Vodík a jeho miesto v budúcnosti dopravy

Energetické využitie vodíka v doprave všeobecne, a ani v cestnej doprave, nie je žiadnou svetovou novinkou. Po prvých pokusoch využiť vodík ako palivo pre spaľovacie motory pred vyše dekádou, sa automobilky až donedávna tejto vetve vodíkových inovácií nevenovali. A hoci v súčasnosti je trend opačný, otázka zostáva - je vodíkový pohon skutočne prelomovým riešením?

Hlavnú výhodu, pre ktorý sa celý dopravný sektor zaujíma o vodíkové pohony, možno popísať pomerne jednoducho: pri jeho energetickom využití vzniká vodná para. To znamená, že ide o maximálne ekologický energetický nosič. Na druhej strane však stojí zložitý proces výroby a transportu, strata časti energie v tomto procese, či vysoké náklady spojené s jeho výrobou z energie z obnoviteľných zdrojov. Medzi rizikami je, pri zmiešaní vodíka so vzduchom, jeho výbušnosť. Práve to je dôvod, prečo podľa sa v súčasnosti skúma najmä jeho využitie v palivových článkoch.

Ako to funguje

Palivový článok sa skladá z anódy, katódy a elektrolytickej membrány, ktoré využíva na premenu chemickej energie na energiu elektrickú. Typický palivový článok funguje spôsobom, že vodík prechádza anódou palivového článku a kyslík katódou. V mieste anódy katalyzátor štiepi molekuly vodíka na elektróny a protóny. Protóny následne prechádzajú cez pórovitú membránu elektrolytu, zatiaľ čo elektróny sú tlačené obvodom, ktorý generuje elektrický prúd a prebytočné teplo. Na katóde sa zároveň protóny, elektróny a kyslík spájajú a vytvárajú molekuly vody. Vzniká tak elektrická energia, ktorá poháňa vozidlo, a odpadom je len kyslík a voda.

 

Trh vodíkových automobilov

Využitie vodíka ako nosiča energie v doprave nie je novinka. Aj nová generácia vozidiel na vodíkový pohon s palivovými článkami je už niekoľko rokov na cestách a ich počet narastá – najmä s v nadväznosti na budovanie čerpacích staníc.

Modely poháňané vodíkovými palivovými článkami sa snaží uviesť a trh čoraz viac automobiliek. Za prvých deväť mesiacov minulého roka sa podľa štatistík organizácie SNE Research dostalo na cesty po celom svete 6 664 vodíkových vozidiel. Po medziročnom náraste vyše tri pätiny na 4917 áut viedol predaje juhokórejský Hyundai. Dosiahol trhový podiel 73,8%. Druhá Toyota Motors s podielom 11,5% predala 767 vozidiel na vodík, na tretej priečke bola so 187 predanými kusmi Honda Motor.

 

Foto: Hyundai Motor UK Ltd, https://www.hyundai.news/uk/

S cieľom upevniť si pozíciu v segmente vodíkových vozidiel plánuje Hyundai popri osobných automobiloch vyvíjať viac úžitkových vozidiel s týmto palivom, najmä nákladné vozidlá a autobusy. Keď vlani Hyundai doviezol do švajčiarska pre tamojšiu firmu H2 Energy 50 vozidiel ťahačov kamiónov XCIENT Fuel Cell, dostal tento krok označenie začiatok budovania komplexného vodíkového ekosystému v Európe. Do roku 2025 má Hyundai dodať 1 600 ťahačov svojho modelu, ktorý nazýva prvým ťažkým nákladným vozidlom na vodík. Spoločnosť plánuje rozšíriť uplatnenie svojho systému palivových článkov na všetky oblasti dopravy, ako sú lode, vlaky, vysokozdvižné vozíky ale aj mestskú leteckú mobilitu (UAM).

Podľa dlhodobého plánu Fuel Cell Vision 2030, chce Hyundai predávať na celom svete 670 000 elektromobilov ročne, z toho má byť 110 000 vozidiel vybavených palivovými článkami. Do roku 2030 tiež hodlá dosiahnuť ročnú produkciu 700 000 systémov palivových článkov pre autá, lode, koľajové vozidlá, drony či generátory elektrickej energie. Prístup ázijskej automobilky odzrkadľuje fakt, že nákladná doprava ponúka pre vodík veľký potenciál, väčší než osobná. Rovnako perspektívne ho odborníci vnímajú aj pre použitie nachádza aj v energetike a priemysle.

