Prof. Marek Brzeżański: Elektromobilność w dzisiejszym wydaniu to ścieżka donikąd. Paliwem przyszłości jest wodór

18
0
Podziel się:

– Kiedy przystępowaliśmy do programu elektromobilności nie mieliśmy nic. Nie mamy fabryki baterii, nie mamy złóż litu ani kobaltu, nie mamy samochodów. Z wodorem jest inaczej. Jesteśmy dużym producentem. Mamy doświadczenie w zasilaniu wodorem silników tłokowych – mówi w wywiadzie dla SmogLabu prof. dr hab. inż. Marek Brzeżański, kierownik Katedry Pojazdów Samochodowych na Wydziale Mechanicznym Politechniki Krakowskiej.

Panie Profesorze. Czym będziemy jeździć za 20 lat?

Prof. Marek Brzeżański: To proste pytanie jest najtrudniejszym pytaniem, na które nie znam prostej odpowiedzi. W tej chwili widać radykalną zmianę na rynku transportowym. Do końca lat 60. XX wieku jedynym celem całego przemysłu motoryzacyjnego była produkcja jak największej liczby środków transportu. Nikt się kompletnie nie przejmował takimi rzeczami, jak oddziaływanie na środowisko, sprawność przetwarzania energii lub dostępność surowców.

Głównym celem było posiadanie własnego środka transportu. Trudno się dziwić, bo przecież cały rozwój naszej cywilizacji opiera się na rozwoju transportu. Pierwsi wpadli na to Amerykanie, którzy zobaczyli, że bez wygodnych szlaków komunikacyjnych i możliwości podróżowania nie ma mowy o osiągnięciu sukcesu gospodarczego. Jeszcze zanim rozwinęli masową motoryzację, zaczęli budować szerokie międzystanowe szlaki komunikacyjne. Do tego doszedł fenomen Henry’ego Forda, który w pierwszych 20 latach XX wieku wyprodukował 15 milionów samochodów.

To dało ludziom szansę na mobilność i podtrzymanie boomu gospodarczego.

Pierwszy raz nad problemami związanymi z motoryzacją zaczęto się zastanawiać w latach 60. i 70. ubiegłego wieku. Robiono to w krajach rozwiniętych. Zwracano uwagę na brak miejsc parkingowych, dużą liczbę pojazdów i zanieczyszczenie środowiska.

Prof. Marek Brzeżański
Prof. Marek Brzeżański.

W motoryzacji każda zmiana jest ewolucyjna

Był to też czas kryzysu naftowego.

Tak. W latach 70. kraje arabskie ograniczyły eksport ropy i świat się ocknął, że to nie zmierza we właściwym kierunku. Od tamtego czasu głównymi czynnikami determinującymi rozwój motoryzacji jest wpływ na środowisko naturalne i sprawność przetwarzania energii. W ostatnich kilku latach mamy skumulowany efekt tych działań. Dziś nie liczy się już wygoda pasażerów. Bardziej liczy się to, jak sprawnie jest przetwarzana energia.

Jest też zmiana technologiczna i nowe napędy. Wielki skok to może nie jest właściwe określenie…

Nie jest. W takim sektorze jak motoryzacja każda zmiana jest ewolucyjna i nie ma mowy o czymś takim jak nagły skok. Powodem jest to, że skokowa zmiana wymagałaby zatrzymania całej gospodarki i wymiany wszystkich środków transportu naraz. To jest oczywiście niewykonalne.

Dlatego musimy się nastawić na pewien okres przejściowy, kiedy silniki cieplne nadal będą wykorzystywane. Ale w newralgicznych punktach, którymi są duże aglomeracje miejskie, musimy stosunkowo szybko wprowadzać proekologiczne rozwiązania transportowe.

Nie mówię tylko o pojazdach napędzanych energią elektryczną, bo one nie są do końca takie ekologiczne. Musimy szukać rozwiązań transportowych, które ograniczają szkodliwy wpływ transportu na środowisko.

