Trka za budućnost: baterije ili vodikove gorive ćelije?

Kako se sve više napora ulaže u projektiranje sistema održivog transporta (aspekt globalne održivosti koja podrazumijeva da zadovoljavanje egzistencijalnih potreba sadašnjosti ne ugrožava mogućnost budućih generacija da zadovolje svoje potrebe), debata o budućnosti industrije prijevoza širi se na svim frontovima. Potreba za skorašnjom zamjenom fosilnih goriva održivim izvorima energije evidentna je već duže vrijeme, a kao glavni kandidati za alternativni pogon izdvojila su se električna vozila na baterije (EV) i vozila s vodikovim gorivim ćelijama (FCV). Kojoj se od te dvije tehnologije smiješi ljepša budućnost?

Obje tehnologije, kako baterije tako i vodikove gorive ćelije, imaju isti cilj – smanjenje emisija ugljika i zavisnosti od neobnovljivih izvora energije. S druge strane, njihovi pristupi realizaciji te ideje se suštinski razlikuju. Dok električna vozila trenutno dominiraju tržištem „ekoloških vozila“, tehnologija vodikovih gorivih ćelija, na kojoj se također radi već decenijama, hvata veliki zalet i kandidira se kao potencijalno rješenje koje industriju može povesti u sasvim drugom smjeru.

Kako funkcioniraju EV i FCV?

Za dobro razumijevanje prednosti i mana neke tehnologije, nužno je poznavati osnovne mehanizme njihovog funkcioniranja.

Vozila s vodikovim gorivim ćelijama (FCV) koriste hemijski proces za pretvaranje plina vodika u električnu energiju. U srcu sistema je snop gorivih ćelija u kojem se svaka ćelija sastoji od anode, katode i elektrolitske membrane. Vodik se dovodi do anode, gdje se razlaže na protone i elektrone. Protoni prolaze kroz membranu elektrolita, dok se elektroni probijaju kroz vanjsko kolo, stvarajući električnu struju. Na katodi, protoni i elektroni se rekombiniraju s kisikom iz zraka i proizvode vodenu paru i toplotu kao nusproizvode. Struja proizvedena na taj način pokreće električni motor automobila, emitirajući samo vodu na ispušnoj cijevi.

Električna vozila na baterije (EV) oslanjaju se na glomazne litij-ionske baterije za skladištenje električne energije. Te baterije se pune uključivanjem vozila u električnu mrežu. Pohranjena energija koristi se za napajanje elektromotora, a jedine emisije potiču iz izvora proizvodnje električne energije.

Prednosti vodikovih gorivih ćelija

Vodik kao izvor goriva ima nekoliko prednosti koje pozicioniraju FCV kao potpuno održivu alternativu električnim vozilima:

• Brzo punjenje gorivom: Vozila na vodik se mogu napuniti za nekoliko minuta, slično automobilima na tekuća fosilna goriva. U poređenju s električnim vozilima, kod kojih punjenje može trajati od 30 minuta (na brzim punjačima) do nekoliko sati (prilikom kućnog punjenja), ušteda je očigledna.
• Duži domet: vodikove gorive ćelije nude veću autonomiju, odnosno domet s jednim punjenjem. Na primjer, Toyota Mirai može preći i preko 600 kilometara, nadmašujući mnoge aktuelne EV modele na tržištu.
• Gustoća energije: Vodik ima veću gustoću energije u poređenju s litij-ionskim baterijama, što vodikovim gorivim ćelijama omogućava da osiguraju veći domet bez značajnog povećanja težine vozila.
• Skalabilnost za veća vozila: Tehnologija vodikovih gorivih ćelija djeluje naročito obećavajuće za korištenje u teškim vozilima kao što su kamioni, autobusi i vozovi. Ta vozila zahtijevaju veliku količinu energije, što u slučaju EV vozila podrazumijeva korištenje nepraktično velikih i teških baterija.
• Smanjeno opterećenje elektroenergetskih mreža: Za razliku od električnih vozila, koja zahtijevaju značajnu infrastrukturu za punjenje i povećavaju opterećenje električnih mreža, stanice za dopunu vodika rade nezavisno od kapaciteta mreže.
• Korisnost nusproizvoda: Primarni nusproizvod vodikovih gorivih ćelija je voda, koja se potencijalno može ponovo koristiti u industrijskim aplikacijama.

