Když se řekne vodík, mnohým se možná okamžitě vybaví výbuch vzducholodi Hindenburg nebo vodíková bomba. Vodík se však používá již více než sto let v různých odvětvích průmyslu a dnešní technologie skladování jsou velmi propracované. V rámci snahy o dekarbonizaci a náhradu ropy a zemního plynu jde o stále diskutovanější téma.
 |
Pod větší drobnohled se vodík dostal nově zejména poté, co Evropská komise před nedávnem schválila na podporu vodíkového průmyslu až 5,4 miliardy eur a Evropský parlament vyslovil v rámci svých závazných cílů požadavek, aby byla do roku 2028 na hlavních tazích v Evropské unii každých 100 km vodíková plnička.
To jsou vzhledem k současnému stavu určitě velmi optimistická očekávání, a to i přesto, že řada států rozvíjí velké plány okolo vodíku a připravuje se na to, že bude hrát důležitou roli v celé energetické transformaci a dekarbonizaci mnoha odvětví hospodářství, ale i v dopravě. Rozvoj bude stát peníze, lépe řečeno moře peněz. Podle studie poradenské společnosti BDO by měly investice do vodíku v Evropě do roku 2050 dosáhnout astronomické částky 470 miliard eur!
Je to bezpečné?
Finanční náklady na vodíkovou technologii jsou vysoké, a to přestože je výroba vodíku v petrochemickém průmyslu poměrně levná, neboť často jde o odpadní produkt průmyslové výroby. Problémem je zejména jeho skladování. V autech je vodík uložen v bezpečnostních karbonových nádržích, které jsou velmi odolné vůči vnitřnímu přetlaku, destrukci a úniku. Nemusí v nich být při skladování nijak tepelně ošetřen, jen při tankování je zchlazen na -40° C.
Nejdůležitější výhodou vodíku oproti nabíjení elektromobilů je kratší proces tankování, který je většinou otázkou nejvýše pěti minut. Navíc jeden kilogram vodíku je zdrojem 600krát více energie než lithiová baterie stejné hmotnosti.
Pro stacionární skladování vodíku se ale používají velkoobjemové ocelové tlakové nádoby, případně kryogenní skladovací zásobníky, kde je vodík za velmi nízké teploty -253°C udržován v kapalné formě. Pro automobily je toto řešení považováno za nevhodné, neboť i při téměř dokonalé izolaci se vodík postupně odpařuje a v zásobníku se zvyšuje tlak a tento nadbytek je nutné odpouštět mimo zásobník. Ztráty při tomto způsobu skladování jsou obvykle cca 3 % za den.
Kvůli těmto problémům není vodíku nakloněn jinak veškerým novotám otevřený šéf Tesly Elon Musk: „Množství energie potřebné k výrobě vodíku a jeho převedení do kapalné formy je obrovské. Je to ta nejhloupější věc, jakou si pro skladování energie dokážu představit.“
Pro stlačení vodíku se používá obvykle pístových kompresorů, přičemž se uvádí, že pro stlačení na tlak 350 bar je potřeba přibližně 30 % energie v palivu. Pro plné naplnění vodíkových nádrží u osobních automobilů je ale potřeba dvojnásobného tlaku.
Velkým tématem je i bezpečnost. Vodík má velmi malé molekuly, a klade tak zvýšené nároky na těsnost celého zařízení. Dnešní technologie jsou ovšem již vyspělé. Nádrže v autech jsou velmi důsledně testovány sérií náročných tlakových a destrukčních zkoušek. Jednou z nich je střelba pistolí do natlakované nádrže, ta se nesmí po průstřelu nekontrolovaně roztrhnout.
V Česku jen pomalý rozjezd
Evropská unie má s vodíkem ambiciózní plány, ale vše je zatím v plenkách. Po celé Evropě je jen okolo 180 vodíkových plniček s tlakem 700 bar. Nejvíce jich je v sousedním Německu, kde jich zprovoznili již sto.
Na našem území zatím funguje od poloviny roku 2022 zatím jen jediná veřejná vodíková plnicí stanice pro osobní automobily, která umožňuje zcela naplnit nádrže pod tlakem 700 bar. Provozuje ji společnost Cylinders Holding a nejdete ji v Ostravě v areálu Dolní oblasti Vítkovice.
