Tehnika: BMW iX5 hydrogen in vodikova ekonomija

Zdi se, da se v zadnjem času na polju mobilnosti vse vrti okoli elektrike, ki je - predvsem zaradi politične podpore - postala edina “zelena”, “trajnostna” in še kakšna alternativa klasičnim motorjem na notranje zgorevanje. Kdor zna pogledati širšo sliko, sicer ve, da to ne drži, a škoda je že storjena: nepotreben in za povrhu še umetno ustvarjen spor med “električarji” in “fosilci” je postal eden od najopaznejših družbenih fenomenov našega časa, ki v resnici zavira razvoj in ovira iskanje inovativnih in učinkovitih rešitev za čistejše okolje. Ena od rešitev, ki veliko obeta, a jo najbolj ovira prav prevladujoče električno stanje duha, je vodik. Kako daleč je razvoj vodikovih tehnologij pri mobilnosti, so nam prikazali pri nemškem BMW, ki je poleg Toyote, Hyundaija (ter Kie) in Honde avtomobilski izdelovalec, ki še vztraja pri vodiku oziroma v vodiku vidi prihodnost. Na Dunaju smo lahko sedli v BMW iX5 hydrogen, natočili vodik v avto in se pogovorili s kompetentnimi sogovorci … 

O vodiku kot pogonskem gorivu in predvsem kot shranjevalniku energije smo v Motoreviji v preteklosti že večkrat pisali. Leta nazaj smo se že vozili z BMW-jevimi avtomobili, ki jih je poganjal vodik, preskusili pa smo tudi nekaj avtomobilov z gorivnimi celicami drugih avtomobilskih znamk. Pred več kot desetimi leti smo bili na odprtju prve naše črpalke z vodikom v Lescah, v tistem obdobju pa smo objavili tudi zanimiv pogovor s takratnim predstavnikom razvojnega centra za vodikove tehnologije. Vodik kot gorivo oziroma shranjevalnik energije je torej dobro poznan, z njim sta se dolgo intenzivno ukvarjali tako naša politika kot energetika. 
Kje se je torej zalomilo? Zakaj se zdi, da vodik kar naenkrat ni več obetavna tehnologija oziroma ena od resnih alternativ fosilnim gorivom? Odgovor je treba iskati v že omenjeni politični odločitvi, da je edina prava pot v mobilno prihodnost električna; ko takšno odločitev kot edino aktivno spodbuja politika, imajo ostale tehnologije - in prosti trg - zelo malo možnosti za uveljavitev. 
Seveda vodik kot tehnologija mobilnosti ni brez napak. Še več: ovir na poti do dostopne alternative fosilnim gorivom in elektriki je toliko, da za vodikom na primer trenutno resno stojijo le še trije avtomobilski izdelovalci, pa še ti trije v resnici čakajo, kam se bo nagnil jeziček na mobilnostni tehtnici. To so nam potrdili tudi pri BMW-ju, ki ima na cesti sicer kar veliko testno floto svojih iX5 z gorivnimi celicami (Toyota svojega miraia in Hyundai svojega nexa že ponujata tudi na trgu), a nočejo povedati, kdaj bo možno takšen avto tudi kupiti. 

Zrela tehnologija, malo avtomobilov

Na prvi pogled največjo oviro za razmah vodika predstavlja klasičen tržno-tehnološki paradoks, s katerim se spopada tudi električna mobilnost: je na voljo premalo avtomobilov, ker je premalo polnilnic oziroma vodikovih črpalk - ali je na voljo premalo polnilnic, ker je premalo avtomobilov? Dilema o kuri in jajcu torej. 
O premalo avtomobilih smo nekaj že napisali, a to se zdi še najlažje rešljiva težava; tehnologija gorivnih celic je poznana že od začetka 19. stoletja, od petdesetih let prejšnjega stoletja pa gorivne celice zagotavljajo tudi električno energijo (in pitno vodo) vesoljskim plovilom. V avtomobile so gorivne celice začeli vgrajevati že v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, večji razmah pa je tehnologija v avtomobilih doživela v devetdesetih letih prejšnjega stoletja in od začetka novega tisočletja naprej.  Po nekaterih podatkih naj bi bilo danes na svetovnih cestah več kot 55.000 avtomobilov z gorivnimi celicami, na evropskih trgih pa sta trenutno naprodaj le dva - toyota mirai in hyundai nexo. 

