Menu

Vodík: Alternativa k elektroautům?

Ochrana klimatu vyžaduje nové zdroje energie. Baterie jsou často správným řešením, pro delší dojezdy bychom se ale mohli orientovat na vodík a palivové články -tak, jak se ukazuje na příkladu Toyoty Mirai. Vyzkoušeli jsme ji. 

Podíl obnovitelných zdrojů energie v energetickém mixu v celé Evropě neustále roste. To je sice dobrá zpráva, ale ve střednědobém horizontu způsobuje nárůst větrné a solární energie velký problém: elektřina se nespotřebovává hned a na místech, kde se vyrábí. Distribuce elektřiny se řeší dodatečnými vedeními, její skladování ale vyžaduje novou technologii. Do jisté míry jsou elektrické vozy s velkými bateriemi tomuto problému nápomocné, protože mohou absorbovat krátkodobé nadprodukce - za předpokladu, že bude existovat indikace nadměrné kapacity.

Pokud celá silniční doprava přejde na elektrické pohony, bude to mít obrovský dopad na rozvodnou síť, protože delší období bez větru a slunce nesmí vést k lokálním výpadkům zásobování elektřinou. Takže kromě automobilových akumulátorů musí existovat skladovací bateriové kapacity.

Přístup, o němž se už po desetiletí diskutuje, obchází elektrárny hned od počátku: vodík lze vyrábět z vody elektrickým proudem za pomocí elektrolýzy. Skladování těkavého plynu není triviální - dnes však existují nádrže vyrobené z kompozitních materiálů, které je možné uchovávat trvale bez chlazení při vnitřních tlacích vyšších než 700 barů. Energetický obsah vodíku je velký: jeden kilogram plynu má výhřevnost 33,3 kilowatthodiny - což odpovídá téměř čtyřem litrům benzinu. S nádrží na pět kilo vodíku je možný dojezd kolem 400 kilometrů - doplňování paliva je sice technicky složité, ale pro uživatele snadné.

Vodíková elektrárna: Jak vzniká elektřina

Ve voze se elektřina generuje z vodíku v palivovém článku. Jádrem palivového článku je elektrolytická membrána, na jejíž jedné straně proudí vodík, na druhé straně vzduch s kyslíkem. Vodíková jádra (protony) mohou pronikat přes membránu a reagovat s kyslíkem. Zbývající elektrony vytvářejí napětí, které lze použít přes elektrody.

Mirai v testu: Plně použitelná každý den

Buňky palivového článku v modelu Toyota Mirai potřebují při startu a pro maximální výkon podporu malé vyrovnávací baterie s lithiumiontovou technologií. Během jízdy je Mirai tak jemně regulovatelná, že může reagovat na výkonové požadavky řidiče přímo. Stupňující se hluk při přidání plynu připomíná moderní turbo motory. Stejně jako v jejich případě i zde trvá jednu až dvě sekundy, než se motor probudí k plnému výkonu 115 kW (155 k). Tak bezprostředně jako čistě elektrický vůz Mirai sice nejede, ale zase si na ni nemusíte vůbec zvykat. Dobrých 10 sekund pro sprint z nuly na 100 km/h a maximální rychlost 178 km/h dostačuje ve všech případech. Auto však nedokáže udržet svou nejvyšší rychlost po dlouhou dobu, přinejmenším když je venkovní teplota vyšší: při testu se po několika minutách objevilo upozornění na teplotu a auto zpomalilo. To je pozoruhodné v tom, že pro tuto rychlost je zapotřebí jen asi polovina maximálního výkonu palivového článku. Skutečně maximální výkon bude tedy k dispozici jen velmi krátkou dobu. Omezení pro praktický jízdní provoz problém s teplotou ale nepředstavuje: při rychlosti do 150 km/h se systém rychle ochladil zpět na přijatelnou teplotu.

Znepokojující je ale další nedostatek Toyoty Mirai: Asistenční systémy v tomto autě budoucnosti jsou trochu zastaralé. Zklamáním je především adaptivní tempomat, který v rychlostech pod 50 km/h nepracuje, a je tedy neúčinný při popojíždění v kolonách.

Nízká hladina hluku u motoru je však velmi příjemná: palivový článek je slyšet pouze pod plným plynem - přesněji řečeno plynová čerpadla a průchod plynů přes membrány. Až do polovičního výkonu tento hluk zcela zaniká i ve srovnání s nízkou hladinou aerodynamického hluku.

Velké auto s malým prostorem

Mirai je v ekonomice využitého prostoru protikladem k většině elektrických vozů: navzdory téměř 4,9 metru vnější délky a dobrým 1,9 tuny hmotnosti nabízí auto místo jen pro čtyři osoby. Kufr má objem 360 litrů, což je hodnota srovnatelná s kompaktními vozy. Nedostatek prostoru má na svědomí zabudovaná komplexní a rozsáhlá technologie - a skutečnost, že pět kilogramů vodíku o tlaku 700 barů stále zabírá spoustu prostoru (téměř přesně 80 litrů - ve dvou válcích s velmi silnými stěnami).

Méně prostoru je ale v každodenním fungování jediným omezením. Po stisknutí startovacího tlačítka se palivové články s decentním šuměním uvedou do chodu. Auto je připraveno vystřelit okamžitě. Při teplotách pod nulou dochází ke krátké fázi ohřevu - v palivovém článku koneckonců vzniká voda, která při mrazu zmrzne a zabraňuje toku proudu. Toyota slibuje provozní bezpečnost až do minus 30 stupňů.

