Automobili koji rade na vodiku: pogled na Indijsku nacionalnu misiju vodika

Indija je najavila Nacionalnu misiju za vodik koja će izraditi plan za korištenje vodika kao izvora energije. Inicijativa ima potencijal transformacije prometa.

Toyotin renovirani automobil na vodikove gorive ćelije Mirai, koji prikazuje inženjering ispod haube, izložen na predstavljanju u Tokiju u prosincu 2020. (Foto: Reuters)

Tradicionalno spora u razvoju tehnologija električnih vozila (EV), Indija je neuobičajeno rano ušla u utrku kako bi iskoristila energetski potencijal najzastupljenijeg elementa u svemiru, vodika. Manje od četiri mjeseca nakon što je Ministarstvo energetike Sjedinjenih Država objavilo ulaganje do 100 milijuna dolara u proizvodnju vodika i istraživanje i razvoj tehnologija gorivnih ćelija, Indija je objavila Nacionalnu misiju za vodik.

Prijedlog u proračunu slijedit će nacrt misije tijekom sljedećih nekoliko mjeseci - plan za korištenje vodika kao izvora energije, s posebnim naglaskom na zeleni vodik, koji povezuje rastuće obnovljive kapacitete Indije s gospodarstvom vodika, naznačili su vladini dužnosnici .

I dok predloženi sektori krajnje upotrebe uključuju čelik i kemikalije, glavna industrija koju vodik ima potencijal transformacije je transport — koji doprinosi trećini svih emisija stakleničkih plinova i gdje se vodik smatra izravnom zamjenom fosilnih goriva, posebne prednosti u odnosu na tradicionalna EV.

Nekoliko pilota povezanih s mobilnošću već je u tijeku.

U listopadu je Delhi postao prvi indijski grad koji je upravljao autobusima na komprimirani prirodni plin (H-CNG) s dodacima vodika u šestomjesečnom pilot projektu. Autobusi će raditi na novoj tehnologiji koju je patentirao Indian Oil Corp za proizvodnju H-CNG-a — 18 posto vodika u CNG-u — izravno iz prirodnog plina, bez pribjegavanja konvencionalnom miješanju.

Power major NTPC Ltd upravlja pilot projektom za pokretanje 10 električnih autobusa baziranih na vodikovim gorivnim ćelijama i električnih automobila na gorivne ćelije u Lehu i Delhiju, a razmatra i postavljanje pogona za proizvodnju zelenog vodika u Andhra Pradeshu.

IOC također planira uspostaviti namjensku jedinicu za proizvodnju vodika za vožnju autobusa u svom centru za istraživanje i razvoj u Faridabadu.

Kao prateći regulatorni okvir, Ministarstvo cestovnog prometa i autocesta krajem prošle godine izdalo je obavijest u kojoj predlaže izmjene i dopune Središnjih pravila o motornim vozilima, 1989., kako bi se uključili standardi za ocjenu sigurnosti za vozila s vodikovim gorivnim ćelijama.

Zašto vodik - i njegove vrste

Potencijal vodika kao čistog izvora goriva ima povijest koja se proteže gotovo 150 godina. Godine 1874. pisac znanstvene fantastike Jules Verne iznio je viziju predviđanja u Tajanstvenom otoku - svijeta u kojem će se voda jednog dana koristiti kao gorivo, a vodik i kisik koji ga čine, korišteni pojedinačno ili zajedno, predstavljat će neiscrpan izvor topline i svjetlosti, intenziteta za koji ugljen nije sposoban.

Godine 1937., njemački putnički zračni brod LZ129 Hindenburg koristio je vodikovo gorivo za let preko Atlantika, da bi eksplodirao dok je pristajao u mornaričku zračnu postaju Lakehurst u New Jerseyju, ubivši 36 ljudi. U kasnim 1960-ima, vodikove gorivne ćelije pomogle su u pogonu NASA-ine misije Apollo na Mjesec.

Nakon šokova cijena nafte 1970-ih, ozbiljno se počelo razmatrati mogućnost zamjene vodika fosilnim gorivima. Tri proizvođača automobila - japanska Honda i Toyota, te južnokorejski Hyundai - od tada su odlučno krenula u smjeru komercijalizacije tehnologije, iako u ograničenom opsegu.

Najčešći element u prirodi ne nalazi se slobodno. Vodik postoji samo u kombinaciji s drugim elementima i mora se ekstrahirati iz prirodnih spojeva poput vode (koja je kombinacija dva atoma vodika i jednog atoma kisika). Iako je vodik čista molekula, proces njegove ekstrakcije je energetski intenzivan.

Izvori i procesi pomoću kojih se vodik dobiva, kategorizirani su karticama boja. Vodik proizveden iz fosilnih goriva naziva se sivi vodik; ovo čini najveći dio vodika koji se danas proizvodi. Vodik proizveden iz fosilnih goriva s opcijama hvatanja i skladištenja ugljika naziva se plavi vodik; vodik koji se u potpunosti proizvodi iz obnovljivih izvora energije naziva se zeleni vodik. U posljednjem procesu, električna energija proizvedena iz obnovljivih izvora energije koristi se za cijepanje vode na vodik i kisik.

Slučaj za zeleni vodik

Zeleni vodik ima posebne prednosti. Prvo, to je čista goruća molekula, koja može dekarbonizirati niz sektora uključujući željezo i čelik, kemikalije i transport. Drugo, obnovljiva energija koju mreža ne može pohraniti ili koristiti može se usmjeriti u proizvodnju vodika.

