Goana după hidrogen. Cât de aproape este viitorul în care mașinile electrice vor fi istorie
Prima a fost benzina. A dominat lumea auto de la apariție, până aproape acum. Apoi a venit dieselul. Începând cu anii '90, guvernele din UE au investit masiv în stimulente pentru propulsoarele pe motorină. Motivul era că au emisii mai mici de noxe în comparație cu cele pe benzină. Asta până la cutremurul Dieselgate.
În fața schimbărilor climatice tot mai accentuate, lumea, cu câteva excepții, a luat decizia să reducă radical efectul de seră și noxele. Sute de miliarde de euro au fost redirecționate către automobilul electric. Goana e în toi, dar apar și marile semne de întrebare: Oare la nivel global poluează mai puțin?
Reciclarea viitoarelor zeci de milioane de acumulatori e prietenoasă cu mediul? Se pare că nu. Așa s-a ajuns la ceea ce pare a fi ultima redută previzibilă în momentul actual. Hidrogenul. Modul de a produce energie în urmă căreia să rezulte doar apă. Apa din care a fost creat hidrogenul cu ajutorul energiei solare.
Soarele care trăiește doar cu hidrogen. Un fel de perpetuum mobile.
Hidrogenul nu este un combustibil nou folosit pentru transport. Utilizarea lui a fost, însă, mai mult experimentală de-a lungul istoriei. Prima dată acest gaz a umplut un balon. S-a întâmplat acum mai bine de 230 de ani, când profesorul Charles - cel care a descoperit legea gazelor ce îi poartă numele și pe care am învățat-o în liceu, la orele de fizică - a umplut un dirijabil și a reușit să plutească în aer timp de 45 de minute.
Hidrogenul a fost folosit doar pentru că era un gaz mai ușor decât aerul. Abia în secolul XX, avea să fi utilizat pentru imensa lui putere energetică. Pentru a ne face o idee de forța acestui atom, trebuie doar să ne gândim că atunci când nu va mai exista hidrogen în Soare, steaua noastră va muri și noi odată cu ea.
Hidrogenul a fost folosit pentru propulsie în 1937 când germanii au construit un avion cu reacție, HeS1. Apoi, atunci când a fost nevoie să ridice masivele rachete în spațiul cosmic.
Rezervoarele acelea imense pe care le vedeam dezintegrându-se în atmosferă odată ce vehiculul spațial a învins gravitația și a părăsit Pământul conțin hidrogen lichid.
În combinație cu oxigenul, rezultă o temperatură de ardere de 3300 °C și o viteză de evacuare a gazelor de 15.800 de km/h. Au existat încercări de a folosi hidrogenul în motoarele cu ardere internă, însă nu este rentabil în primul rând pentru că butelia cu hidrogen este voluminoasă în raport cu energia pe care o poate elibera în procesul de ardere.
O butelie de 60 de litri poate înmagazina în condiții de presiune normală doar 5 grame de hidrogen. Pentru a avea echivalentul energetic a 20 de litri de benzină e nevoie de 5 kilograme de hidrogen.
Așadar, care e soluția? Pentru că nu putea monta pe un automobil un rezervor de 60 de mii de litri, putem folosi însă unul de 60 de litri care să reziste la 1.000 de atmosfere, ajungând astfel la hidrogenul lichid. Doar că pentru a lichefia trebuie să atingem temperatura de -253 de grade celsius. Cifrele par să facă inutilă orice încercare de a te depalsa pe baza acestui gaz. Și totuși, există astfel de mașini, iar viitorul mai mult ca sigur că va fi al lor.
Cum funcționează tehnologia
Dacă este așa de complicat, implicit și scump în acest moment, se ridică întrebarea: De ce așa mult chin? Pentru că automobilul electric nu poate fi decât o etapă din depoluarea masivă și rapidă a Terrei în încercarea de a ne salva. Omenirea se află într-un moment critic, iar creșterea temperaturii medii cu câteva grade ne-ar aduce în momentul în care situația va fi ireversibilă, adică orice am face nu mai putem stopa evoluția naturii.
Automobilul electric doar scoate poluarea din marile metropole și o transferă în anumite puncte în care se produce energia. Aceasta poate fi obținută din materiale fosile, hidrocarburi, hidrocentrale sau centrale atomice.