Nie do końca ekologiczne „elektryki”

Mówi pan, że tak zwane „elektryki” nie są do końca ekologiczne. Co pan ma na myśli, panie Profesorze? Postrzega się je jednak jako zieloną alternatywę.

To jest bardzo powierzchowne spojrzenie i beznamiętne powtarzanie stereotypów. Oczywiście jeżeli będę miał energię w 100 proc. pozyskaną z odnawialnych źródeł i tę energię będę w stanie zmagazynować i przetworzyć w środku transportu, to mogę się zgodzić, że to jest „czyste” i nie powinno wpływać na zmiany na naszej planecie. Natomiast w tej chwili nie ma na świecie kraju, który posługiwałby się w 100 proc. czystą, odnawialną energią. Spójrzmy na polski koszyk energetyczny. Dziś z odnawialnych źródeł pochodzi około 20 procent energii.

Skąd się bierze reszta? Ze spalania paliw kopalnych. To jest przeniesienie źródła emisji.

Bariera surowcowa

To jedna wątpliwość dotycząca aut elektrycznych. Jest i druga. Surowce i wpływ produkcji tych pojazdów na środowisko.

To jest oddzielny problem. W tej chwili podstawowym źródłem energii w pojazdach napędzanych elektrycznie są baterie litowo-jonowe. One wykorzystują pierwiastki, które są niezwykle rzadkie na Ziemi. I obecnie następuje ich monopolizacja w rękach kilku krajów…

Głównie Chin.

Chin, ale także Stanów Zjednoczonych. Krajów, które położyły rękę na tych źródłach. I zaczyna się dyktat monopoli na rynku transportu. Dlatego w takim wydaniu w jakim dziś mamy do czynienia z elektromobilnością i jeżeli nic się nie zmieni, to znajdujemy się na ścieżce donikąd. W pewnym momencie znów trafimy na bariery surowcowe – przede wszystkim chodzi o lit i kobalt.

Staniemy wtedy przed problemami geopolitycznymi.

Już chyba stanęliśmy. Tylko nie zdajemy sobie z tego sprawy. Jak duża jest bariera surowcowa dla rozwoju elektromobilności. Jak poważna jest ta sprawa?

Poważna. I będzie się nasilać do czasu, kiedy nie znajdziemy alternatywnego źródła energii. Takiego, które nie będzie wykorzystywać tylko tych rzadkich pierwiastków.

Musi nastąpić przełom w dziedzinie magazynowania energii w pojeździe.

Jeżeli technologia się nie zmieni, to dojdziemy do ściany?

Jestem wielkim zwolennikiem wprowadzania elektromobilności w tych miejscach, gdzie problem wpływu na środowisko jest poważny. Myślę głównie o największych aglomeracjach na świecie. Ale wraz z tym pojawiają się nowe kwestie. Przede wszystkim dostępność infrastruktury.

Proszę zwrócić uwagę, że elektromobilność rozwija się głównie w krajach bogatych, gdzie większość społeczeństwa mieszka we własnych domach i ma dostęp do własnych systemów ładowania baterii.

Natomiast nie wyobrażam sobie, że na przykład w największych aglomeracjach azjatyckich poradzimy sobie z transferem energii. Linie przesyłowe trzeba byłoby budować od podstaw.

Albo ograniczać możliwość poruszania się.

„Trzeba zmniejszyć energochłonność transportu”

Ale Chiny zdają się jednak zmierzać w tym kierunku.

Proszę pamiętać, że akurat Chiny to jest państwo, w którym nowoczesność rodzi się od 20, 30 lat. W związku z czym największe aglomeracje tego kraju mają nową infrastrukturę. Ale już na przykład Europa, gdzie zabudowa wielu miast pochodzi jeszcze z czasów średniowiecza? Nie ma mowy o stworzeniu łańcucha dostaw energii elektrycznej, który pokryłby największe miasta na kontynencie.

A jakby pan widział rozwój transportu w tych aglomeracjach?

Przede wszystkim trzeba zmniejszyć energochłonność transportu.

Jak?

Ja może jestem człowiekiem nieco starszej generacji, który wychował się na bazie największego rozwoju motoryzacji z silnikami cieplnymi, ale widzę zagrożenia. W dużych aglomeracjach miejskich trzeba rozwijać transport zbiorowy. Co do tego nie ma żadnej wątpliwości.

Po pierwsze brakuje miejsca. Po drugie problemem jest dostarczenie odpowiedniej ilości energii. Natomiast transport międzymiastowy, profesjonalny, ciężki – w tej chwili nie mamy żadnej prostej alternatywy dla tego rodzaju transportu. I ja jestem przekonany, że jeszcze przez długie lata silnik diesla będzie podstawą napędu ciężkiego transportu, maszyn budowlanych, transportu morskiego.

Nie wyobrażam sobie, by potęgi gospodarcze takie jak Stany Zjednoczone, Rosja, Australia lub Chiny przestawiły w krótkiej perspektywie ciężki transport na napęd elektryczny.

Z technicznego punktu widzenia jest to obecnie niemożliwe.

Prof. Marek Brzeżański mówi, że paliwem przyszłości jest wodór. Fot. Shutterstock.
Prof. Marek Brzeżański mówi, że wodór to paliwo przyszłości. Fot. Shutterstock.

Wodór to paliwo przyszłości

A jak jest z napędem wodorowym?

Ja się bardzo zaangażowałem w sprawy związane z zastosowaniem wodoru do celów transportowych. Moim zdaniem jest to nośnik energii przyszłości w transporcie. Pierwszy argument, który za tym przemawia, jest taki, że wodoru mamy najwięcej na świecie.

On jest wprawdzie związany w wodzie i mamy duże problemy natury technicznej, żeby go tanio odzyskiwać. Ale już pojawiają się rozwiązania, które pokazują, że to będzie opłacalne. Druga sprawa jest taka, że wodór jest właściwie jedynym paliwem do ogniw.

A te też są napędem elektrycznym. My zwykle mówiąc o takim napędzie mamy na myśli samochody z bateriami. Ale pojazd napędzany ogniwem wodorowym też jest elektryczny. Widzę tutaj dużą przyszłość. Ona się bardzo dobrze rysuje także w tym aspekcie, że ogniwa paliwowe nadają się do napędu ciężkiego transportu, maszyn budowlanych, statków i pociągów. Mają znacznie więcej zastosowań niż napęd bateryjny. Nie wyobrażam sobie, by ciężarówka realizująca transport międzynarodowy miała być napędzana baterią elektryczną.

Na obecny etapie rozwoju baterii jest to nierozsądne i nieracjonalne.

Jest też kwestia ekologii. Baterie do ciężkiego sprzętu muszą być odpowiednio większe, a zasoby litu nie są nieskończone.

I natychmiast powstaje problem geopolityczny.

Na czym on polega?

Surowce potrzebne do budowy baterii są skupione w rękach kilku państw. To będzie dyktat gospodarczy. A wodór możemy zrobić wszędzie. Na całym świecie.

Toyota Mirai to jeden z pierwszych samochodów osobowych napędzanych wodorem, które trafiły do sprzedaży. Na zdjęciu widać jej ogniwo paliwowe. Karolis Kavolelis / Shutterstock.com.
Toyota Mirai to jeden z pierwszych samochodów osobowych na rynku, gdzie paliwo stanowi wodór. Na zdjęciu widać jej ogniwo paliwowe. Karolis Kavolelis / Shutterstock.com.

„W tej chwili na całym świecie trwają intensywne badania naukowe”

Są bariery surowcowe, kiedy chodzi o wodór?

Można je znaleźć, kiedy chodzi o produkcję ogniw paliwowych. Tam są potrzebne materiały katalityczne – głównie platyna. To strategiczny surowiec, którego zasoby są ograniczone.

To może stać się kwestią polityczną.

Ale prace nad zastąpieniem platyny w ogniwach są prowadzone?

W tej chwili na całym świecie trwają intensywne badania naukowe. Pracują nad tym największe laboratoria światowe. Jeżeli uda się przełamać barierę technologiczną i ominąć pewne patenty, to ogniwo paliwowe może stać się realnym następcą silnika cieplnego.

Silnika, który rozwinął naszą cywilizację.

Co jest lepsze dla środowiska – bateria czy wodór?

Do produkcji baterii potrzebujemy dwóch strategicznych pierwiastków, których generalnie nie ma. Chodzi mi o lit i kobalt. Poza tym budowa nowoczesnych baterii jest obwarowana wieloma patentami, których nie można przeskoczyć. Występują straty energetyczne związane z ładowaniem i rozładowaniem baterii. Każdy kto ładował smartfon wie, że i telefon i ładowarka stają się ciepłe.

A pojawienie się ciepła oznacza straty energetyczne. W pojazdach są one znaczne.

Natomiast w przypadku ogniw paliwowych kwestią jest pewna liczba patentów, którymi jest obwarowana ich produkcja. Wąskim gardłem są katalityczne membrany, które są istotą działania ogniwa. Wody mamy w tej chwili jeszcze pod dostatkiem. Innych zagrożeń tutaj nie widzę.

Polska strategia rozwoju gospodarki wodorowej

Powiedział Pan, że wodór to nośnik energii przyszłości. Czy my to dostrzegamy w Polsce?

Dostrzegamy. Na przykład w naszych laboratoriach studenci mogą uczyć się, jak działają ogniwa paliwowe. Ale też kilka tygodni temu zostało podpisane porozumienie wodorowe, w którym występuje ponad 100 jednostek badawczych i akademickich. Staramy się stworzyć własną, polską strategię rozwoju gospodarki wodorowej. Jakie to efekty przyniesie? Nie wiem.

Ale mam nadzieję, że dużo większe niż słynna elektromobilność, która nie wypaliła.

Tu jest też chyba duży potencjał dla nas. Wyścig „wodorowy” dopiero się zaczyna.

Kiedy przystępowaliśmy do elektromobilności nie mieliśmy nic. Nie mamy fabryki baterii, nie mamy złóż litu ani kobaltu, nie mamy samochodów. Z wodorem jest inaczej. Jesteśmy dużym producentem. Mamy doświadczenie w zasilaniu wodorem silników tłokowych.

To początkowy etap, ale jest punkt startu.

Czytaj również: Pierwsza dolina wodorowa na Podkarpaciu. 800 mln euro inwestycji

Stacja ładowania samochodów elektrycznych. Fot. Shutterstock.
Stacja ładowania samochodów elektrycznych. Fot. Shutterstock.

Polski samochód elektryczny to zamierzenie od podstaw skazane na porażkę

Myśli Pan, że polski samochód elektryczny mógłby być na wodór?

Bardzo nie lubię słów polski samochód elektryczny.

Dlaczego?

W tej chwili nie ma przemysłu narodowego. To globalne zjawisko. Co w polskim samochodzie elektrycznym jest polskiego? Przecież nie mamy fabryki baterii. Musimy je kupić…

Nazwa.

Może jeszcze forma plastyczna, systemy sterowania oraz niektóre komponenty, które produkujemy dla „tradycyjnej” motoryzacji.

Pytam o to, bo zastanawiam się w jakim jesteśmy miejscu i czy rzeczywiście możemy skorzystać na udziale w tym wyścigu?

Panie Redaktorze sprawa wygląda w ten sposób. To są zamierzenia, które były od podstaw skazane na porażkę. Uczestniczyłem w kilku pierwszych spotkaniach programu elektromobilności. Jak usłyszałem, jakie pomysły mieli niektórzy uczestnicy tego programu i jaką mają wiedzę, to uznałem, że nie nadaję się do tego towarzystwa. Pojęcia nie mieli na czym polega elektromobilność. Spotykałem się z twierdzeniami, że wystarczy wziąć samochód z ulicy, wyrzucić silnik i zbiornik z benzyną, wstawić baterię i silnik elektryczny, i samochód jeździ. Ludzie w ogóle nie zdają sobie sprawy ze struktury samonośnego nadwozia, naprężeń, aspektów bezpieczeństwa. Ze stateczności ruchu. Jak ja słyszałem wypowiedzi niekompetentnych uczestników tego programu, to doszedłem do wniosku, że w tym gremium się nie odnajdę.

