Wodór– czy to wypali?

Władze Unii Europejskiej nie przestają powtarzać swojej mantry: samochody spalinowe skazane są na wymarcie. I o ile zastąpienie pojazdów osobowych ich elektrycznymi, akumulatorowymi odpowiednikami może być uznane na realną, choć odległą wizję, to w ciężarowym transporcie długodystansowym nie wydaje się to mieć przyszłości. Czy koncepcja stosowania ciężarówek z ogniwami paliwowymi, zasilanymi wodorem, może być alternatywą?

Znaczne wydłużenie czasu transportu ze względu na konieczność żmudnego ładowania akumulatorów przekreśla sens biznesowy akumulatorowych ciężarówek elektrycznych. Choć opracowywane są coraz szybsze techniki ładowania, trzeba by wykonać na tym polu jeszcze wiele milowych kroków, nie mówiąc już o kwestii rozbudowy infrastruktury. Tymczasem sporo firm wiąże nadzieje raczej z rozwojem technologii pojazdów wyposażonych w ogniwa paliwowe.

Koła napędzane są przez silnik elektryczny, ale źródło energii to nie akumulator, ale ogniwo paliwowe, wytwarzające prąd z wodoru. Zaś wodór można tankować, co może czynić całą koncepcję atrakcyjniejszą w odbiorze, pomimo iż problemy techniczne związane z pozyskiwaniem i magazynowaniem wodoru póki co wręcz przerastają te dotyczące ładowania akumulatorów.  Podpisanie przez Daimlera i Volvo umowy na temat wspólnej produkcji ogniw paliwowych wskazuje jednak, że temat jest rozwojowy.

Ile to będzie kosztować?

Dla firm transportowych ewentualne przejście na ciężarówki z ogniwami paliwowymi zawsze będzie zaczynało się od pytania: ile za to zapłacę>? Firma Roland Berger Strategy Consultants na zlecenie Unii Europejskiej dokonała symulacji kosztów użytkowania tego typu pojazdów, ich potencjału rynkowego oraz analizy barier.

Jak przekonują analitycy, jeżeli sprawdzą się przewidywania dotyczące spadających kosztów produkcji ciężarówek wodorowych oraz dokonane zostaną inwestycje w infrastrukturę, tego typu pojazdy mogą stać się do końca dekady wartą uwagi alternatywą w transporcie długodystansowym.

Porównanie TCO (całkowity koszt użytkowania) samochodów ciężarowych z konwencjonalnym i  alternatywnym układem napędowym pokazuje, że technologia ogniw paliwowych znacznie obniży swoje koszty  patrząc na ramy czasowe od 2023 do 2030 roku. Analiza dotyczy trzech przypadków użycia, odzwierciedlających różne wzorce operacyjne. Podczas gdy wyniki wskazują, że 2023 roku koszty użytkowania pojazdów z ogniwami paliwowymi będą o 23% wyższe niż pojazdów z silnikami diesla, to w 2030 TCO będzie już zbliżony. Przewidywany TCO będzie też niższy dla pojazdów wodorowych niż dla ciężarówek elektrycznych z zasilaniem akumulatorowym w przypadku przewozów średnio- i długodystansowych. Jednakże w operacjach logistyki regionalnej, pojazdy na baterie mogą okazywać się tańsze dla przewoźnika, pomimo ograniczeń wynikających z ich małego zasięgu oraz ładowności.

Największy wpływ na realny TCO będzie miało to, jak w przyszłości będą wyglądały koszty produkcji układów napędowych oraz koszty energii (wodoru). Jak jednak zaznacza w swojej Roland Berger Strategy Consultants, bardzo duże znaczenie będą też miały ewentualne decyzje na temat zwalniania bezemisyjnych ciężarówek z opłat drogowych.

Chociaż technologia pojazdów z ogniwami wodorowymi przezwyciężyła już wiele problemów wieku dziecięcego, a faza badań i rozwoju jest na stosunkowo dalekim etapie, rozpoczęcie produkcji masowej i korzyści skali będą być kluczem do zapewnienia właściwej trajektorii popularyzacji takich ciężarówek w badanym przedziale czasowym między 2023 a  2030.

Analiza TCO pokazuje, że kluczowe będą trzy czynniki decydujące o absorpcji technologii w segmencie samochodów ciężarowych o dużej ładowności:

– produkcja na dużą skalę w celu obniżenia kosztów komponentów i zwiększenia wolumenu dzięki  automatyzacji produkcji, usprawnieniu procesów zakupowych i  dojrzałości łańcucha dostaw,

– dostępność „przystępnej cenowo” zielonej energii elektrycznej do produkcji wodoru

– budowa wystarczająco gęstej sieci infrastruktury tankowania H2 oraz łańcucha dostaw taniego ekologicznego wodoru (np. poprzez zwolnienie z obciążeń podatkowych energii elektrycznej do produkcji wodoru).

Testy od kwietnia

O wodorowych ciężarówkach Nikoli słychać już od dawna, ale nie ma co się oszukiwać, o spopularyzowaniu tego typu napędu zadecyduje zaangażowanie rynkowych gigantów. Daimler Trucks w projekcie elektryfikacji swoich samochodów równolegle bada rozwiązania akumulatorowe i na ogniwa paliwowe. W ostatnich miesiącach ta druga ścieżka jest jednak zdecydowanie szybciej rozwijana. – W transporcie przyszłości elektryczne ciężarówki z napędem na wodorowe ogniwa paliwowe staną się rozwiązaniem technicznym kluczowym dla osiągnięcia neutralnego bilansu emisji dwutlenku węgla. W kombinacji z elektrycznymi napędami akumulatorowymi pozwoli nam to zaoferować naszym klientom najlepsze opcje pojazdów o lokalnie neutralnym bilansie emisji CO2, odpowiednio do rodzaju zastosowania. Same ciężarówki z elektrycznym napędem akumulatorowym tego nie umożliwią – oświadczył Martin Daum, prezes zarządu Daimler Truck AG.

Celem jest uzyskanie zasięgów co najmniej do tysiąca kilometrów bez konieczności dodatkowego tankowania. Daimler preferuje wodór ciekły, gdyż jako nośnik energii w tym stanie skupienia ma on znacznie większą gęstość energetyczną w stosunku do objętości niż wodór w stanie gazowym. Dzięki temu zbiorniki ciekłego wodoru w samochodzie ciężarowym napędzanym ogniwami paliwowymi mogą być znacznie mniejsze, a ze względu na niższe ciśnienie – także znacznie lżejsze. Pozwala to na uzyskanie większej przestrzeni ładunkowej i większej ładowności ciężarówek. Jednocześnie można zatankować więcej wodoru, co znacznie zwiększa zasięg pojazdu.

Niemiecki koncern ma już gotowy harmonogram wprowadzenia na drogi swojej wodorowej ciężarówki, nazwanej GenH2 Truck.  Pod koniec kwietnia Daimler Trucks rozpoczął intensywne testy pierwszego udoskonalonego prototypu, zaprezentowanego w 2020 roku. Zgodnie z planem rozwojus, w tym roku odbędą się testy ciężarówki na drogach publicznych, rozpoczęcie testów z udziałem klientów zaplanowano na rok 2023, a od 2027 pierwsze pojazdy seryjne GenH2 Truck powinny trafiać do klientów.

Obecny prototyp – odpowiednio do planowanego seryjnego wariantu GenH2 Truck – jest w ramach testów obciążany ładunkiem o masie do 25 ton, co pozwala uzyskać masę całkowitą około 40 ton. Póki co trwają testy wersji ze zbiornikiem na wodór gazowy. Następnie, aż do osiągnięcia etapu produkcji seryjnej, testy pojazdu będą prowadzone wyłącznie z wykorzystaniem systemów zbiorników na ciekły wodór.

Wspólna produkcja ogniw

O poważnym traktowaniu napędu wodorowego świadczy też fakt, iż Daimler namówił do współpracy jednego z konkurentów – Volvo Group, Oba koncerny powołały joint venture cellcentric. Firma planuje uruchomienie jednego z największych w Europie zakładów seryjnej produkcji systemów ogniw paliwowych. Start produkcji przewidziano na rok 2025. Cellcentric opracowuje obecnie plany produkcji wielkoseryjnej i w 2022 r. planuje ogłoszenie decyzji o lokalizacji zakładu. Ważnym krokiem na drodze do produkcji seryjnej jest aktualnie przygotowanie produkcji przedseryjnej w nowym zakładzie w Esslingen koło Stuttgartu

Natomiast co do konieczności zaangażowania władz Unii Europejskiej w budowę sieci staji tankowania wodoru zgodni są wszyscy producenci. Wezwali oni do wybudowania w Europie około 300 wysokowydajnych stacji tankowania wodoru dla ciężkich pojazdów użytkowych do 2025 r. oraz około 1000 stacji tankowania wodoru najpóźniej do 2030 r. 

Skąd wodór?

Kolejną kwestią jest pozyskiwanie wodoru. Do jego produkcji potrzebna jest energia, a wykorzystywanie do tego celu prądu powstałego poprzez spalanie paliw kopalnych mija się z całą ideą przejścia na wodór. Polska jest tu jaskrawym przykładem – jesteśmy trzecim, po Niemczech i Niderlandach, producentem wodoru w UE i 12. na świecie. Ale jest to wodór szary, z którym jest związana wysoka emisja CO2.

Dlatego tak istotne jest połączenie inwestycji w OZE z instalacji do wytwarzania wodoru. Jak wskazuje Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA), wraz ze spadkiem kosztów odnawialnej energii elektrycznej, w szczególności z fotowoltaiki i wiatru, rośnie zainteresowanie wodorem elektrolitycznym, a w ostatnich latach przeprowadzono kilka projektów demonstracyjnych. Przy malejących kosztach produkcji fotowoltaicznej i wiatrowej budowanie elektrolizerów w miejscach o doskonałych warunkach dla zasobów odnawialnych może się stać niskokosztową opcją zaopatrzenia w wodór, nawet po uwzględnieniu kosztów przesyłu i dystrybucji.

–  Wodór ciągle jest jeszcze koncepcją młodą, aczkolwiek stosowaną pilotażowo i eksperymentalnie w bardzo wielu krajach już od wielu lat, natomiast jest to technologia wciąż droga. Oczywiście wysokie ceny wynikają z faktu, że jest to technologia używana ciągle jeszcze w sposób eksperymentalny. Natomiast, jeśli pojawią się źródła finansowania, które pozwolą na rozwój tych technologii, to bardzo szybko te wszystkie inwestycje będą się zwracać i wodór stanie się powszechny – podkreśla Sławomir Halbryt, prezes firmy Sescom, która angażuje się w prace nad technologiami wodorowymi.

Komentarz

Dekarbonizacja transportu jest jednym z warunków osiągnięcia neutralności klimatycznej, ponieważ transport odpowiada za ponad 20% emisji CO2. Zgodnie z regulacjami unijnymi do 2030 redukcja emisji pochodzących z samochodów dostawczych ma wynieść 31%, a dla nowych samochodów ciężarowych 30%. Dodatkowo w unijnym pakiecie przepisów „Fit for 55” planuje się, że silniki spalinowe mają być wycofane do 2035 roku. Mamy więc wyznaczone cele. Do ich realizacji potrzebne są nowe technologie, zmiany w legislacji, ogromne inwestycje i źródła finansowania. To potężny pakiet zmian, który miałby nastąpić w stosunkowo krótkim czasie. Obawy, że perspektywa czasowa jest zbyt ambitna, wydają się uzasadnione.

Według wielu ekspertów preferowanymi skalowalnymi rozwiązaniami dla transportu lądowego są pojazdy elektryczne z napędem akumulatorowym (BEV) oraz pojazdy wodorowe z ogniwami paliwowymi (FCEV). Brak bezpośrednich emisji podczas jazdy oznacza, że będą one mogły wjeżdżać na obszary o ograniczonym dostępie ze względów ekologicznych.

Ciężarówki napędzane wodorem mają sporo zalet, przede wszystkim rozsądny czas tankowania i akceptowalny zasięg. Producenci aut mocno angażują się w tworzenie prototypów, ale od fazy testowania i eksperymentowania daleko jeszcze do skalowalności produkcji. Ceny ciężarowych pojazdów wodorowych są kilkukrotnie wyższe w porównaniu do aut z silnikami spalinowymi. Nawet jeśli wraz ze wzrostem produkcji ceny będą spadać, to i tak koszt ich nabycia jest barierą nie do pokonania przez firmy transportowe. Musi powstać system dofinansowania zakupu i leasingu niskoemisyjnych pojazdów ciężarowych, tak jak jest to w przypadku wodorowych i elektrycznych autobusów miejskich i od niedawna elektrycznych samochodów dostawczych. Tańszą opcją jest przekształcenie auta spalinowego w wodorowe. Wewnętrzne silniki spalinowe na wodór mogą być instalowane w istniejących samochodach. Jedna z niemieckich firm rozwija tę technologię, ale dużą barierą są bardzo restrykcyjne przepisy z zakresu bezpieczeństwa. Rząd niemiecki zachęca przedsiębiorców do takiej ekologicznej transformacji swojej floty oferując wsparcie finansowe.

Kolejna ważna kwestia – do zasilania pojazdów potrzebujemy zielonego wodoru. Polska jest trzecim, po Niemczech i Niderlandach, producentem wodoru w UE i 12. na świecie. Ale jest to wodór szary, z którym jest związana wysoka emisja CO2. Musimy przestawić się na produkcję wodoru zielonego, a tego nie osiągniemy bez szybkiego rozwoju OZE. Udział OZE w produkcji energii elektrycznej w Polsce obecnie zbliża się do 11% , a według planów do 2030 ma zwiększyć się do 23%. To raczej nie wystarczy, aby pokryć zapotrzebowanie.

Ekosystem wodorowy obejmuje także infrastrukturę do tankowania wodorem. Jest wiele planów w tym zakresie, ale póki co taka najbliższa publiczna stacja jest w Berlinie.

Artykuł ukazał się w czasopiśmie Eurologistics nr 4/2021