Samochody spalinowe dominują na drogach całego świata, jednak już dziś producenci szukają nowych, bardziej ekologicznych rozwiązań, które uniezależnią transport od paliw kopalnych. W obliczu rosnącego zanieczyszczenia powietrza, podnoszenia się temperatury na świecie oraz coraz mniejszych zasobów ropy, której wydobywanie wiąże się z rosnącymi kosztami i degradacją środowiska, konieczne jest wdrożenie nowych technologii, które pozwolą ludzkości nadal korzystać ze środków komunikacji, korzystając z odnawialnych źródeł energii. Toyota rozwija wszystkie technologie alternatywnych napędów – hybrydy, hybrydy plug-in, pojazdy elektryczne i wodorowe. Jednak największy nacisk japoński koncern kładzie na auta z napędem na wodorowe ogniwa paliwowe. Oto dlaczego zdaniem Toyoty wodór to najlepszy pomysł na motoryzację przyszłości.

Jak dalej zaspokajać potrzeby energetyczne?

Branże energetyki i transportu stają wobec wielkich wyzwań związanych z dekarbonizacją społeczeństwa i zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego przy jednoczesnej konieczności poprawy jakości powietrza i ograniczaniu wpływu na środowisko. Porozumienie klimatyczne z Paryża nakłada na rządy obowiązek radykalnego zmniejszenia emisji wszystkich gazów cieplarnianych. Na przykład Wielka Brytania zobowiązała się do 2050 roku ograniczyć emisję o 80% w porównaniu z poziomem z roku 1990. Ze względu na różne uwarunkowania społeczne, polityczne i ekonomiczne, jedno rozwiązanie nie jest w stanie spełnić wszystkich wymagań. Dlatego na całym świecie trwają równoległe prace nad udoskonalaniem baterii oraz nad rozwijaniem innych sposobów magazynowania i transportu energii. Jednym z nich jest wodór.

Dlaczego wodór?

Wodór jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem we wszechświecie i ma największą właściwą gęstość energii ze wszystkich źródeł poza jądrowymi. Jest niewyczerpalny i nietoksyczny; można go pozyskiwać z różnych źródeł, dowolnie długo przechowywać i stosunkowo łatwo transportować.

Każdego roku na świecie wytwarza się i wykorzystuje miliony ton wodoru bez żadnych wypadków – w istocie jest on bezpieczniejszy od paliw kopalnych. Już dziś wodór jest wykorzystywany jako źródło energii w budynkach oraz w pojazdach takich jak samochody osobowe, wózki widłowe, pociągi oraz statki. Prowadzone są również próby nad samolotami zasilanymi wodorem.

Wytwarzanie wodoru

Wytwarzanie, sprężanie i przetłaczanie wodoru zużywa pewną ilość energii, jednak można do tego wykorzystać nadmiar energii odnawialnej, która w przeciwnym razie zostałaby utracona. Wodór jest także produktem ubocznym różnych procesów przemysłowych, dlatego rozsądnie jest go wykorzystywać w energetyce i transporcie.

Co ciekawe, większość nowych stacji tankowania wodoru wytwarza go na miejscu za pomocą elektrolizy z wykorzystaniem w 100% energii odnawialnej. Nie ma wówczas potrzeby transportu, a zarówno wytwarzanie, jak i zużycie paliwa nie powoduje żadnych emisji. Takie stacje są skonteneryzowane i do pracy potrzebują jedynie wody i prądu. Prąd może pochodzić z sieci energetycznej lub bezpośrednio z paneli fotowoltaicznych czy turbin wiatrowych.

Toyota i wodór

Toyota uważa, że obecnie nie ma jednego, uniwersalnego rozwiązania, pozwalającego obniżyć emisję niepożądanych substancji przez pojazdy i zaspokoić wszystkie potrzeby transportowe. Do różnych zastosowań i sytuacji najbardziej odpowiednie będą różne pojazdy, więc Toyota inwestuje we wszystkie obszary, aby zaspokoić krótko-, średnio- i długoterminowe potrzeby na całym świecie.

W krótszym okresie prawdopodobnie dominować będą spalinowo-elektryczne pojazdy hybrydowe i hybrydy plug-in, zaś pojazdy elektryczne zasilane wyłącznie z akumulatorów wydają się być rozwiązaniem droższym, niszowym. Niewielkie pojazdy elektryczne mogą jednak dobrze służyć do krótkodystansowego transportu w miastach. Poza tym silniki elektryczne już dziś bardzo dobrze się sprawdzają w transporcie szynowym czy w autobusach elektrycznych i trolejbusach. Ogniwa paliwowe zasilane wodorem mają natomiast największy potencjał na przyszłość, zarówno w postaci prywatnych samochodów, jak i w transporcie masowym, jednak wymagają znacznych inwestycji i wykorzystania zaawansowanych technologii.

Toyota Mirai, pierwszy w świecie zaprojektowany od podstaw i produkowany masowo samochód z wodorowymi ogniwami paliwowymi, może przejechać na pełnych zbiornikach zatankowanych 5 kg wodoru, wytworzonego z 50 litrów wody, ponad 500 kilometrów. Na tym dystansie samochód wyemituje jedynie 50 litrów wody. Cały proces to po prostu transfer energii i nie wymaga zużywania zasobów, pod warunkiem że do pozyskania wodoru zostanie wykorzystana energia odnawialna. Warto jednak zwrócić uwagę, że nawet jeśli produkcja wodoru niektórymi metodami, takimi jak reforming parowy czy elektroliza z wykorzystaniem energii nieodnawialnej z sieci energetycznej zużywa pewną ilość energii, to i tak jest znacznie czystsza i oszczędniejsza energetycznie niż wydobycie paliw kopalnych, ich transport i przetwarzanie.

Od wprowadzenia Toyoty Mirai w Japonii w grudniu 2014 na całym świecie dostarczono klientom ponad 3000 Mirai – około 1500 w Japonii, 1400 w USA, a resztę w wybranych krajach Europy. Na początku przyszłej dekady Toyota zamierza produkować rocznie 30 tysięcy pojazdów z wodorowymi ogniwami paliwowymi.

Mówiąc o znaczeniu Mirai, warto zauważyć wpływ technologii hybrydowej Toyoty. Elementy napędu hybrydowego zostały wykorzystane w konstrukcji napędu na ogniwa paliwowe, sprawdzone w czasie 20-letniej obecności hybryd Toyoty na rynku. Od wprowadzenia pierwszej generacji Priusa w 1997 roku, na całym świecie Toyota sprzedała ponad 10 milionów hybrydowych pojazdów spalinowo-elektrycznych.

Wodorowa przyszłość

Toyota uważa, że ze względu na powszechną dostępność wodoru jego użycie w przyszłości jako nośnika energii jest wysoce prawdopodobne, a wykorzystanie będzie coraz szybciej rosnąć. Liczba zastosowań będzie coraz większa, a dostawcy energii będą go używać jako w pełni odnawialnego nośnika, umożliwiającego tańsze i bardziej efektywne zasilanie i tankowanie pojazdów.

Ważną rolę wodoru w przyszłości podkreśla niedawne utworzenie Rady Wodorowej, globalnej grupy zrzeszającej członków ścisłego kierownictwa wiodących firm paliwowych, energetycznych, produkcyjnych i wydobywczych. Należą do nich Toyota, Air Liquide, Alstom, Anglo American, BMW, Daimler, Engie, Honda, Hyundai, Kawasaki, Linde, Shell i Total. W ciągu najbliższych pięciu lat Rada przeznaczy 5 miliardów USD na działania mające na celu koordynowanie i przyspieszanie inwestycji w przedsięwzięcia związane z wdrażaniem wodoru we wszystkich branżach.

Choć rozwiązanie problemów związanych z przyzwyczajeniem klientów do wodoru będzie wymagało czasu, oczekuje się, że w drugiej połowie przyszłej dekady zasilanie wodorowe trafi do mainstreamu i nastąpi istotna zmiana w sektorze energii, spowodowana rosnącymi naciskami natury ekonomicznej, politycznej i ekologicznej. Rozwijaniem tej technologii są zainteresowane zarówno rządy, samorządy i międzynarodowe organizacje, jak i prywatne firmy, które widzą w wodorze szansę na rozwój nowych obiecujących gałęzi gospodarki.