To je ono čemu teži vladina misija vodikove energije, koja će biti pokrenuta 2021-22. Indijska električna mreža pretežno se temelji na ugljenu i tako će i dalje biti, čime se negiraju kolateralne koristi od velikog pritiska na električni pogon – budući da će ugljen morati biti spaljen da bi se proizvela električna energija koja će pokretati ova vozila. U nekoliko zemalja koje su se zalagale za EV, velik dio električne energije proizvodi se iz obnovljivih izvora - u Norveškoj, na primjer, 99 posto je iz hidroelektrane. Stručnjaci vjeruju da vozila na vodik mogu biti posebno učinkovita u transportu na duge relacije i drugim sektorima koje je teško elektrificirati kao što su brodarstvo i zračna putovanja na duge udaljenosti. Korištenje teških baterija u ovim aplikacijama bilo bi kontraproduktivno, posebno za zemlje kao što je Indija, gdje je električna mreža pretežno na ugljen.

Kako rade vodikove gorive ćelije

Južna Koreja i Japan posebno su usredotočeni na premještanje svojih automobilskih tržišta na vodik i potencijal gorivih ćelija. Što je gorivna ćelija?

Vodik je nositelj energije, a ne izvor energije. Vodikovo gorivo mora se pretvoriti u električnu energiju pomoću uređaja koji se naziva stack gorivnih ćelija prije nego što se može koristiti za pogon automobila ili kamiona. Goriva ćelija pretvara kemijsku energiju u električnu pomoću oksidacijskih sredstava oksidacijsko-redukcijskom reakcijom. Vozila na gorivim ćelijama najčešće kombiniraju vodik i kisik za proizvodnju električne energije za pogon elektromotora na brodu. Budući da vozila na gorive ćelije koriste električnu energiju za vožnju, smatraju se električnim vozilima.

Unutar svake pojedinačne gorivne ćelije vodik se crpi iz ugrađenog spremnika pod tlakom i reagira s katalizatorom, obično izrađenim od platine. Dok vodik prolazi kroz katalizator, oduzima mu se elektroni, koji su prisiljeni kretati se duž vanjskog kruga, stvarajući električnu struju. Ovu struju koristi električni motor za pogon vozila, a jedini nusproizvod je vodena para.

Automobili na vodikove gorive ćelije imaju gotovo nulti ugljični otisak. Vodik je otprilike dva do tri puta učinkovitiji od izgaranja benzina, jer je električna kemijska reakcija mnogo učinkovitija od izgaranja.

PRIDRUŽITE SE SADA:Telegramski kanal Express objasnio

FCEV i druga električna vozila

Električna vozila (EV) obično su podijeljena u četiri široke kategorije:

* Konvencionalna hibridna električna vozila ili HEV-ovi kao što je Toyota Camry kombiniraju konvencionalni sustav motora s unutarnjim izgaranjem s električnim pogonskim sustavom, što rezultira hibridnim pogonom vozila koji značajno smanjuje potrošnju goriva. Ugrađena baterija u konvencionalnom hibridu puni se kada IC motor pokreće pogon.

* Plug-in hibridna vozila ili PHEV-ovi kao što je Chevrolet Volt također imaju hibridni pogon koji koristi IC motor i električnu energiju za pogonsku snagu, uz pomoć punjivih baterija koje se mogu priključiti na izvor napajanja.

* Električna vozila na baterije ili BEV kao što su Nissan Leaf ili Tesla Model S nemaju IC motor ili spremnik za gorivo i rade na potpuno električnom pogonu koji se napaja punjivim baterijama.

* Električna vozila s gorivnim ćelijama ili FCEV-ovi kao što su Toyotin Mirai, Hondin Clarity i Hyundaijev Nexo koriste vodikov plin za pogon elektromotora u vozilu. FCEV-ovi kombiniraju vodik i kisik za proizvodnju električne energije koja pokreće motor. Budući da se u potpunosti napajaju električnom energijom, FCEV-ovi se smatraju električnim vozilima, ali za razliku od BEV-a, njihov domet i procesi punjenja goriva su usporedivi s konvencionalnim automobilima i kamionima.

Glavna razlika između BEV-a i vodikovog FCEV-a je u tome što potonji omogućuje vrijeme punjenja goriva od samo pet minuta, u usporedbi s 30-45 minuta punjenja za BEV. Također, potrošači dobivaju oko pet puta bolju pohranu energije po jedinici volumena i težine, što oslobađa puno prostora za druge stvari, a vozaču omogućuje da ide dalje.

Problem kritične mase

Unatoč obećanjima, vodikova tehnologija tek treba biti proširena. Izvršni direktor Tesle Elon Musk nazvao je tehnologiju gorivnih ćelija zapanjujuće glupom.

Krajem 2020. godine na cestama je bilo manje od 25.000 vozila na vodikove gorive ćelije; za usporedbu, broj električnih automobila bio je 8 milijuna.

Velika prepreka usvajanju vozila na vodikove gorivne ćelije bio je nedostatak infrastrukture postaja za gorivo - automobili na gorive ćelije toče gorivo na sličan način kao i konvencionalni automobili, ali ne mogu koristiti istu stanicu. Danas u svijetu postoji manje od 500 operativnih vodikovih stanica, uglavnom u Europi, a slijede Japan i Južna Koreja. Ima ih u Sjevernoj Americi.

Sigurnost se smatra brigom. Vodik je pod tlakom i pohranjen u kriogenom spremniku, odatle se dovodi u ćeliju nižeg tlaka i prolazi kroz elektro-kemijsku reakciju kako bi se proizvela električna energija. Hyundai i Toyota kažu da je sigurnost i pouzdanost spremnika za vodikovo gorivo slična onoj kod standardnih CNG motora.

Povećanje tehnologije i postizanje kritične mase ostaje veliki izazov. Više vozila na cesti i više prateće infrastrukture mogu smanjiti troškove. Predložena misija Indije smatra se korakom u tom smjeru.

Podijelite Sa Svojim Prijateljima: