Prowadzenie samochodów na wodorze: spojrzenie na indyjską Narodową Misję Wodoru

Indie ogłosiły Narodową Misję Wodorową, która sporządzi mapę drogową dotyczącą wykorzystania wodoru jako źródła energii. Inicjatywa ma potencjał transformacji transportu.

Odnowiony samochód Toyoty Mirai na wodorowe ogniwa paliwowe, pokazujący inżynierię pod maską, wystawiony na premierze w Tokio w grudniu 2020 r. (Zdjęcie: Reuters)

Indie, tradycyjnie powoli rozwijające się w pionierskich technologiach pojazdów elektrycznych (EV), w nietypowy sposób wcześnie przystąpiły do ​​wyścigu o wykorzystanie potencjału energetycznego pierwiastka najobfitszego we wszechświecie, wodoru. Niecałe cztery miesiące po tym, jak Departament Energii Stanów Zjednoczonych ogłosił zainwestowanie do 100 milionów dolarów w badania i rozwój produkcji wodoru oraz technologii ogniw paliwowych, Indie ogłosiły Narodową Misję Wodoru.

Wniosek w budżecie zostanie uzupełniony projektem misji w ciągu najbliższych kilku miesięcy – mapa drogowa dotycząca wykorzystania wodoru jako źródła energii, ze szczególnym naciskiem na zielony wodór, łącząc rosnącą moc odnawialną Indii z gospodarką wodorową, wskazali urzędnicy rządowi .

I chociaż proponowane sektory końcowego zastosowania obejmują stal i chemikalia, głównym przemysłem, w którym wodór może się przekształcić, jest transport – który odpowiada za jedną trzecią wszystkich emisji gazów cieplarnianych i w którym wodór jest postrzegany jako bezpośredni zamiennik paliw kopalnych, z szczególne zalety w porównaniu z tradycyjnymi pojazdami elektrycznymi.

Kilku pilotów związanych z mobilnością już pracuje.

W październiku Delhi stało się pierwszym indyjskim miastem, które w ramach sześciomiesięcznego projektu pilotażowego obsługuje autobusy napędzane sprężonym gazem ziemnym (H-CNG) z dodatkiem wodoru. Autobusy będą działać w oparciu o nową technologię opatentowaną przez Indian Oil Corp do produkcji H-CNG — 18 procent wodoru w CNG — bezpośrednio z gazu ziemnego, bez uciekania się do konwencjonalnego mieszania.

Power major NTPC Ltd prowadzi pilotażowe uruchomienie 10 autobusów elektrycznych opartych na wodorowych ogniwach paliwowych i samochodów elektrycznych na ogniwa paliwowe w Leh i Delhi i rozważa utworzenie ekologicznego zakładu produkcji wodoru w Andhra Pradesh.

IOC planuje również utworzenie dedykowanej jednostki do produkcji wodoru do obsługi autobusów w swoim centrum badawczo-rozwojowym w Faridabad.

Jako wspierające ramy regulacyjne, Ministerstwo Transportu Drogowego i Autostrad pod koniec zeszłego roku wydało notyfikację proponującą zmiany w Centralnych Zasadach Pojazdów Motorowych z 1989 r., aby uwzględnić normy oceny bezpieczeństwa dla pojazdów opartych na wodorowych ogniwach paliwowych.

Dlaczego wodór — i jego rodzaje?

Potencjał wodoru jako czystego źródła paliwa ma historię sięgającą prawie 150 lat. W 1874 roku pisarz science fiction Jules Verne przedstawił proroczą wizję w The Mysterious Island – świata, w którym pewnego dnia woda będzie wykorzystywana jako paliwo, a wodór i tlen, które ją tworzą, używane pojedynczo lub razem, będą stanowić niewyczerpane źródło ciepło i światło o intensywności, której węgiel nie jest w stanie.

W 1937 roku niemiecki sterowiec pasażerski LZ129 Hindenburg użył paliwa wodorowego do przelotu przez Atlantyk, ale eksplodował podczas dokowania w Naval Air Station Lakehurst w New Jersey, zabijając 36 osób. Pod koniec lat 60. wodorowe ogniwa paliwowe pomogły w zasilaniu misji Apollo NASA na Księżyc.

