Tak , to prawda, ogniwa paliwowe, które wykorzystują wodór do przemiany chemicznej, w której otrzymujemy prąd elektryczny, mają przyszłość. Wie o tym Toyota, Hyundai, a teraz Bosch poważniej zainteresował się tym dawnym wynalazkiem. Wielu producentów baterii do samochodów hybrydowych i elektrycznych też pracuje nad pokonaniem praw fizyki i chemii.
fot. Toyota
Każdy chce mieć auta elektryczne, jak kiedyś odlotowego diesla
Przyjrzyjmy się nerwowym ruchom koncernów motoryzacyjnych. Wszyscy na potęgę chcą mieć szereg BEV (ang. Battery Electric Vehicle) aut czysto elektrycznych w swojej stajni.
Dlaczego? Czy tylko dlatego, że są tak czyste, jak „Żywiec zdrój” i stanowią małe kompendium niewiedzy urzędników w Brukseli. Nie! To wymóg Unii Europejskiej, która od nowego roku ponownie przykręca zawór emisji spalin i chce ponownie zaniżyć emisje CO2 i NOx śrubując nowa normę emisji Euro 6d. Ci co nie mają w swojej ofercie niskoemisyjnych silników 3- cylindrowych z tzw. dowsizingiem wypadają z gry, mogą zapomnieć o zyskach.
Dlatego duże koncerny zawiązują fuzje, jak to zrobił Nissan-Renault i Mitsubishi czy ostatnio Opel z PSA i Fiat z Peugeotem. Łatwiej jest wykorzystywać wspólne elementy, napędy i podzespoły niż budować od podstaw nowe modele elektryczne. Ale o tym wiedzą księgowi i bankierzy dający nadzieje na kolejny rozwój samochodów elektrycznych. Właśnie dzięki silnej promocji elektryków koncerny mogą pudrować swoje 4-, 6- a nawet 8- cylindrowe zabawki... trujące i wyziewające do atmosfery niespalone substancje toksyczne.
Temat ten jeszcze nie dotknął najważniejszych i ciągle zachowawczych koncernów jak Rolls-Royce, Bentley czy Koenigsegg. Jeśli stać cię na auto za milion dolarów z okładem, nie będziesz się pytał o cenę paliwa i jakąś tam normę spalin. Rolls-Royce nawet nie podaje informacji na temat mocy swoich najdroższych na świecie zabawek; księgowi mówią, iż jest odpowiednia. I niech tak zostanie.
Ślad węglowy nie pozostawia złudzeń
Dlaczego zatem napędy elektryczne mogą mieć swój czas, jak gwiazda jednego przeboju Magda Femme? To proste, niemal wszyscy zachwycają się ekologią, ale zapominają o wielokrotnie wymienianym już tzw. śladzie węglowym.
Christian Schultze, dyr. Badań i Rozwoju w europejskim oddziale japońskiego producenta twierdzi, że Mazda MX-30e z akumulatorami o pojemności 35,5 kWh odciśnie na środowisku taki ślad, jak zwykła Mazda 3 z silnikiem Diesla. Według LowCVP średni ślad węglowy pozostały po produkcji samochodu elektrycznego wynosi 8,8 tony, w przypadku samochodu o konwencjonalnym napędzie to 5,6 tony.
fot. Toyota
Samochody BEV powszechnie nazywane są zeroemisyjnymi - bo podczas jazdy nie wytwarzają ani grama dwutlenku węgla, ani żadnych spalin. Niestety niewielu podaje, jaki ślad węglowy pozostawiają w toku produkcji. Warto też zastanowić się, skąd bierze się prąd do ich produkcji w fabryce – w Polsce nadal z węgla (w Niemczech podobnie)!
Autobusy elektryczne i... hybrydowe - to strzał w oponę
Zostawmy jednak ślad węglowy, przynajmniej na chwilę. Testy np. autobusów elektrycznych EV w większych miastach Polski nie pokazały dominacji tego napędu. Wnioski z jazd testowych autobusu elektrycznego – dokładniej hybrydowego - Mercedes-Benz Citaro nie wyszły pomyślnie dla przewoźnika. Okazało się, iż najczystsze silniki Diesla są efektywniejsze, tańsze w eksploatacji i zakupie.