Ker gre pri gorivnih celicah za znano in preskušeno tehnologijo (ki jo še vedno nenehno izboljšujejo) in ker je gorivna celica le generator električne energije, za pogon pa skrbi električni motor, so tudi avtomobili z gorivnimi celicami po svoji zasnovi električni avtomobili. Razlika je le v tem, da je pri klasičnih električnih avtomobilih energija shranjena v akumulatorskih sklopih, pri avtih z gorivnimi celicami pa se ta sproti proizvaja v gorivnih celicah iz vodika. Namesto zajetnih akumulatorskih sklopov imajo avti na gorivne celice zajetne posode za shranjevanje vodika pod visokim tlakom. V BMW iX5 sta posodi narejeni iz ogljikovih vlaken, sta izredno trdni in čvrsti ter ju je skoraj nemogoče poškodovati, vodik pa je shranjen pod tlakom 700 barov oziroma 70.000 kPa. 
Tudi zato so pri BMW-ju za svojo testno floto izbrali električni BMW iX5; ob enakem električnem motorju in vseh ostalih komponentah je edina razlika v tem, da ima avto v karoserijskem dnu dve valjasti posodi za vodik (eno vzdolžno in eno zadaj prečno) namesto akumulatorskega sklopa. V zadnjem delu ima vgrajen sklop gorivnih celic, v prednjem pa motor in majhen akumulator, ki deluje kot pomožna oziroma “buffer” baterija, kamor teče električni tok iz sklopa gorivnih celic. Vse ostalo - razen seveda odprtine za točenje vodika namesto električne vtičnice - je povsem enako električnemu iX5 - vključno z odličnimi pospeški in povsem neslišnim delovanjem. Še eno razliko vendarle velja omeniti: izza avtomobila se včasih pokadi, a gre pri tem le za vodno paro, ki nastane pri proizvodnji elektrike v gorivnih celicah. 

Polnilnice vodika: skromno v Evropi, nobene v Sloveniji

Druga ovira, polnilna infrastruktura, je precej višja, ni pa nepremostljiva. Leta 2021 je v državah EU delovalo le 136 vodikovih črpalk, od tega jih je  bilo 91 v Nemčiji. Danes je v Evropi in na Bližnjem vzhodu 276 vodikovih polnilnic, v ZDA jih je 116, v Aziji pa več kot 600. Pri nas imamo zaenkrat le eno delujočo, pa še ta je na dvorišču tovarne Salonit v Anhovem ob Soči. V preteklosti je delovala tudi črpalka v Lescah, v načrtu ali tik pred odprtjem pa je bilo še nekaj črpalk na drugih lokacijah, tudi na ljubljanskem Barju in v Velenju, a črpalk niso postavili. Po našem vedenju danes v Sloveniji še vedno ni mogoče natočiti vodika v avto. 
Kako torej naprej pri polnilni infrastrukturi? V pomoč bodo zagotovo evropske okoljske strategije in načrti; po eni od njih so se države EU zavezale vzpostaviti polnilno vodikovo infrastrukturo s 500 vodikovimi črpalkami ob vseh glavnih prometnih koridorjih v EU, črpalke pa morajo biti na razdalji največ 200 km. Pri tem ne gre samo za polnjenje osebnih avtomobilov, ampak predvsem vozil za tovorni promet in za avtobuse. Pri teh je namreč vodikova tehnologija najbolj napredovala; ker tovornega prometa ne moremo elektrificirati in ker je tovorni promet s fosilno motorno tehnologijo eden od večjih onesnaževalcev okolja, je vodik ena od najboljših rešitev razogljičenja za tovornjake in avtobuse. 
Prav sinergija tovorne in osebne mobilnosti utegne, po zagotovilih strokovnjakov, pomagati vodikovi ekonomiji; vodikovo polnilno infrastrukturo za tovornjake in avtobuse lahko uporabljajo tudi osebna vozila z gorivnimi celicami - navkljub dejstvu, da je za tovornjake predvideno shranjevanje vodika pod tlakom 350 barov, za avtomobile pa 700 barov. Če takšna sinergija deluje pri fosilnih gorivih - bencinski servisi oskrbujejo tako tovornjake kot avtomobile -, lahko deluje tudi pri vodiku.