Po szokach cen ropy w latach 70. poważnie zaczęto rozważać możliwość zastąpienia paliw kopalnych wodorem. Trzech producentów samochodów — japońska Honda i Toyota oraz południowokoreański Hyundai — posunęło się zdecydowanie w kierunku komercjalizacji tej technologii, choć na ograniczoną skalę.

Najczęstszy pierwiastek w przyrodzie nie znajduje się swobodnie. Wodór istnieje tylko w połączeniu z innymi pierwiastkami i musi być ekstrahowany z naturalnie występujących związków, takich jak woda (która jest kombinacją dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu). Chociaż wodór jest czystą cząsteczką, proces jego ekstrakcji jest energochłonny.

Źródła i procesy, za pomocą których uzyskuje się wodór, są podzielone na kolorowe zakładki. Wodór wytwarzany z paliw kopalnych nazywany jest wodorem szarym; stanowi to większość produkowanego obecnie wodoru. Wodór wytwarzany z paliw kopalnych z możliwością wychwytywania i składowania dwutlenku węgla nazywany jest niebieskim wodorem; wodór wytwarzany w całości z odnawialnych źródeł energii nazywany jest zielonym wodorem. W ostatnim procesie energia elektryczna wytwarzana z energii odnawialnej jest wykorzystywana do rozbijania wody na wodór i tlen.

Sprawa zielonego wodoru

Zielony wodór ma szczególne zalety. Po pierwsze, jest to czysto paląca się cząsteczka, która może dekarbonizować szereg sektorów, w tym żelazo i stal, chemikalia i transport. Po drugie, energia odnawialna, której nie można przechowywać ani wykorzystywać w sieci, może zostać wykorzystana do produkcji wodoru.

To właśnie ma na celu rządowa Misja Energii Wodorowej, która ma zostać uruchomiona w latach 2021-22. Indyjska sieć energetyczna opiera się głównie na węglu i tak będzie nadal, negując w ten sposób dodatkowe korzyści wynikające z wprowadzenia pojazdów elektrycznych na dużą skalę – ponieważ węgiel będzie musiał zostać spalony, aby wytworzyć energię elektryczną, która będzie zasilać te pojazdy. W kilku krajach, które zdecydowały się na popchnięcie pojazdów elektrycznych, większość energii elektrycznej jest wytwarzana ze źródeł odnawialnych — na przykład w Norwegii 99% pochodzi z energii hydroelektrycznej. Eksperci uważają, że pojazdy wodorowe mogą być szczególnie skuteczne w transporcie długodystansowym i innych trudnych do zelektryfikowania sektorach, takich jak transport morski i długodystansowe podróże lotnicze. Używanie ciężkich akumulatorów w tych zastosowaniach przyniosłoby efekt przeciwny do zamierzonego, zwłaszcza w krajach takich jak Indie, gdzie sieć energetyczna jest głównie opalana węglem.

Jak działają wodorowe ogniwa paliwowe

Zwłaszcza Korea Południowa i Japonia koncentrują się na przeniesieniu swoich rynków motoryzacyjnych na wodór i potencjał ogniw paliwowych. Co to jest ogniwo paliwowe?

Wodór jest nośnikiem energii, a nie źródłem energii. Paliwo wodorowe musi zostać przekształcone w energię elektryczną przez urządzenie zwane stosem ogniw paliwowych, zanim będzie można je wykorzystać do zasilania samochodu lub ciężarówki. Ogniwo paliwowe przekształca energię chemiczną w energię elektryczną za pomocą środków utleniających poprzez reakcję utleniania-redukcji. Pojazdy oparte na ogniwach paliwowych najczęściej łączą wodór i tlen, aby wytwarzać energię elektryczną do zasilania silnika elektrycznego na pokładzie. Ponieważ pojazdy zasilane ogniwami paliwowymi zużywają energię elektryczną, są uważane za pojazdy elektryczne.

Wewnątrz każdego ogniwa paliwowego wodór jest pobierany z pokładowego zbiornika ciśnieniowego i poddawany reakcji z katalizatorem, zwykle wykonanym z platyny. Gdy wodór przechodzi przez katalizator, zostaje pozbawiony swoich elektronów, które są zmuszone do poruszania się po zewnętrznym obwodzie, wytwarzając prąd elektryczny. Prąd ten jest wykorzystywany przez silnik elektryczny do zasilania pojazdu, a jedynym produktem ubocznym jest para wodna.

