Vodíkové pohony jsou budoucností mobility

Vodíkové pohony jsou budoucností mobility

Vodíkový pohon si postupně razí cestu v městské i dálkové mobilitě. Osvědčuje se jako významná alternativa pro bezemisní a tichou dopravu vedle klasických elektromobilů, oproti kterým nabízí několik výhod, například značně rychlejší doplnění paliva, delší dojezdovou vzdálenost či bezproblémový provoz i při nízkých venkovních teplotách. V běžném provozu se vodíkový nákladní vůz osvědčil i logistické společnosti Gebrüder Weiss, která jej více než rok provozuje ve Švýcarsku pro maloobchodní distribuční dopravu.

Nákladní vůz Hyundai XCIENT Fuel Cell na vodíkový pohon nyní společnost Gebrüder Weiss testovala v běžném provozu v Praze a okolí. Vozidlo ve Švýcarsku jezdí výhradně na zelený vodík, který se vyrábí za pomoci obnovitelných zdrojů a je tak považován za klimaticky neutrální. Vodík v palivovém článku auta reaguje s kyslíkem a vzniklá energie se pak přemění na elektřinu, která pohání elektromotor. Proces je zcela bezemisní, do ovzduší je vypouštěna pouze vodní pára bez látek škodlivých pro životní prostředí nebo lidský organismus. Roční provoz tohoto vodíkového nákladního auta ušetří až 80 tun CO2. „Udržitelnost v přepravě je pro ochranu životního prostředí a naši budoucnost klíčová. Gebrüder Weiss proto dlouhodobě sleduje trendy a testuje inovativní technologie v bezemisní dopravě. Zelený vodík přitom aspiruje na palivo budoucnosti. Nutností je ovšem vybudování potřebné infrastruktury,“ říká Jan Kodada, ředitel obchodu a marketingu Gebrüder Weiss v ČR.

„Je skvělé, že se Gebrüder Weiss zaměřuje na testování alternativních pohonů a jako první logistická společnost testuje provoz vodíkového nákladního vozu v České republice,“ uvádí Ing. Aleš Doucek, PhD., vedoucí oddělení Vodíkové technologie a inovace v energetice ze společnosti ÚJV Řež, a. s., a předseda představenstva České vodíkové technologické platformy (HYTEP). Podle něj je využití vodíkové energie v současnosti řešením především pro autobusy a nákladní dopravu, ale postupně se bude více rozšiřovat i do osobní dopravy. Současně se domnívá, že po roce 2030 již bude složitější pořizovat nákladní vozidla na fosilní paliva a kolem roku 2030 dojde k významnému nárůstu využívání alternativních pohonů, především pak vodíku.

To potvrzuje rovněž Ing. Ondřej Smíšek, zástupce proděkana pro strategii a vnější vztahy ČVUT – Fakulty dopravní, který podotýká: „Elektrifikace dopravy je trend, který je v běhu již několik let a mimo jiné umožňuje diverzifikaci zdrojů energie. Vodík je jeden ze zásadních zdrojů. Jednou z velkých výhod je například možnost poměrně rychlého doplnění energie, větší dojezd a nižší hmotnost než u čistě bateriového pohonu. S klesající cenou dopravních prostředků díky zvyšování sériové výroby i cenou vodíku, ale také rostoucí infrastrukturou bude po tomto zdroji energie sahat stále více firem.“

Výkon elektromotoru vodíkového nákladního vozu je 350 kilowattů a spotřeba se pohybuje kolem 7,7 kilogramu vodíku na 100 kilometrů. Během více než ročního provozu se ukázalo, že stoupání a nízké teploty v zimě nemají na vodíkový nákladní vůz žádný vliv a výkon tak zůstává na stejné úrovni. Pro řidiče není potřeba žádné zvláštní školení, pouze se na zkušební jízdě seznámí s rozdíly oproti dieselovému motoru. Ty spočívají hlavně v rychlejších akceleracích motoru, plný výkon je totiž k dispozici hned od začátku a také brzdění je citlivější. Tankování je podobné jako u běžného spalovacího motoru, naplnění nádrže trvá asi 12 minut. To je zároveň výrazně kratší doba, než jakou zabírá dobíjení klasických elektromobilů.

