Η Bosch εξετάζει τα οφέλη των κινητήρων κυψελών καυσίμου υδρογόνου που σκοπεύει να διαθέσει στην αγορά το 2022-2023.
– Στο δρόμο προς την κινητικότητα χωρίς εκπομπές
Η ηλεκτροκίνηση αυξάνει όλο και περισσότερη ταχύτητα. Είναι ένα σημαντικό στοιχείο για τη μείωση των εκπομπών CO2 από την αστική κυκλοφορία. Αλλά πόσο οικονομικό είναι να χειρίζεστε βαρέα φορτηγά με ωφέλιμο φορτίο 40 τόνων σε μεγάλες αποστάσεις χρησιμοποιώντας μόνο ηλεκτρική ενέργεια μπαταρίας; Δεδομένου του βάρους της μπαταρίας, των μεγάλων χρόνων φόρτισης και του περιορισμένου εύρους της σημερινής τεχνολογίας, οι ηλεκτρικοί κινητήρες δεν είναι η πρώτη επιλογή για βαρέα φορτηγά.
Παρ ‘όλα αυτά, ακόμη και φορτηγά 40 τόνων θα μπορούν να ταξιδέψουν πάνω από 1.000 χλμ σε ηλεκτρική λειτουργία στο εγγύς μέλλον. Το κλειδί για αυτό είναι το σύστημα κινητήρα κυψελών καυσίμου Bosch. Όταν τροφοδοτείται με υδρογόνο που παράγεται χρησιμοποιώντας ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, αυτό το σύστημα κινητήρα και μετάδοσης κίνησης επιτρέπει την ουδέτερη από το κλίμα μεταφορά αγαθών και εμπορευμάτων. Η Bosch κάνει το πρώτο βήμα προς αυτή την κατεύθυνση αναπτύσσοντας το σύστημα κίνησης κυψελών καυσίμου κυρίως με έμφαση στα φορτηγά και η εταιρεία σχεδιάζει να ξεκινήσει την παραγωγή το 2022-2023.
Μόλις καθιερωθούν σε φορτηγά, οι κινητήρες και τα συστήματα μετάδοσης κίνησης κυψελών καυσίμου της Bosch θα βρουν όλο και περισσότερο δρόμο στα επιβατικά αυτοκίνητα – καθιστώντας τα αναπόσπαστο μέρος του αυριανού χαρτοφυλακίου τέτοιων κινητήρων και συστημάτων μετάδοσης κίνησης.
Επτά λόγοι για τους οποίους οι κυψέλλες καυσίμου και το Υδρογόνο είναι κρίσιμα δομικά στοιχεία της αυριανής κινητικότητας
1) Ουδετερότητα του κλίματος
Σε μια κυψέλη καυσίμου, το Υδρογόνο (H2) αντιδρά με οξυγόνο (O2) από τον αέρα του περιβάλλοντος. Η ενέργεια που απελευθερώνει αυτή η αντίδραση μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια, η οποία χρησιμοποιείται για οδήγηση. Η θερμότητα και το καθαρό νερό (H2O) είναι άλλα προϊόντα της αντίδρασης. Το Η2 λαμβάνεται χρησιμοποιώντας ηλεκτρόλυση, στην οποία το νερό διαχωρίζεται σε υδρογόνο και οξυγόνο με τη βοήθεια ηλεκτρικής ενέργειας.
Η παραγωγή αυτής της ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές κάνει το σύστημα κινητήρα κυψελών καυσίμου εντελώς ουδέτερο από το κλίμα. Ειδικά για μεγάλα, βαρέα οχήματα, οι κυψέλες καυσίμου έχουν καλύτερο αποτύπωμα άνθρακα από αποκλειστικά ηλεκτροκινητήρες μπαταρίας, εάν οι εκπομπές CO2 για παραγωγή, λειτουργία και απόρριψη προστίθενται μαζί.
Το μόνο που χρειάζονται τα οχήματα κυψελών καυσίμου εκτός από τη δεξαμενή υδρογόνου τους είναι μια πολύ μικρότερη μπαταρία για αποθήκευση ενδιάμεσου buffer. Αυτό μειώνει σημαντικά το αποτύπωμα άνθρακα στην παραγωγή. «Τα πλεονεκτήματα της κυψέλης καυσίμου εμπλέκονται πραγματικά σε εκείνους τους τομείς όπου οι κινητήρες ηλεκτρικής μπαταρίας δεν λάμπουν», εξηγεί ο Δρ Uwe Gackstatter, πρόεδρος του τμήματος Bosch Powertrain Solutions. Αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχει ανταγωνισμός μεταξύ κυψελών καυσίμου και μπαταριών. Αντ ‘αυτού, αλληλοσυμπληρώνονται τέλεια”.
