Silniki wodorowe

Wodór i silniki wodorowe cieszą się dużym zainteresowaniem kręgów biznesowych, mediów i rządu. Jest to uzasadnione potrzebą zredukowania emisji gazów cieplarnianych oraz większą niż kiedykolwiek koniecznością osiągnięcia celu zero emisji. Poza tym, wodór jest najbardziej obiecującym nośnikiem niekopalnych źródeł energii.

W sektorze energii elektrycznej, technologie power-to-hydrogeni hydrogen-to-power, takie jak silniki spalinowe na wodór rozwijają się gwałtownie. W sektorze transportu, początkowo uwaga skupiała się na pojazdach elektrycznych napędzanych wodorowymi ogniwami paliwowymi (FCEVs). Niedawno zainteresowano się również wodorowymi pojazdami napędzanymi silnikami o spalaniu wewnętrznym, zwłaszcza w przypadku ciężarówek o średniej i dużej nośności.

Silniki wodorowe mogą uprosić osiągnięcie celu zero emisji z pomocą wolnych od węgla paliw wodorowych zasilających FCEVs oraz wykorzystania technologii znanej producentom, flotom i kierowcom.

Pojazdy z wodorowymi silnikami spalania wewnętrznego mogą działać bez emitowania CO₂ pochodzącego, bezpośrednio lub pośrednio, z paliwa wodorowego, co jest zależne od stosowanego źródła wodoru.

Wodór powstający w drodze elektrolizy z wykorzystaniem elektryczności pochodzącej np. z paneli solarnych lub turbin wiatrowych umożliwia jazdę bez emisji CO₂. Ponadto, paliwa wodorowe nie emitują cząstek stałych, tlenku węgla ani lotnych związków organicznych.

Jednakże silniki wodorowe mogą emitować NOx, czyli rodzaj zanieczyszczenia atmosferycznego, który może przyczyniać się do powstawania mgły utrzymującej się czasem nad dużymi miastami w miesiącach letnich. Do eliminowania emisji NOx wykorzystuje się układy oczyszczania spalin.

W Stanach Zjednoczonych, zmiana zasilania ciężarówek o średniej i dużej nośności na czysty wodór zmniejszyłaby emisję gazów cieplarnianych w sektorze transportu około o jedną czwartą.

Wodór pochodzący z odnawialnych źródeł jest jednym z paliw zasilających pojazdy o zerowej emisji.

Silniki wodorowe oferują producentom pojazdów i flotom wyjątkową korzyść w postaci technologii niskoemisyjnych i technologii o zerowej emisji dwutlenku węgla. Silniki wodorowe powstają w oparciu o współczesne nowoczesne i niezawodne silniki o spalaniu wewnętrznym. W przypadku producentów pojazdów, jest to technologia, którą znają i wykorzystują w procesie projektowania i produkcji pojazdów. Podobnie jest w przypadku flot. To znana technologia działania, utrzymania, prowadzenia analizy awarii i serwisowania.

Silniki wodorowe są niezawodne, opierają się na znanej technologii i przynoszą korzyści dla środowiska. To sprawia, że przejście na silniki wodorowe jest operacyjnie i ekonomicznie wykonalne.

Tymczasem są dwie kwestie, które często postrzegane jako wyzwanie w przejściu na silniki wodorowe.

Pierwszą z nich jest składowanie pokładowe. Pojazdy zasilane wodorem wymagają ekonomicznych sposobów pokładowego składowania wodoru. Cummins Inc. niedawno nawiązał współpracę z NPROXX, liderem w składowaniu wodoru oraz transportu zbiorników wodorowych. W ramach tej współpracy powstaną zbiorniki do składowania wodoru oraz sprężonego gazu ziemnego dla zastosowań drogowych oraz kolejowych.

Drugą z nich jest infrastruktura dostaw. Samochody zasilane wodorem będą mogły być wykorzystywane tylko w przypadku dostępności wodoru. To właśnie moment w którym transport samochodowy staje się przypadkiem głównego zastosowania silników wodorowych - więcej na ten temat w następnej sekcji.

W jakich rodzajach pojazdów silniki wodorowe zostałyby zastosowane na dużą skalę?

Wbrew temu, co uważano od dziesięcioleci, mało prawdopodobne jest, by najlepszym zastosowaniem tej technologii były samochody osobiste.

Bardziej prawdopodobne jest, że wodorowe ogniwa paliwowe i silniki wodorowe znajdą zastosowanie w samochodach ciężarowych o średniej i ciężkiej nośności. Bardzo prawdopodobne, że w następnym dziesięcioleciu autobusy i dalekobieżne samochody ciężarowe staną się częstym widokiem. Będą one uzupełniały autobusy i ciężarówki o napędzie elektrycznym, które również są ekonomicznie i operacyjne wykonalne w określonych profilach misji i zastosowaniach.

Samochody terenowe, maszyny budowlane, maszyny rolnicze, a nawet statki napędzane silnikami wodorowymi prawdopodobnie również będą powszechnie stosowane. Najprawdopodobniej będą stosowane, gdy trudno będzie użyć napędu elektrycznego ze względu na charakter zastosowania czy profile misji.

Zastosowania zasilające to kolejny przykład zastosowana silników wodorowych do produkcji energii elektrycznej w krótkiej perspektywie.

Gospodarka wodorowa jest rozwiązaniem problemu globalnego ocieplenia oraz wyczerpania paliw kopalnych.

W gospodarce wodorowej, paliwa kopalne są zastąpione wodorem wytworzonym z odnawialnych źródeł.

Jednym z głównych wyzwań ograniczających rozwój w tym kierunku jest problem, który można przyrównać do błędnego koła. Zastosowanie wodoru jako głównego paliwa będzie możliwe, gdy wodór będzie powszechnie dostępny; a wodór będzie powszechnie dostępny, gdy stanie się głównym paliwem.

Mamy dobre wiadomości. Istnieją zastosowania w których wykorzystanie silników wodorowych jest wykonalne w przypadku braku rozległej sieci stacji paliw wodorowych.

Na przykład wprowadzenie ciężarówek długodystansowych zasilanych wodorem jest możliwe z zastosowaniem zaledwie kilku stacji paliw, umieszczonych na głównych trasach tranzytowych. Jest bardzo możliwe, że zastosowanie silników wodorowych pobudzi zmianę i doprowadzi do dostępności wodoru, a zatem większej liczby jego zastosowania.

Silniki wodorowe oraz wodorowe ogniwa paliwowe to zupełnie odmienne technologie, które spełniają podobną funkcję, napędzając pojazd wodorem.

To dwie komplementarne technologie, które mają różne zastosowania i spełniają rożne wymagania końcowe.

Ogniwa paliwowe to nowa i zaawansowana technologia.

Silniki wodorowe to po prostu zmodyfikowane silniki o spalaniu wewnętrznym. Wodorowa infrastruktura paliwowa opracowana dla zastosowania jednej z tych technologii może służyć zastosowaniom drugiej. Ponadto, wszelki rozwój w kierunku bardziej ekonomicznego składowania wodoru w pojeździe ma zastosowanie w obu technologiach.