Nedostaci vodikovih gorivih ćelija

Uprkos brojnim evidentnim prednostima, vodikove gorive ćelije povezane su i s velikim preprekama koje stoje na putu široj primjeni te tehnologije:

• Proizvodnja i skladištenje vodika: Proizvodnja vodika je energetski veoma zahtjevan proces. Najčešći se dobija obradom metana, što je proces u kojem se emitira ugljični dioksid. S druge strane, „zeleni vodik“ – onaj proizveden elektrolizom pomoću izvora obnovljive energije – jeste čistiji, ali je preskup i u konačnoj računici neefikasan.
• Infrastruktura: Nedostatak stanica za punjenje vodikom je druga velika prepreka. Do sada, diljem svijeta postoji samo nekoliko stotina vodikovih stanica, u poređenju sa stotinama hiljada stanica za punjenje električnih vozila.
• Cijena: Tehnologija vodikovih gorivih ćelija je veoma skupa, kako u smislu proizvodnje goriva, tako i u proizvodnji vozila. Izgradnja infrastrukture za korištenje vodika također zahtijeva značajna ulaganja na koje kompanije listom nisu spremne.

Važno je istaći i to da je proces proizvodnje, transporta i pretvaranja vodika u električnu energiju manje efikasan od direktnog punjenja baterije. Jezikom statistike rečeno, za svaku iskorištenu jedinicu obnovljive energije, EV vozila točkovima isporučuju više snage u poređenju s FCV vozilima. Konačno, potrošači većinom nisu dovoljno upoznati s tehnologijom obrade vodika, a još uvijek vlada zabrinutost za sigurnost u vezi sa skladištenjem i transportom tog opasnog gasa, uprkos napretku tehnologije.

Uspon električnih vozila

Što se hibridnih i električnih vozila tiče, tu je situacija daleko jasnija. O vozilima „na baterije” i njihovom održavanju je već bilo dosta riječi na ovim stranicama, ali nije na odmet podsjetiti se razloga zbog kojih se električna vozila smatraju za vodeću tehnologiju u procesu globalne afirmacije održivog transporta.

Najvažnije je to što se u električnim vozilima primjenjuje zrela tehnologija, nastala kao rezultat intenzivnih višedecenijskih istraživanja, zahvaljujući kojima su EV dostupnija i pristupačnija. Rast popularnosti i prodaje električnih vozila podstaknuo je i razvoj infrastrukture, tako da su se mreže za punjenje električnih vozila brzo proširile, dok države i privatne kompanije ulažu značajna sredstva u dalje povećanje broja stanice za punjenje.

Važan faktor je i pad cijene proizvodnje litij-ionskih baterija tokom protekle decenije, što se odrazilo i na cijene električnih vozila. Porezni podsticaji i subvencije dodatno povećavaju njihovu privlačnost. Konačno, ta tehnologija na svojoj strani ima i veliku efikasnost (više od 90% električne energije pretvara se u energiju kretanja) i širok izbor konceptualno različitih modela, od kompaktnih gradskih automobila do luksuznih i dostavnih vozila.

Što se tiče ograničenja, i dalje je prisutan problem s brzinom punjenja: uprkos napretku u tehnologiji brzog punjenja, električnim vozilima je i dalje potrebno više vremena da se dopune u poređenju s dopunom goriva u vozilu na tekuća fosilna goriva ili vodik. Izvjesnu zabrinutost izaziva i domet, odnosno mogućnost da vozilo ostane bez energije tokom dugih putovanja ili nepredviđenih okolnosti u saobraćaju. Eksploatacija i odlaganje litij-ionskih baterija podižu obrve ekoloških aktivista, dok programi recikliranja još uvijek ne napreduju dovoljno brzo.

Mogu li vodikove gorive ćelije preuzeti primat?

