Paliwa wodorowe. Czy to przyszłość motorsportu?

Pierwsza seria wyścigowa oparta na wodorze ma ruszyć w przyszłym roku. W Rajdzie Dakar startowały już samochody napędzane właśnie tym pierwiastkiem. Formuła 1 rozważa wodór jako potencjalny napęd przyszłości. A i my możemy już kupić samochody z wodorem w roli paliwa. Czy to właśnie on jest więc napędem dla naszej przyszłości?

To dziewiąty z artykułów, który realizujemy we współpracy z Bankiem Gospodarstwa Krajowego.

Cykl dotyczący innowacji w sporcie wspiera Idea 3W Woda, Wodór, Węgiel – inicjatywa, która łączy świat nauki i biznesu w tematach technologii z obszaru wody, wodoru i węgla pierwiastkowego, by budować lepszą, nowoczesną, zrównoważoną przyszłość. Więcej dowiecie się na stronie Idei 3W.

***

Dlaczego wodór?

Przede wszystkim wypadałoby napisać, że wykorzystanie wodoru jako napędu w motoryzacji, to żadna nowość. Już François Isaac de Rivaz, który skonstruował mechaniczny pojazd w 1808 roku, zaprojektował i opatentował też dla niego silnik wodorowy. Oczywiście, nie była to jednostka napędowa przesadnie wydajna, ale warto podkreślić, że takie próby istniały ponad 200 lat temu. A później często podejmowano kolejne.

W ostatnich latach szerzej od silników spalinowych napędzanych wodorem rozprzestrzeniła się technologia ogniw paliwowych, powiązanych z silnikiem elektrycznym. I to w sumie również nie nowość – jej korzenie sięgają XIX wieku. Inna sprawa, że faktyczne początki ich stosowania w praktyce to już druga połowa poprzedniego stulecia.

CZYTAJ TEŻ: Sprzedał auta, założył fundację. Jak od 12 lat Subotić pomaga tysiącom osób

Zostawmy jednak przeszłość, a skupmy się na teraźniejszości. I zapytajmy: co sprawia, że wodór wydaje się być paliwem przyszłości w motorsporcie, ale i naszej codzienności?

Przede wszystkim jest on paliwem ekologicznym. W efekcie jego spalania powstaje para wodna. Ma przy tym, oczywiście, teoretyczne wady. Wytwarzanie zielonego wodoru pochłania dużo energii (stale pracuje się jednak nad poprawą efektywności procesu), wymaga też wielkiej ostrożności w obyciu, bo gdy zmiesza się go z powietrzem, tworzy mieszankę, która jest niezwykle wybuchowa. To ostatnie samych samochodów jednak nie dotyczy – w testach zderzeniowych wszelkiego rodzaju potwierdzono, że specjalne zbiorniki, skonstruowane do przechowywania wodoru w trakcie jazdy, wytrzymują nawet największe obciążenia.

Wad jest więc stosunkowo mało – zalet sporo, bo nowoczesne technologie silników napędzanych wodorem są też coraz bardziej wydajne. Ale jak właściwie funkcjonują?

Jak to działa?

Obecnie auta napędzane wodorem posiadają silnik elektryczny – choć trwają prace nad ulepszeniem silnika spalinowego, który mógłby wydajnie korzystać bezpośrednio ze spalania wodoru – w którym umieszczone są odpowiednie ogniwa paliwowe. Pionierem seryjnej produkcji tego typu samochodów w życiu codziennym była Toyota, która stworzyła model Mirai i podzieliła się patentami z konkurencją, by ta również zaczęła produkować tego typu samochody.

Toyota ma tu oczywiście swój interes – aktualnie bowiem największym ograniczeniem samochodów na wodór jest to, że w wielu krajach trudno o stacje ich tankowania. Podobnie jak to było wcześniej z „elektrykami”, ich sieć dopiero się rozwija, więc użytkownicy samochodów napędzanych wodorem w tym momencie mogą mieć problemy z ich zatankowaniem. Ale to rzecz do rozwiązania. Tym bardziej, że tankowanie takiego auta jest dużo szybsze, niż pojazdu elektrycznego – według Toyoty ma trwać zaledwie około pięciu minut czyli porównywalnie do uzupełniania paliwa w pojazdach spalinowych

Wróćmy jednak do zasad działania.