Mówimy jednak o gremium fachowców, którzy tworzyli ważny program?

Często jest tak, że fachowcy się rodzą, jak się pojawiają pieniądze.

Ten sam wodór

Często da się usłyszeć, że wodór jest fajny, ale jednak do jego produkcji zużywamy węgiel. Jak to jest?

My produkujemy głównie wodór szary. Jego uzyskuje się z gazu syntezowego, który pochodzi z węgla kamiennego. Jest wodór niebieski odzyskiwany z gazu ziemnego. I to są paliwa nieekologiczne, ponieważ generują emisję dwutlenku węgla. Ale jest też wodór fioletowy uzyskiwany z pomocą energii atomowej i tutaj trudno powiedzieć, czy to jest ekologiczne, czy też nie. I wodór zielony pozyskiwany z pomocą odnawialnych źródeł. We wszystkich wypadkach to jest taki sam wodór, ale różni go to, w jaki sposób go pozyskujemy.

Czytaj również: Zielony wodór to przyszłość energetyki? Może zagospodarować nadwyżki z OZE

Widzę, że pan Profesor większą nadzieję pokłada w wodorze niż w bateriach.

Tak, ale to wszystko jeszcze raczkuje. Miałem okazję brać udział w pierwszych w Polsce badaniach eksploatacyjnych samochodu napędzanego ogniwami paliwowymi. Ale co ciekawe te polskie badania były robione w Berlinie, ponieważ tam są najbliżej położone stacje napełniania wodorem. Sam przejechałem takim samochodem kilkaset kilometrów.

Ogniwo paliwowe w praktyce

Jak się jeździ?

Normalnie. Jak każdym kompaktowym samochodem. Uzupełnialiśmy paliwo na wszystkich stacjach tankowania wodorem w Berlinie, bo chcieliśmy zobaczyć, jak różne firmy to rozwiązują. Co ciekawe na niektórych stacjach dystrybutor do tankowania wodoru był położony osobno. A na niektórych podjeżdżało się do położonych obok siebie dystrybutorów benzyny, oleju napędowego, gazu ziemnego i wodoru.

W pięć minut i bez kłopotów można zatankować do pełna. Jeździliśmy po mieście, żeby sprawdzić, jak w nim zachowuje się samochód. Nie ma problemów z wentylacją, ogrzewaniem, osiągami. Później pojechaliśmy na autostradę. Wcisnąłem gaz do deski. I przez kilkanaście kilometrów jechaliśmy z maksymalną prędkością 180 km na godzinę. Największą zaletą „elektryków” jest to, że wykorzystują odzyskaną energię hamowania. Chciałem sprawdzić, czy ogniwo paliwowe podoła takiej jeździe z największym obciążeniem i bez tego dodatkowego wsparcia.

Nie było żadnych problemów.

Czyli infrastruktura jest praktycznie gotowa. Wystarczy zmodyfikować stacje benzynowe?

Oczywiście.

Tylko małe auta elektryczne

To czy warto inwestować w rozwój elektromobilności?

Moim zdaniem tak. Sprawa jest bardzo pilna, bo w dużych aglomeracjach miejskich problem emisji komunikacyjnych jest coraz bardziej poważny. Poważne zagrożenie dla zdrowia stwarza zwłaszcza emisja cząstek stałych, tlenków azotu. W mojej opinii należy w to inwestować, ale wyłącznie w pojazdy małe. Służące do eksploatacji miejskiej. Takie jak Fiat 500 lub Nissan Leaf. Ale już na przykład Tesla S lub Porsche Taycan to są nośniki technologii. Gadżet dla bogatych ludzi.

