Auta na vodíkový pohon: Je v nich budoucnost?

Vodíkový pohon je často srovnáván s elektromobilitou. Zatímco některé automobilky do rozvoje vozů na vodík investují, jiné od vývoje ustupují, a to kvůli vysokým nákladům. Někteří experti ale věří, že by k rozmachu vodíku mělo přispět snížení ceny vodíkového paliva v následujících letech. Vodík by pak mohl konkurovat ostatním pohonům nejen svou cenou, ale také dlouhým dojezdem. Je v autech na vodíkový pohon skutečně budoucnost? Co hovoří pro a co proti?

Auta na vodíkový pohon využívají pro svůj pohon – jak lze tušit – vodík. Mechanismus uvnitř vozidla převádí chemickou energii vodíku na mechanickou energii. To je možné dvěma způsoby: přímým spalováním vodíku v pístovém nebo rotačním motoru, anebo reakcí vodíku s kyslíkem v palivovém článku, jenž vyrábí elektřinu pohánějící vůz. Vodík se dá tedy přímo spalovat, ale nyní se v automobilech využívá hlavně v palivových článcích.

První automobil využívající vodík zkonstruoval v roce 1807 švýcarských vynálezce Isaac de Rivaz. Jak ale ukázala historie, ve vozidlech se uchytily hlavně spalovací motory na benzín nebo naftu. Až poslední desetiletí přivedla výrobce vozů zpět k alternativním pohonům, a to ve snaze snížit ekologickou zátěž. Vývoj a výzkum většiny tradičních automobilek se nyní zaměřuje na to, aby jejich vozidla produkovala stále méně emisí, a k tomu má přispět jak snižování hmotnosti vozů, tak alternativní pohony – vedle elektřiny právě i vodík.

Pokrok alternativních pohonů

Za posledních deset let je v oblasti alternativních pohonů patrný značný pokrok. „V roce 2010 byly u nově registrovaných osobních automobilů evidovány průměrné emise oxidu uhličitého 149 gramů oxidu uhličitého na ujetý kilometr. Žádná z automobilek se v té době nedostala pod hranici 140 gramů. V roce 2020 klesly v porovnání s rokem 2010 průměrné emise o 19 procent na 121 gramů, tři automobilky se dokonce dostaly pod hranici 110 gramů oxidu uhličitého na kilometr. Absolutně nejnižší hodnoty 107 gramů dosáhl Peugeot,“ říká Jindřich Frič, ředitel Centra dopravního výzkumu.

Ke snížení průměrných emisí v minulém roce přispěl výrazně menší podíl naftových vozidel, který se otočil ve prospěch aut na benzín. Dalším důvodem je i narůstající počet alternativních pohonů, jako jsou LPG nebo bateriové elektrické a plug-in hybridní systémy. Jakkoli v poslední době přibývá vozů na elektrický pohon, auta na vodík jsou prozatím spíše výjimkou.

Technologické limity vodíku

Spalování vodíku v automobilových motorech má svá úskalí. Vodík nemá s ostatními palivy použitelnými ve spalovacích motorech tak vysokou účinnost. Navíc je dražší než třeba stlačený zemní plyn (CNG). Při spalování vodíku pak nevzniká jen vodní pára, ale také emise oxidu dusíku známé také jako NOx. V moderních vozech se ale dnes využívají už zmíněné palivové články, které přeměňují chemickou energii na energii elektrickou. Tato energie je uchovávána v akumulátoru, který nemusí být tak velký jako u elektromobilů, protože slouží hlavně k vyrovnávání aktuální spotřeby motoru a během jízdy se průběžně dobíjí.

Aby mohly vozy na vodík jezdit, potřebují primární palivo – tedy vodík. A to je právě jedno z velkých úskalí. Výroba vodíku je prozatím nákladná a není tak zcela čistá. Vodík vzniká za pomoci fosilních paliv nebo elektřiny. Následně je nutné ho převážet do čerpacích stanic. Nutné je vzít v potaz i skutečnost, že dvojitá přeměna energie na vodík a vodíku na energii není úplně efektivní. Od vývojářů proto často zaznívá, že použití vodíku bude mít smysl, až technologie výroby zlevní a až bude možné vodík vyrábět pomocí solárních nebo větrných elektráren.

Celosvětová víra ve vodík

V ekologickou výrobu vodíku a ve snížení nákladů při produkci věří například Vodíkové kolegium světových energetických firem, mezi jehož členy patří i automobilky Toyota, Nissan nebo Honda. Firmy ve své zprávě loni oznámily, že očekávají snížení ceny vodíkového paliva do aut během příštích deseti let o polovinu. Důvodem je předpokládané navyšování objemu a zlevňování výrobních zařízení. Díky tomu by se vodík mohl stát konkurenceschopnou alternativou k jiným nízkouhlíkovým palivům. V roce 2025 by se vodík podle kolegia mohl stát konkurenceschopným hlavně v případě velkých vozidel s dlouhým dojezdem. Kolegium také upozornilo, že dosažení cílů není možné bez investic – ty si vyžádají asi 70 miliard dolarů.

„Budoucnost čistých energií na bázi vodíku je blíže, než si možná myslíme, protože celý průmysl usilovně pracuje na vyřešení klíčových technických problémů. Naše zpráva ukazuje cestu kupředu k navýšení měřítka výroby a dosažení konkurenceschopnosti vodíkového paliva, a tedy i eliminaci uhlíkových emisí, což je urgentně zapotřebí,“ sdělil Benoît Potier z kolegia a také předseda představenstva a generální ředitel firmy Air Liquide.