Vodíkový nákladní vůz se ve Švýcarsku osvědčil pro maloobchodní distribuční dopravu, založenou na jednodenních trasách. Při průměrném denním nájezdu kolem 300 kilometrů si vystačí s tankováním jednou denně, přičemž využívá poměrně dobře rozvinutou švýcarskou síť s celkem 9 vodíkovými plnicími stanicemi. Plně naložený nákladní vůz, tedy s nákladem přibližně 5,7 tun, ujede na jednu nádrž až 420 kilometrů.

Vznik infrastruktury potřebné k provozu vozidel na vodíkový pohon je výzvou pro samosprávu i pro jednotlivé výrobce a dodavatele napříč průmyslovými sektory. „Kromě samotných plnicích stanic a výroben vodíku bude třeba budovat i nové energetické zdroje, které budou svou kapacitu poskytovat pro výrobu paliv, a to zejména kvůli postupnému poklesu využívání ropných produktů a zemního plynu. Podstatné je také budování distribuční, přenosové a přepravní soustavy, například plynovodů a elektrického vedení,“ dodává Aleš Doucek, jehož oddělení v ÚJV Řež v současnosti mimo jiné spolupracuje na vývoji českého nákladního vozidla na vodík a vodíkové plnicí stanice pro autobusy a nákladní vozy.

Vodíkové nákladní vozy jsou přínosem hlavně v místech, kde je potřeba tichý provoz a nulové emise, tedy v městských aglomeracích nebo ve veřejné dopravě. „Z našeho pohledu dává smysl kombinace: pro přepravu na krátké vzdálenosti používat elektrické nákladní vozy poháněné bateriemi a pro delší vzdálenosti nákladní vozy s palivovými články. To potvrzují i naše zkušenosti s jejich používáním v každodenním provozu,“ uzavírá Harald Prohaska Managing Director Gebrüder Weiss v ČR.

Vodíkový pohon v autodopravě očima odborníků

Jaký potenciál má vodíkový pohon v autodopravě, jaké výhody nabízí vedle klasických elektromobilů a v čem spočívá princip výroby tzv. zeleného vodíku? Nejen to nám přiblížili dva specialisté na problematiku — Ing. Aleš Doucek, Ph.D., vedoucí oddělení Vodíkové technologie a inovace v energetice, ÚJV Řež, a. s., a předseda představenstva České vodíkové technologické platformy, a Ing. Ondřej Smíšek, zástupce proděkana pro strategii a vnější vztahy ČVUT – Fakulty dopravní, vedoucí pracoviště Děčín. Oslovili jsme je při příležitosti pilotních jízd vodíkového nákladního vozu společnosti Gebrüder Weiss v českých podmínkách.

Na jakém principu funguje vodíkový pohon v autodopravě?
AD: Jde většinově o vozidla s elektrickým pohonem, přičemž elektřina je vyráběna v palivovém článku. Vodík se do vozidel plní, přičemž toto „tankování“ trvá podobnou dobu, jako jsme dnes zvyklí na klasických čerpacích stanicích. Hlavní výhodou vodíkového pohonu je zcela bezemisní provoz.
OS: Palivový článek vozidel vytváří elektrickou energii ze stlačeného vodíku v nádržích automobilu. Odpadním produktem je trochu tepla a čistá voda.

Jaká je podle vašeho názoru budoucnost vodíkového pohonu? Je vodík cestou, kterou se bude vydávat stále více společností?
AD: Vodík zatím nachází uplatnění především v provozu větších vozidel, primárně autobusů a v nákladní dopravě. Lze očekávat, že se postupně bude více rozšiřovat i do oblasti osobní dopravy, především pro typy vozů, od kterých požadujeme větší nájezd, než poskytují pouze bateriové elektromobily.
OS: Elektrifikace dopravy je trend, který je v běhu už několik let. Tento trend umožňuje mimo jiné diverzifikaci zdrojů energie. Vodík je jeden ze zásadních zdrojů s mnoha výhodami, ale také s jistými negativy. Jednou z velkých výhod je například možnost poměrně rychlého doplnění energie, větší dojezd a nižší hmotnost než u čistě bateriového pohonu. S klesající cenou dopravních prostředků (díky zvyšování sériovosti výroby), klesající cenou vodíku, a především rostoucí infrastrukturou bude po tomto zdroji energie sahat stále více firem.

