Auto na vodík - vše, co potřebujete vědět
Jsou příbuzné elektromobilům, ale mají výhody i nevýhody, které je činí velmi odlišnými.
- Po amerických silnicích v současné době jezdí asi 15 000 vozidel na vodíkový pohon a všechna jsou v Kalifornii. Naprotitomu elektromobilů jsou na silnicích miliony.
- Zatímco elektromobilům je věnována pozornost a velcí výrobci se soustředí na to, aby se do roku 2030 staly dominantními, vodíková vozidla zatím zůstávají v pozadí.
- Zde se dozvíte, co jsou vodíková auta, jak fungují a jaká je pravděpodobnost, že se jimi někdy projedete.
V poslední době jste asi hodně slyšeli o elektromobilech a také o legislativě, která by měla snížit emise uhlíku z vozidel. Existuje však ještě jeden druh vozidla s nulovými emisemi, které při jízdě po silnici vypouští pouze vodní páru. Jedná se o vozidlo s vodíkovými palivovými články, které je příbuzné elektromobilům, ale má specifické rozdíly, díky nimž se vodíková vozidla liší a jsou mnohem vzácnější.
V USA se do dnešního dne prodalo přibližně 2,5 milionu elektromobilů, naproti tomu v polovině roku 2022 jezdilo na amerických silnicích maximálně 15 000 vozidel na vodíkový pohon. Všechna tato vozidla jsou v Kalifornii, jediném státě, který má k dispozici síť maloobchodních vodíkových čerpacích stanic, aby bylo možné tato vozidla používat.
Vodíková auta, která jsou v současnosti k dispozici
Od roku 2015 jsou v prodeji tři vozy na vodíkový pohon od tří různých automobilek: Honda Clarity Fuel Cell, SUV Hyundai Nexo a Toyota Mirai. Honda však nyní ukončila výrobu všech modelů Clarity a Hyundai dosud prodal méně než 1500 vozů Nexo SUV.
Toyota, která se vodíkovému pohonu jako alternativě k bateriovým vozidlům věnuje nejvíce, prodala v USA zhruba 10 700 sedanů Mirai dvou generací – ačkoli v některých obdobích přistoupila k výrazným slevám, aby je prodala. (Honda neodděluje prodeje svého modelu Clarity Fuel Cell od plug-in-hybridních a bateriových verzí Clarity.)
Co je to vodíkový automobil?
Vozidlo s vodíkovými palivovými články používá k pohonu kol stejný druh elektromotoru jako auto s bateriovým pohonem. Není však poháněn velkou a těžkou baterií, ale palivovým článkem, ve kterém čistý vodík (H2) prochází membránou a spojuje se s kyslíkem (O2) ze vzduchu, čímž vzniká elektřina, která roztáčí kola, a vodní pára. To znamená, že vozidlo s palivovými články je technicky vzato sériový hybrid, a proto se někdy klasifikuje jako hybridní elektromobil s palivovými články.
Pro vědce není vodík ve skutečnosti palivem, ale nosičem energie. Tohoto rozdílu si však nevšímejte, protože řidiči vozidel s vodíkovými palivovými články plní vysokotlaké nádrže svých vozidel z uhlíkových vláken na „vodíkových čerpacích stanicích“, které se svým pojetím velmi podobají starým spolehlivým benzinovým pumpám, s podobnou pětiminutovou dobou tankování.
Možná jste slyšeli, že vodík je nejběžnějším prvkem ve vesmíru. Na atomární úrovni je to pravda, ale vodík se nikdy nevyskytuje v čistém stavu. Vždy je kombinován s jinými prvky. Jeho silný sklon vázat se s čímkoli v dohledu z něj dělá dobrý nosič energie. Výroba čistého vodíku pro vozidla vyžaduje spotřebu velkého množství energie na „štěpení“ sloučeniny, jako je zemní plyn (CH4), na čistý H2, přičemž vedlejším produktem je CO2. (Většina vodíku se dnes získává z fosilních paliv, jako je zemní plyn.) Při průchodu palivovým článkem vodík okamžitě vrací energii ve formě elektřiny, jakmile se spojí s kyslíkem. Z výfukového potrubí vychází pouze vodní pára (H2O).
Za volantem
V praxi se řidič automobilů na vodík setká s téměř totožným zážitkem jako při řízení bateriového elektromobilu, i když možná nebude patřit k těm rychlejším. Vůz nemá převodovku a jeho součástí je rekuperační brzdění, které při zpomalování zpětně získává uvolněnou energii.