První veřejnou plnicí stanici v Ostravě mají brzy doplnit další veřejné vodíkové plnicí stanice tak, aby byla pokryta celá Česká republika. Následovat má plnička v Praze na Barrandově a v Litvínově. V plánech jsou další v Brně v Kaštanové ulici, v Plzni na Nepomucké ulici a druhá u Prahy na dálnici D10 ve směru na Mladou Boleslav. Rozvoj tuzemské sítě plniček by měl podle České vodíkové technologické platformy HYTEP pokračovat asi k 80 stanicím v roce 2030.
V České republice se této problematice věnuje i Centrum dopravního výzkumu, které zprovoznilo aplikaci Vodíková mapa ČR pro monitorování aktivit na poli vodíkové infrastruktury v návaznosti na dopravu.
Vítkovice mají první vodíkovou plničku v Česku. Zatím jen pro tři auta |
Vodíkovému pohonu se v případě osobních aut komerčně věnují jen dvě velké automobilky – Toyota (model Mirai) a Hyundai (model Nexo), které své vozy nabízejí i na českém trhu. Hyundai ale v poslední době oznámil větší příklon k bateriovému pohonu. Od vodíkového pohonu kvůli minimální poptávce vycouvala Honda, když v roce 2021 ukončila výrobu svého modelu Clarity.
Této problematice se dlouhodobě věnuje i BMW, ale zatím bez komerčního uplatnění, neboť vyčkává na potřebnou infrastrukturu a poptávku. V poslední době pilně testuje model iX5 Hydrogen, který se dostane do prodeje zřejmě až koncem dekády.
Existují ale i autobusy, nákladní auta a vlaky poháněné vodíkem a již se plánují i letadla. Airbus plánuje svoje první vodíkové letadlo v roce 2035. Pravděpodobně bude turbovrtulové s doletem bezmála dvou tisíc kilometrů. Jak ukázaly novinky z poslední doby, touto technologií se zabývá řada dalších automobilek, a i dalších výrobců.
NamX HUV - Vodíkové SUV „Made in France“
Jednou z hvězd pařížského autosalonu bylo i vodíkové SUV NamX HUV vyvinuté ve Francii. Jeho název mohl někomu evokovat čínský původ, jedná se ale o francouzský vůz s designem od italské karosárny Pininfarina. Jeho zajímavostí je patentovaný systém šesti samostatně vyjímatelných kapslí na vodík v zádi vozu.
KOMENTÁŘ: S auty je konec, potvrzuje tragický autosalon v Paříži |
Auto má být uvedeno na trh koncem roku 2025, a to ve dvou různých provedeních. Základní verze s pohonem zadních kol má disponovat výkonem 300 koní, zrychlí z 0 na 100 za přibližně 6,5 sekundy a dosáhne maximální rychlost 200 km/h. Top verze GTH dostane pohon všech čtyř kol a má disponovat výkonem 550 koní. Na stovku zrychlí za 4,5 sekundy a vyvine rychlost 250 km/h. Ceny by se měly pohybovat v přepočtu mezi 1,6 a 2,3 milionu korun.
Systém šesti samostatně vyjímatelných kapslí na vodík v zádi vozu má společnost NamX patentovaný.
Vodíkové SUV NamX HUV je vyvinuté ve Francii, ale jeho design vznikl u italské karosárny Pininfarina.
Kapsle na vodík u vodíkového SUV NamX HUV připomínají luxusní kufřík.
Hyperion - jen reklama na vodíkové stanice?
Kalifornská firma Hyperion Motors představila na LA Auto Show 2022 prototyp supersportovního vozu XP-1 poháněného palivovým článkem, který disponuje výkonem 2 tisíce koní a ujede 1600 km. O jeho sériové realizaci zatím nejsou žádné zprávy, patrně se jedná o vozidlo pouze pro vývoj a testování technologie palivových článků.
Nebo se jedná jen o propagaci vodíkové technologie, tak jako tomu bylo u slovenského konceptu vodíkového hypersportu MH2, který vznikl ve spolupráci průmyslové skupiny Matador Group s Technickou univerzitou v Košicích a představil se na dubajském Expu.
