Vodíkové články pro elektromobily: Dokáži suplovat baterie?

V rámci celosvětové snahy o snížení emisí CO₂ jsou spalovací auta pomalu nahrazována elektromobily. Ačkoliv většina elektrických vozů jezdí na baterii, podle některých výrobců je budoucnost spíše ve vodíku. Jaké výhody nabízejí vodíkové články oproti elektrickým bateriím? Proč brázdí české silnice pouze 24 registrovaných aut na vodík? A jsou vodíkové články skutečně budoucností automobilového průmyslu nebo budou poraženy bateriemi?

Co jsou to vodíkové články?

Vodíkové články jsou alternativní zdroj energie k bateriím, který funguje na bázi chemické reakce mezi vodíkem a kyslíkem. Hlavním produktem této reakce je elektrická energie a vedlejším produktem čistá voda. Na rozdíl od klasických baterií, které ukládají energii v chemické formě pro pozdější využití, vodíkové články ji vyrábějí v reálném čase, když probíhá chemická reakce. Vodíkové články jsou atraktivní díky své vysoké energetické hustotě a potenciálu nabídnout dlouhý dojezd bez potřeby zdlouhavého dobíjení.

Jak fungují vodíkové články?

Vodíkové články využívají k výrobě elektrické energie chemickou reakci mezi vodíkem a kyslíkem. Uvnitř článku jsou tenké vrstvy uhlíku oddělené membránou, mezi nimiž dochází k dělení molekul vodíku. Vodík je z tlakové nádrže vháněn do článku, kde jej katalyzátor rozštěpí na protony a elektrony. Protony procházejí membránou, zatímco elektrony proudí ven z článku, čímž vytvářejí elektrickou energii, která pohání elektromotor auta. Z druhé strany ventilátor tlačí do článku kyslík. Kyslík se následně spojí s protony, což zajišťuje stabilitu celého procesu. Reakcí kyslíku a protonů zároveň vzniká vedlejší produkt – voda, kterou bezpečně odvádí speciální výfukový systém.

Zelený vodík – cesta k udržitelnosti?

Vodík lze vyrábět různými způsoby, ale zdaleka ne všechny jsou ekologické. Jelikož cílem vodíkových článků je přispět k ekologicky šetrné mobilitě, měla by i jeho výroba být “zelená”. Jak vyrobit zelený vodík? Zelený vodík je produkován pomocí elektrolýzy, při které se voda rozkládá na vodík a kyslík za použití elektřiny z obnovitelných zdrojů, jako jsou solární a větrné elektrárny. Díky tomu je bezemisní skutečně celý proces – od výroby vodíku až po jízdu autem. „Zlým dvojčetem“ zeleného vodíku je pak vodík modrý a šedý, vyráběný ze zemního plynu.

Čím je nebezpečný vodík?

Vodík se zdá jako perfektní řešení pro zelenou mobilitu, ohledně jeho využívání však existuje řada obav. Vodík je totiž vysoce hořlavý plyn, který může při nesprávném zacházení způsobit silné požáry a exploze. Detekce jeho úniku je navíc ztížená jeho vlastnostmi – vodík je bezbarvý a bez zápachu. Nutno dodat, že moderní technologie vodíkových článků i tankovacích systému jsou navrženy s důrazem na bezpečnost, a není tak důvod k obavám. V autech poháněných vodíkem jsou nádrže konstruovány tak, aby vydržely extrémní tlaky, a jsou testovány pro různé nehody, včetně nárazů a požárů. Ačkoliv je nutné zacházet s vodíkem s určitou mírou opatrnosti, vodíková auta jsou stejně bezpečná jako klasická elektrická nebo spalovací vozidla.

Vodíkové články v elektromobilech

Elektromobily na vodíkové palivové články, anglicky Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV) jezdí sice na elektřinu vytvořenou vodíkem, ale neobejdou se bez malé baterie (do 2 kWh). Palivové články generují elektrickou energii, jenže tu je potřeba někde schovat, protože celý systém nedokáže při prudkých změnách výkonu reagovat tak rychle, jak je potřeba. Nelze si navíc představovat, že celé auto pohání jediný palivový článek. Jeden článek vytvoří elektrické napětí přibližně 1,5 V, což odpovídá výkonu jedné tužkové baterie. To pro pohon elektromobilu nestačí, proto jsou v jediném FCEV voze uloženy stovky spolupracujících článků.

Jaké jsou výhody vodíkových aut?

Konečně se dostáváme k vlastnostem vozidel poháněných vodíkem. Alfou omegou vodíkových elektromobilů je jejich ekologičnost – pokud je vodík vyráběn ekologicky, samotná jízda je zcela bez emisí. Jednou z největších výhod vodíkových aut je rychlost tankování. Zatímco nabíjení elektrického vozidla může trvat i několik hodin, vodíkové auto je natankováno během několika minut. Vodíkové články navíc poskytují delší dojezd (cca 500 až 800 km na jedno natankování), což z nich činí atraktivní volbu pro dálkovou dopravu.

Nevýhody vodíkových aut

Nesmíme samozřejmě zapomínat ani na slabá místa vodíkových elektromobilů. Největší překážkou pro zájemce o vodíkový vůz je v současné době chybějící infrastruktura. Stanice pro tankování vodíku jsou vzácností, v Česku je jich pouze 5 a v celé Evropě 265 (přičemž 105 se nachází v Německu). Čerpacím stanicím se nelze divit, skladování vodíku je náročné jak technicky, tak finančně. Například v Dánsku se provoz vodíkových plniček pro osobní auta finančně natolik nevyplatil, že loni všechny zavřely.

Významným faktorem je také vysoká pořizovací cena vodíkových aut i cena samotného paliva, zvlášť pokud jde o zelený vodík z ekologických zdrojů. V současné chvíli stojí kilogram vodíku asi 500 korun, to znamená, že při deklarovaném dojezdu vodíkových modelů vychází cena za jeden najetý kilometr na 4,3 až 4,7 koruny. Aktuálně je tak vodík neschopný konkurovat jiným druhům paliva.

Baterie versus vodík

Už dnes je jasné, že počet vozidel se spalovacím motorem bude nadále klesat, a nahradí je ekologicky šetrnější elektromobily. Jak si vedou vodíkové elektrovozy v porovnání s rozšířenějšími bateriovými? Bateriová auta (Batter Electric Vehicle – BEV) nabízí levnější provoz, a jejich velkou předností je už nyní rozvinutá nabíjecí infrastruktura, která se navíc každým rokem rozrůstá. Kromě toho jsou bateriová auta prozatím energeticky efektivnější, neboť při přeměně energie nedochází k tak významným ztrátám. Nabít elektrická auta, ať už doma nebo na čerpací stanici však trvá desítky minut až několik hodin, zatímco tankování vodíku zabere asi 5 minut. Díky tomu jsou vodíková auta vhodnější volbou například pro dálkovou dopravu.

Kdo vyrábí vodíková auta?

Mezi nejvýznamnější výrobce aut poháněných vodíkovými články patří Toyota, Honda a Hyundai. Japonská Toyota začala vyvíjet vozy na vodíkové palivo už v roce 1992. V roce 2014 na světových trzích představila sedan Mirai, v roce 2021 pak jeho mladšího sourozence s lehčím a výkonnějším systémem palivových článků. V Česku je k dostání také další vodíkový model – SUV Nexo od jihokorejské automobilky Hyundai. Pořizovací cena vodíkových aut se pohybuje okolo dvou milionů korun.

Zdroje: Aktuálně.cz, CarandDriver.com, Enviweb.cz, Klik.cz, Portálřidiče.cz, Toyota.cz