Výzvou pro automobilové inženýry je, že vodíkové palivové články jsou nejspokojenější při ustáleném výkonu. Proto jsou vhodné například pro záložní napájení. Požadavky na výkon v průměrném automobilu se však řádově liší, od 15 kilowattů (20 koňských sil) pro udržení stabilní dálniční rychlosti na rovné silnici až po desetinásobek nebo dvacetinásobek tohoto výkonu pro maximální zrychlení na 100 km za hodinu nebo více.
Palivový článek v Toyotě Mirai, nejprodávanějším vodíkovém automobilu v USA, má výkon 90 kW (120 koní). To však na zrychlení na rychle jedoucí dálnici nestačí, proto Toyota (stejně jako ostatní výrobci aut na vodík) přidává vysokonapěťovou baterii s nízkou kapacitou, velmi podobnou těm, které se používají v benzin-elektrických hybridních vozidlech. Ta slouží jako doplňkový zdroj energie pro krátká období intenzivní akcelerace a dobíjí se buď z přebytku výkonu palivových článků, když vůz jede stálou rychlostí, nebo rekuperačním brzděním, když vůz zpomaluje. Všechny tři vodíkové vozy prodané v posledních letech mají dojezd 500 km nebo více, ačkoli stejně jako u elektromobilů tento dojezd při vyšších rychlostech výrazně klesá.
Jsou vodíková auta bezpečná?
Vozidla na vodík jsou všeobecně považována za stejně bezpečná jako ostatní automobily, protože vysokotlaké nádrže jsou navrženy tak, aby přežily i havárie v nejvyšších rychlostech, aniž by došlo k jejich úniku nebo porušení. Vodíkoví skeptici se sice běžně odvolávají na výbuch Hindenburgu (německé vzducholodi zničené v roce 1937 požárem při přistávání na letišti v americkém New Jersey – katastrofa si tehdy vyžádala 36 lidských životů), ale vodíkové nádrže a jejich vybavení by pravděpodobně přežily, i kdyby byl zbytek vozu při havárii zničen. V relativně malém počtu dosud prodaných vozidel na vodík nebyla zaznamenána žádná zranění ani úmrtí související s vodíkovými součástmi.
Výhody a nevýhody vozidel na vodíkové palivové články
Vozidla na vodíkové články mají některé pozitivní vlastnosti jako vozidla na baterie: jezdí hladce, tiše a klidně – a z výfuků nevypouštějí žádný oxid uhličitý ani jiné škodlivé výfukové plyny, pouze vodní páru. Nemají také problém s dobou nabíjení, kterou mají elektromobily – k doplnění paliva na další 500 kilometrový úsek jim stačí asi pět minut.
Existuje však několik nevýhod, z nichž nejnáročnější je dostupnost vodíkového paliva. Zatímco plány před deseti lety počítaly s tím, že Kalifornie bude mít již 100 vodíkových stanic, ve skutečnosti je jich jen asi 60. Největším problémem je, že ne všechny tyto stanice jsou v provozu a kdykoli dostupné pro tankování. Celkový počet zelených teček můžete spočítat ve zprávě o stavu stanic v reálném čase, kterou vede Kalifornské partnerství pro vodíkové palivové články, a zjistit, kolik z nich je v daném okamžiku v provozu. Mnoho řidičů aut na vodík se spoléhá na tuto webovou aplikaci, aby si zmapovali své zastávky pro tankování, než se vydají na cestu.
Vodíkové čerpací stanice
Tankování vodíkového automobilu je postupem času přirozené, ale správné seřízení poněkud těžké trysky a její utěsnění, aby automobil a čerpadlo mohly elektronicky komunikovat, může vyžadovat určitý cvik. Ale dnešní stanice mohou naplnit vodíkem často jen dvě až pět vozidel, než se až na půl hodiny odpojí, aby se znovu natlakovaly.
Jak v červnu 2019 zjistili řidiči automobilů na vodík v oblasti Sanfranciského zálivu, infrastruktura pro zásobování maloobchodních prodejen vodíkem je velmi řídká. Výbuch přerušil dodávky do devíti z 11 vodíkových stanic v této oblasti, což si vyžádalo, aby dieselové kamiony přes noc převážely nádrže se stlačeným vodíkem stovky kilometrů z jižní Kalifornie.
Řidiči, kteří byli závislí na tom, že je jejich vodíková vozidla dopraví do práce, si museli nastavit budíky na ranní hodiny v naději, že se včas dostanou k čerpací stanici a získají část omezeného množství vodíkového paliva. Toyota nakonec vrátila několik měsíců leasingových splátek řidičům Mirai, kteří nemohli spolehlivě používat své vozy.