Mult prea rar, din câmpuri eoliene sau solare. Per total, poluarea prin folosirea automobilelor electrice nu s-ar reduce atât cât ne-ar trebui. Apare apoi marea problemă a acumulatorilor. Producerea lor implică exploatări miniere poluante, la fel ca și procesul de fabricație, reciclarea sau eliminarea lor.
Soluția ar fi folosirea motoarelor electrice, dar alimentate de la o altă sursă de energie locală. Cum ar fi cea obținută din combinația hidrogenului cu oxigenul din aer. Ar rezulta energie care să învârtă axul motorului sincron și apă. Avantajele unui astfel de proces nu ar fi doar o poluare zero, ci și o autonomie mult mai mare decât a actualelor modele electrice. 1000 de kilometri este o bornă destul de ușor de atins de automobilele pe bază de hidrogen.
La fel cum performanțele unor astfel de automobile pot fi amețitoare. În 2016, o companie americană prezenta un prototip de camion intitulat Nikola One care era capabil să atingă 1.000 de cai putere, un cuplu de 2.711 Nm și o autonomie incredibilă de 2.000 de km.
Compania și-a mai revizuit visele și acum oferă spre vânzare, în SUA, un camion alimentat pe hidrogen, ce urmează să intre în producție, care oferă o autonomie de 1.600 de km și o putere de 645 de de cai în condițiile unei realimentări în mai puțin de 20 de minute. Performanțe care nu pot fi atinse acum de niciun echivalent pe acumulatori.
Un alt start-up american, Hyperion, susține că hypecarul lor intitlulat XP-1 este capabil să atingă o autonomie de 1.600 de km cu trei motoare electrice propulsate de hidrogen care pot dezvolta 1.000 de cai putere. Suta de km/h ar fi atinsă în 2,2 secunde, viteza maximă ar fi de 354 de km/h. Reîncărcarea, în mai puțin de cinci minute.
Cât costă un automobil pe hidrogen
Cum de n-am trecut încă la hidrogen, dacă toate lucrurile par așa frumoase? În primul rând, pentru că un automobil pe hidrogen este o întreagă uzină. Și nu una ieftină. Sunt doar câțiva producători care s-au aventurat în a produce mașini de serie pe hidrogen, iar clientela este mai degrabă excentrică, decât avidă de energie verde.
Numărul mărcilor care produc mașini pe hidrogen pot fi numărate pe degetele de la o mână, iar înainte de pandemie, pe la sfârșitul anului 2019 fuseseră vândute la nivel mondial undeva pe la 7.500 de unități, din cele aproximativ 350 de milioane de automobile pe combustie internă care au fost comercializate numai în ultimii cinci ani.
În acest moment, pe piață există trei modele cu hidrogen: Toyota Mirai, Hyundai Nexo și Honda Clarity. Mirai, viitor în limba japoneză, este cel mai răspândit din cele trei, chiar dacă a apărut după Clarity-ul rivalilor de la Honda. Mirai este un vehicul care asigură o autonomie de 500 – 700km pe baza unei pile de combustie cu polimer care este capabilă să livreze 128 de kWh.
Ca să vă faceți o idee, unii dintre cei mai răspândiți și mai puternici acumulatori folosiți pe mașinile electrice la ora actuală - cum ar fi Niro, Kona, ID4 - sunt de circa 72 kWh.
Bateria folosită drept buffer cântărește circa 45 de kg, de zece ori mai puțin decât una de la o electrică clasică. Motorul sincron, care face transferul cuplului de 221 de Nm pe puntea spate, are 182 de cai putere, dar poate atinge suta de km/h în doar 9 secunde. Alimentarea se face dintr-un rezervor în care încap doar 5,6 kg de hidrogen, însă acesta este în stare lichidă și este comprimat la o presiune enormă de 700 de ori mai mare decât cea atmosferică.
De aici și necesitatea siguranței sporite care trebuie asigurată tancului în care se ține lichidul extrem de inflamabil. Temperatura la arderea hidrogenului este atât de mare încât fierul depășește punctul de fierbere și începe să se vaporizeze. Avantajul este că o alimentare a tancului de hidrogen se face în doar cinci minute, comparabilă cu un plin obișnuit pe benzină.