2) Πιθανές εφαρμογές
Μεγάλη γκάμα εφαρμογών
Το υδρογόνο έχει υψηλή ενεργειακή πυκνότητα. Ένα κιλό υδρογόνου περιέχει τόσο ενέργεια όσο 3,3 λίτρα ντίζελ. Για να ταξιδέψει 100 χιλιόμετρα, ένα επιβατικό αυτοκίνητο χρειάζεται μόνο περίπου 1 κιλό. Ενα φορτηγό 40 τόνων χρειάζεται 7 κιλά. Όπως με το ντίζελ ή τη βενζίνη, χρειάζονται λίγα λεπτά για να γεμίσετε ένα άδειο ρεζερβουάρ H2 και να συνεχίσετε το ταξίδι.
«Οι κυψέλες καυσίμου είναι η πρώτη επιλογή για τη μεταφορά μεγαλύτερων φορτίων για πολλά χιλιόμετρα κάθε μέρα», λέει ο Gackstatter, συνοψίζοντας τα πλεονεκτήματα.
Στο project H2 Haul που χρηματοδοτείται από την ΕΕ, η Bosch συνεργάζεται επί του παρόντος με άλλες εταιρείες για την κατασκευή ενός μικρού στόλου φορτηγών κυψελών καυσίμου και να τα θέσει σε κυκλοφορία.
Εκτός από τις κινητές εφαρμογές, η Bosch αναπτύσσει κυψέλες καυσίμου για σταθερές εφαρμογές με τεχνολογία κυψελών καυσίμου στερεού οξειδίου (SOFC).
Εάν επιτευχθούν οι στόχοι δράσης του Παρισιού για το κλίμα, στο μέλλον το υδρογόνο θα πρέπει να τροφοδοτεί όχι μόνο αυτοκίνητα και εμπορικά οχήματα, αλλά και τρένα, αεροσκάφη και πλοία. Οι βιομηχανίες ενέργειας και χάλυβα σχεδιάζουν επίσης να κάνουν χρήση υδρογόνου.
3) Αποδοτικότητα
Οι κινητήρες και τα συστήματα μετάδοσης κυψελών καυσίμου μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών.
Ένας από τους αποφασιστικούς παράγοντες για την φιλικότητα στο περιβάλλον και την αποδοτικότητα ενός κινητήρα και συστήματος μετάδοσης κίνησης είναι η αποδοτικότητά του. Αυτό είναι περίπου ένα τέταρτο υψηλότερο για οχήματα κυψελών καυσίμου από ό, τι για οχήματα με κινητήρες καύσης. Η χρήση αναγεννητικού φρεναρίσματος αυξάνει περαιτέρω την αποδοτικότητα. Τα ηλεκτρικά οχήματα με μπαταρία, τα οποία μπορούν να αποθηκεύουν ηλεκτρισμό απευθείας στο όχημα και να το χρησιμοποιούν για πρόωση, είναι ακόμη πιο αποτελεσματικά.
Ωστόσο, δεδομένου ότι η παραγωγή ενέργειας και η ζήτηση ενέργειας δεν συμπίπτουν πάντα στο χρόνο και την τοποθεσία, η ηλεκτρική ενέργεια από αιολικά και ηλιακά εργοστάσια παραμένει συχνά αχρησιμοποίητη επειδή δεν μπορεί να βρει καταναλωτή και δεν μπορεί να αποθηκευτεί.
Εδώ έρχεται από μόνο του το υδρογόνο. Το πλεόνασμα ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή του με αποκεντρωμένο τρόπο, έτοιμο για ευέλικτη αποθήκευση και μεταφορά.
4) Κόστη
Οι κινητήρες και τα συστήματα μετάδοσης κίνησης κυψελών καυσίμου μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών.
Το κόστος του πράσινου υδρογόνου θα μειωθεί σημαντικά όταν επεκταθεί η παραγωγική ικανότητα και η τιμή της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας μειώνεται. Το Συμβούλιο Υδρογόνου, μια ένωση περισσότερων από 90 διεθνών εταιρειών, αναμένει ότι το κόστος για πολλές εφαρμογές υδρογόνου θα μειωθεί κατά το ήμισυ τα επόμενα δέκα χρόνια – καθιστώντας το ανταγωνιστικό με άλλες τεχνολογίες.
Η Bosch συνεργάζεται επί του παρόντος με την εκκίνηση Powercell για να αναπτύξει μία στοιβάδα κυψέλης καυσίμου, δηλ. τον πυρήνα της κυψέλης καυσίμου και να την κάνει έτοιμη για την αγορά, με την κατασκευή να ακολουθεί. Ο στόχος είναι μια λύση υψηλής απόδοσης που μπορεί να κατασκευαστεί με χαμηλό κόστος.
“Μεσοπρόθεσμα, η χρήση ενός οχήματος με κυψέλη καυσίμου δεν θα είναι πιο ακριβή από τη χρήση ενός αυτοκινήτου με συμβατικό σύστημα μετάδοσης κίνησης”, λέει ο Gackstatter.
