Popri fungujúcich a už bežne dostupných elektromobiloch sa uvažuje nad ďalším z alternatívnych pohonov pre vozidlá, o vodíku. Mohlo by sa zdať, že ide o nový alternatívny pohon, ktorý uzrel svetlo sveta len nedávno, opak je pravdou. Už v roku 1806 skonštruoval Francois Isaac de Rivaz motor „De Rivaz“, prvý spaľovací motor, ktorý pracoval na zmesi vodíka a kyslíka.

Porovnanie vodíka a benzínu v spaľovacích motoroch

Mnohé vozidlá sú vybavené spaľovacími motormi. Premena týchto vozidiel na vodíkový pohon je jednoduchšia a lacnejšia ako úplná výmena za vozidlá s palivovými článkami. Spaľovacie motory konvertujú len časť chemickej energie paliva na mechanickú prácu. Zvyšok sa stráca vo forme tepla. Vodík nie je výnimkou, a tak aj pri jeho spaľovaní dochádza k značným tepelným stratám. Vodík je vysoko reaktívny plyn a jeho spaľovanie v spaľovacích motoroch vyžaduje špeciálne úpravy motora, aby sa zabezpečila optimálna zmes paliva a vzduchu. Tieto úpravy môžu ďalej znížiť účinnosť. Výroba vodíka, najmä elektrolýzou, nie je 100% účinná. Časť energie sa stratí počas tohto procesu.

Spotreba kyslíka vo vodíkovom a benzínovom spaľovacom motore je priamo úmerná množstvu spáleného paliva a jeho stechiometrickému pomeru. Stechiometrický pomer predstavuje ideálny pomer paliva a vzduchu, pri ktorom dôjde k úplnému spáleniu paliva bez prebytku alebo nedostatku ktoréhokoľvek z reaktantov. Pri spaľovaní vodíka vzniká voda (H₂O). Stechiometrický pomer je relatívne jednoduchý, pretože na každú molekulu vodíka potrebujeme pol molekuly kyslíka. Benzín je zmes rôznych uhľovodíkov, a preto je jeho stechiometrický pomer zložitejší a závisí od konkrétneho zloženia benzínu.

Spotreba kyslíka a faktory, ktoré ho ovplyvňujú

Keďže vodík má jednoduchú molekulu a známy stechiometrický pomer, je ľahké vypočítať presné množstvo spotrebovaného kyslíka. Vzhľadom na zložité zloženie benzínu je ťažšie určiť presnú spotrebu kyslíka. Avšak, obecne platí, že na spálenie väčšieho množstva uhlíka v benzíne je potrebné viac kyslíka. Ako už bolo spomenuté, zloženie benzínu ovplyvňuje spotrebu kyslíka. Rôzne spôsoby spaľovania (napr. bohatá zmes, chudobná zmes) ovplyvňujú množstvo spotrebovaného kyslíka. Menej účinný motor spaľuje viac paliva a teda aj viac kyslíka na vykonanie rovnakej práce.

Vodík: Má jednoduchší a presnejšie vypočítateľný pomer spaľovania s kyslíkom.
Benzín: Zložitejší pomer spaľovania v dôsledku rôznorodého zloženia.
Oba motory: Spotreba kyslíka závisí od množstva spáleného paliva a jeho stechiometrického pomeru. Je dôležité poznamenať, že hoci vodík má jednoduchší pomer spaľovania s kyslíkom, to neznamená, že je vždy ekologickejší. Dôležitým faktorom je aj spôsob výroby vodíka, ktorý môže mať významný vplyv na celkovú uhlíkovú stopu.

FCEV – Fuel Cell Electric Vehicle

Tieto vozidlá využívajú na dodanie energie pre elektromotory vodíkové palivové články. V srdci vodíkového vozidla sa nachádza palivový článok. Ten premieňa chemickú energiu vodíka a kyslíka priamo na elektrickú energiu. Vodík reaguje s kyslíkom za vzniku vody a uvoľnenia elektrónov. Tieto elektróny vytvárajú elektrický prúd, ktorý poháňa elektromotor.

Výhody a nevýhody vozidiel s vodíkovými článkami

Medzi nesporné výhody patrí nízke množstvo emisií. Pri prevádzke vodíkového vozidla vzniká ako jediný „odpadový“ produkt voda, čo ich robí veľmi ekologickými. Vodíkové vozidlá majú podobný dojazd ako vozidlá so spaľovacím motorom, čo eliminuje obavy z nedostatočného dojazdu. Tankovanie vodíka trvá podobne dlho ako tankovanie benzínu alebo nafty. (Tu treba poznamenať, že najnovšia technológia pri výrobe elektrobatérii do áut od čínskeho výrobcu dosahuje neuveriteľné nabíjacie časy = 100kWh batéria vybitá na 10% dosiahne na nabíjačke kapacitu 80% za desať! minút).

Medzi nevýhody elektromobilov s vodíkovými článkami patrí jej zložitejšia výroba. Takisto sieť „čerpacích staníc“ je veľmi obmedzená. Výroba vodíka môže byť energeticky náročná, najmä ak sa nevyrába z obnoviteľných zdrojov. Výroba, skladovanie a distribúcia vodíka si vyžadujú špeciálnu infraštruktúru, ktorá je zatiaľ menej rozvinutá a efektívna ako infraštruktúra pre elektrinu.