Vodíková stratégia EÚ

Primárne využitie vodíka na dekarbonizáciu priemyslu, najmä v oceliarstve, a nákladnej prepravy – v nákladných automobiloch, vlakoch, a časti námornej dopravy – vidí aj Európska komisia. Predpokladá, že priemysel a ťažká logistika budú prvými hlavnými odberateľmi vodíka. Zároveň však vyzýva na riešenie veľkého nedostatku súčasnej produkcie vodíka. Hoci energetické využitie vodíka nevytvára škodlivé látky, väčšina vodíka sa vyrába z fosílnych palív. EÚ si dala vo svojej vodíkovej stratégii cieľ do roku 2030 súčasný stav zmeniť. Vo výsledku by sa mal stať zelený vodík, teda vodík z elektriny z obnoviteľných zdrojov, cenovo konkurencieschopným, a mali by sa postupne budovať dostatočné kapacity na jeho výrobu.

Vodíkové vlaky už aj komerčne

Výhodami vodíka sa zaoberá čoraz viac krajín po celom svete. Krajiny ako Nemecko alebo Japonsko už dlhodobo investujú nemalé finančné prostriedky do vodíkovej infraštruktúry, kde podporujú ako výstavbu vodíkových čerpacích staníc, tak aj samotné výrobné kapacity na produkciu vodíka. Nemecko od roku 2018 využíva vodíkové vlaky na komerčné účely a v tomto roku plánuje spustenie ďalších 14 vlakov tohto typu, ktoré dokážu na jednu vodíkovú nádrž prejsť 1000 km a dosiahnuť rýchlosť 140 km/h. V tomto ho nasleduje aj náš západný sused, Rakúsko, ktorý koncom minulého roka úspešne otestoval vlak na vodíkový pohon, ktorý je zároveň vybavený aj technológiou na uskladnenie energie. Energia vyrobená rekuperáciou pri brzdení sa ukladá do lítium-iónových batérií uložených pod podlahou vagónov. O vodíkové vlaky už prejavili záujem aj ďalšie krajiny ako Veľká Británia, Holandsko, Francúzsko a Taliansko.

Európsky vodík dostáva slovenskú vetvu

Slovensko sa takisto zaradilo medzi krajiny, ktoré sa intenzívne venujú vodíku. Vlani v lete oznámil minister hospodárstva Richard Sulík, že rezort, ktorý vedie, bude okrem vybudovania prvých plniacich staníc podporovať aj vývoj a výrobu prototypu vodíkového auta, vodíkového autobusu ale aj vlaku na Slovensku. Už dávnejšie tiež vznikol klaster Národná vodíková asociácia Slovenska (NVAS).

Ako iniciatíva Ministerstva hospodárstva SR vznikla vodíková stratégia na národnej úrovni a chystá sa jej schválenie vládou. Zároveň vznikajú rôzne projekty a iniciatívy. Experti z košických univerzít Technickej univerzity Košice a Univerzity Pavla Jozefa Šafárika spolu s Národnou vodíkovou asociáciou Slovenska spracovali vodíkovú stratégiu pre Košický samosprávny kraj. Projekt štúdie bol podporený Joint Research Centrom EÚ a cieľom bolo zmapovať možnosti využitia vodíka naprieč rôznymi odvetviami, od dopravy až po oceliarstvo, uskladnenie energie a možnosti v ďalšom výskume a vývoji; štúdia prichádza s odporúčaniami a navrhovaným akčným plánom.

Slovensko sa stáva súčasťou dôležitých projektov spoločného európskeho záujmu, „IPCEI“ (Important Project of Common European interest). Prvý z nich, s názvom Black horse, má za cieľ vybudovanie komplexného vodíkového reťazca v krajinách V4 – Česku, Poľsku, Maďarsku a Slovensku. Vďaka investícii  bezmála  5,8 miliardy eur sa má vybudovať zázemie pre produkciu vodíka z obnoviteľných zdrojov, vybudovať sieť čerpacích vodíkových staníc na existujúcich čerpacích staniciach (len na Slovensku by ich malo v rámci projektu vzniknúť 26). Tiež by sa vďaka projektu mali dostať na európske cesty tisíce vodíkových kamiónov, ktoré by mali nahradiť tie dieselové. Na projekte sa podieľa viac ako 20 partnerov z viacerých krajín a mal by významne prispieť k dosahovaniu klimatických cieľov Parížskej dohody, predpokladá ušetriť planéte vyše 4 miliónov ton CO2 ročne a zároveň vytvoriť tisíce nových pracovných miest v priebehu tejto dekády.

Ďalším projektom je Green Hydrogen @ Blue Danube, ktorý hovorí o vybudovaní vodíkového hodnotového reťazca v krajinách v povodí Dunaja. Začať by mal výstavbou závodov na produkciu zeleného vodíka v Bavorsku, neskôr v Rakúsku. Vodík z nich by sa mal skvapalnenom stave transportovať odberateľom loďami po Dunaji a priniesť tak zelený vodík aj do juhovýchodnej Európy.

Je zrejmé, že vodík má svoje miesto vo všetkých formách dopravy i priemysle a energetike. Otázkou zostáva, aké bude významné v porovnaní s inými alternatívami, ktoré tu dnes máme.

Zdroje:

https://www.hydrogen4climateaction.eu/projects

https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/hydrogen_strategy.pdf