Vodíku se věnovalo také desáté zasedání Mezinárodní agentury pro obnovitelné zdroje (IRENA), které proběhlo loni v Abú Zabí ve Spojených arabských emirátech. Právě v emirátech se nyní staví elektrolytická stanice na vodík, která by měla být napájena solární elektřinou. „Když budou dostatečné investice, ekologická výroba vodíku se do pěti let stane nákladově konkurenceschopným odvětvím,“ sdělil při zasedání Al Zeyoudi, ministr životního prostředí Spojených arabských emirátů.

Také podle evropské komisařky pro energetiku Kadri Simsonové je vodík zásadním prostředkem, jenž má Evropské unii umožnit splnit cíl nulových emisí do roku 2050. „Dnes je jeho podíl v našem evropském systému menší než jedno procento a využívá se primárně jako vstupní surovina v chemickém sektoru. Mohl by být využit v sektorech, které je těžké dekarbonizovat, jako jsou těžký průmysl a doprava,“ uvedla.

Podobně vnímá vodík i Fatih Birol, výkonný ředitel Mezinárodní agentury pro energii: „Vodík může přispět k vyřešení mnoha energetických problémů. Může pomoci dekarbonizaci oborů, jako je výroba oceli, chemický průmysl, nákladní silniční a lodní doprava i letecká doprava. Vodík rovněž může zvýšit energetickou bezpečnost skrze diverzifikaci palivového mixu a posílení schopnosti vyvažovat sítě.“

První veřejné vodíkové pumpy

Pro masivnější využití vodíku je důležitý rozvoj infrastruktury – od výrobních zařízení přes distribuci až po veřejné vodíkové stanice, kde by auta na vodík mohla „tankovat“. Dalším důležitým aspektem, který ovlivní budoucnost vozů na vodík, je cena – ať už jde o cenu vodíku jako takového, nebo o cenu automobilů na vodík.

Například v České republice byla teprve loni zahájena výstavba prvních tří veřejných čerpacích stanic na vodík. Za investicí stojí skupina Unipetrol provozující mimo jiné čerpací stanice Benzina. Výstavbu provádí společnost Bonett. Vodíkové čerpací stanice mají vyrůst postupně v Praze na Barrandově, v Litvínově a v Brně. Společnost připravuje výstavbu dalších stanic v Plzni a v Praze na D10 ve směru na Mladou Boleslav.

„Věříme, že vodík postupem času doplní současnou bateriovou elektromobilitu a bude hrát stále významnější roli nejen v oblasti osobní mobility, ale především v oblasti hromadné dopravy a přepravních služeb. Proto spolupracujeme s výrobci automobilů na vodíkový pohon, které chceme i s jejich produkty přilákat do České republiky,“ dodal Tomasz Wiatrak, předseda představenstva skupiny Unipetrol.

V České republice doposud fungovala pouze jediná neveřejná plnicí stanice na vodík, a to v Neratovicích, kde od roku 2009 sloužila pro autobus tamní veřejné dopravy. V sousedním Německu bylo předloni v provozu už 87 vodíkových plniček. Celosvětově bylo ke konci roku 2019 v provozu 432 vodíkových plnicích stanic, přičemž 330 z nich je otevřených pro veřejnost.

Auta jezdící na vodík

Ruku v ruce s rozvojem vodíkových stanic jde pochopitelně vývoj automobilů na vodík. Tomuto alternativnímu palivu věří především asijské automobilky. Například Toyota produkuje první sériově vyráběné auto na vodík Mirai, kterého se celosvětově prodalo už kolem 10 tisíc kusů. Loni japonská automobilka přišla s druhou generací tohoto modelu, u něhož se prodloužil dojezd, a to na 600 kilometrů. Nový i předešlý model jezdí zcela bez emisí – do vzduchu vypouští jen páru.

Ne všichni výrobci aut ovšem nadšení některých asijských automobilek sdílejí. Například Mercedes-Benz loni oficiálně ohlásil konec vývoje osobních aut na vodíkové palivové články. Automobilka sdělila, že důvodem jsou příliš vysoké náklady. Koncern se přitom snaží už třicet let dosáhnout vytýčeného cíle: nulových emisí, dlouhého dojezdu a krátkého dotankování vodíku.

Jak spočetl server Automotive News – který tak dal automobilce vlastně za pravdu – výroba vodíkového auta je asi dvakrát finančně náročnější než elektromobilu. Už dříve ukončilo investice do vodíkových technologií například také Porsche. „Všechno mluví ve prospěch baterie a prakticky nic nemluví ve prospěch vodíku,“ nechal se slyšet Michael Steiner, šéf výzkumu značky Porsche, a dodal, že celková energetická efektivita vodíku je velmi nízká.

Je ale třeba dodat, že ukončení vývoje vodíkových aut v Mercedes-Benz se týká pouze osobních vozů, podle automobilky by vodíkové palivové články pro nákladní auta mohly být užitečné. Na dalším vývoji v tomto směru automobilka spolupracuje s Volvem.

Toyota zatím jako jediná vyrábí a prodává osobní vodíková auta koncovým zákazníkům a na vývoji osobních vozů na vodík nadále pracují také BMW a Hyundai. Pravděpodobně už blízká budoucnost ukáže, která z automobilek se rozhodla správně a zda má vodík skutečně ve 21. století co dělat.