Așadar, hidrogenul este capabil să asigure o autonomie mult mai mare ca a unui automobil electric. Recent, Mirai a reușit să atingă un record de 1003 kilometri cu un singur plin fiind condus de patru șoferi pe drumurile publice din sudul Parisului. Precedentul record era deținut de Hyundai Nexo care la jumătatea lunii mai parcursese 887 kilometri cu un singur plin. Nexo are un motor de 163 de cai putere, care-i asigură un sprint până la sută în 9,2 secunde.
Viteza este limitată la 179 de km/h. Spre deosebire de Mirari, Nexo este un SUV. Prețul lui este de 60.000 de dolari, comparabil cu cel al rivalului de la Toyota. BMW a început deja testarea prototipului i Hydrogen NEXT, un model bazat pe actualul X5, care își propune să ofere o putere de 374 CP în baza unei pile de combustie care generează o putere electrică de până la 125 kWh.
Alianța Stellantis a anunțat că va folosi hidrogenul în cadrul unor modele hibride. Mărcile Peugeot, Citroen și Opel din trust ar urma să dezvolte vehicule comerciale, chiar de la sfârșitul acestui an, care să aibă o autonomie de 400 de kilometri și un timp de încărcare de 3 minute.
Trenuri și autobuze
Propulsia cu hidrogen este ceva mai avansată atunci când avem de-a face cu mijloacele de transport mai mari. Pe străzile din lume circulă deja 160 de autobuze care funcționează pe bază de hidrogen, iar primarul Emil Boc și-ar dori așa ceva și în Cluj.
Prețul unui astfel de autobuz ajunge la 1,5 milioane de euro, este capabil de o autonomie ce atinge 300 de km și poate fi alimentat în trei minute.
Hidrogenul are ceva mai mult spațiu la dispoziție fiind depozitat în tuburi plasate pe plafon, așa că presiunea folosită este la jumătate față de cea folosită la autoturisme, circa 350 de atmosfere. Trenurile sunt alte ținte pentru locomoția pe hidrogen și ar putea fi folosite chiar și în România, în curând, dacă ținem cont de afirmațiile ministrului Transporturilor Cătălin Drulă care ar vrea să fim pionieri în domeniu altături de Olanda, Italia, Austria și Germania.
Unde va produce România hidrogen
Dincolo de provocarea tehnică pe care o presupune construirea unui astfel de automobil va exista o lipsă acută a stațiilor de încărcare. În România, la această oră, nu există niciuna, dar avem perspective pentru că prin Planul Național de Reziliență, o părticică din acele miliarde de euro va fi folosită la construirea unor fabrici de hidrogen care ar urma să alimenteze nu doar eventualele automobile - care nu se află momentan în oferta pentru clienții români - dar și trenurile pe hidrogen pe care Ministerul Transportului intenționează să le achiziționeze sau magistralele de gaz metan noi.
Ministrul Energiei, Virgil Popescu, declara la Digi24 că, cel mai probabil, prima uzină de hidrogen ar urma să fie construită în zona Cernavodă unde există suficientă apă din Dunăre și energie electrică de la centrala atomică.
UE estimează că Europa va avea nevoie de trei milioane de puncte publice de reîncărcare electrică şi 1.000 de staţii de alimentare cu hidrogen pentru a atinge până în 2030 ținta de 30 de milioane de vehicule cu zero emisii. Japonezii, pionieri în domeniul hidrogenului și cei mai mari susținători ai acestui combustibil, au demarat încă din 2018 astfel de proiecte.
Toshiba a finalizat recent construcția unei centrale electrice de hidrogen de 10MW alimentată din 20MW panouri fotovoltaice în prefectura Fukushima, în zona în care a avut loc catastrofa nucleară din 11 martie 2011 . „Hidrogenul produs la FH2R va fi folosit pentru alimentarea sistemelor staționare de combustie cu hidrogen, pentru a asigura dispozitivele mobile, mașinile și autobuzele pe bază de celule cu combustibil”, declarau oficialii Toshiba.
Centrala este capabilă să producă 1.200 de metri cubi de hidrogen pe oră. Hidrogenul reprezintă în acest moment ceea ce, la apogeul motoarelor diesel, însemna automobilul electric, chiar dacă acum o asemenea investiție poate părea de-a dreptul extravagantă, mai ales într-o țară în care mare parte din populație arde lemne în sobe pentru a se încălzi, cum făcea și cu mii de ani în urmă.
Descarcă aplicația Digi24 și află cele mai importante știri ale zilei
Urmărește știrile Digi24.ro și pe Google News