Hlavním rozdílem a největší nevýhodou vodíkových automobilů oproti elektromobilům je to, že se podobají benzínovým automobilům v tom, že je nelze „natankovat“ nebo dobít doma přes noc. Ale na rozdíl od benzinových automobilů, pro které existuje dobře vyvinutá soustava více než 100 000 čerpacích stanic po celé zemi, jsou řidiči vodíkových automobilů zcela závislí jak na spolehlivé dodávce samotného plynu, tak na dostupné – a řádně fungující – vysokotlaké čerpací stanici.
Náklady na vodíkové palivo
Vzhledem k tomu, že vodíkové palivo je pro širokou veřejnost specializovaným zbožím, malá síť maloobchodních stanic přirozeně účtuje vysoké ceny. Cituji Kalifornskou radu pro vodíkové podnikání: „V současné době stojí kilogram vodíku na kalifornských vodíkových stanicích 10 až 17 dolarů, což odpovídá přibližně 5 až 8,50 dolaru za galon benzinu“, což znamená ujetí stejné vzdálenosti. Jeden galon benzínu nyní v Kalifornii běžně stojí asi 4,5 dolaru.
Aby tuto nevýhodu vyrovnaly, nabízejí Honda, Hyundai a Toyota svým leasingovým zákazníkům a kupujícím po různou dobu vodíkové palivo zdarma. Každý výrobce má trochu jinou nabídku: Toyota Mirai má v ceně až 15 000 dolarů bezplatného vodíku, zatímco Hyundai Nexo zahrnuje stejných 15 000 dolarů během tříletého leasingu nebo až šesti let vlastnictví.
Po vypršení těchto nabídek je však řidič odkázán sám na sebe. A pokud lze vodík přirovnat k benzínu za 5 až 8,50 USD za galon, uvědomte si, že nabíjení elektromobilu přes noc se obvykle rovná benzínu za pouhý 1 až 2 USD za galon.
Servis vodíkového vozu
Stejně jako elektromobily vyžadují i vodíková vozidla od servisů prodejců určitá zvláštní opatření. Vozidla na vodík mají stejné vysokonapěťové baterie jako hybridní, plug-in hybridní nebo elektrické vozy, ale mají také jednu nebo více pancéřovaných nádrží z uhlíkových vláken, které uchovávají čistý vodík pod extrémně vysokým tlakem 700 barů.
Běžný servis vodíkového vozu, který se netýká vodíkových nádrží, zásobníku palivových článků nebo potrubí, které je spojuje, je stejný jako u jakéhokoli jiného vozidla. Pokud je však nutné s některou z těchto součástí manipulovat, stát Kalifornie má soubor pravidel, která zajišťují, aby unikající vodík nehrozil výbuchem.
Ta zahrnují hlavně vypouštění paliva z vodíkových nádrží na určitých typech venkovních prostor mimo budovy. Poté se zbytek systému zbaví veškerého zbývajícího vodíku propláchnutím součástí různými plyny, což je proces, který trvá 30 až 180 minut.
Budoucnost vodíkových automobilů
Pokud chcete žít v Kalifornii a máte zájem o vozidlo s nulovými emisemi poháněné elektromotorem, možná stojí za zvážení pořízení vodíkového vozidla. V současné době však takové vozidlo představuje určité riziko. Vytvoření zcela nové sítě čerpacích stanic od nuly se ukázalo být mnohem problematičtější – dražší i nespolehlivější, než si výrobci automobilů představovali, a palivo je pro řidiče dražší než benzin.
Bez vodíkového paliva dodávaného pod tlakem 70 MPa je auto na vodík jen velkou a drahou zarážkou dveří. Kdybychom si měli tipnout, řekli bychom, že budoucnost osobních automobilů bude spíše elektrická. Ale i u nás se již objevila první vlaštovka. V Ostravě loni v červnu začala působit první veřejná vodíková plnící stanice pro osobní automobily v ČR provozovaná společností VÍTKOVICE, a. s. Zatím počítá s kapacitou asi 10 aut denně.
Tento článek stejně jako celou řadu dalších zajímavých článků na tomto blogu vám přináší firma Autoklíče.cz. Můžete se na nás s důvěrou obrátit, pokud máte problém s vašimi klíči, ať už jde o klíče k vašemu automobilu nebo klíče vložkové, schránkové či skříňové. Zhotovíme vám též náhradní klíč k vašemu motocyklu.