Auta z silnikiem elektrycznym, napędzane wodorem, są bowiem w pewnym sensie… elektrownią. Za to odpowiadają przywoływane już ogniwa paliwowe. W wielkim skrócie: zachodzi w nich proces zwany odwróconą elektrolizą. Wodór ze zbiornika w samochodzie reaguje z tlenem z powietrza, a w efekcie powstaje energia elektryczna, ciepło i woda, przy czym woda jest odprowadzana poza pojazd. A ciepło? Można wykorzystać choćby do podgrzania foteli.. Wytworzona energia elektryczna trafia z kolei do samego silnika, napędzając pojazd, albo – jeśli jest jej więcej, niż potrzeba – do akumulatora, gdzie jest „przechowywana” aż do momentu, gdy stanie się potrzebna w czasie jazdy.

W silnikach spalinowych na wodór – które są obecnie rozwijane i coraz bardziej wydajne – nie zobaczymy za to właściwie nic nowego. Te działają bowiem na tej samej zasadzie co silniki benzynowe czy na diesel. Wodór miesza się tam z tlenem w cylindrach, gdzie następuje najpierw sprężenie, a finalnie zapłon takiej mieszanki. W efekcie powstaje energia, napędzająca samochód. Różnica jest jedynie taka, że spalanie wodoru jest bezemisyjne.

Pozostaje za to bardzo wydajne i zdaje się, że w kolejnych latach może wyprzeć tradycyjne paliwa. Nawet jeśli jeszcze nie na ulicach, to choćby na torach wyścigowych.

Motorsport podejmuje wyzwanie

Już teraz wiadomo, że cykl Extreme E, przeznaczony dla elektrycznych SUV-ów, które ścigały się w ekstremalnych warunkach – między innymi takich jak lasy deszczowe Amazonii czy lodowe połacie Arktyki – od przyszłego roku zamieni się w Extreme H. Jedna literka zrobi tu wielką różnicę, bo silniki typowo elektryczne zostaną zastąpione napędem wodorowym. Będzie to pierwsza taka klasa wyścigowa na świecie.

– Cykl Extreme E został zaprojektowany jako platforma testowa dla innowacji i rozwiązań z sektora emobilności. Szybko stało się jasne, że stworzenie serii wyścigów wodorowych jest naturalną ewolucją naszej misji, którą jest możliwość pokazania i wytestowania nowych zielonych technologii. Wraz z obecnymi zespołami Extreme E w nadchodzących miesiącach zdecydujemy, jak najlepiej zintegrować samochody napędzane wodorem z obecnie funkcjonującym cyklem wyścigowych weekendów – mówił w 2022 roku Alejandro Agag twórca i pomysłodawca Extreme E (cytat za elektromobilni.pl).

CZYTAJ TEŻ: Szybciej, wyżej, mocniej. Włókno węglowe miesza w świecie sportu

Ostatecznie postawiono na ewolucję całej klasy wyścigowej, Extreme H będzie więc w pewnym sensie platformą do testów pojazdów z silnikami wodorowymi. Zresztą takie testy zaczęły się już jakiś czas temu, przygotowania do startu serii trwają bowiem od dobrych kilkunastu miesięcy. Na razie wszystkie wskaźniki sugerują na to, że cała zmiana przebiegnie bezproblemowo. A jeśli tak, to będzie to dla motorsportu ważna chwila.

Choć to nie tak, że to całkowicie pionierskie wydarzenie w historii rozwoju samochodów napędzanych wodorem.

Już w 2022 roku ciężarówka z takim silnikiem przejechała bowiem cały Rajd Dakar. Gaussin H2 Racing Truck swoje źródło napędu miała w dwóch silnikach elektrycznych o mocy 300 kW, a na jej pokładzie znalazło się 16 zbiorników na wodór o pojemności 80 kg paliwa. Prędkość maksymalna, jaką osiągał samochód? 140 km/h. Zasięg po tankowaniu (trwającym około 20 minut)? 800 kilometrów.

Udział takiego pojazdu w jednym z najsłynniejszym wyścigów świata był tak naprawdę akcją promocyjną, którą organizatorzy przeprowadzili razem z Aramco, saudyjskim koncernem paliwowo-chemicznym, od lat pracującym nad rozwojem wodoru w roli paliwa. – Wodór ma potencjał, aby umożliwić redukcję emisji w sektorze transportu, szczególnie w segmentach trudnych do dekarbonizacji, takich jak pojazdy ciężkie – mówił przy tej okazji Ahmad A. Al.-Saadi, starszy wiceprezes ds. usług technicznych.

W rozwój silników wodorowych są też, oczywiście, zaangażowani producenci samochodów. Wspomniana już Toyota robi to nie tylko przy okazji produkcji samochodów osobowych, ale i w wyścigach. Silniki wodorowe mają pojazdy teamu Toyota Gazoo Racing, testowane po raz pierwszy w 2021 roku w japońskiej serii ENEOS Super Taikyu, gdzie na tor wyjechała przystosowana do ścigania Toyota GR Corolla. Przez kolejne dwa lata za sprawą takich występów rozwijano technologię i opracowano metodę napędzania samochodu ciekłym wodorem. Samochód tego typu zadebiutował na torze w maju 2023 roku.

Co ważne, w toku testów wyszło, że z silników wodorowych zadowoleni są też sami kierowcy. Juha Kankkunen, czterokrotny rajdowy mistrz świata, który miał okazję usiąść za kierownicą takiego pojazdu, mówił:

– Silnik wodorowy generował solidny moment obrotowy. Dawał przez to podobne odczucia do silnika spalinowego. Biorąc pod uwagę zerową emisję dwutlenku węgla, uważam, że silniki wodorowe wkrótce staną się jedną z opcji do osiągnięcia neutralności węglowej. Nie tylko w motorsporcie, ale i w „normalnych” samochodach.

Jego zdanie podzielał inny Fin, Jari-Matti Latvala, trzykrotny rajdowy wicemistrz świata, który zwracał uwagę na to, że uczucie przy prowadzeniu samochodu napędzanego wodorem, jest takie samo, jak przy normalnym silniku. No i, przede wszystkim, nie zmienia się też… dźwięk. Bo jakkolwiek by to nie brzmiało, dla kierowców i fanów to naprawdę ważne.

Wszystko wskazuje na to, że wkrótce wodorowe mogą stać się wyścigi długodystansowe. Już jakiś czas temu zapowiedziano, że samochody najwyższej kategorii w legendarnym LeMans 24h mają przejść w całości na wodór od 2030 roku. Kilka lat temu pojawiły się też informacje o utworzeniu odrębnej klasy dla pojazdów wodorowych już w 2024 roku, na razie jest to jednak wydarzenie przesuwane ze względu na rozwój technologii i obecna planowana data wprowadzenia to 2026 lub nawet 2027 rok.

Swoje zainteresowanie wodorem w kontekście wyścigów długodystansowych zgłosiły też same koncerny. Otwarcie mówiły o tym między innymi Peugeot i BMW, no i oczywiście wspomniana Toyota. Producentów kusi w tym wszystkim przede wszystkim bezemisyjność, którą wielu ma wpisaną w strategię swojej marki. Właściwie wszystkie wiodące koncerny badają silniki wodorowe w kontekście aut „normalnych”, a motorsport mógłby stać się dla nich poligonem doświadczalnym i miejscem na reklamowanie tego typu rozwiązań.

A już szczególnie o rozgłos dla wodoru mogłaby zadbać najsłynniejsza ze wszystkich klas wyścigowych.

Czy królowa motorsportu przejdzie na H?

Odpowiedź na zadane powyżej pytanie brzmi: na pewno nie w ciągu najbliższych kilku lat. F1 poszła bowiem w inną stronę i sięgnęła po biopaliwa, które do użytku mają wejść od 2026 roku. Mają to być paliwa uzyskiwane w stu procentach w laboratoriach, którego produkcja będzie neutralna dla środowiska. Procesy ich uzyskiwania mogą być różne – poprzez wychwytywanie dwutlenku węgla z atmosfery, wykorzystanie odpadów komunalnych, a nawet biomasy.

Chodzi tu zresztą nie tylko o bolidy – bo te stanowią jedynie jeden procent całej emisji gazów do atmosfery w przypadku F1 – a o wszelkie pojazdy należące do zespołów, czyli m.in. ciężarówki.

– Nasze dążenie do osiągnięcia w pełni biopaliwowego sezonu europejskiego jest wymagającym i złożonym projektem, który trwa za kulisami w zespole od ponad roku. Projekt ten stanowi kolejny krok w naszej podróży w kierunku zrównoważonego rozwoju, ale jesteśmy na krzywej uczenia się. Na podstawie wyników naszych testów jesteśmy podekscytowani, widząc, że redukcja emisji o 89 procent jest możliwa dla każdej trasy wykonywanej przez nasze ciężarówki – mówiła Kierownik ds. zrównoważonego rozwoju w ekipie Mercedesa, Alice Ashpitel.

Tegoroczny bolid Mercedesa w F1. Fot. Newspix

W nowych silnikach, które również mają się pojawić w F1, około 45 do 50 procent mocy ma stanowić energia elektryczna. Rozbudowany zostanie również system odzysku energii z hamowania. Kluczowe będzie jednak paliwo i to, jak dobrze z jego wytwarzaniem poradzą sobie konkretni dostawcy, bowiem producenci będą mogli wybrać sposób produkcji paliwa. Czy postawią na biopaliwa (z bioodpadów i biomasy) czy na paliwa syntetyczne (m.in. wychwytanie dwutlenku węgla z atmosfery) to ich sprawa.

Czy wprowadzenie takiej technologii oznacza jednak, że Formuła 1 odwraca się od wodoru? Niekoniecznie.

Celem królowej motorsportu jest bowiem osiągnięcie jak najniższej – najlepiej: zerowej – emisji. A tę w przyszłości może gwarantować właśnie wodór. Tu istotny jest też czynnik, o którym wspominał Jari-Matti Latvala – spalinowe silniki wodorowe gwarantują hałas, niezwykle ważny dla fanów jako część widowiska, którym jest Grand Prix Formuły 1. Stąd F1, FIA (Międzynarodowa Federacja Samochodowa) i Extreme H utworzyły jakiś czas temu Grupę Roboczą ds. Wodoru. Rozpocznie ona działalność w 2025 roku, a skupić ma się na ocenie technologii wodorowej i jej wykorzystania w wyścigach samochodowych.

– Nasz sport ma tradycję wprowadzania nowych technologii do świadomości publicznej i to w niesamowicie krótkich okresach czasu. Robimy to, pozostając otwartymi na wszystkie rozwiązania i angażując się w inżynierię dla wielu dyscyplin. W obliczu zmian klimatycznych, z którymi wszyscy się borykamy, zobowiązaliśmy się do promowania zrównoważonego rozwoju, dlatego musimy badać wszystkie obszary dekarbonizacji w sektorze mobilności. Powinniśmy uwzględnić zrównoważone paliwa ciekłe na bazie wodoru, elektryfikację i wodór – mówił Pat Symonds, dyrektor techniczny F1.

CZYTAJ TEŻ: Ekologiczne stadiony. Kto intensywnie myśli o przyszłości planety?

Czy – a tym bardziej kiedy – wodór wejdzie do Formuły 1, na razie nie wiadomo. Z pewnością jednak jest to jedno z rozwiązań, któremu przedstawiciele najsłynniejszej klasy wyścigowej będą się z uwagą przyglądać. Symonds zapowiadał zresztą, że nie wyklucza możliwości, że silniki i paliwo, które zostaną wprowadzone w kolejnych sezonach, będą ostatnimi tradycyjnymi jednostkami napędowymi.

A przy kolejnej rewolucji – wypadającej już zapewne w następnej dekadzie – kto wie, czy Formuła 1 nie sięgnie właśnie po wodór.

SEBASTIAN WARZECHA

Fot. Newspix