Technologie vodíku v mobilitě

Je to cesta k nízkouhlíkové dopravě, říká Tomáš Bauer, vedoucí vývoje palivových článků v R&D centru Bosch.

V čem člověk pozná, že jeho vozidlo pohání vodík a nikoli benzin nebo nafta? Bude to dojezd, velikost kufru nebo délka tankování?

Na první pohled není snadné rozlišit automobil s palivovým článkem od toho, který jezdí na benzin nebo naftu. Vypadají stejně, po několikaminutovém doplnění paliva mají dojezd více než 500 kilometrů. Je zde však jeden zásadní rozdíl – oproti benzinovým či naftovým motorům produkuje elektrická pohonná jednotka nulové emise. To je důvod, proč bude vodíková technologie figurovat na předních místech na cestě k nízkouhlíkové dopravě, pokud jde o elektrifikaci nákladních vozidel.

Jak funguje vodíková technologie?

Vodíkový palivový článek je elektro­chemické zařízení, které přeměňuje chemickou energii paliva (vodík) a okysličovadla (vzdušný kyslík) na elektrickou energii. Tato elektrická energie je posléze použita k napájení elektrického motoru elektrovozidla. Odpadním produktem je pouze ztrátové teplo a voda. Díky tomu, že nedochází k žádnému spalování paliva, jedná se o čistý, bezemisní zdroj elektřiny. Jediný palivový článek ale generuje jen malé množství energie (> 1 V), proto jsou ukládány do svazků oddělených bipolárními deskami. Tím vzniká takzvaný „stack“ palivových článků s napětím již vhodným k napájení elektrického pohonu (~ 400 V).

Je vodíková technologie bezpečná?

Zajištění bezpečnosti je jeden ze stěžejních elementů vývoje systému s palivovým článkem. Vodík má velice malé molekuly procházející dokonce krystalovou mřížkou některých materiálů, což znamená, že volba materiálů a těsnost celého systému s palivovým článkem je elementární pro efektivní a bezpečný provoz. Za běžných teplot se vodík vyskytuje pouze v plynném skupenství. Z důvodu maximalizace množství vodíku a minimalizace velikosti nádrží se vodík stlačuje pod tlakem 350 až 700 atmosfér (mobilní sektor). Nádrže pro mobilní aplikace jsou tlakové láhve, které se dnes vyrábějí z velice odolných a pevných kompozitních materiálů zajišťujících naprostou bezpečnost a nepropustnost vodíkových molekul. Tyto nádrže bez problémů odolávají všem běžným automobilovým nárazovým testům. Jen pro zajímavost, nádrže jednoho z japonských výrobců osobních vozidel jsou dokonce testovány na odolnost vůči průstřelu vojenskou puškou.

Systém obsahuje mnohé bezpečnostní senzory, ventily a další ochranné prvky zajišťující odpojení nebo naopak rychlé a bezpečné vyprázdnění vodíkových nádrží v případě jakékoli nestandardní situace, například při havárii, kritickém zvýšení teploty atd. Navíc vodík díky své malé hustotě v případě netěsnosti a případném zapálení vytváří úzký vertikální plamen, který uhasne po rychlém vyprázdnění nádrží. Naproti tomu zažehnutí netěsné palivové nádrže benzinu většinou pohltí celé vozidlo.

Jakou má perspektivu masový rozvoj technologie palivových článků?

Oblast vodíkových technologií je v poslední době považovaná za velice perspektivní a navíc přispívající k dekarbonizaci průmyslu i dopravy. Například u nás v českobudějovickém vývojovém a technologickém centru probíhá prakticky neustále nábor vývojářů do oddělení, jež se touto technologií zabývají. Vodík je jedním z pilířů k dosažení evropských cílů uhlíkové neutrality v roce 2050 (Green Deal). Takzvaný „zelený vodík“ vyráběný bez­emisní elektrolýzou vody představuje de facto akumulátor přebytečné energie intermitentních obnovitelných zdrojů (slunce, vítr a další).

Společnost Bosch věří, že již v roce 2030 by mohl být každý osmý nově registro­vaný těžký nákladní auto­mobil na světě poháněn palivovými články. Bosch vyvíjí široké portfolio produktů pro vozidla s palivovými články – od senzorů, regulačních ventilů, řídicích jednotek, čerpadel a elektrických kompresorů až po kompletní vodíkové systémy pro užitková vozidla. V portfoliu má také svazek palivových článků tvořící srdce celého systému. Sériová výroba komponentů a systémů bude zahájena v letech 2022 a 2023.

Přečtěte si také