Autorem artykułu jest Artur Włodarski
To jest tylko kwestią czasu – zacznij mówić o samochodach elektrycznych, a zaraz ktoś spyta: „A wodór?” Oba napędy są jak awers i rewers tej samej monety. Jeszcze 20 lat temu można było rzucić nią do góry i z równym prawdopodobieństwem obstawiać, jakie auta zdominują ulice: tankowane wodorem, czy ładowane prądem?
Wodór znów wzbił się w niebo w wielkim stylu na pokładzie statków kosmicznych Gemini i Apollo. To wtedy po raz pierwszy pokonał napęd elektryczny i został okrzyczany „ropą przyszłości”. A przeważył… ciężar. Szukając źródła zasilania modułu podtrzymywania życia NASA odrzuciła potwornie ciężkie akumulatory. Wybrała wodorowe ogniwa paliwowe, które prócz prądu produkowały też bezcenną w misjach załogowych wodę. Wprawdzie jeden kilowat mocy z takich ogniw kosztował 100 000 dolarów, ale cena nie była wtedy problemem.
Co innego na Ziemi.
Przesłuchaj nasz podcast o samochodach wodorowych
10 minut, a potem ciemność
Nasza planeta jest naszpikowana palnymi substancjami i otulona atmosferą z tlenem – gazem uwielbianym przez ogień (w niektórych językach nazwa tlenu pochodzi od „tlić”, czyli „palić”). Przez 200 lat rewolucji przemysłowej ludzie nie mieli dobrego powodu, by czerpać energię z innych źródeł. Dużo łatwiej przecież kopać i spalać coś na bieżąco niż łapać energię z wiatru czy Słońca, której dopływy są bardziej kwestią natury niż popytu. Zmienność jej podaży w czasie (Słońce i wiatr nie operują non-stop) wymusza magazynowanie energii. A to jedna z lekcji, której ludzkość nie odrobiła. Nie potrafimy robić tego szybko, prosto i tanio.
Przykład? Choć elektryczność towarzyszy nam od stu lat, cały jej globalny zapas pokryłby nasze średnie zapotrzebowanie przez góra… 10 minut. Z czego 95 proc. pochodziłoby z elektrowni szczytowo-pompowych, których zasada działania jest taka jak w XIX wieku (zamiana grawitacji na prąd), a nazwa – mocno na wyrost. Bo cóż to za „elektrownia”, skoro pobór energii z sieci (pompowanie wody do wyżej położonego zbiornika) przekracza jej zwrot (spływająca woda napędza turbinę produkującą prąd) o 15-30 procent! Poza tym, jak czymś takim napędzać samochody?
Kalifornia matką wynalazku
Gdyby o wszystkim decydowała cena, nie byłoby tego artykułu, bo nie byłoby też aut innych niż spalinowe. Obfitość ropy i bogactwo koncernów naftowych sprawiły, że temat paliw innych niż kopalne na ponad 100 lat wylądował na bocznicy dziejów. W efekcie niepodzielnie króluje benzyna, która – obiektywnie rzecz biorąc – jest trucizną (szkodliwą dla zdrowia w każdej postaci) najłatwiej ze wszystkich dostępną i kupowaną przez kierowców w ilościach niemal półhurtowych (średnio 1300 litrów na rok).
Spośród 2 miliardów jeżdżących po Ziemi aut, tylko 6 milionów, czyli 0,3 proc., nie musi zawijać do stacji benzynowych. Jednak to, co jest korzystne dla koncernów paliwowych zajmujących 5 miejsc na liście 10 najbogatszych firm świata, niekoniecznie służy całej ludzkości. A zwłaszcza mieszkańcom miast, którzy zaczęli dusić się spalinami i przypłacać to zdrowiem. Jak pierwsza problem podniosła Kalifornia. Władze „złotego stanu” (gdyby ogłosił autonomię, byłby ósmym najbogatszym państwem świata) nie chciały dłużej przymykać oczu na fatalną jakość powietrza w Los Angeles. Namierzyły winowajców, czyli auta i zaczęły wymuszać na ich producentach zmianę podejścia w kwestii napędu. Priorytetem miała być niska emisja spalin. Najlepiej zerowa.
To były lata 90., a Kalifornia najcenniejszym rynkiem samochodowym na Ziemi. Żaden duży producent nie mógł lekceważyć jej zachcianek. Jeśli zastanawiałeś się nad genezą aut hybrydowych, wodorowych i elektrycznych – właśnie znalazłeś odpowiedź.
Chybione cuda techniki
Najwcześniej, bo wraz z pierwszymi rakietami kosmicznymi, wystartował napęd wodorowy. Chevrolet Electrovan z 1966 r. miał zasięg 190 km i maksymalną prędkość 112 km/h. Niestety, mieścił tylko dwie osoby, bo stos ogniw paliwowych plus duże zbiorniki wodoru i tlenu zajęły cały tył furgonetki. Jeden egzemplarz wystarczył, by General Motors uznało „kosmiczny” napęd wodorowy za niebotycznie kosztowny.