Mimochodem, potopu nebo více zmrzlého ledu na silnicích z palivových článků očekávat nelze: při testu spotřebovala Toyota Mirai přesně jeden kilogram vodíku na 100 km. Takové množství vyprodukuje osm litrů vody - podobná hodnota jako u benzinového motoru se spotřebou osm litrů. Dokonce i u benzinu kondenzuje při minusových teplotách velká část vody už ve výfuku a odkapává jeho zadní částí ven.

Drahé a vzácné: Vodíkové čerpací stanice

V České republice je dnes jediná (a ještě k tomu neveřejná) čerpací stanice na vodík ve středočeských Neratovicích. Národní akční plán čisté mobility počítá se vznikem dalších pěti v příštím roce. Ekonomiku provozu vozidla s palivovými články tak můžeme vzdáleně usuzovat jen podle cen vodíku v sousedním Německu. Cena vodíku na aktuálně 46 německých plynových čerpadlech je stanovena zákonem z důvodu státní podpory na 9,50 eura za kg, což odpovídá v přepočtu ceně za 33,3 kWh elektrické energie, která se získá z vodíku. Při spotřebě i jen něco málo přes jeden kilogram na 100 kilometrů je jasné, že jízda bez emisí není levná. I diesel jezdí s nižšími náklady. A otřesně dopadá především srovnání s elektrickým vozem: dokonce Tesla Model X s výrazně větším prostorem (a hmotností) si vystačí na 100 kilometrů s 22 až 23 kWh - elektrický Hyundai Ioniq pak s méně než 16 kWh na 100 kilometrů. Spotřeba ukazuje účinnost palivových článků v Toyotě, která činí zhruba 45 procent. Hodnota, která nás musí zklamat, protože podobné účinnosti dosahují i moderní vznětové motory nákladních vozidel. Jestliže předpokládáme výrobu vodíku elektrolýzou s účinností 70 až 80 procent a uvážíme-li, že jeho doprava také vyžaduje energii, jsou nevýhody palivových článků v porovnání s elektrickými motory s akumulátorovým napájením zřejmé: na silnici se dostane a přímo využije jen asi 33 procent namísto minimálně 60 procent primární elektrické energie. Při současném stavu techniky drahý palivový článek při celkové bilanci zaostává i vůči syntetickým palivům ve spalovacích motorech (jako je methanol, který by mohl být vyroben z vodíku). Stav techniky v roce 2018 neumožňuje, aby vodík byl získáván jinak než průmyslově (nepochází ze solární nebo větrné energie, ale je generován z fosilních paliv), takže jeho výroba zároveň generuje velké množství oxidu uhličitého. Vodíkový průmysl se proto musí výrazně zlepšit na všech frontách.

Tankování jako u benzinového motoru

Výhodou je, že doplňování paliva není pro řidiče Toyoty Mirai komplikované: hadici nacvaknete na hrdlo nádrže a stisknete startovací tlačítko na palivovém čerpadle. Vodík je během procesu doplňování paliva předem komprimován na 700 barů, takže celý proces trvá o něco déle než u benzinového motoru. Nepotřebujete si však plánovat zastávku delší než deset minut. V Německu je navíc síť vodíkových čerpacích stanic vybavena účtováním přímo ve stojanu pomocí systému čteček karet, tamní řidiči tak ušetří čas s příjezdem nebo příchodem k pokladně. Při doplňování paliva na cestě tak Mirai porazí každé akumulátorové elektrické vozidlo a na delší vzdálenosti ho nechá daleko za sebou. Naproti tomu elektroauto odjíždí každé ráno s plným nabitím, pokud je jeho noční parkoviště vybaveno zásuvkou.

Závěr: V současné době je vodík nejslibnějším nosičem pro skladování energie ve velkém měřítku - neexistuje alternativa, která by mohla ukládat elektřinu za podobně nízkou cenu. Mirai ukazuje, že pohon palivovými články funguje a od řidičů navyklých na vozy se spalovacími motory nevyžaduje jakékoli významné změny v používání. To je ve srovnání s prvními akumulátorovými elektrickými auty pozoruhodná výhoda. Aby bylo možné představit skutečnou alternativu pro masovou mobilitu, je však potřeba výrazně zvýšit účinnost palivových článků a dramaticky snížit ceny celé technologie. Pak se auta jako Mirai nebo zbrusu nové Hyundai Nexo mohou skutečně stát vozy budoucnosti. Kdo chce už dnes používat tuto technologii, ten musí sáhnout hluboko do kapsy: Mirai stojí od 79 000 eur (2 040 000 Kč), Hyundai se začne prodávat v příštím roce za 69 000 eur (1 800 000 Kč).

Foto popis| Vodíková elektrárna Velké nádrže a složité technologie zabírají u Toyoty Mirai spoustu místa - takže jej pro cestující zbývá méně.
Foto popis| Samostatná sedadla V luxusní třídě najdete často ve středové konzole umístěný minibar. V Mirai je mezi sedadly výkonová elektronika.
Foto popis| Navzdory 700 barům a extrémní těkavosti je plnění vodíku dětská hra. Pět minut tankování postačí na ujetí vzdálenosti až 400 km.
Foto popis| Skrytý nenápadně pod kapotou Pod kapotou je exotický pohon jen stěží viditelný. Podstatná část technologie se nachází pod vozem.
Foto popis| Na plný plyn nevydrží dlouho Přinejmenším při vysokých venkovních teplotách nemůže Mirai držet svou maximální rychlost dlouho: hrozí nebezpečí přehřátí.
Foto popis| Vodíková konkurence z Koreje: Hyundai Nexo je již druhým vozem této značky s palivovými články. Stojí od 69 000 eur.

O autorovi| SEPP REITBERGER, autor@chip.cz


Příbuzná témata:  



Komerční sdělení