Stroški in izvedljivost pomembnejši od učinkovitosti

Nasprotniki vodika pogosto omenjajo, da je v procesu od pridobivanja vodika prek uporabe vodika v gorivnih celicah do pridobljene električne energije za pogon elektromotorja preveč izgub v primerjavi z električnimi avti z akumulatorji, kar je seveda res. Elektrolizno pretvarjanje vode v vodik in ponovno pretvarjanje vodika v elektriko v gorivni celici pomeni dvojne izgube, a kot vedno, si velja ogledati celoten energetski cikel, pa tudi celoten življenjski cikel obeh pogonskih oziroma energetskih zasnov. Za avto z gorivnimi celicami rabimo približno 100 kg manj surovin kot pri baterijskem električnem avtu in ker ima akumulator v avtu z gorivno celico zmogljivost le 2 kWh, je v njem 90 odstotkov manj kritičnih surovin kot v večjem akumulatorskem sklopu električnega avta. Tudi stroškovni vidik vodikove ekonomije zahteva globlji razmislek. Dr. Jürgen Guldner, vodilni mož vodikovega preboja pri BMW-ju, poudarja, da je na dolgi rok vodik cenejši kot elektrika:

Pri razvoju električne infrastrukture je treba na novo zgraditi in dopolniti celotno polnilno infrastrukturo, cena infrastrukture pa raste s številom električnih avtomobilov na cestah, ker mora biti infrastruktura zasnovana za največje obremenitve. Pri vodiku je obratno: začetna investicija je sicer velika, saj je za zagon celotne zadeve potrebna osnovna mreža postaj, nato pa je krivulja stroškov precej linearna, saj vsaka polnilna postaja stane enako. Ob tem pa vseeno pričakujemo, da se bo cena postaj znižala z ekonomijo obsega.

Če na elektriko in vodik gledamo skozi “zeleno” prizmo, sta oba načina okoljsko nevtralna le, če elektriko in vodik pridobivamo na okoljsko nevtralen način, torej ob pomoči obnovljivih virov energije. Kdor pozorno spremlja energetsko dogajanje ve, da smo še daleč od tega. A za razliko od elektrike, ki je ne moremo transportirati na dolge razdalje (na primer iz sončnih elektrarn v Severni Afriki v Evropo), vodik lahko - na primer po ceveh za zemeljski plin. Povedano drugače: vodik lahko z elektrolizo pridobivamo v krajih, kjer je dovolj obnovljivih virov za pogon tega kemičnega procesa in ga nato transportiramo tja, kjer ga rabimo. Elektrike tudi ne moremo shranjevati na dolgi rok (poletne sončne energije na primer ne moremo porabiti pozimi), vodik pa lahko. 

Veliko vlaganj in malo časa

A kako daleč smo v resnici še od racionalne vodikove ekonomije, priča podatek, da je danes le od 3 do 4 odstotke vodika pridobljenega na “zelen” oziroma trajnostni način, ves ostali vodik pa pridobivamo iz fosilnih goriv. Strokovnjaki predvidevajo, da bi za vzpostavitev delujoče vodikove ekonomije danes rabili 350 milijard evrov, predvsem za postavitev proizvodnje vodika in postavitev polnilne infrastrukture. Strokovnjaki tudi menijo, da je to nujno, če želimo strateško zmanjšati našo  odvisnost od Kitajske, ki pospešeno vlaga v vodikovo ekonomijo: Kitajska je imela leta 2020 samo 10 odstotkov svetovnih zmogljivosti proizvodnje vodika, danes pa že 50 odstotkov vsega vodika pridobijo na Kitajskem. 
Ovir za uveljavitev vodikove ekonomije je torej še veliko, a vse skupaj se bo zavrtelo hitreje, če bomo upoštevali glas razuma. Kot je poudaril Jürgen Guldner, so avtomobili na gorivne celice lahko odlična rešitev za tiste uporabnike, ki nimajo (rednega) dostopa do električnih polnilnic, ki z avtom pogosto potujejo na daljših razdaljah, za tiste, ki živijo v izrazito hladnih podnebjih (kjer nizke temperatura vplivajo na delovanje akumulatorskih sklopov) in za vse, ki pogosto za avtom vlečejo prikolice. V vsakem primeru pa lahko avti z gorivnimi celicami dopolnjujejo električno mobilnost; nenazadnje gre pri obeh za električne avte, le da avte z gorivnimi celicami lahko napolnimo hitreje.