Wodór – H2

Wodór jako paliwo

Tankowanie wodoru do ciężarówki (źródło: Esoro)

Wodór to najczystsze paliwo napędowe – w czasie wytwarzania energii elektrycznej służącej do napędu powstaje jedynie woda (2H2 + O2 => 2H2O). Wodór stosowany w ogniwie paliwowym (ogniwie wodorowym) cechuje się wysoką sprawnością spalania, brakiem wibracji i cichą pracą.

Wodór mierzymy w kilogramach. W przypadku wodoru sprężonego (H35 lub H70) paliwo może być tankowane samodzielnie przez kierowcę. Pistolety do tankowania wodoru oraz złącza do tankowania wodoru w pojazdach produkuje m.in. OPW (Stany Zjednoczone) oraz WEH (Niemcy). Technologicznie są spokrewnione ze złączami do tankowania CNG (sprężonego gazu ziemnego).

Źródła napędu wykorzystujące wodór

Ogniwo wodorowe. Ogniwo paliwowe to wiodące rozwiązanie w zakresie rozwoju wodoru jako paliwa. Główną przyczyną jest możliwość produkcji energii elektrycznej dla elektrycznych jednostek napędowych. Dzięki temu ogniwo może być stosowane jako samodzielne źródło napędu dla silnika elektrycznego oraz jako tzw. „range extender” dla pojazdów elektrycznych. Największym dostawcą ogniw wodorowych jest firma Ballard.

Silnik wodorowy o wewnętrznym spalaniu. Innym sposobem wykorzystania wodoru jako paliwa jest odpowiednio przygotowany silnik napędzany wyłącznie wodorem lub wodorem i etyliną (benzyną). Silniki wodorowe pod koniec lat 90. XX wieku rozwijała m.in. firma MAN z konstrukcją H 2866 UH. Obecnie wiele prac zarzucono koncentrując się na rozwoju ogniw wodorowych, które znakomicie uzupełniają się z silnikami elektrycznymi.

Rodzaje wodoru na stacjach

Wodór sprężony – H35 lub H35HF. Magazynowany w formie lotnej pod ciśnieniem 350 bar (35 MPa) i temperaturze 15 stopni Celsjusza. Gęstość wodoru H35 (przy ciśnieniu 350 bar) wynosi ok. 1 kg / 45  L. W pojeździe przechowywany jest w fazie gazowej w specjalnych zbiornikach wysokiego ciśnienia wykonanych z materiałów kompozytowych i polietylenu. Wykorzystywany do produkcji energii elektrycznej w ogniwie paliwowym. Odmiana H35 HF stosowana jest dla dużych pojazdów użytkowych jak autobusy i auta ciężarowe, wymagających szybkiego tankowania (możliwość tankowania większej ilości wodoru w tym samym czasie). Wodór H35 wymaga większej pojemności zbiorników, a przez to ich ilości. W związku z tym 350 barowy wodór stosowany jest tylko w dużych autach jak autobusy czy ciężarówki. Plusem rozwiązania jest niższa cena wodoru oraz niższy koszt instalacji magazynowania i tankowania.

Stacja tankowania wodoru – znak drogowy

Wodór sprężony – H70. Magazynowany w formie lotnej pod ciśnieniem 700 bar (70 MPa) i temperaturze 15 stopni Celsjusza. Gęstość wodoru H70 (przy ciśnieniu 700 bar) wynosi ok. 1 kg / 27 L. W pojeździe przechowywany jest w fazie gazowej w specjalnych zbiornikach wysokiego ciśnienia wykonanych z materiałów kompozytowych i polietylenu. Wykorzystywany do produkcji energii elektrycznej w ogniwie paliwowym. Dzięki dużej gęstości, wodór H70 stosowany w autach osobowych i małych dostawczych. Niestety przekłada się to na wyższą cenę wodoru pod ciśnieniem 700 bar oraz wyższe koszty magazynowania/tankowania na stacji.

Wodór ciekły (LH2). Magazynowany w formie ciekłej pod ciśnieniem 350 bar. Wymaga stosowania zbiorników kriogenicznych, gdzie płynny wodór znajduje w temperaturze -233 stopni Celsjusza. Wykorzystywany najczęściej w silnikach wodorowych z zamkniętą komorą spalania.

Standaryzacja. Wymogi dla wodoru jako paliwa określa amerykańska norma SAE J2601 oraz międzynarodowa norma ISO 17268 E.

Norma SAE J2601 wskazuje jako zestandaryzowane ciśnienia tankowania 350 bar (35 MPa) i 700 bar (70 MPa). Ponadto nakłada na dostawcę złącza tankowania oznaczenia pistoletu dla maksymalnego ciśnienia i minimalnej temperatury pracy. I tak typoszereg dystrybutora H70-T40 będzie oznaczać możliwość tankowania wodoru o ciśnieniu 70 MPa (700 bar) przy temperaturze do -40 stopni Celsjusza. Inne normy dla wodoru jako paliwa to m.in. SAE J2799 (wymogi dla stacji tankowania wodoru) czy SAE J2579 (wymogi dla zbiorników przechowujących wodór).

Koszt wodoru – ile kosztuje wodór

Obecnie nie jest możliwe skalkulowanie rynkowej ceny wodoru dla napędu pojazdów. Jednak dobrym przykładem są doświadczenia z rynku niemieckiego. Udostępniane są tam auta dla potrzeb testów, gdzie pokazywany jest koszt paliwa wodorowego. W przypadku klientów detalicznych na stacjach Clean Energy Partnership cena 1 kg wodoru to ok. 9,50 EUR (ok. 39,9 zł/kg). Duże floty pojazdów mogą liczyć na znacznie lepsze ceny wodoru. Jednym z przykładów jest zakład autobusowy w Hurtch, który kupuje wodór za 3,80 EUR/kg (ok. 15,96 zł/kg).

Tankowanie sprężonego wodoru na stacji wodorowej

Proces tankowania wodoru sprężonego (H35 lub H70) na stacji:

  1. Wodór magazynowany jest w zbiorniku głównym na stacji w formie gazowej pod ciśnieniem 45 bar.
  2. Następnie zespół kompresorów zwiększa ciśnienie gazu do 300 bar i magazynuje w magazynie buforowym.
  3. Sprężony wodór jest mierzony w kilogramach (przepływomierz masowy) w dystrybutorze i podawany do zbiornika pojazdu w tempie 4 kg/min. Auto osobowe jest zatankowane w ok. 2 minuty.

Źródło: netinform.net