Europa je čvrsto odlučila postati bezugljična do polovice ovog stoljeća. Emisije stakleničkih plinova, prije svega ugljičnog dioksida (CO2) koje stvara promet su znatne, premda nisu dominante, no čini se da je pritisak politike i javnosti na auto-industriju najveći. Percepcija da su automobili glavni zagađivači ubrzava tranziciju industrije u smjeru električnih vozila. No, jesu li električni automobili na baterije jedino rješenje?
Jer, baterije dovoljnog kapaciteta su teške, dugo se pune, osjetljive su na vanjske temperature, a i mreža punionica u Europi još je neravnomjerno razvijena. No, postoji alternativa za vožnju bez štetnih emisija, a zove se – vodik.
Ovaj plin u prirodi se ne nalazi u elementarnom obliku (H2), no ima ga praktično beskonačno, jer svaka molekula vode (H2O) sadrži dva atoma vodika. Najjednostavniji način dobivanja čistog vodika upravo je iz vode; stavimo li u posudu s vodom dvije elektrode, na negativnoj (anodi) će se stvarati molekule vodika, a na pozitivnoj (katodi) kisika. Taj se proces naziva elektroliza vode.
Automobilski giganti Toyota i General Motors već su krajem prošlog stoljeća pokazali sasvim upotrebljive prototipove automobila koji su za pogon koristili vodikove ćelije goriva, u kojima se zapravo odigrava proces suprotan elektrolizi.
Naime, u ćelijama se vodik iz spremnika spaja s kisikom iz zraka u neškodljivu vodenu paru i pri tome se uz nešto topline stvara elektricitet, odnosno električna struja, koja pokreće elektromotor. Naravno, potrebna je i mala baterija za pokrivanje vršnih opterećenja, jer proizvodnja električne energije iz ćelija ne može pratiti oscilacije opterećenja pogona pri normalnoj uporabi.
Ova je tehnologija djelovala toliko obećavajuće da se očekivalo kako će do danas gotovo istisnuti motore s unutarnjim izgaranjem na fosilna goriva. No, rezerve nafte nisu se iscrpile, a cijene derivata su i dalje prihvatljive većini potrošača, pa je i motivacija za prelazak na alternativno gorivo slaba.
U GM-u su već pred 20-ak godina bili svjesni da će prijelomni trenutak biti kada cijena ekvivalentne količine vodika i benzina/dizela za prijeći neku udaljenost bude približno jednaka – no to se (još) nije dogodilo. Također, tada je financijsku i logističku ‘snagu’ za takvu tranziciju imala jedino naftna industrija, premda se i tu stvari mijenjaju s fokusom na ‘zelene’ izvore energije.
Trenutno na tržištu postoji tek nekoliko modela koji koriste ovu pogonsku tehniku, poput Toyote Mirai ili Hyundaija Nexo. Sa svojom visokom gustoćom energije po masi - otprilike tri puta većom od benzina ili dizelskog goriva - i vrlo visokom energetskom učinkovitošću fuel cell pogona, vodik već u razmjerno malim količinama može pružiti zadovoljavajući doseg, a i punjenje traje uobičajenih nekoliko minuta. Mirai treba nekih 0,8-0,9 kg za 100 km vožnje, pa sa 5,6 kg vodika u spremniku prelazi do 650 km. Zamislite samo kolika bi baterija bila potrebna za usporedivi doseg i koliko bi trajalo punjenje!
Ipak, broj punionica za vodik još je vrlo skroman. Prva je otvorena pred 20-ak godina, a do danas ih je po svijetu tek nešto više od 800. Bude li se potražnja povećavala, povećat će se i broj postaja na kojima će se moći puniti vodik, no za tako nešto potrebne su političke odluke na najvišoj razini.
Naravno, sve ovo ima smisla samo uz čisti, tzv. ‘zeleni’ vodik, dobiven elektrolizom vode uz električnu energiju iz hidro ili vjetroelektrana, fotonaponskih ćelija ili nekog drugog izvora koji ne emitira štetne emisije. No, potrošnja električne energije pritom je vrlo visoka, ne samo za elektrolizu, već i za tlačenje ili hlađenje vodika kako bi se dovoljnu količinu svelo u praktično upotrebljiv volumen.
No, i tu postoje alternative, jer se vodik može i kemijski vezati, pa bi ovaj izvor energije svakako trebao imati svoje mjesto u bezugljičnoj budućnosti.
Problem pohranjivanja Rješenje je u magnezij hidridu
Da biste imali dovoljnu količinu za pristojni doseg, vodik morate ili stlačiti na visoki tlak (do 700 bara) ili ga ohladiti na ekstremno niske temperature (niže od -250°C). Oba slučaja zahtijevaju posebne spremnike i povlače brojne komplikacije. No, vodik može biti i kemijski vezan, npr. u magnezij hidridu (MgH2).
Jednostavno se proizvodi, njime se lako rukuje (može biti u obliku paste), a kada mu dodate čistu vodu, iz njega se oslobađa vodik (H2), uz ostatak magnezijevog hidroksida (Mg(OH)2). Iako je u magnezij hidridu maseni udio vodika razmjerno nizak, tek 7,66 posto, s obzirom na njegovu veliku gustoću energije i visok stupanj iskoristivosti, ovo je itekako vrijedno razmatranja.
Kratke činjenice
Elektrana na vodik u automobilu: u ćelijama goriva, vodik iz spremnika spaja se s kisikom iz zraka i pritom proizvodi električnu energiju, a u atmosferu se ispušta vodena para
Uz fuel cell tehnologiju dobivamo u suštini električni automobil s prihvatljivim dosegom i brzim punjenjem, što baterije (još) ne mogu pružiti
Cijena vodika nije niska; u Njemačkoj se trenutno kilogram prodaje za 12-ak eura, a prema projekcijama mogla bi se spustiti sve do 3 eura za kilogram - ali ne prije 2030.
Spremnici za vodik, bili oni visokotlačni (700 bara) ili krio-spremnici (-253°C) neizbježno zauzimaju dosta mjesta u vozilu