Przypomnijmy, że Bydgoszcz uczestniczyła w programie na zakup autobusów elektrycznych – na szczęście bez powodzenia. Już sam zakup kpl. nowych baterii, to 1/3 ceny autobusu. Trzeba też pamiętać, że specjalistyczna sieć ładowania prądem – tanim prądem – jest kulą u nogi dla specjalistów MZK. Jakiś czas temu redakcja proponowała rozważenie propozycji zakupu autobusów wodorowych, jak dotąd ZDMiKP oraz prezydent Bruski rozwija sieć tramwajową. Chyba słusznie, przy założeniu iż nowe Swingi z Pesy nie będą się psuć, jak stare Konstale. Ale dlaczego brnąć w autobusy elektryczne?
Temat ten był także poruszany na konferencji nt. elektromobilności w Zespole Szkół Samochodowych w grodzie nad Brdą.
Pierwiastki ziem rzadkich
W tym wątku i autobusów elektrycznych (także samochodów elektrycznych) warto przypomnieć, że pierwiastki ziem rzadkich, w tym kobalt i lit też nie są – przy takiej rabunkowej eksploatacji – dane nam na wieczność. Analiza przeprowadzona przez prof. Elsę Olivetti i jej doktorantów z Massachusetts Institute of Technology (MIT) i innych ośrodków badawczych pokazuje, że w najbliższej przyszłości nie będzie wprawdzie ograniczeń w dostępie do surowców z których powstają baterie litowo-jonowe, ale bez odpowiedniego planowania mogą występować czasowe przerwy w dostawach. Najbardziej czułe na utratę płynności w wydobyciu i dystrybucji są lit i kobalt.
Podobne badanie przeprowadziła Toyota, które równolegle rozwija inne napędy jak wspominany już wodór i ogniwa paliwowe fuel cell.
Ogniwa paliwowe fuel cell
ogniwa fuel cell zasilane wodorem maja wiele zalet, a przy okazji produkują czystą wodę. Wykorzystywano to w pierwszych misjach kosmicznych NASA, w statkach kosmicznych serii Apollo.(woda pitna). Jednak barierą do przełamania jest tu budowa stacji tankowania wodorem H2. Jak to zrobić, dla przykładu w Polsce? Niemcy, Szwajcaria czy kraje skandynawskie poradziły sobie z tym problemem. My nadal upieramy się przy typowych elektrykach z akumulatorami litowo-jonowymi (czy NiMH lub Ni-MH- ang. nickel metal hybdride).
fot. Krzysztof Golec autoflesz.com / najnowszy Renault Captur E-Tech plug-in Hybrid w naszym teście zużył tylko 2,0 litry Pb95, dzięki wykorzystaniu trybu elektrycznego
Bosch GmbH również mocno włączył się do najnowszej technologii ogniw paliwowych
Niemiecka firma Bosch GmbH jest jednym z pionierów rozwoju motoryzacji i już przygotowuje się na kolejne wyzwania, a dokładniej na rozwój napędów zasilanych ogniwami paliwowymi. To specyficzny rodzaj ogniwa elektrycznego, gdzie prąd powstaje w wyniku reakcji chemicznej wspomnianego już szeregu ogniw paliwowych (zwykle zasilanych szeregowo, aby zwiększyć napięcie zasilania).
Zarówno Daimler, PSA, Renault a także Grupa Audi/ Volkswagen powiedziała, że będzie optymalizować i nadal produkować zarówno silniki Diesla, jak i motory iskrowe do roku 2030 – 2032. A co później? Odpowiedzi płyną z Wielkiej Brytanii, która już planuje zakaz rejestracji modeli z silnikami napędzanymi paliwami pochodzącymi z ropy naftowej. To całkiem możliwe. Tylko tam prąd już produkowany jest ze źródeł odnawialnych, a w Polsce myśli się jak wygrać kolejne wybory, kupić luksusowe samochody dla notabli, ustawić ziomali na lukratywnych stanowiskach, przypudrować niechybną aferę z respiratorami, aborcję i Strajk Kobiet.