Kdy je podle vás reálné zavést vodíkový pohon v takové míře, aby měl dopad na skutečnou změnu v oblasti ekologie?
AD: Je to možné a žádoucí již nyní. Nicméně se zaváděním souvisí i budování infrastruktury pro tankování a výrobu vodíku – a to nelze vyřešit ze dne na den.
OS: To je velmi těžká otázka a vidíte, že jen to, co se stalo v letošním roce, významně zamíchalo mnoha odhady o budoucnosti Evropy i celého světa. Dopad zavedení vodíkových technologií bude postupný a tím bude postupná i změna. Kdy to bude? O tom rozhoduje především inovační a evoluční proces naší společnosti.

Jaký je rozdíl mezi výrobou takzvaného zeleného vodíku a jeho standardní výrobou?
AD: Zjednodušeně lze říct, že z dlouhodobého hlediska je preferováno využívání vodíku, při jehož výrobě nevznikají žádné skleníkové plyny. To je například elektrolytická výroba z vody pomocí elektřiny z obnovitelných zdrojů a do určité míry také z jaderných zdrojů.
OS: Zásadní rozdíl je v použití obnovitelných zdrojů energie pro výrobu zeleného vodíku oproti použití fosilních paliv pro standardní výrobu vodíku.

Můžete porovnat situaci v České republice a v Evropě? Případně ve světě?
AD: Česká republika má dobře našlápnuto, ale za světovými lídry, jako jsou Německo, Korea, Japonsko nebo Kalifornie začíná zaostávat. Je žádoucí zvýšit naši aktivitu a více investovat.
OS: Česká republika je poměrně dost pozadu v nasazování pokročilých technologií obecně, natož těch ekonomicky náročnějších. Je zřejmé, že se nemůžeme srovnávat třeba se Švýcarskem, ale zároveň je to škoda, protože alespoň s budováním příslušné infrastruktury už bychom začít mohli.

Ve kterých částech světa je momentálně vodíkový pohon na vzestupu nejvíce? Může se tomu Česká republika přiblížit?
AD: Pro nás je klíčové Německo, kde je rozvoj velice rychlý. Mají více než 100 plnicích stanic, realizují projekty v řádech desítek MW pro výrobu bezemisního vodíku. Souvisí to mimo jiné i s důrazem Německa na využití obnovitelných zdrojů, kde vodík významně pomáhá s vyrovnáváním proměnlivé výroby.
OS: Nejvíce na vzestupu je vodík v Severní Americe, tedy v Kanadě nebo USA. Asie, konkrétně Čína, se snaží o rychlý přechod na bezemisní dopravu také. V Evropě je nejdále asi Švýcarsko a velmi aktivní je samozřejmě také Německo.

Kolik procent v Evropě, u nás nebo ve světě momentálně tvoří nákladní automobily na vodíkový pohon?
AD: Je to blízko 0 %, nejvýznamnější demonstrační projekt je nyní ve Švýcarsku. Očekávám ale výrazný rozvoj.
OS: Zcela jistě jsou to velmi malá čísla, tipuji to, že se stěží přehoupneme přes alespoň jedno procento, podle JATO (Globální automobilová Business Intelligence) bylo v roce 2021 prodáno celkem 15 500 vozidel na vodík.

Očekáváte, že se bude číslo v příští dekádě zvyšovat? Jak významně?
AD: Domnívám se, že po roce 2030 již bude problematické pořizovat nákladní vozidla na fosilní paliva. Kolem roku 2030 tedy uvidíme významný nárůst alternativ, především vodíku.
OS: Čísla budou jistě růst, ale jak hodně, to nevím. Trošku lze odhadovat z vývoje prodejů BEV (elektromobilů na baterie). Absolutní čísla prodejů jsou velmi malá, takže procentuálně to budou velké nárůsty, ale jistě potrvá roky, než bude vodík dominantnějším zdrojem energie v dopravě.