VIDEO: Slovensko se na dubajském Expu bude chlubit vodíkovým supersportem |
Zato současně prezentovaná mobilní vodíková stanice firmy Hyperion s označením Hyper:Fuel XF-7, kterou ale mohou využívat i elektromobily, by se měla v USA začít nabízet již v příštím roce. U ní zase není příliš jasné, jakým způsobem získává energii.
Prototyp supersportovního vozu Hyperion XP-1 poháněného palivovým článkem, který disponuje výkonem 2 000 koní a ujede 1 600 km.
Prototyp supersportovního vozu Hyperion XP-1 poháněného palivovým článkem, který disponuje výkonem 2 000 koní a ujede 1 600 km.
Velké plány Stellantisu
Vodíkovou cestou se vydává i koncern Stellantis. Ten již nabízí dodávky Peugeot e-Expert Hydrogen, Citroën ë-Jumpy Hydrogen a Opel Vivaro-e Hydrogen, které si lze koupit ve Francii a v Německu. Ty mají dojezd 400 kilometrů a plní roli doplňkové nabídky k elektrickým verzím.
Palivový článek je napájen z nádrže tvořené třemi nádobami s kapacitou 4,4 kg vodíku umístěné pod zadní částí podlahy a je doplněn dobíjecí lithium-iontovou baterií s kapacitou 10,5 kWh. Vůz pohání vpředu umístěný elektromotor s permanentními magnety o výkonu 100 kW a točivém momentu 260 Nm.
V příštím roce mají vzniknout v továrně Opelu v německém Rüsselsheimu v celkovém objemu 1 tisíc kusů. V roce 2025 by to ale měl být již desetinásobek tohoto počtu. Mezitím má navíc koncern Stellantis uvést na trh velkou dodávku s vodíkovým pohonem.
Palivový článek v Peugeotu e-Expert Hydrogen je napájen z nádrže tvořené třemi nádobami s kapacitou 4,4 kg vodíku umístěné pod zadní částí podlahy.
Peugeot e-Expert Hydrogen se bude společně s Citroënem ë-Jumpy Hydrogen a Opelem Vivaro-e Hydrogen vyrábět v továrně Opelu v německém Rüsselsheimu.
Renault Master - s „bombami“ na střeše
Renault představil výsledek svého dlouholetého projektu se společností Hyvia – vodíkovou dodávku Master Van H2-Tech s užitečným zatížením něco málo přes tunu a s dojezdem až 500 km. Je vybavena 30kW palivovým článkem, 33kWh baterií a nádržemi na střeše pro 6,4 kg vodíku. Ty nezabírají tedy prostor uvnitř vozu s nákladovým prostorem o objemu 12 m³, ale významně zvyšují výšku vozu.
Všechny komponenty jsou francouzské výroby. Dodávka by se měla brzy začít vyrábět v továrně Batilly poblíž německých hranic, přičemž o integraci elektrických a vodíkových zařízení se postará francouzská společnost PVI, elektrický motor dodávky bude vyráběn v továrně Cleón, palivový článek se začne vyrábět v továrně Flins a nádrže na vodík bude dodávat společnost Faurecia. Součástí projektu jsou vodíkové plnicí stanice, přičemž výroba vodíku by měla probíhat poblíž ní prostřednictvím elektrolýzy vody.
Vodíková dodávka Renault Master Van H2-Tech postavená ve spolupráci se společností Hyvia si vozí nádržemi pro 6,4 kg vodíku na střeše.
Verze určená pro nástavby má nádrže v podvozku.
Renault Scénic s neobvyklou „prodlužovačkou“
Velmi zajímavý příspěvek na téma vodíkového pohonu představil Renault v podobě konceptu Scénic Vision s neobvyklou hybridní soustavou. Pohání ho vzadu uložený elektromotor o výkonu 160 kW, který neobsahuje žádné vzácné zeminy. Napájí ho nejen poměrně malá baterie o kapacitě 40 kWh, ale i 16kW palivový článek ve funkci prodlužovače dojezdu. S pomocí 2,5 kg vodíku, které jsou uskladněny v nádrži v přídi, má vůz ujet až 800 km. Menší baterie znamená nižší hmotnost (1 700 kg) a tím pádem i menší uhlíkovou stopu.
