Biodiesel, prąd a może wodór - za i przeciw dla alternatywnych źródeł napędu

Biodiesel, prąd a może wodór - za i przeciw dla alternatywnych źródeł napędu

Podaj dalej

Napęd elektryczny to obecnie najbardziej forsowana przez koncerny samochodowe i kraje rozwinięte idea na walkę z globalnym ociepleniem i propagowaniem stylu „eko” w branży  motoryzacyjnej. Pomysłów na redukcję emisji spalin było dotychczas wiele. W dobie drożejącej ropy, ludzkość szuka alternatywnych rozwiązań, także takich jak biopaliwa czy wodór. Pytanie, czy stosowanie ich wszystkich jest naprawdę „zdrowe” dla środowiska?

Unia Europejska regularnie podnosi producentom aut poprzeczkę, wprowadzając coraz to bardziej wyśrubowane normy Euro. Chodzi między innymi o redukcję emisji tlenków węgla, dwutlenku siarki oraz węglowodorów. Te działania mają sprawić, że do atmosfery przedostawać się ma mniej CO2, a powietrze – zwłaszcza w dużych aglomeracjach – będzie czystsze. Idea wydaje się być słuszna, jednak gdy pod uwagę weźmie się wszystkie aspekty związane z produkcją, a także zasilaniem i eksploatacją zielonych samochodów, to – zwłaszcza w polskich warunkach – korzyści płynące z użytkowania takich pojazdów są bardzo wątpliwe.

Moda na elektryki

Jeżdżąc elektrycznym samochodem możesz w przeciągu paru lat zaoszczędzić nawet 20 tys. złotych. Moda na ekologiczne auta, które wcale nie emitują szkodliwych substancji do atmosfery, przybiera na sile. Money.pl sprawdził, że choć zakup takiego pojazdu – pod pewnymi warunkami – opłaca się kierowcy, to jednak wcale nie zyskuje na tym środowisko naturalne.

Samochody elektryczne wcale nie są ekologiczne. Według opracowanego w 2 lata temu raportu szwajcarskich Laboratoriów Inżynierii Materiałowej i Technologii (EMPA) wynika, że wpływ na środowisko samochodów z konwencjonalnymi silnikami jest niższy niż w przypadku samochodów z silnikami elektrycznymi. Jak to?

Wyprodukowanie, a także eksploatacja i późniejsza utylizacja samochodu z konwencjonalnym napędem emituje do atmosfery około 24 ton CO2. Dla samochodu ekologicznego, wyposażonego w agregat elektryczny, jest zaledwie o tonę niższa.

Na baterie

Utylizacja starych i produkcja nowych akumulatorów według wyliczeń organizacji Low Carbon Vehicle Partnership  (LCVP) spowoduje, że do atmosfery trafi kolejne 7 ton dwutlenku węgla. Tak więc zakładając, że eksploatacja obu samochodów potrwa 12 lat – co zwłaszcza w polskich warunkach nie jest niczym szczególnym – to łącznie ten ekologiczny, wyśle w powietrze o ponad jedną trzecią CO2 więcej. W ten sposób obalony został jeden z najpoważniejszych argumentów ekologów, którzy podobnie jak producenci, forsują ideę przesiadania się do zielonych aut.

Warto przy tej okazji dodać, że nadal brakuje danych na temat tego, jaki wpływ na środowisko naturalne będzie miała coraz większa eksploatacja złóż i przetworzenie pierwiastków (lit, ołów), wykorzystywanych do produkcji baterii.

Duże problemy w przypadku baterii stanowi nie tylko sama produkcja, ale również utylizacja. W przeciwieństwie do standardowych akumulatorów ołowiowo-kwasowych, które znajdziemy pod maską każdego tradycyjnego samochodu, baterie litowo-jonowe potrzebują zdecydowanie bardziej skomplikowanej obróbki. W pierwszej kolejności muszą zostać rozładowane, a następnie schłodzone ciekłym azotem. Dopiero później można przystąpić do odzysku elektrolitu, którego magazynowanie jest równie niebezpiecznie z punktu widzenia ochrony środowiska jak i kosztowne. Lwia część tych kosztów spadnie na użytkowników, tak samo jak zakup i wymiana nowych baterii.