Samochody na wodorowe ogniwa paliwowe mają niemal zerowy ślad węglowy. Wodór jest około dwa do trzech razy bardziej wydajny niż spalanie benzyny, ponieważ elektryczna reakcja chemiczna jest znacznie wydajniejsza niż spalanie.

DOŁĄCZ TERAZ :Ekspresowy kanał telegramu z wyjaśnieniem

FCEV i inne pojazdy elektryczne

Pojazdy elektryczne (EV) są zazwyczaj podzielone na cztery szerokie kategorie:

* Konwencjonalne hybrydowe pojazdy elektryczne lub HEV, takie jak Toyota Camry, łączą konwencjonalny układ silnika spalinowego z elektrycznym układem napędowym, co skutkuje hybrydowym układem napędowym pojazdu, który znacznie obniża zużycie paliwa. Akumulator pokładowy w konwencjonalnej hybrydzie jest ładowany, gdy silnik spalinowy napędza układ napędowy.

* Pojazdy hybrydowe typu plug-in lub PHEV, takie jak Chevrolet Volt, również mają hybrydowy układ napędowy, który wykorzystuje silnik spalinowy i energię elektryczną do napędzania, wspieraną przez akumulatory, które można podłączyć do źródła zasilania.

* Pojazdy elektryczne zasilane bateryjnie lub pojazdy typu BEV, takie jak Nissan Leaf lub Tesla Model S, nie mają silnika spalinowego ani zbiornika paliwa i są napędzane w pełni elektrycznym układem napędowym zasilanym z akumulatorów.

* Pojazdy elektryczne zasilane ogniwami paliwowymi lub FCEV, takie jak Toyota Mirai, Honda Clarity i Hyundai Nexo, wykorzystują wodór do zasilania pokładowego silnika elektrycznego. FCEV łączą wodór i tlen, aby wytwarzać energię elektryczną, która napędza silnik. Ponieważ są one zasilane wyłącznie energią elektryczną, FCEV są uważane za pojazdy elektryczne, ale w przeciwieństwie do BEV, ich zasięg i procesy tankowania są porównywalne z konwencjonalnymi samochodami i ciężarówkami.

Główna różnica między BEV a wodorowym FCEV polega na tym, że ten ostatni umożliwia tankowanie w ciągu zaledwie pięciu minut, w porównaniu z 30-45 minutami ładowania w przypadku BEV. Ponadto konsumenci uzyskują około pięć razy lepsze magazynowanie energii na jednostkę objętości i wagi, co zwalnia dużo miejsca na inne rzeczy, a jednocześnie pozwala kierowcy jechać dalej.

Problem masy krytycznej

Pomimo obietnicy, technologia wodorowa nie została jeszcze rozwinięta. Dyrektor generalny Tesli, Elon Musk, nazwał technologię ogniw paliwowych niesamowicie głupią.

Na całym świecie pod koniec 2020 r. na drogach jeździło mniej niż 25 000 pojazdów napędzanych wodorowymi ogniwami paliwowymi; dla porównania liczba samochodów elektrycznych wyniosła 8 mln.

Dużą barierą w przyjęciu pojazdów na wodorowe ogniwa paliwowe był brak infrastruktury stacji paliw – samochody na ogniwa paliwowe tankują się w podobny sposób jak samochody konwencjonalne, ale nie mogą korzystać z tej samej stacji. Obecnie na świecie działa mniej niż 500 stacji wodorowych, głównie w Europie, a następnie w Japonii i Korei Południowej. Jest ich kilka w Ameryce Północnej.

Bezpieczeństwo jest postrzegane jako problem. Wodór jest pod ciśnieniem i przechowywany w zbiorniku kriogenicznym, a stamtąd jest podawany do ogniwa o niższym ciśnieniu i poddawany reakcji elektrochemicznej w celu wytworzenia energii elektrycznej. Hyundai i Toyota twierdzą, że bezpieczeństwo i niezawodność zbiorników na paliwo wodorowe są podobne do standardowych silników CNG.

Skalowanie technologii i osiągnięcie masy krytycznej pozostaje dużym wyzwaniem. Więcej pojazdów na drogach i więcej infrastruktury pomocniczej może obniżyć koszty. Proponowana misja Indii jest postrzegana jako krok w tym kierunku.

Podziel Się Z Przyjaciółmi: