Elon Musk mówi, że technologia jest "zadziwiająco głupia", ale samochody wodorowe mogą jeszcze zagrozić Tesli
Kluczowe punkty
-
Dyrektor generalny Tesli Elon Musk powiedział o pojazdach napędzanych wodorowymi ogniwami: "Sukces jest po prostu niemożliwy".
-
Badanie przeprowadzone w 2017 r. wśród 1000 dyrektorów firm motoryzacyjnych na całym świecie wykazało, że technologia wodorowych ogniw paliwowych ostatecznie przewyższy pojazdy elektryczne zasilane bateryjnie.
Klient napełnia samochód wodorem na stacji paliw TrueZero w Mill Valley w Kalifornii. Państwo wydaje ponad 2,5 miliarda dolarów z funduszy czystej energii, aby przyspieszyć sprzedaż pojazdów wodorowych i akumulatorowych. Obejmuje to 900 milionów dolarów przeznaczonych na ukończenie 200 stacji wodorowych i 250 000 stacji ładowania do 2025 roku. Patrick T. Fallon | Bloomberg | Getty Images
Tesla i jej konkurenci na rynku pojazdów elektrycznych zasilanych bateryjnie dominują w debacie na temat tego, kto będzie kontrolował przyszłość samochodów, ale w Stanach Zjednoczonych pojawia się inny rodzaj zielonej technologii transportowej, która opiera się na najobfitszym zasobie we wszechświecie.
Pojazdy elektryczne z ogniwami paliwowymi (FCEV) łączą wodór przechowywany w zbiorniku z tlenem z powietrza w celu wytworzenia energii elektrycznej, z parą wodną jako produktem ubocznym. W przeciwieństwie do bardziej powszechnych pojazdów elektrycznych zasilanych bateryjnie, pojazdy napędzane ogniwami paliwowymi nie muszą być podłączone, a obecne modele przekraczają 300 mil zasięgu na pełnym zbiorniku. Są one napełniane dyszą prawie tak szybko, jak tradycyjne pojazdy na gaz i olej napędowy. Podczas gdy same pojazdy z ogniwami paliwowymi emitują tylko parę wodną z rur wydechowych, Union of Concerned Scientists zauważa, że produkcja wodoru może prowadzić do zanieczyszczenia. Chociaż odnawialne źródła wodoru, takie jak składowiska rolnicze i składowiska odpadów, rosną, większość wodoru pozyskiwanego do paliwa pochodzi z tradycyjnego wydobycia gazu ziemnego. Mimo to wpływ jest nadal mniejszy niż w przypadku odpowiedników napędzanych benzyną.
Energia wodorowa jest dostępna na rynku od lat, ale w bardzo ograniczonej pojemności. Obecnie w Kalifornii istnieje 39 publicznych stacji tankowania wodoru (kolejne 25 jest w fazie rozwoju), a także kilka na Hawajach. Teraz Wschodnie Wybrzeże otrzymuje własną infrastrukturę. Kilka stacji jest uruchomionych, a kolejne są w trakcie prac w Nowym Jorku, New Jersey, Massachusetts, Connecticut i Rhode Island.
Sukces komercyjny, wyzwania konsumenckie
Wodór ma bardziej ugruntowaną pozycję na rynku komercyjnym. W magazynach i centrach dystrybucyjnych w Stanach Zjednoczonych działa ponad 23 000 wózków widłowych napędzanych ogniwami paliwowymi w ponad 40 stanach, w tym w Amazon i obiektach Walmart.
Istnieją dziesiątki autobusów z ogniwami paliwowymi w użyciu lub planowanych w Ohio, Michigan, Illinois i Massachusetts, a także w Kalifornii.
Na całym świecie rośnie liczba stacji tankowania wodoru dla konsumentów. Toyota i Honda łączą siły z rządem Quebecu, aby zbudować infrastrukturę wodorową w Montrealu w tym roku, a nawet bogata w ropę Arabia Saudyjska ma swoją pierwszą stację.
Toyota, drugi co do wielkości producent samochodów na świecie, jest największym graczem na amerykańskim rynku konsumenckim samochodów napędzanych wodorowymi ogniwami paliwowymi. Mirai – samochód z rodziny wodorowymi ogniwami paliwowymi – znalazł 5000 nabywców od czasu wprowadzenia go na rynek jesienią 2015 roku. Russ Koble, rzecznik grupy ochrony środowiska i zaawansowanych technologii Toyoty, powiedział, że firma spodziewa się wzrostu sprzedaży wraz z otwarciem większej liczby stacji paliw.
"Toyota od dawna utrzymuje, że technologia wodorowych ogniw paliwowych może być rozwiązaniem o zerowej emisji w szerokim spektrum typów pojazdów" - powiedział.
Toyota twierdzi, że skalowalność technologii wodorowych ogniw paliwowych doprowadziła również do dwóch zastosowań w kalifornijskich studiach wykonalności w innym obszarze zainteresowania Tesli: ciężarówkach z naczepami.
Półciężarówka Toyota Motor napędzana wodorowymi ogniwami paliwowymi jest prezentowana na AutoMobility LA przed Los Angeles Auto Show Patrick T. Fallon | Bloomberg | Getty Images
Honda zobowiązał się również do rozwoju wodoru. Obecnie na drogach w USA jeździ prawie 1 100 pojazdów Honda Clarity Fuel Cell, powiedziała Natalie Kumaratne, rzeczniczka Hondy. Honda oferuje w Kalifornii tylko Clarity Fuel Cell do wynajęcia – oferuje akumulatory, wersje elektryczne i hybrydowe samochodu do leasingu lub sprzedaży. Spośród 20 174 Claritys sprzedanych lub leasingowanych w 2018 r., 624 to warianty ogniw paliwowych, 948 to akumulatory elektryczne, a 18 602 to hybrydy plug-in.
Honda i Toyota połączyły siły ze spółką zależną Shell Oil, aby zbudować nowe stacje tankowania wodoru w Kalifornii. Do tej pory zbudowano dwa, a pięć jest w trakcie budowy, powiedział Kumaratne. Firma opowiada się za stacjami w północno-wschodnich Stanach Zjednoczonych, a kilka z nich jest w fazie rozwoju. "Współpraca z innymi producentami wodorowych ogniw paliwowych i wpływowymi osobami z branży ma sens. Wszyscy mamy skórę w grze" - powiedziała.
Hyundai, który obecnie ma 220 pojazdów napędzanych wodorowymi ogniwami paliwowymi na drogach w USA, również odnotowuje wzrost sprzedaży. "Spodziewamy się, że północny wschód będzie kolejnym dużym regionem rozwoju infrastruktury wodorowej" - powiedział Derek Joyce, rzecznik produktu koreańskiego producenta i grupy zaawansowanych układów napędowych. Firma właśnie wprowadziła Nexo do USA. EPA ocenia zasięg średniej wielkości crossovera do 380 mil, dłużej niż jakikolwiek zasilany bateryjnie samochód elektryczny na rynku.
Do 1 lutego sprzedano i dzierżawiono nieco ponad 6000 pojazdów elektrycznych z ogniwami paliwowymi w USA, dwukrotnie większej Japonii, kolejnym co do wielkości rynku.
Musk on hydrogen ‘fool cells’
Współzałożyciel i dyrektor generalny Tesli, Elon Musk, odrzucił wodorowe ogniwa paliwowe jako "zadziwiająco głupie" i nie jest to jedyna negatywna rzecz, jaką miał do powiedzenia na temat tej technologii. Nazwał ich "głupimi komórkami", "ładunkiem śmieci" i powiedział akcjonariuszom Tesli na dorocznym spotkaniu lata temu, że "sukces jest po prostu niemożliwy".
Musk znalazł zaskakujące źródło wsparcia w 2017 roku, kiedy Yoshikazu Tanaka, główny inżynier odpowiedzialny za Mirai, powiedział Reuterowi: "Elon Musk ma rację - lepiej ładować samochód elektryczny bezpośrednio przez podłączenie". Ale dyrektor wykonawczy Toyoty dodał, że wodór jest realną alternatywą dla benzyny. Prezes Toyoty, Takeshi Uchiyamada, powiedział Reuterowi na tym samym salonie samochodowym w Tokio w 2017 roku: "Tak naprawdę nie widzimy relacji przeciwnika o sumie zerowej między EV (pojazd elektryczny zasilany akumulatorem) a samochodem wodorowym. W ogóle nie zamierzamy rezygnować z technologii wodorowych elektrycznych ogniw paliwowych".
Przemysł samochodowy jako całość nie przyjął wizji przyszłości Muska. Badanie przeprowadzone w 2017 r. wśród 1000 menedżerów wyższego szczebla przez KPMG wykazało, że wierzą, że wodorowe ogniwa paliwowe mają lepszą długoterminową przyszłość niż samochody elektryczne i będą stanowić "prawdziwy przełom" (78 procent), a kierownictwo branży motoryzacyjnej wymienia krótki czas tankowania wynoszący zaledwie kilka minut jako główną zaletę. Sześćdziesiąt dwa procent powiedziało KPMG, że wyzwania infrastrukturalne spowodują upadek rynku pojazdów elektrycznych zasilanych bateryjnie.