Cena takiego zabiegu nie jest niska. Wymiana akumulatorów w Samochodzie Roku 2011 Nissanie Leaf to w Wielkiej Brytanii wydatek 4920 funtów, czyli około 26 tys. zł! Jest to cena obowiązująca po okresie gwarancyjnym akumulatora. Bateria Leafa sprzedawanego w polskich salonach objęta jest gwarancją na 5 lat i ograniczona przebiegiem 100 tys. kilometrów.

Przez godzinę pracy samochód wyposażony w silnik elektryczny o mocy 60 kilowatów, czyli mocy 80 koni mechanicznych, zużyje podobną ilość prądu, co 100-watowa żarówka święcąca przez 300 godzin. Dlatego wydajność siłowni produkujących prąd jest kluczowa w przypadku aut elektrycznych. A te jak wiadomo w większości przypadków generują energię z paliw kopalnianych, w przypadku Polski w 80 procentach węgla.

W Polsce przeciętny kierowca pokonuje rocznie około 15 tys. kilometrów. Korzystając z auta napędzanego silnikiem wysokoprężnym, w ciągu dwunastu miesięcy na olej napędowy wyda 4,2 tys. zł, z kolei na prąd nieco ponad 1,1 tys. zł. Łatwo zatem policzyć, jak kształtować się będą koszty eksploatacji w przeciągu ośmiu lat. Na tyle bowiem szacuje się średnio żywotność baterii w autach elektrycznych. Będzie to odpowiednio 33,6 tys. i 9 tys. zł.

Diesel czy biodiesel? Płać albo płacz

Przed właścicielami samochodów z silnikiem Diesla ciężkie czasy. Ceny oleju napędowego na stacjach w Polsce są wyższe niż ceny benzyny. Żeby zaoszczędzić kilkanaście groszy, niektórzy kierowcy już przestawili się na olej napędowy z domieszką bio-komponentów. Czy jest to dobre rozwiązanie? Pewności nie ma.

Olej napędowy na stacjach benzynowych jest droższy od benzyny średnio o 20 gr. Jak zapewniają eksperci, to się szybko nie zmieni. Kierowcy samochodów z silnikiem Diesla gwarantującego dotychczas niskie koszty eksploatacji muszą oswoić się z myślą, że zakup droższych aut zwróci im się tylko pod warunkiem, że zaczną naprawdę bardzo dużo jeździć. Ile w tym przypadku ma znaczyć to „bardzo dużo”? W przybliżeniu około 60 000 kilometrów rocznie. Dla znacznej grupy kierowców jest to dystans nie do pokonania.

„Alternatywna” istnieje

Czy lepsza? Każdy musi zdecydować samodzielnie. Mając na uwadze cenę jest z pewnością tańsza, a rządy wszystkich krajów europejskich twierdzą, że i bardziej ekologiczna. Biodiesle, bo o nich mowa to ujmując w skrócie olej napędowy wymieszany z bio-dodatkakmi, pochodzącymi z roślin, np. rzepaku. Te paliwa są tańsze na stacjach nawet o kilkadziesiąt groszy na litrze, ale jak pokazały wyniki testów Austriackiego Związku Techniki Samochodowej (ÖVK) wyrządzają więcej szkód, niż jest z nich pożytku.