Je vidět, že u Renaultu přemýšlejí o nových možnostech uplatnění vodíku i u osobních automobilů. Sériový Scénic, který se představí v roce 2024, ale bude podle dostupných informací zatím pouze elektrický, když využije platformu Méganu E-Tech a jeho motory.
Elektrický koncept Scénic Vision napájí nejen poměrně malá baterie o kapacitě 40kWh, ale i 16kW palivový článek ve funkci prodlužovače dojezdu.
Tevva - vodík jako „záložní pohon“ pro nákladní auta
Stejný nápad měl i britský start-up Tevva, který plánuje vyrábět 7,5tunový plně elektrický nákladní automobil se záložní vodíkovou nádrží pro případ, že mu dojde elektrická energie v klasické baterii. Současně mu to umožní zvýšit dojezd, aniž by musela obětovat část nákladové kapacity pro větší, těžší a samozřejmě také dražší trakční baterii. Toto řešení možná zvolí i další firmy, neboť jim umožní vyhnout se tomuto nepříjemnému dilematu.
Společnost Tevva ale pracuje také na 12tunovém nákladním automobilu, jehož uvedení na trh plánuje na příští rok a v sezoně 2024 chce uvést na trh 19tunový elektricko-vodíkový model.
7,5tunový plně elektrický nákladní automobil má záložní vodíkovou nádrž pro případ, že mu dojde elektrická energie v baterii.
Hopium Machina Vision – Tesla vodíkových automobilů?
Velkou odezvu měl na pařížském autosalonu koncept vodíkového modelu Hopium Machina Vision od francouzského start-upu Hydrogen Motive Company (HMC). Impozantní sedan o délce 4,90 metru je považován za jakousi „Teslu vodíkových automobilů“. Prototyp prémiového sedanu s palivovým článkem zaujal elegantním aerodynamickým designem.
Nádrže umožňují dojezd 1 000 km. Vůz disponuje výkonem 500 koní, má dojezd 1 000 km a dosahuje maximální rychlosti 230 km/h. Údajně se jedná o téměř finální produkční verzi, která by měla být uvedena na trh koncem roku 2025. Cílová roční kapacita výroby má být až 20 tisíc vozů, společnost Hopium údajně registruje již tisíc zájemců. Vůz s logem ve tvaru vln by se měl prodávat v přepočtu za 3 miliony korun.
Prototyp prémiového sedanu Hopium Machina Vision s palivovým článkem disponuje výkonem 500 koní, má dojezd 1 000 km a dosahuje maximální rychlosti 230 km/h.
Alpine koketuje s vodíkovým závodním autem
Pařížský koncept Alpine Alpenglow, evokující budoucí speciál kategorie Hypercar pro mistrovství světa ve vytrvalostních závodech (WEC) a čtyřiadvacetihodinovku v Le Mans, také jezdí na vodík. Oproti původním informacím se ukázalo, že k pohonu nepoužívá palivový článek, ale „zelený“ vodík, který je uložený ve dvou nádržích po stranách kokpitu a slouží k pohonu spalovacího motoru. I v plném tempu ale výfuky opouští pouze vodní pára.
Bude zajímavé sledovat, zda tuto technologii Alpine uplatní i v závodech.
Předobraz budoucího speciálu kategorie Hypercar pro mistrovství světa ve vytrvalostních závodech (WEC) využívá vodík k pohonu spalovacího motoru.
Předobraz budoucího speciálu kategorie Hypercar pro mistrovství světa ve vytrvalostních závodech (WEC) využívá vodík k pohonu spalovacího motoru.
Toyota staví vodíkový Hilux
Na vodík se stále více soustřeďuje i největší světová automobilka Toyota. Její pokročilou technologii palivových článků již dnes najdeme v osobních automobilech, autobusech, nákladních vozidlech, vlacích, námořních lodích i ve stacionárních aplikacích. V návaznosti na rostoucí poptávku evropské zastoupení v lednu 2022 zahájilo výrobu kompaktních modulů palivových článků druhé generace.
V domácím Japonsku Toyota vyrábí velký sedan Mirai poháněný palivovým článkem a vodík úspěšně využívá pro pohon tříválcového motoru, který se poprvé objevil v experimentálním závodním voze Corolla Sport. Ten japonská automobilka nasadila do japonských motoristických závodů a tento pohonný systém v roce 2021 použila i v experimentálním modelu GR Yaris.
Podle nejnovějších zpráv se britské zastoupení Toyoty společně s několika britskými firmami (Ricardo, ETL, D2H a Thatcham Research) vrhlo na vývoj vodíkového Hiluxu. Konkrétně se jedná o přizpůsobení komponentů druhé generace palivového článku z modelu Mirai pro použití v tomto pick-upu. Bližší technické podrobnosti zatím nejsou známy. Projekt je naplánován na dva roky a prototypy vozidel budou vyrobeny v závodě TMUK v Burnastonu v roce 2023, přičemž následně by mělo dojít k malosériové výrobě.
Projekt je naplánován na dva roky a prototypy vozidel budou vyrobeny v závodě TMUK v Burnastonu v roce 2023.
Britské zastoupení Toyoty s několika partnery vyvíjí vodíkovou verzi pick-upu Hiluxu s palivovým článku ze sedanu Mirai.
BMW iX5 Hydrogen vyčkává na příležitost
Mnichovská automobilka se vývoji a testování automobilů na vodíkový pohon věnuje dlouhodobě a postavila již celou řadu zkušebních prototypů s motorem spalujícím vodík, postupně se ale už také přeorientovala na palivové články.
Nejnovější vývojový model BMW iX5 Hydrogen pohání vodíkový palivový článek o výkonu 125 kW zásobovaný dvěma nádržemi o kapacitě 6 kg vodíku. Jeden je umístěn ve středovém tunelu, druhý pak místo palivové nádrže pod zadními sedadly. Baterie má relativně malou kapacitu, která nedosahuje ani 3 kWh a dojezd auta je okolo 500 kilometrů.
S komerčním využitím se zatím nepočítá, BMW iX5 Hydrogen má zatím sloužit pro testování. Do prodeje se podle BMW podobné vozy dostanou až koncem dekády.
Vývojový model BMW iX5 Hydrogen pohání vodíkový palivový článek o výkonu 125 kW zásobovaný dvěma nádržemi o kapacitě 6 kg vodíku.
I na dvou kolech
Vodíkový pohon může dobře posloužit i mnohem menším dopravním prostředkům. Na pařížském autosalonu to předvedla francouzská společnost Pragma Industrie svým elektrokolem poháněným malým palivovým článkem v rámu. Nádrž na 63 gramů vodíku mu propůjčuje dojezd 150 kilometrů, což je určitě plně dostačující.
Cena včetně daně by vyšla v přepočtu na cca 165 tisíc korun, ale výrobce uvažuje o pronájmu na tři roky s měsíčním poplatkem ve výši 2 tisíce korun. Tak možná brzy budou na vodík jezdit i elektrokoloběžky.
Elektrokolo společnosti Pragma Industrie je poháněné malým palivovým článkem v rámu. Nádrž na 63 gramů vodíku mu propůjčuje dojezd 150 kilometrů.
Autobusy vyjíždějí
Vodík se rychle „hrne“ zejména do autobusů. Společnost Škoda Group představila svůj nový model Škoda H’City, který bude v testovacím provozu nasazen u pražského dopravního podniku od příštího roku.
Česko je autobusová velmoc, do Prahy míří vodíkový bus Škoda |
Je ale závislý na dokončení plnicí vodíkové stanici na pražském Barrandově. Autobusu až pro 85 cestujících dodává energii palivový článek Ballard o výkonu 72 kW a je opatřen trakční baterií o kapacitě 22,9 kWh. Nádrže pojmou až 37 kg vodíku a měly by stačit pro 300 až 350 kilometrů jízdy.
Také slovenská firma Mobility&innovation production představila prototyp prvního slovenského autobusu na vodík.
Nový vodíkový autobus Škoda H'City bude od příštího roku nasazen v testovacím provozu u pražského dopravního podniku.
Vodíkový pohon je vhodným řešením především pro nákladní auta
Daimler Truck intenzivně testuje prototyp tahače Mercedes-Benz GenH2Truck s palivovými články. Kapalný vodík si vozí ve dvou 40litrových nádržích umístěných po obou stranách podvozku tahače. Cílem vývoje je dojezd až 1 tisíc km. Zahájení sériové výroby je plánováno na konec dekády.
Slovenská firma představila autobus na vodík, vypomáhá si elektřinou ze zásuvky |
Stejný záměr má i společnost Volvo Trucks, jejíž zkušební tahač disponuje dvěma palivovými články pro výrobu 300 kW elektrické energie. Zkoušky provádí i Scania a DAF, jehož model XF H2, který získal evropské ocenění „Truck Innovation Award 2022“, využívá vodíku jako paliva pro spalovací motor. Vodíkovému pohonu se věnuje i Hyundai. Systém vodíkových palivových článků nové generace nabízí v těžkém nákladním voze XCIENT Fuel Cell a v elektrickém autobusu.
Hyundai nabízí systém vodíkových palivových článků nové generace v těžkém nákladním voze XCIENT Fuel Cell.
Daimler Truck testuje prototyp tahače Mercedes-Benz GenH2Truck s palivovými články. Zahájení sériové výroby je plánováno na konec dekády.
Tahač DAF XF H2, který využívá vodíku jako paliva pro spalovací motor, získal evropské ocenění „Truck Innovation Award 2022“.
Konverze nákladních aut na vodíkový pohon
Kanadská společnost Westport Fuel Systems představila velmi zajímavou technologii H2 HPDI, která umožňuje současné vznětové motory nákladních vozidel pohánět vodíkem. Nový palivový systém je odvozen od technologie HPDI, již komerčně rozšířené pro pohon průmyslových vozidel s pohonem na zkapalněný zemní plyn. Konverze údajně vyžaduje jen omezené přepracování hlavy válců.
Přechod na vodíkové palivo s tímto řešením podle výrobce umožňuje spalovacímu motoru nákladního auta dosáhnout o 20 % vyššího výkonu, o 15 % vyššího točivého momentu a o 10 % vyšší účinnosti než u dieselové verze. Zní to jako z pohádky, teprve praxe ukáže, zda je vše tak ideální, jak se líčí.
Technologie H2 HPDI od kanadské firmy Westport umožňuje současné vznětové motory nákladních vozidel pohánět vodíkem.
Tři způsoby získávání vodíkuOdkud a jakým způsobem se vodík získává, není v návrhu Evropského parlamentu zatím určeno. Z hlediska ekologie v tom jsou ale velké rozdíly. Ekologicky nejpřijatelnější způsob výroby vodíku je elektrolýzou vody, když se k jejímu rozkladu na vodík a kyslík používá elektřina z obnovitelných zdrojů. Říká se mu tedy zelený vodík a využívá přebytky výroby ve větrných a solárních elektrárnách. Může se ale jednat i o parní reformování biometanu. Nejobvyklejší je výroba vodíku chemickým štěpením ze zemního plynu, při kterém ale zároveň vzniká velké množství oxidu uhličitého. Říká se mu šedý vodík, když při výrobě 1 kg vodíku vznikne přes 5 kilogramů oxidu uhličitého. Současně jde o nejlevnější formu výroby vodíku, tedy pokud nevzniká jako vedlejší produkt v petrochemickém průmyslu. Šedý vodík je až sedminásobně levnější než ten zelený. Pokud je technologie výroby doplněna o technologii zachytávání a ukládání oxidu uhličitého, pak jde o čistou formu a produkt se nazývá modrý vodík. Právě on by měl výhledově tvořit drtivou většinu globální vodíkové kapacity. Oproti tomu šedému je dvojnásobně dražší. Vodík může vznikat i z uhlí, což je hodně neekologická výroba, na druhé straně čistý je naopak tzv. růžový vodík, při jehož elektrolýze se používá elektřina výhradně z jaderného štěpení. |