5) Υποδομές
Το σημερινό δίκτυο σταθμών πλήρωσης υδρογόνου δεν προσφέρει πλήρη κάλυψη, αλλά περίπου 180 σταθμοί πλήρωσης υδρογόνου στην Ευρώπη είναι ήδη επαρκείς για ορισμένες σημαντικές διαδρομές μεταφοράς. Εταιρείες σε πολλές χώρες συνεργάζονται για να προωθήσουν την επέκταση, που συχνά υποστηρίζονται από κρατικές επιδοτήσεις.
Στη Γερμανία, επίσης, οι πολιτικοί έχουν αναγνωρίσει τον σημαντικό ρόλο του υδρογόνου στην απανθρακοποίησης της οικονομίας και το έχουν ενσωματώσει στην Εθνική Στρατηγική Υδρογόνου. Για παράδειγμα, η κοινοπραξία H2 Mobility θα έχει κατασκευάσει περίπου 100 πρατήρια βενζίνης στη Γερμανία μέχρι το τέλος του 2020, ενώ το έργο H2Haul που χρηματοδοτείται από την ΕΕ λειτουργεί όχι μόνο για φορτηγά αλλά και για τους σταθμούς ανεφοδιασμού που απαιτούνται στις προγραμματισμένες διαδρομές του.
Η Ιαπωνία, η Κίνα και η Νότια Κορέα διαθέτουν επίσης ολοκληρωμένα προγράμματα υποστήριξης.
6) Ασφάλεια
– Ένα ασφαλές καύσιμο
Η χρήση του αερίου Υδρογόνου σε οχήματα είναι ασφαλής και δεν είναι πιο επικίνδυνη από άλλα καύσιμα ή μπαταρίες αυτοκινήτων. Οι δεξαμενές υδρογόνου δεν ενέχουν αυξημένο κίνδυνο έκρηξης. Είναι αλήθεια ότι το H2 ενώνεται σε συνδυασμό με οξυγόνο και ότι ένα μείγμα των δύο πέρα από μια συγκεκριμένη αναλογία είναι εκρηκτικό. Αλλά το υδρογόνο είναι περίπου 14 φορές ελαφρύτερο από τον αέρα και συνεπώς εξαιρετικά πτητικό.
Για παράδειγμα, οποιοδήποτε H2 που διαφεύγει από τη δεξαμενή του οχήματος θα ανεβεί γρηγορότερα από ό, τι μπορεί να αντιδράσει με το περιβάλλον οξυγόνο.
Σε μια δοκιμή πυρκαγιάς που πραγματοποιήθηκε σε αυτοκίνητο κυψελών καυσίμου από Αμερικανούς ερευνητές το 2003, υπήρξε μία αναλαμπή φλόγας, αλλά γρήγορα βγήκε έψω ξανά. Το όχημα παρέμεινε σε μεγάλο βαθμό άθικτο.
7) Συγχρονισμός
Η παραγωγή υδρογόνου είναι μια αποδεδειγμένη και τεχνολογικά απλή διαδικασία. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να αυξηθεί γρήγορα για να καλύψει υψηλότερη ζήτηση. Επιπλέον, οι κυψέλες καυσίμου έχουν πλέον φτάσει στην απαραίτητη τεχνολογική ωριμότητα για την εμπορευματοποίησή τους και την ευρεία χρήση τους.
Ήδη Ιάπωνες & Κορεάτες κατασκευαστές αυτοκινήτων πουλάνε αυτοκίνητα κυψελών καυσίμου
- Toyota – Mirai
- Honda – FCX Clarity
- Hyundai – Nexo
- Riversimple – Rasa
Ενώ Audi & Hyundai έχουν υπογράψει σύμφωνο συνεργασίας εδώ και ενάμιση χρόνο για από κοινού ανάπτυξη κυψελών καυσίμου.
Σχεδόν όλοι εξάλλου οι κατασκευαστές έχουν ασχοληθεί με το υδρογόνο και κάποιοι από αυτούς κατά καιρούς έχουν παρουσιάσει και Concept cars.
Σύμφωνα με το Συμβούλιο Υδρογόνου, η οικονομία του υδρογόνου μπορεί να γίνει ανταγωνιστική τα επόμενα δέκα χρόνια, υπό την προϋπόθεση ότι υπάρχουν επαρκείς επενδύσεις και πολιτική βούληση. «Η ώρα για την είσοδο στην οικονομία του υδρογόνου είναι τώρα», λέει ο Gackstatter.
Το περιοδικό Future Mobility, αρωγός στην εξάπλωση των τεχνολογιών κυψελών καυσίμου – Υδρογόνου (Η2)
Δείτε σχετικό Video
Του Π. Καραμπίλα
Τεχν. Μηχ. Οχημάτων
Πηγές
https://www.bosch-presse.de/pressportal/de/en/bosch-die-mobilitaet-der-zukunft-braucht-die-brennstoffzelle-218112.html
https://www.oemoffhighway.com/electronics/power-systems/press-release/21173747/bosch-7-reasons-fuel-cell-powertrains-are-the-future-of-zeroemissions-mobility