Nieco lepiej poszło z elektrycznym. 1117 sztuk modelu GM EV1 (140 KM, 220 km zasięgu) zaspokajało co najwyżej 1/20 popytu na „pierwszy masowy samochód na prąd”. Najbardziej zaskoczony wydawał się sam producent, który po czterech latach odebrał auta wynajmującym (nie można było ich kupić) i niemal wszystkie zniszczył. To jedyny taki przypadek w dziejach motoryzacji. Gdy w 2003 r. szef GM ogłaszał koniec EV1, tłumaczył to brakiem opłacalności projektu i zainteresowania klientów. Mimo krótkiej historii EV1 ożywił temat „elektryków” i inwencję konstruktorów.
No i napęd hybrydowy – największe novum przełomu wieków. Dwusilnikowe, spalinowo-elektryczne auta z początku wzbudzały nieufność (jeden z dziennikarzy odmówił jazdy w deszczu bojąc się porażenia prądem), ale były „zielone”, czym uwiodły Leonardo DiCaprio, Cameron Diaz i wszystkich tych, którzy chcieli mieć ekologiczny listek figowy i przeciwwagę dla zaparkowanego obok Hummera.
– Jest z nimi jeden problem – mówi szef Tesli, Elon Musk. – Nawet gdybyśmy wymienili na hybrydy wszystkie istniejące auta, wciąż pozostaniemy w 100 procentach uzależnieni od paliw kopalnych.
Inną drogą poszło BMW. Nieudane podejście do napędu wodorowego zaliczyło modelem Hydrogen 7, w którym wodór był spalany tak, jak benzyna. Podczas prób w Kaliforni, dwupaliwowa, 12-cylindrowa limuzyna okazała się zaskakująco nieekonomiczna (13,9 litra benzyny lub 50 litrów H2 na 100 km), nieekologiczna (przez wysoką emisję tlenków azotu) i niewydajna (zmieniała w ruch tylko 30 proc. energii wodoru). Wniosek? Napęd wodorowy nie ma sensu bez ogniw paliwowych. A z nimi?
– Też – uznał już w 2003 r. inżynier Martin Eberhard. Będąc pod wrażeniem GM EV1 rozważał różne opcje napędu bezemisyjnego. Nie musiał robić prób, wystarczył arkusz kalkulacyjny i jasno postawione pytanie: Jaki rodzaj napędu zmienia energię w ruch najefektywniej? Odpowiedź też była jasna: Energia, jaką zużywa jedno auto na wodór, starczyłaby dla dwóch aut na prąd. Gdyby wynik był inny, Tesla nie produkowałaby dziś aut elektrycznych lecz wodorowe.
Więcej o różnicach w efektywności napędów wodorowych i elektrycznych pisaliśmy tu: Sprawność cieplna silników.
Wróżenie z Excela
Jednak dla wielu szefów firm motoryzacyjnych kwestia długo pozostawała otwarta. W 2010 r. napęd elektryczny odstraszał ceną akumulatorów (jedna kilowatogodzina kosztowała 1100 dolarów), przeraźliwie długim czasem ładowania i szczątkową infrastrukturą. Ogniwa paliwowe też były obłędnie drogie i kłopotliwe w produkcji (ręcznie montowana membrana), lecz niezużywające tylu metali ziem rzadkich i – co najważniejsze – rokujące ponoć nadzieje na szybszy postęp. Ten wymagał jednak wyłożenia miliardów na badania i rozwój.
Minęła dekada i co? Przełomu nie było, obniżenia kosztów – też. W efekcie ogniwa paliwowe, choć sprawdziły się w siedmiu misjach NASA, na Ziemi zasilają głównie… wózki widłowe. A auta na wodór? Ze świecą szukać. W sumie wyprodukowano ich tylko 20 tysięcy. Dla kontrastu, elektrycznych jest 300 razy tyle, a ich liczba podwaja się co półtora roku.
Co takiego się stało?
„Elektryki” chwyciły, bo dowiodły, że mogą mieć osiągi superaut, seksowne kształty i pojemne wnętrza. Postęp w technologii i infrastrukturze zaskoczył sceptyków, których szeregi stopniały także w zarządach kluczowych firm. Ich szefowie doszli do wniosku, że trzymanie kilku srok za ogon jest boleśnie kosztowne. Choćby Volkswagen. Jeszcze niedawno rozwijał równolegle trzy technologie: napęd elektryczny, ogniwa paliwowe i paliwa syntetyczne. Ale kiedy jego spece zrobili to, co w 2003 r. zrobił Martin Eberhard, wyszło im, że napęd elektryczny jest trzykrotnie tańszy od wodorowego i sześciokrotnie od opartego na syntetykach. Ponieważ nie ma co się kopać z Excelem, rok temu szef VW AG oznajmił. – Przestaliśmy finansować rozwój ogniw paliwowych, ponieważ nie będą konkurencyjne w tej dekadzie. Wszystkie nasze wysiłki koncentrujemy odtąd na napędzie elektrycznym – powiedział Herbert Diess. Podobną decyzję podjął Daimler oraz kilka innych firm.
Ale stało się coś jeszcze – klimat wokół. Skończyła się cierpliwość regulatorów dążących do obniżenia emisji CO2, zwiększyła świadomość mieszkańców miast, którzy nie chcą oddychać spalinami i przypłacać to zdrowiem. Coraz ostrzejsze limity emisji spalin nie pozostawiają producentom wyboru – muszą wdrażać bezemisyjne auta już teraz.
A który napęd rokuje lepiej? Statystyki (i Excel) nie pozostawiają złudzeń.