Chemická výroba, ilustračné foto¹

Účinnosť vodíkového pohonu

Zatiaľ čo samotný palivový článok v aute má vysokú účinnosť pri premene vodíka na elektrinu, celková účinnosť systému je ovplyvnená celým výrobným reťazcom, od výroby vodíka až po jeho využitie v aute. Najčastejším spôsobom výroby vodíka je elektrolýza vody. Tento proces však nie je 100% účinný, pretože časť energie sa stratí vo forme tepla. Vodík je veľmi ľahký a prchavý plyn, čo predstavuje výzvu pri jeho skladovaní a transporte. Pri týchto procesoch dochádza k určitým stratám. Aj keď je palivový článok veľmi účinný, nie je dokonalý. Ďalšie straty môžu vzniknúť pri premene elektrickej energie na mechanickú, pri činnosti pomocných systémov vozidla a podobne.

Dôvody nižšej účinnosti

Viacnásobné premeny energie: Pri vodíkovom pohone prechádza energia viacerými premenami (elektrická na chemickú, chemická na elektrickú, elektrická na mechanickú), pri každej z nich dochádza k stratám.

Infraštruktúra: Výroba, skladovanie a distribúcia vodíka si vyžadujú špeciálnu infraštruktúru, ktorá je zatiaľ menej rozvinutá a efektívna ako infraštruktúra pre elektrinu. Napriek nižšej účinnosti má vodíkový pohon svoje výhody, najmä pre ťažkú nákladnú dopravu a aplikácie, kde je dôležitý dlhý dojazd a rýchle tankovanie.

Náklady na prevádzku

Jednou z prvých otázok pri kúpe vozidla je jeho spotreba a náklady na prevádzku. Podľa Autobild² v Nemecku sa v roku 2024 pohybovala cena (0,8kg až 0,9kg/100km) v rozmedzí 8,50 až 10,50€. To platí pri tankovaní elektrickej Toyoty Mirai a jej ekvivalentu VW ID.3 alebo spaľovacích motorov ako VW Golf 1,5 TSI. Ani tu nesmieme zabúdať na fakt, že v prípade ak ide o spaľovací motor na vodík má okrem niektorých špecifických súčiastok aj všetky ostatné, ktoré sa opotrebovávajú a treba ich kontrolovať, meniť podľa potreby. (Všetky pohyblivé časti). Náklady na servis sú podstatne vyššie ako u elektromobilov.

Bezpečnosť

Vodíkové palivové články predstavujú sľubnú technológiu pre budúcnosť mobility, no vyvstáva otázka ich bezpečnosti. Hlavným dôvodom obáv je výbušnosť vodíka. Vodík je totiž ľahší ako vzduch, rýchlo sa šíri a v zmesi so vzduchom je vysoko horľavý. Výbuchy vodíka sa spájajú s celosvetove známou nehodou ako Hindenburgova katastrofa (Vzducholoď). Výrobcovia vozidiel s vodíkovými palivovými článkami prijali niekoľko bezpečnostných opatrení, aby minimalizovali riziko.

Nádrže sú vyrobené z vysokopevnostných kompozitných materiálov, ktoré sú odolné voči nárazom a korózii. Sú navrhnuté tak, aby vydržali vysoký tlak a extrémne teploty. Vozidlá sú vybavené senzormi, ktoré neustále monitorujú úroveň vodíka v nádrži a v okolí vozidla. Pri zistení úniku sa aktivuje alarm a systém automaticky vypne prívod vodíka. Ďalej majú špeciálny ventilačný systém, ktorý v prípade úniku vodíka rýchlo odvedie znečistený vzduch z priestoru motora a umožní tak rýchle zriedenie vodíka. Nádrže sú vybavené bezpečnostnými ventilmi, ktoré umožňujú kontrolované uvoľnenie tlaku v prípade prehriatia alebo poškodenia. Umiestnené sú v bezpečnej vzdialenosti od ostatných komponentov vozidla a sú chránené proti nárazom.

Vyhliadky

Účinnosť vodíkového pohonu je dôležitým faktorom pri jeho porovnaní s inými pohonmi. Aj keď je zatiaľ nižšia ako účinnosť batériových elektrických vozidiel, technológie sa neustále vyvíjajú a je možné očakávať zlepšenie v budúcnosti. Kedy však k tomu príde, či dovtedy neprídu výrobcovia s inými riešeniami ostáva otázkou. Výber vhodného pohonu závisí od konkrétnych požiadaviek jednotlivca, podmienok v akých bude vodíkový pohon pracovať a iných okolností, priorít.

Pozri článok Vyhliadky na budúcnosť v elektromobilite

Zdroje
1 Foto: kamekichi-photos-YICiGfVb48I-unsplash In: KOMUNITA FOTOGRAFOV. Unsplash. Online. 2025. Dostupné z: https://unsplash.com/photos/a-night-scene-of-a-city-by-the-water-YICiGfVb48I?utm_content=creditShareLink&utm_medium=referral&utm_source=unsplash [cit. 2025-01-12].
2 AUTO BILD Online. https://www.autobild.de/ [2025]. Dostupné z: https://www.autobild.de/artikel/wasserstoffautos-brennstoffzelle-fuel-cell-20492755.html#-1027364868 [cit. 2025-01-19].

Údaje použité v článku sú verejne dostupné v rámci informácií z médií, pre dohľadanie zadávajte autorom použité kľúčové slová.