ustvarja električno energijo z elektrokemičnim procesom z uporabo vodika in kisika. V drugi fazi pa električno energijo, ki jo ustvarijo gorivne celice, poganja elektromotor. Sistem ima integriran set baterij. Edina emisija, ki pride v izpust, je voda.

Specifikacija tovornega vozila Scania G350 

Bruto masa vozila: 26 + 1 tone
Konfiguracija: 6 × 2 * 4
Pogonski sklop: elektromotor z močjo 290 kW z 210 kW stalne moči, z največjim navorom 2.200 Nm in z 2-stopenjskim menjalnikom
Vgrajena kapaciteta akumulatorja: 56 kWh, litij-ionske baterije
Vgrajeni polnilnik: 22 kW AC s polnilnim vmesnikom CCS
Gorivna celica: 90 kW PEFC zunanjega dobavitelja
Rezervoarji za vodik: 33 kg pri tlaku 350 bar
Predviden doseg z enim polnjenjem: 400 do 500 km