V čem vidíte hlavní výhody využití vodíkového pohonu v autodopravě?
AD: Bezemisní provoz, rychlé tankování, snížení závislosti na dovozu paliv, příspěvek k dekarbonizaci mj. díky stabilizaci energetických sítí.
OS: Jak jsem uvedl předtím, především možnost rychlého doplnění energie, hmotnost technologie, hlučnost pohonu, bezpečnost.

Jaké možnosti má podle vás výroba zeleného vodíku v našich podmínkách?
AD: Půjde o přesnou definici „zeleného“ vodíku, na kterou stále ještě čekáme ze strany Evropské komise. V podmínkách České republiky je ekonomicky problematická výroba vodíku ve výhradní návaznosti na obnovitelné zdroje energie – tedy v našem případě fotovoltaické zdroje, protože tento intermitentní zdroj neumožňuje dostatečné vytížení elektrolyzéru. Výsledný produkt je potom významně dražší. V podmínkách České republiky by bylo výhodné zavést instrumenty pro lepší vytížení elektrolyzérů, např. „zelené certifikáty“ na elektřinu, intenzivnější kombinování s jadernou energií.
OS: Podmínky pro výrobu zeleného vodíku odpovídají především naší poloze a velikosti, jinými slovy žádný významný hráč v tomto sektoru nebudeme.

Jaká jsou naopak největší rizika a limity této inovativní technologie?
AD: Zavedení plnoškálové vodíkové mobility je běh na dlouhou trať. Bylo by chybou si myslet, že tu za 10 let budou jezdit všechna vozidla na vodík. Jediným rizikem, které vnímám, je tedy zklamání, plynoucí z nereálných očekávání, ať už trhu nebo uživatelů.
OS: Největším omezením je samozřejmě energetická účinnost celého procesu – to znamená, že musíme mít opravdu hodně energie, abychom vyrobili hodně vodíku. Limitem z ekonomického hlediska je tak cena, za kterou koupíme nebo vyprodukujeme 1 kWh elektrické energie, abychom ji použili pro výrobu vodíku. Bezpečnostní rizika jsou ve skutečnosti podstatně nižší, než se na první pohled zdá.

Co všechno by vyžadovalo vybudování infrastruktury potřebné k provozu vozidel na vodíkový pohon?
AD: Mimo přímou vodíkovou infrastrukturu, jako jsou plnicí stanice a výrobny vodíku, bude třeba budovat i nové energetické zdroje, a to ve velmi velkém rozsahu – budou muset nahradit energii ze snižovaných dovozů ropných paliv i zemního plynu. Podstatné bude také budování infrastruktury pro distribuci vodíku. Ať už to budou plynovody, doprava vodíku po železnici, lodní dopravou nebo po silnici.
OS: Jedná se o standardní úlohu, která prostě stanoví minimální hustotu čerpacích stanic vzhledem k provozu dopravy na páteřních komunikacích. Zároveň je třeba mít dostatečné množství vodíku na provoz této infrastruktury.

V České republice v současnosti není moc společností, které by se výrobou zeleného vodíku zabývaly. Může se tato situace změnit – jsou pro to u nás vhodné podmínky?
AD: Již nyní vnímáme velký zájem průmyslu o výrobu zeleného vodíku. Důvody, proč ještě výrobny reálně nefungují, jsou zejména dva. Zaprvé trvá příprava a realizace projektů relativně dlouho, zadruhé je tu určité vyčkávání na nárůst poptávky. Brzy se to ale zlomí.
OS: Trh se rozrůstá a jsme svědky několika projektů, které v nejbližší době budou spouštět jak výrobu zeleného vodíku, tak budování infrastruktury.

Ing. Aleš Doucek, Ph.D. pracuje jako vedoucí oddělení Vodíkové technologie a inovace v energetice, ÚJV Řež, a. s., a předseda představenstva České vodíkové technologické platformy.

Ing. Ondřej Smíšek je zástupce proděkana pro strategii a vnější vztahy ČVUT – Fakulty dopravní, vedoucí pracoviště Děčín

Továrna

Původní Továrna periodicky mapovala vždy monotématicky různé segmenty tuzemského i světového průmyslu.

www.itovarna.cz