W Kalifornii trwa debata na temat tego, czy subsydia oferowane przez państwo w celu ożywienia rynku ogniw paliwowych zwróciły się z inwestycji, co ocenia się na podstawie ograniczonego wykorzystania stacji tankowania i braku zysków. Kalifornia jest zaangażowana w wysiłki rozpoczęte przez byłego gubernatora Jerry'ego Browna w celu sfinansowania inicjatyw energii odnawialnej, które obejmowały plan pojazdów o zerowej emisji o wartości 900 milionów dolarów i finansowanie infrastruktury ładowania pojazdów elektrycznych, w tym 200 stacji wodorowych do 2025 r.
Mogliśmy zobaczyć systemy wodorowych ogniw paliwowych, które kosztują cztery razy mniej niż akumulatory litowo-jonowe, a także zapewniają znacznie większy zasięg.
David Antonelli, kierownik katedry chemii fizycznej na Lancaster University
GM nie wypuścił pojazdu z ogniwami paliwowymi na rynek konsumencki, ale ma spółkę joint venture z Hondą w celu produkcji stosów ogniw paliwowych w fabryce w Michigan, umowa, która rozpoczęła się w 2013 r. i rozszerzyła się w 2017 r., Kiedy obie firmy powiedziały, że fabryka w Michigan, w której produkowane są stosy paliwa, może produkować pojazdy od 2020 r.
Ford eksperymentował z wariantami ogniw paliwowych swoich samochodów Focus i Fusion, a także crossoverem Edge, ale nie oferuje żadnych takich pojazdów na sprzedaż.
"Przy stale rosnącym udziale energii odnawialnych, wodorowe ogniwa paliwowe mogą odegrać rolę w przyszłości" - powiedział rzecznik Forda. "Jeśli chodzi o powszechne wprowadzenie na rynek, akumulator jest obecnie w lepszej pozycji niż ogniwo paliwowe - nie tylko ze względu na sytuację kosztową i dostępną infrastrukturę. Nasze prace będą nadal koncentrować się na elektryfikacji, ponieważ monitorujemy postęp wodoru. Obecnie nie planujemy oferować pojazdów napędzanych wodorowymi ogniwami paliwowymi".
Fiat Chrysler nie ma pojazdu z ogniwami paliwowymi w sprzedaży w USA, ale od 15 lat wspiera badania prowadzone przez profesora Davida Antonelliego, przewodniczącego chemii fizycznej na Lancaster University w Wielkiej Brytanii, które mogą obniżyć koszty technologii. Jego zespół pracuje nad materiałem, który sprawia, że zbiorniki paliwa są mniejsze, tańsze i bardziej energooszczędne niż istniejące technologie paliw wodorowych, a także pojazdy zasilane akumulatorami.
"Koszt produkcji naszego materiału jest tak niski, a gęstość energii, którą może przechowywać, jest o wiele wyższa niż akumulator litowo-jonowy, że możemy zobaczyć systemy wodorowych ogniw paliwowych, które kosztują cztery razy mniej niż akumulatory litowo-jonowe, a także zapewniają znacznie większy zasięg "- powiedział Antonelli. Technologia została licencjonowana firmie nastawionej na zysk o nazwie Kubagen, założonej przez Antonelli.
Model samochodu i ceny tankowania pozostają dużymi problemami
Bezpieczeństwo jest problemem, ponieważ wodór jest łatwopalny, podobnie jak benzyna i akumulatory litowo-jonowe. Transport wodoru do wykorzystania na stacjach tankowania stwarza dodatkowe zagrożenie dla bezpieczeństwa – stacje wykorzystują czujniki do monitorowania wycieków. W Kalifornii nie odnotowano poważnych incydentów, a sektor przemysłowy transportuje wodór od dziesięcioleci.
Według National Fire Protection Association pojazdy napędzane paliwami alternatywnymi, kategoria obejmująca zarówno wodorowe ogniwa paliwowe, jak i zasilane bateryjnie elektryczne, nie są bardziej niebezpieczne niż tradycyjne silniki spalinowe. Statystyki NFPA pokazują, że mniej więcej co 3 minuty w USA dochodzi do pożaru samochodu z pojazdu z silnikiem spalinowym.
Największą przeszkodą mogą być jednak koszty.
Średnia cena paliwa wodorowego w Kalifornii wynosi około 16 USD / kg - benzyna jest sprzedawana na galon (objętość), a wodór na kilogram (waga). Ujmując to w perspektywie, 1 galon benzyny ma mniej więcej taką samą ilość energii jak 1 kg wodoru. Większość samochodów elektrycznych z ogniwami paliwowymi przewozi około 5 kg do 6 kg wodoru, ale pokonuje dwa razy więcej niż nowoczesny samochód z silnikiem spalinowym z równoważnym gazem w zbiorniku, co przekłada się na równowartość benzyny na galon od 5 do 6 USD.
Samochody napędzane wodorowymi ogniwami paliwowymi mają obecnie średnio od 312 mil do 380 mil zasięgu, zgodnie z EPA. Będą kosztować około 80 USD, aby zatankować z pustego (większość kierowców nie pozwala, aby zbiornik się opróżnił przed zatankowaniem, więc kończą tankowanie kosztem od 55 do 65 USD). Koszt ten jest obecnie opłacany przez producentów samochodów, którzy zapewniają najemcom karty przedpłacone na trzy lata tankowania, do 15 000 USD. W Kalifornii, która ma najwyższe ceny gazu w kraju, napełnienie konwencjonalnego samochodu dużym zbiornikiem gazu może kosztować 40 USD lub więcej.
Kelley Blue Book szacuje roczne koszty paliwa dla Toyoty Mirai, Honda Clarity Fuel Cell i Hyundai Nexo na 4 495 USD, co stanowi trzy do czterech razy więcej niż koszt alternatyw zasilanych gazem.
"Zdajemy sobie sprawę, że producenci samochodów nie mogą płacić za paliwo i widzimy linię wzroku, aby się tam dostać, ale jest to gra objętościowa i musimy osiągnąć masę krytyczną" - powiedział Shane Stephens, dyrektor i dyrektor ds. Rozwoju w FirstElement Fuel, który prowadzi 19 z 39 stacji tankowania wodoru w Kalifornii i rozwija 12 z 25 dodatkowych stacji dla stanu. Krótkoterminowy cel jego firmy wynosi 10 USD / kg, co równałoby się około 4 USD za gal gazu. "To dobra krótkoterminowa akceptowalna liczba, która może zostać osiągnięta w ciągu najbliższych trzech do pięciu lat i odciągnąć ludzi od subsydiowanego przez producentów samochodów paliwa" - powiedział Stephens.
Największy problem: samochody pozostają drogie. Nexo, na przykład, jest najdroższym Hyundaiem w sprzedaży w USA, z ceną wywoławczą 59 345 USD (ceny początkowe porównywalnej wielkości Santa Fe zaczynają się od 24 250 USD). Modele ogniw paliwowych Toyota Mirai i Honda Clarity mają podobną MSRP w przedziale 59 000 USD. Te zakupy samochodów kwalifikują się do rabatów rządowych - w Kalifornii dostępny jest zwrot podatku w wysokości 5000 USD.
Leasing jest popularnym wyborem konsumentów dla samochodów elektrycznych z ogniwami paliwowymi i akumulatorami, ponieważ technologia jest nowa, a pierwsi użytkownicy nie chcą być związani z obecnym modelem przez długi czas, ponieważ technologia się rozwija i poprawia wydajność.
Podobnie jak w przypadku każdej nowej technologii, koszty ogniw paliwowych powinny spaść, jeśli rynek będzie rósł i osiągnie korzyści skali w produkcji i infrastrukturze. "Honda ma długoterminowe zaangażowanie w wodór, ale nie można sprzedawać pojazdów bez infrastruktury" - powiedział Kumaratne.
Stephens powiedział, że jeśli rynek może osiągnąć "kilkaset tysięcy samochodów" w Kalifornii, może być konkurencyjny cenowo z benzyną. Stanowi to duży skok w stosunku do 6000 samochodów sprzedanych do tej pory, ale większość nowych rynków motoryzacyjnych zaczyna się od ograniczonych serii produkcyjnych. Toyota planuje zwiększyć produkcję z 3000 sztuk Mirai rocznie do 30 000 samochodów do 2021 roku. "To dziesięciokrotny wzrost wielkości".
"Kilkaset tysięcy samochodów w Kalifornii nie jest tak daleko. A to tylko Toyota" - powiedział Stephens. "Nie chodzi o subsydiowanie całego rozwoju infrastruktury, ale po prostu o pomoc w pokonaniu garbu, a to jest na horyzoncie. Jeśli dojdziemy do kilkuset tysięcy samochodów, możemy naprawdę zacząć wycofywać dotacje rządowe i być samowystarczalni.