Po pierwsze, jak wynika z raportu austriackiego instytutu – i tu powinien zostać wytrącony na dobre argument o ekologiczności tych paliw głoszony tak dobitnie przez ministrów środowiska z całej Europy – jeden litr paliwa typu Biodiesel powoduje co najmniej o 1,7 razy większy wzrost efektu cieplarnianego niż zwykły olej napędowy! To dopiero początek. Paliwo z bio-komponentami co już było wielokrotnie głoszone przez producentów aut wpływa na krótszą żywotność silników. Dodatkowo rozwijanie tej „pseudo-ekologicznej” technologii wymusza na producentach odstawienie na boczny tor prac nad ulepszeniem konwencjonalnych jednostek wysokoprężnych, którym w obecnej formie alternatywne surowce napędowe najzwyczajniej szkodzą. A także szkodzi im sama (skomplikowana) konstrukcja, który przy ewentualnych naprawach generuje znacznie większe koszty niż chociażby silniki benzynowe.

Szczególnie dotyczy to Biodiesli (RME – estry oleju rzepakowego). Już dodanie zaledwie 5 procent bio-masy do zwykłego oleju napędowego powoduje spadek, a nie jak mówią zwolennicy biodiesli wzrost, jakości smarnych oleju silnikowego. To oznacza też automatycznie częstsze wymiany filtrów olejowych i naturalnie samej substancji. Wbrew powszechnej opinii zwiększają się także średnie wyniki spalania pojazdu oraz emisja tlenku azotu do atmosfery. Wedle szacunków austriackich techników z ÖVK konsumpcja paliwa od 3 do 7 procent, zaś NOx pomiędzy 20 a 30 procent. Z korzystania z biodiesli całkowicie wyłączone są samochody z filtrami cząstek stałych DPF. Alternatywne paliwo zawiera bowiem w sobie cząsteczki fosforu, które szkodzą katalizatorowi. Ten z kolei produkuje więcej popiołu i kurzu, który jednocześnie wpływa na krótsze działanie filtrów. Dokładnie o ponad 50 procent. Na domiar złego nowe regulacje prawne zakładają udział nawet 20 procent bio-masy w każdym litrze ON.

Mimo tych negatywnych właściwości, rynek motoryzacyjny i rynek paliwowy może wiązać duże nadzieje z biodieslami. Jeśli pod uwagę wziąć alternatywne paliwo oznaczone symbolem BTL (Biomass to liquid). To biodiesel drugiej generacji, który otwiera drogę do homogenicznego spalania w komorze silników wysokoprężnych oraz do systemu CCS, wiążącego właściwości silników Diesla i jednostek typu Otto. Nowe paliwo BTL jak pokazały wstępne testy, faktycznie jest w stanie zniwelować spalanie – co najmniej o 15 procent – w stosunku do teraźniejszych motorów wysokoprężnych. Nowy biodiesel byłby w stanie zmniejszyć także emisję tlenku azotu i pozostałych szkodliwych cząstek.

Jak istotny jest ten surowiec dla branży motoryzacyjnej pokazuje przykład z Niemiec, gdzie po firmie Shell udziały w rafinerii Choren Industries GmbH, która w przyszłości ma zamiar produkować blisko 200 000 ton paliwa BTL rocznie wykupili dwaj giganci samochodowej sceny, Volkswagen i Mercedes.

Co z tym H?

Już na przełomie XIX i XX wieku Juliusz Verne, nazywany „dziadkiem scince fiction”, przewidział ogromny potencjał jaki drzemie w wodorze i tlenie. Dziś, te ówczesne, szalone wizje francuskiego pisarza, przybierają materialne formy i mogą być kolejnym kamieniem milowym w branży motoryzacyjnej.

Zastosowanie wodoru jako alternatywnego paliwa, napędzającego samochody przewija się na motoryzacyjnym podwórku od kilku lat. Niestety mimo tego, że woda jest najpowszechniejszym i najszerzej dostępnym surowcem na świecie, powszechne stosowanie wodoru jest nadal pieśnią przyszłości. Ma na to wpływ kilka istotnych czynników jak chociażby wysokie koszty produkcji czy zaawansowanie technologiczne systemu. Zupełnie inną sprawą jest kierunek, w którym rozwijać ma się napęd wodorowy.

Wielu ekspertów na świecie jest przekonana, że wodór będzie w przyszłości stanowił efektywny substytut benzyny. Pytanie tylko, który wariant zasilania pojazdów wybrać.

Możliwości są dwie

Pierwsza z nich ukierunkowana jest tylko na sam wodór molekularny (cząsteczkowy) – H2. Wytwarzany jest przez pojedyncze atomy wodoru, które mogą ulegać spalaniu w połączeniu z podgrzanym powietrzem. Takie właściwości wodoru stwarzają mocne podstawy do tego, aby przy niewielkiej ingerencji w budowę silnika spalinowego – emituje ciepło – napędzać go wodorem molekularnym. Jednostka nie emitowałaby przy tym szkodliwego CO2, a w wyniku wysokiej temperatury spalania do atmosfery przedostawałyby się tylko niewielkie ilości tlenku azotu. Co prawda jest to związek trujący dla człowieka, jednak jak zapewniają inżynierowie współczesna motoryzacja, jest w stanie ograniczyć stopień jego emisji do poziomu dużo niższego, niż w przypadku obecnie stosowanych konwencjonalnych jednostek napędowych, zatruwających powietrze spalinami.

Przy powyższej koncepcji wiernie obstają BMW, Mazda i Toyota. Jednak wszystkie, w swoich projektach zdają sobie sprawę z jednej, bardzo istotnej wady. Zróżnicowanej wydajności H2. W przypadku koncepcyjnych aut BMW (Hydrogen 7), Mazdy (RX-8 Hydrogen) oraz Toyoty (Mirai) silnik napędzany wodorem cząsteczkowym osiąga około 42% wydajności. W prostych słowach oznacza to mniejszą moc i słabsze osiągi alternatywnie napędzanej jednostki.

Biorąc pod uwagę czynnik wydajności, dużo lepiej radzi są z tym druga koncepcja aut zasilanych wodorem, wyposażonych w ogniwa paliwowe. Wydajność tego typu układów ustalona została obecnie na nieco poniżej 60%. To więcej niż w przypadku sprawności tradycyjnych jednostek. Dla przykładu silniki elektryczne mogą poszczycić się wynikiem na poziomie 90%.

W porównaniu z silnikami spalinowymi, ogniwa paliwowe produkując z wodoru energię i po utlenieniu wodę (także w postaci pary wodnej), dokonują tego „na zimno”. Dosłownie oznacza to, że końcowy produkt jaki powstaje to nie ciepło, a prąd, który napędza w konsekwencji jednostkę elektryczną w samochodzie. Niestety energia wodorowa jest trudna do utrzymania przez dłuższy czas w typowych warunkach atmosferycznych. Wodór ma 2700 razy mniejszą gęstość energetyczną, niż klasyczne paliwo. Jako, że jest najmniejszym pierwiastkiem chemicznym, wydostanie się z każdego pojemnika. Odbija się to na ograniczonym zasięgu samochodu. Metody na ominięcie tego problemu są dwie: skroplenie wodoru poprzez ochłodzenie do -260 stopni Celsjusza lub skondensowanie energii w zbiorniku pod wysokim ciśnieniem przy ciśnieniu od 350 do nawet 700 bar. W taki sposób zasięg auta z ogniwami paliwowymi zwiększy się nawet do 500 kilometrów.

Najistotniejsza kwestia, mogąca zdecydować o szybkim bądź bardzo powolnym nadejściu aut zasilanych wodorem, dotyczy wysokich kosztów produkcji. Wyprodukowanie jednego pojazdu z ogniwami paliwowymi jest obecnie blisko 20-krotnie droższe niż auta z silnikiem spalinowym. Dodatkowo trzeba pamiętać, że wodór sam w sobie nie jest źródłem energii, a jedynie jej nośnikiem i będzie przyjazny środowisku tylko wtedy, jeśli nie będzie – jak dotąd – pochodzić z surowców kopalnianych. Koło się zamyka.

Morawiecki zapowiada nowy podatek dla pojazdów z większą pojemnością

Dołącz do dyskusji

Przeczytaj również

Redakcja WRC News

Redakcja WRC News