Da bi se predvidio scenario u kojem vodikove gorive ćelije nadmašuju EV, treba uzeti u obzir nekoliko faktora:

• Tržišni trendovi: EV trenutno dominiraju tržištem vozila s nultom emisijom stakleničkih plinova. Prema Međunarodnoj agenciji za energiju (IEA), globalna prodaja električnih vozila premašila je 10 miliona jedinica u 2022. godini, dok je vozila s vodikovim gorivim ćelijama prodano manje od 50.000.
• Tehnološki napredak: Inovacije u proizvodnji vodika, skladištenju i efikasnosti gorivih ćelija mogle bi umnogome smanjiti troškove i poboljšati primjenljivost te tehnologije. Slično tome, inovacije u tehnologiji baterija mogle bi dodatno učvrstiti EV kao poželjnu opciju.
• Politička podrška: Države igraju ključnu ulogu u oblikovanju tržišta. Zemlje poput Japana i Južne Koreje uveliko ulažu u infrastrukturu zasnovanu na vodiku, dok EU i SAD daju prioritet usvajanju električnih vozila.
• Energetski bilans: Uspjeh vodikovih gorivih ćelija može u velikoj mjeri zavisiti od razvoja „zelene ekonomije vodika“. Naime, povećanje obnovljivih izvora energije za proizvodnju vodika je od suštinskog značaja za borbu s relativno zelenim energetskim miksom koji podržava razvoj EV. Da podsjetimo, industrijska proizvodnja vodika oslanja se na fosilna goriva, tako da energija dobivena iz vodika nije bez emisija i ne može se nazvati „zelenom“.

Način na koji će novu tehnologiju prihvatiti potrošači je najvažnije pitanje od kojeg zavisi njen komercijalni uspjeh. Ako tehnološki razvoj budu pratile adekvatne marketinške kampanje, subvencije i prihvatljiva konačna cijena, potražnja za FCV rješenjima bi mogla rasti, što bi potaklo dalja ulaganja.

Koegzistencija ili dominacija?

Umjesto da posmatramo EV i vodikove gorive ćelije kao ljute konkurente, treba razmotriti i scenario po kojem te dvije tehnologije uspješno koegzistiraju, služeći različitim nišama unutar transportnog ekosistema:

• Putnička vozila: Električna vozila će vjerovatno ostati dominantna u segmentu putničkih vozila zbog svoje infrastrukturne prednosti i nižih operativnih troškova.
• Vozila za teška opterećenja: Vodikove gorive ćelije imaju potencijal da preuzmu vodeću poziciju u primjenama za teške uslove rada, kao što su kamioni, autobusi i brodovi, gdje su gustoća energije i brzina dopunjavanja gorivom od ključnog značaja.
• Putovanja na velike udaljenosti: Vodik bi mogao postati poželjan izbor za duga putovanja, posebno u regijama s ograničenom infrastrukturom za punjenje električnih vozila.
• Skladištenje energije: Potencijal vodika se proteže dalje od transporta, s primjenama u skladištenju energije i stabilizaciji mreže.

Pitanje mogu li vodikove gorive ćelije nadmašiti električna vozila prilično je složeno. Gledano iz perspektive aktuelnih okolnosti, da bi vodikove gorive ćelije sustigle zaostatak, neophodan je značajan napredak u tehnologiji, infrastrukturi i unapređenju javne svijesti. Budućnost možda leži i u kombiniranoj primjeni vodikove, baterijske i potencijalno neke treće tehnologije koja bi upotpunila raznolik energetski ekosistem, gdje se različita tehnološka rješenja međusobno dopunjuju u globalnim naporima za smanjenje emisija štetnih plinova i borbi protiv klimatskih promjena.

Konačnog pobjednika u toj trci će odrediti ne samo tehnologija, već i politika, spremnost na ulaganja i kolektivni napori da se izgradi održiva budućnost. Bilo kako bilo, put pred nama najavljuje tektonske promjene u automobilskoj industriji koje će uticati na sve sfere transporta, ali i druge oblasti svakodnevnog života.