Dlaczego tylko małe?

Takie auta rzadko mają trasę dłuższą niż 100 kilometrów dziennie. Jedno naładowanie akumulatora w zupełności wystarczy. Samochód tego rodzaju stosunkowo szybko się ładuje. Proszę zobaczyć, że elektromobilność rozwija się głównie w krajach bogatych, gdzie ludzie mieszkają we własnych domach. Normalny pracownik, który mieszka w bloku, nie ma możliwości ładowania baterii w pracy. Nie ma jej też w domu, bo pod budynkiem wielorodzinnym trudno jest go nawet postawić. A proszę pamiętać, że nawet jak znajdzie słupek do ładowania, to może pod nim stać tylko do czasu pełnego naładowania baterii.

Jest listopad. Zimno, pada, i o 2.30 w nocy dostaje pan wiadomość, że samochód jest naładowany i trzeba go zabrać. Ubiera pan kalosze, płaszcz i zasuwa go zabrać, bo inaczej to jest wykroczenie.

Rozmawiajmy jak ludzie rozsądni

Mało się o tym mówi. Chyba przez zachłyśnięcie nowym.

Ja to rozumiem, bo to trzeba popularyzować i nie należy ludzi zniechęcać.

Ale zachęcać można z rozsądkiem i szacunkiem dla inteligencji odbiorcy.

Dlatego my rozmawiamy jak ludzie rozsądni. Ja na przykład, kiedy słyszę deklaracje rządów, że od któregoś roku nie będą dopuszczać nowych pojazdów, to sobie myślę, że to są wypowiedzi czysto polityczne. Wie pan, co takie rozwiązanie zrobi? Napędzi boom na używane samochody z silnikami cieplnymi.

Czytaj również: Odwrotną sytuację na rynku przewiduje Marcin Korolec, według którego Polskę mogą zalać „półdarmowe” auta spalinowe z Zachodu.

Też tak myślę. I zastanawiam się, jakby to miało zostać wykonane. Jest w tym milczące założenie, że samochodów elektrycznych jest dostępna nieograniczona liczba. Idziesz do sklepu i kupujesz jak paczkę czipsów. A to wcale tak nie jest. I szybko nie będzie.

Raz, że ich nie ma. Dwa, że obecnie są one droższe o około 40 procent. Przeciętni ludzie tego nie kupią. A jest też tak, że gdyby wszyscy jednej nocy przesiedli się na auta elektryczne, to nie wytrzyma tego sieć elektroenergetyczna. I nie mówię o naszej sieci, ale o najbogatszych krajach.

Moim zdaniem to jest niemożliwe do wykonania w krótkim czasie.

Jeśli nie wodór, jakie inne paliwo?

A czy jest coś jeszcze na horyzoncie. Poza bateriami i wodorem?

Niestety nie. Jest dalsze brnięcie w rozwój tłokowych silników spalinowych i nowych paliw, ale to jedynie uzupełnienie. Musimy czekać na przełom w zakresie elektromobilności. Może nim być na przykład wynalezienie źródła energii elektrycznej szybkoładowanego o dużej sprawności. Czyli coś w stylu kondensatora, który byłby w stanie w krótkim czasie przyjąć dużą ilość energii elektrycznej i ją uwolnić.

Albo opracowanie nowego ogniwa paliwowego. O większej sprawności i tańszego w produkcji.

Na to czekamy. I wtedy zobaczymy, w którym kierunku pójdzie rozwój transportu.

***

Prof. Marek Brzeżański – Polski inżynier, prof. dr. hab. inż.; profesor Politechniki Krakowskiej. W latach 2013 do 2020 był dyrektorem Instytutu Pojazdów Samochodowych i Silników Spalinowych Politechniki Krakowskiej. Obecnie jest kierownikiem Katedry Pojazdów Samochodowych na Wydziale Mechanicznym Politechniki Krakowskiej.

Podziel się: