Pro mobilitu budoucnosti neexistuje žádné univerzální řešení

Vodík je jedním z pilířů k dosažení Evropských cílů uhlíkové neutrality v roce 2050 (tzv. European Green Deal) a především tzv. „zelený vodík“ vyráběný bezemisní elektrolýzou vody s využitím obnovitelné elektřiny. Nabízí nejvyšší účinnost, a přitom vyžaduje nejméně složité procesy, přičemž umožňuje dlouhodobé skladování a přenos vysokého množství energie na velké vzdálenosti podobně jako dnes konvenční fosilní paliva.

Z kosmických projektů do aut
Získávání elektřiny z vodíku vstoupilo do širšího povědomí od 60. let 20. století, kdy se palivové články poprvé objevily v kosmických projektech. I s nádržemi byly články mnohem lehčí než olověné baterie. Vodík v přepočtu na kilogram hmotnosti obsahuje více než stonásobek energie, což dává v energetické hustotě palivovým článkům, které ho využívají, výrazný náskok i proti dnešním lithiovým (li-ion) bateriím.
Problémem je, že výroba a distribuce vodíku jako paliva je zatím drahá, a totéž dosud platilo i o srdci vodíkového pohonu – palivových článcích, jejichž zlevnění nelze očekávat, pokud by se vyráběly v malých sériích jako dosud. To by se však díky firmě Bosch mohlo brzy změnit.
„Bosch považuje pohon na bázi palivových článků za jeden z klíčových prvků budoucí mobility. V dlouhodobém horizontu věříme, že již v roce 2030 by každý osmý nově registrovaný nákladní automobil na světě mohl být poháněn palivovými články. Aktuálně je firma v procesu vývoje širokého portfolia produktů pro vozidla s palivovými články – od komponent, jako jsou senzory, regulační ventily, řídicí jednotky a čerpadla, až po kompletní systémy pro užitková vozidla,“ vysvětluje ředitel vývoje systémů palivových článků ve firmě Bosch Jochen Walther.
Zdůrazňuje, že pro hnací ústrojí mobility budoucnosti (dnes chápané především jako e-mobilita) neexistuje žádné zázračné řešení, a ve společnosti Bosch věří, že budoucnost pohonných systémů bude ještě rozmanitější než dnes. Různá odvětví mobility budou vyžadovat různá řešení, dokonce i v rámci jednoho sektoru – jako je osobní automobil – si může situace vyžádat odlišné přístupy. Pro jízdy po městě s omezeným dojezdem nebo na krátké vzdálenosti je výhodnější bateriový pohon, zatímco v jiných případech, jako je třeba jízda na dlouhé vzdálenosti a meziměstské jízdy stále brání širokému přijetí e-mobility obava z malého dojezdu. Proto nabírá na síle jako reálnější alternativa trh systémů vodíkových palivových článků, kdy zejména v případech použití s vysokými nároky na dobu tankování a dlouhé dojezdy prokazují své výhody.
Společnost Bosch je zaangažována přímo v procesu vývoje portfolia dílů a systémů pro e-vozidla. Vyvíjí mj. svazek článků, tedy jádro pohonného systému, finalizuje jeho podobu a připravuje uvedení na trh. Zahájení sériové výroby komponentů a systémů pro vozy s palivovými články je plánováno na roky 2022 a 2023. Cílem je nabídnout vysoce výkonné řešení, kompletní hnací ústrojí, které lze vyrobit s nízkými náklady a které umožní nejen optimalizovat jednotlivé komponenty, ale i zvýšit účinnost a bezpečnost systému jako celku.

Kouzlo tkví ve vyladěném celku
Týmy ve vývojových centrech a závodech společnosti Bosch si v uplynulých letech vybudovaly vynikající dovednosti v industrializaci a velkovýrobě složitých a komplexních komponentů a systémů pro klasické spalovací motory, proto je firma přesvědčena, že tato část její DNA je ideální výchozí pozicí pro uvedení cenově atraktivních a konkurenceschopných řešení palivových článků na trh. Ve střednědobém horizontu pak nebude použití vozidla s palivovým článkem dražší než s konvenčním pohonným systémem.
Již dnes jsou na trh uváděny osobní vozy poháněné palivovými články s výkonem větším než 130 kW a specialisté firmy Bosch už prokázali, že v budoucnu lze realizovat výkon systému hnacího ústrojí vyšší než 200 kW. Vyšší úrovně výkonu lze dosáhnout v nadcházejících letech pomocí dalších vylepšených generací stacků zahrnujících vyšší hustotu výkonu. Pohonná jednotka s palivovými články se navíc může dodatečně spolehnout na výkon baterie, která je její součástí.
Jedním z rozhodujících faktorů ekologičnosti a ziskovosti hnacího ústrojí je jeho účinnost. Ta se u vozidel s palivovými články pohybuje kolem 50 % a je zhruba o čtvrtinu vyšší než u vozidel se spalovacími motory. S první generací svazku palivových článků, který Bosch začne vyrábět v roce 2022, cílí už na maximální účinnost přes 60 %, přičemž efektivitu celého pohonného systému dále zvyšuje rekuperace při brzdění.
Bateriové elektromobily, které mohou ukládat elektřinu přímo ve vozidle a využívat ji k pohonu, jsou účinnější, avšak protože se výroba energie a energetická poptávka ne vždy shodují v čase a místě, zůstává elektřina z větrných a solárních elektráren často nevyužita. Tady vodík ukáže své přednosti – přebytečnou elektřinu lze použít k jeho decentralizované výrobě, která je připravena k flexibilnímu skladování a přepravě. Je také základem pro uhlíkově neutrální (syntetická) paliva vyráběná pomocí elektrické energie, s potenciálem dekarbonizovat stávající pohonné aplikace a splnit budoucí energetické nároky letecké a námořní dopravy.

Je vodíková technologie bezpečná?
Jedním z často diskutovaných problémů v souvislosti s vodíkovými technologiemi je bezpečnost – katastrofa vzducholodi Hindenburg v roce 1938 se stala symbolem „nebezpečnosti vodíku“, podobně jako pro jadernou energii Černobyl a Fukušima. Skutečnou příčinou těchto katastrof ale nebyl vodík nebo atom samotný, ale lidmi nezvládnutá technika využívající jeho vlastnosti.
Dnes už je situace diametrálně jiná a jak konstatuje Tomáš Bauer, vedoucí vývoje palivových článků v českobudějovickém R&D centru Bosch: „Zajištění bezpečnosti je jedním ze stěžejních elementů vývoje systému s palivovým článkem. Vodík má velice malé molekuly procházející dokonce krystalovou mřížkou některých materiálů, takže volba materiálů a těsnost celého systému s palivovým článkem je elementární pro efektivní a bezpečný provoz. Za běžných teplot se vodík vyskytuje jen v plynném skupenství a z důvodu maximalizace jeho množství a minimalizace velikosti nádrží se pro použití v systémech pro dopravu stlačuje pod tlakem 350–700 atmosfér.“
Nádrže jsou tlakové láhve vyráběné z vysoce odolných a pevných kompozitních materiálů zajišťujících naprostou bezpečnost a nepropustnost vodíkových molekul. Bez problémů odolají všem automobilovým crash testům (pro zajímavost: jeden japonský výrobce osobních vozidel testoval odolnost vůči průstřelu puškou).
Systém obsahuje četné bezpečnostní senzory, ventily a další ochranné prvky zajišťující odpojení nebo naopak rychlé a bezpečné vyprázdnění vodíkových nádrží v případě jakékoliv nestandardní situace, např. 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.

Josef Vališka
Foto: Bosch

Publikováno: 14. 12. 2021 | Počet zobrazení: 537 125