Przypomnijmy, że w grudniu 2019 roku w Wielkiej Brytanii zarejestrowano 264.905 szt. samochodów elektrycznych (jeszcze większy był wzrost rejestracji aut hybrydowych, w tym plug-in).
Hybrydy nadal będą na topie
Toyota wybrała od samego początku inna drogę, była pionierem napędów hybrydowych i dziś wprowadziła już 4. generację hybryd (świetna premiera najnowszego Yarisa Hybrid). Tymczasem słyszymy, że hybrydy, w tym plug-in, nie będą objęte subwencjami rządowymi, choć także wykorzystują prąd elektryczny do napędu swoich modeli. Rzeczywiście unijni komisarze mają ciekawą optykę, jak nasz minister zdrowia do szczepionki Pfizera (tzw. plan dystrybucji szczepionki której jeszcze nie ma w Polsce).
Nie jest tajemnicą, że kilka koncernów motoryzacyjnych (Toyota, Hyundai, BMW) rozwija równolegle dział napędów wodorowych. Dla przykładu druga generacji Toyoty Mirai ma być jeszcze oszczędniejsza i tańsza w eksploatacji. Hyundai także jest aktywny na tym polu (Hyundai Nexo moc 120 kW) czy Kia (prototypowa Kia Imagine korzystająca z napędu matki tj. Hyundaia).
Jeśli zarabialibyśmy tyle co Niemcy (min. płaca 9,35 euro/godz. od grudnia 2020 r.), to wielu z nas kupiłoby nowy model zasilany np. ogniwami paliwowymi – tak przynajmniej wynika z kilku ankiet outsourcingowych. Jednak cena auta EV (czysto elektrycznego) jest dla przeciętnego Polaka nadal zaporowa, a dopłaty które rozpoczęły się z dużym poślizgiem zakończyły się szybciej nią walka Artura Szpilki vs. Donatey Wilder (sierpień 2016, TKO).
Kalkulacja kosztów na szybkich stacjach ładowania nie jest korzystna dla elektryków
Zaraz to pokażemy na przykładach. Przypomnijmy, iż wodór można zatankować w ciągu 2-3 minut i przejechać 500-550 km bez emisji szkodliwych substancji.
Cena wodory w Niemczech nie jest tania, ale przewiduje się że do 2050 roku spadnie do 0,84 euro/ kg (aktualnie 3,80 euro/kg w Niemczech w hurcie). Dla przykładu przejazd na dystansie 100 km Toyotą Mirai pierwszej generacji kosztuje ok. 40 zł, zaś przejechanie 100 km samochodem elektrycznym np. VW ID.3 kosztuje (ładowanie na stacji szybkiego ładowania Ionity 3,50 /1 kWh, średnie zużycie energii przyjęliśmy 17 kWh ) - 59,50 zł a ekonomicznym dieslem np. bmw 320d ( śr. zużycie 6 litrów x 4,23 zł/litr ON) – 25,38 zł.
fot. Krzysztof Golec autoflesz.com / najnowsza mazda MX-30e, świetny napęd elektryczny, b. mały "ślad węglowy" dzięki "oszczędnym" akumulatorom
Ogniwa paliwowe to jedna strona medalu, drugą są akumulatory
Ogniwa paliwowe dla firmy Bosch GmbH są ważnym etapem elektryfikacji na lata. Firma duży nacisk kładzie na ogniwa paliwowe ze stałym elektrolitem (tzw. elektrolit tlenkowym w formie ceramicznej) zamiast polimerowej membrany SOFC. Jednak dość trudno przenieść je na grunt motoryzacji, choćby z uwagi na wysoka temperaturę pracy (ok. 1000 st. C).
Dlatego Bosch zawiązał sojusz ze szwedzką firma PowerCell na wytwarzanie ogniw wodorowych typu PEM, szczególnie dla motoryzacji. Pierwsze ogniwa paliwowe mają wejść na światowe rynki już w 2022 roku.
