Získávání elektřiny z vodíku zná širší veřejnost od šedesátých let 20. století, kdy se palivové články objevily v kosmických lodích. I s nádržemi byly mnohem lehčí než tehdejší olověné baterie. Výrazný náskok v energetické hustotě mají i proti dnešním lithiovým bateriím: v přepočtu na kilogram hmotnosti obsahuje vodík stodvacetkrát víc energie.

V dopravním prostředku, kde musíme energii vozit s sebou v co nejkompaktnější formě, to je silná karta. Výroba i distribuce vodíku jako paliva jsou však zatím hodně drahé a totéž dosud platilo i o srdci pohonu – palivových článcích. Zlevnění nemohlo přijít, dokud se vyráběly v malých sériích. Kartami se teď chystá zamíchat německá firma Bosch, dosavadní jednička v automobilových součástkách. Její přístup vysvětluje ředitel vývoje systémů palivových článků Jochen Walther, který bude hostem říjnové konference Elektromobilita, již pořádá vydavatelství Economia.

HN: Vodíkový pohon má řadu výhod a pracuje se na něm velmi dlouho. Co vedlo k tomu, že v uplynulém desetiletí dostaly přednost baterie a nabíječky?

Pro mobilitu budoucnosti neexistuje žádné zázračné řešení. Ve společnosti Bosch věříme, že budoucnost pohonných systémů bude ještě rozmanitější než dnes. Různá odvětví budou vyžadovat různá řešení, dokonce v jednom oboru si může situace vyžádat odlišné přístupy. Platí to i o osobních automobilech. Pro jízdy po městě nebo na krátké vzdálenosti a nízký roční nájezd kilometrů je výhodnější bateriový pohon. U dlouhých vzdáleností, například v lehkých užitkových vozidlech, mu brání obavy z příliš krátkého dojezdu. Trh se systémy vodíkových palivových článků nabírá na obrátkách. Vodík ukáže své výhody zejména tam, kde jsou vysoké požadavky na dojezdovou vzdálenost a omezený čas na tankování.

HN: Společnost Bosch se před několika lety rozhodla ukončit vývoj lithiových článků, přestože v Evropě se na jejich výrobu zakládají nové podniky. Věříte, že vodík má větší komerční potenciál?

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 těžký nákladní automobil na světě mohl být poháněn palivovými články. Bosch je právě v procesu vývoje širokého portfolia produktů pro vozidla s palivovými články. Od komponent, jako jsou senzory, regulační ventily, řídicí jednotky, čerpadla a elektrické kompresory, až po kompletní systémy pro užitková vozidla.

V portfoliu máme také svazek palivových článků tvořících srdce celého systému. Sériová výroba komponentů a systémů bude zahájena v letech 2022 a 2023. Cílem společnosti Bosch je poskytnout kompletní pohonné ústrojí, které umožní nejen optimalizovat jednotlivé součásti, ale také zvýšit účinnost a bezpečnost celého systému.

HN: Jaké jsou klíčové faktory pro zlevnění vodíkových aut, nákladních vozů a autobusů?

Bosch vyvíjí svazek článků, tedy jádro pohonného systému, finalizuje jeho podobu a připravuje výrobu. Cílem je vysoce výkonné řešení, které lze vyrobit při nízkých nákladech. 

Naše týmy ve vývojových centrech a závodech společnosti Bosch si za desetiletí vybudovaly vynikající dovednosti v industrializaci a rozsáhlé výrobě komplexních komponentů a systémů pro klasický spalovací motor. Jsme přesvědčeni, že tato část naší DNA je ideální výchozí pozicí pro uvedení nákladově atraktivních a konkurenceschopných řešení palivových článků na trh. Ve střednědobém horizontu nebude použití vozidla s palivovým článkem dražší než použití vozidla s konvenčním pohonným systémem.

Související

HN: V osobních automobilech se zdají být limitující rozměry svazku článků. Pod kapotou žádného sériového vozu se zatím neobjevila jednotka s výkonem přes 100 kW. Na čem vázne miniaturizace článků?

Již dnes jsou na trh uváděny osobní automobily poháněné palivovými články s výkonem přes 130 kilowattů. Příští generace svazků s vyšší energetickou hustotou dosáhnou ještě vyššího výkonu. Kromě toho je důležité vzít v úvahu, že vodíkové pohonné ústrojí zahrnuje i baterii, která může chybějící výkon vyrovnat. Naši odborníci ukázali, že v budoucnu může výkon vodíkového pohonu přesáhnout 200 kilowattů. Pohonné jednotky budoucnosti s palivovými články budou kombinovat známý faktor „fun2drive“ sportovních elektromobilů s tankováním rychlým jako u konvenčního spalovacího motoru.

HN: Účinnost článků se pohybuje kolem 50 procent. Je možné ji podstatně zvýšit?

Jedním z rozhodujících faktorů ekologičnosti a ziskovosti hnacího ústrojí je jeho účinnost. Ta je u vozidel s palivovými články zhruba o čtvrtinu vyšší než u vozidel se spalovacími motory. S naší první generací svazku palivových článků, který začneme vyrábět v roce 2022, cílíme na maximální účinnost přes 60 procent. Účinnost celého pohonného systému dále zvyšuje rekuperace při brzdění.

Bateriové elektromobily, které mohou ukládat elektřinu přímo ve vozidle a využívat ji k pohonu, jsou účinnější. Protože se však výroba energie a energetická poptávka ne vždy shodují v čase a místě, elektřina z větrných a solárních elektráren často zůstává nevyužita, nenajde spotřebitele a nelze ji skladovat. Tady vodík ukáže své přednosti. Přebytečnou elektřinu lze použít k jeho decentralizované výrobě, která je připravena k flexibilnímu skladování a přepravě.

HN: Jaký je obsah vzácných kovů v průměrném stokilowattovém svazku? Narážíte na problém se strategickými dodávkami, podobně jako u kovů potřebných pro lithiové baterie, kde významnou část zdrojů kontroluje Čína?

Pokud jde o použití vzácných materiálů, musíme se zaměřit na platinu. Platina se dnes v různých produktech používá ve velkém množství (přes 200 tun ročně) a ze svazku palivových článků s ukončenou životností ji lze téměř kompletně recyklovat. Proto zde zdroje a dodavatelské řetězce nepředstavují takovou výzvu. Další snížení obsahu platiny v palivových článcích a zavedení procesu oběhového hospodářství včetně recyklace navíc pomůže přivést na trh atraktivní systémy palivových článků.

HN: Můžete porovnat složitost recyklace stokilowattového svazku článků oproti stokilowattovému lithiovému akumulátoru, jaký má třeba Tesla?

Recyklace platiny ze zásobníků palivových článků je v určitých aspektech přímočařejší než recyklace lithiových baterií. Běžným problémem recyklace baterií je zbytkový náboj ponechaný v systémech s ukončenou životností, což pro recyklátory představuje bezpečnostní riziko. U svazků palivových článků takový problém neexistuje, protože jakmile dojde k přerušení dodávky vodíku, v zásobníku nezůstane žádný zbytkový náboj. Recyklace platiny navíc spoléhá na robustní a dobře známé procesy s účinností regenerace vysoko nad 90 procent (tj. 95–97 procent – pozn. red.).

HN: Poskytovatelé veřejné dopravy si stěžují, že současné vodíkové autobusy mají dojezd jen asi 300 kilometrů, což není dostačující. Odkud pochází tento limit? Teoreticky byste mohli snadno přidat další nádrž.

Omezený dojezd je obvykle způsoben omezeným prostorem pro nádrže. Současné autobusy jsou většinou založeny na podvozku postaveném pro použití spalovacího motoru. Očekáváme, že v příštích letech, kdy výrobci začnou stavět speciální podvozkové systémy pro elektrifikované pohonné jednotky, uvidíme výrazné zlepšení výkonu a dojezdu autobusů i nákladních vozidel poháněných palivovými články.

HN: Když je bateriové vozidlo připojené k nabíječce, může ve špičce poskytovat energii ostatním, a snížit tak zatížení celé sítě. Nabízí vodíkové auto podobnou synergii?

Budoucí klimaticky neutrální energetické systémy budou využívat obnovitelné nosiče energie, tj. vyráběné z biomasy nebo pomocí obnovitelné elektřiny. Jelikož dostupnost udržitelné biomasy je omezená, výroba nosiče energie bude muset být založena na elektřině. Zelený vodík (vyráběný elektrolýzou s využitím obnovitelné elektřiny – pozn. red.) nabízí nejvyšší účinnost a přitom vyžaduje nejméně složité procesy. Zelený vodík umožňuje dlouhodobé skladování a přenos vysokého množství energie na velké vzdálenosti, podobně jako dnes konvenční fosilní paliva. Je také základem pro paliva vyráběná za pomoci elektrické energie, uhlíkově neutrální (syntetická) paliva s potenciálem dekarbonizovat stávající pohonné aplikace a umožní splnit budoucí energetické nároky letecké a námořní dopravy.

Článek byl publikován ve speciální příloze HN Elektromobilita.

Související