Tu warto dodać, iż wspominana już Toyota także pracuje nad nowymi ogniami paliwowymi wspólnie z Panasonikiem, jak również nad bateriami do hybryd nowej generacji (stały elektrolit, akumulatory NCM 811). Światowy gigant LG Chem w produkcji baterii do samochodów elektrycznych już wdraża nowatorską technologię NCM712 (zubożony udział kobaltu do 20 proc., zwiększona wydajność energetyczna). Kolejny nowy nurt w bateriach do elektryków zasygnalizowała firma Brighsun, która zaproponowała baterie litowo-siarkowe posiadające 5-8 razy większa gęstość niż litowo-jonowe. To zapewnia większy zasięg i krótszy czas ładowania.
Totalna zaś nowości mają być akumulatory grafenowe, które już w roku przyszłym trafia do smartfonów 5G chińskich i koreańskich producentów. Tesla zaś nie zdradza tajemnic dotyczących swojej superbaterii, ale nasze jaskółki twierdzą, że właśnie może chodzić o grafen dla motoryzacji. Jeśli tak będzie, a cena wreszcie pójdzie w dół, to może oznaczać kolejny duży krok dla elektromobilności.
Wspomnieliśmy wcześniej, iż pierwiastki ziem rzadkich, jak: platyna, kobalt, nikiel czy lit są drogie i niedostępne dla wszystkich chętnych. Największym potentatem na światowym rynku są Chiny, ale mocnym graczem jest także Korea Pn., która leży na złotodajnych złożach. Problem w tym, że ani Kim Dzong Un, ani odcinający kupony prezydent Donald Trump nie dogadali się w tym biznesie.
Bosch z kolei chce ograniczyć udział platyny w nowych ogniwach paliwowych do 10 gramów. Obecnie na wyprodukowanie samochodowego ogniwa fuel cell potrzeba 30-60 g platyny. Dodajmy, że tak chodliwe katalizator w nowych samochodach zawierają ok. 12 g platyny. Teraz wiecie dlaczego są przedmiotem pożądania wśród amatorów cudzej własności.
Powiedzieliśmy na początku, że Wielka Brytania, jak również kraje skandynawskie są wiodącymi krajami stawiającymi na energię odnawialną. W Wielkiej Brytanii jeździ obecni ok. 2 proc. pojazdów elektrycznych, a do 2030 roku ma ich być ok. 20 proc. To dużo w kontekście obietnicy miliona aut w Polsce do roku 2025.
Dobra wiadomość jest taka, iż od hybryd i samochodów elektrycznych nie uciekniemy. Ceny tych ostatnich muszą stanieć, a sieć stacji ładowania systematycznie będzie rosnąć. Jednak każdy chce na tym interesie zarobić, jak prezydent Donald Trump na dostawach F-35 dla Polski. To jest biznes, światowy biznes - tu nie ma sentymentów i najlepszych relacji, jak naw wmawiają niektóre media! Jednak olejowo-naftowe kartele nadal będą mocno trzymać kurek z ropą naftową. Nie odpuszczą tak szybko, jak się niektórym wydaje.
W Polsce – niestety – ten okres potrwa dłużej niż do 2030 roku. Szkoda, że jesteśmy postrzegani w świecie, jako skansen do którego można zwozić tylko trujące odpady. Greta Thunberg miała rację, o ekologii i klimacie mówią wszyscy, ale najwięksi truciciele jak np. Stany Zjednoczony czy Chiny nadal widzą i liczą tylko petrodolary. Przypomnijmy, że USA pod przewodnictwem Donalda Trumpa wystąpiły oficjalnie z Porozumienia Paryskiego 4 listopada 2020 roku. Oby Polexit nie był jedną z atomowych opcji rządzącej w Brukseli.
- przeczytaj koniecznie:
- Mazda MX-30 e-Skyactiv - pierwszy elektryczny crossover w rodzinie
- Nowa Toyota Yaris 1.5 116 KM Hybrid – czwarta generacja bestsellerowego kompaktu
redakcja autoflesz.com