Направи дарение на училище!

Автор: Петя Апостолова

През последните години все повече се говори за вредното въздействие на човека върху околната среда. И в политическата, и в обществената сфера се обсъждат различни  възможности за намаляване на вредните газове, излъчвани в атмосферата. Една от тези алтернативи е зеленият водород, който се произвежда напълно от възобновяеми енергийни източници, поради което се счита за “гориво на бъдещето”. Той захранва водородни автомобили, по-различни от електромобилите, тъй като се задвижва от горивни клетки, които от своя страна функционират посредством изгарянето на водород. Единственият газ, който се отделя при него, е водна пара и поради тази причина технологията се нарича водородна мобилност. От другата страна са електрическите автомобили, чиито двигатели се задвижват изцяло от електричество. За тях можем да кажем, че са много отдавна неразделна част от световния автопазар, тъй като сам по себе си електромобилът не замърсява природата и въпреки някои от недостатъците им в екологичен аспект спрямо производствената дейност, големите производители на автомобили инвестират средства, за да подпомагат широкото им разпространение. 

Разбери повече за БГ Наука:

***

Целта на тази статия е да изследва тези две водещи технологии, с които ЕС се опитва да пребори нарастващите емисии в транспорта, а именно електрически и водородно задвижваните превозни средства. Обект на анализ е технологичната зрялост на двете технологии, приложението им в днешни дни, техните предимства и недостатъци, както и възможностите за бъдещото им развитие. В заключение на читателите се прилага и сравнителен анализ на технологиите по отношение на редица ключови фактори. 

Ключови думи: зелен водород, електромобили, транспорт, емисии, превозни средства

Транспортът е вторият най-голям замърсител в световен мащаб след добива на енергия и отговаря за близо 22% от отделените емисии въглероден диоксид. Най-големият замърсител е енергодобивът с близо 37,5% отделени емисии, а на трето място се нарежда селското стопанство, както и останалите индустриални отрасли с 21,4%. За онагледяване на световно емитираните емисии служи следната таблица. 

Най-големите замърсители на въздуха в световен мащаб.

Изображението ясно показва, че транспортът е един от най-големите замърсители на околната среда, тъй като при изгарянето на гориво от двигателите с вътрешно горене  се отделят вредни газове, един от които е въглеродният диоксид. Според учените именно той е причината за промяната на климата и за затоплянето на средните годишни температури. Под транспорт разбираме както транспорта на хора, така и този на товари. Проблемът е, че в следващите няколко десетилетия се очаква разрастване на транспортния сектор, така че емисиите, които ще се отделят тогава, ще бъдат още повече от тези, които се отделят в наши дни. Парадоксът на нашето време се крие в това как да разделим нарастването на транспортния сектор от емисиите, които излъчва. Едно от възможните решения е използването на алтернативни форми на енергия, които се различават от фосилните горива и при използването, на които не се отделят емисии в атмосферата. Затова и усилията на Европейския съюз са съсредоточени в драстичното намаляване на емисиите, предизвикани от движението на превозни средства.  

Европейската зелена сделка (European Green Deal) е амбициозен инициативен план на Европейския съюз, целящ да постигне климатична нулева нетна емисия до 2050 година. Сделката включва редица мерки и инициативи, насочени към намаляване на емисиите на парникови газове и опазване на околната среда. Що се отнася до мерките, свързани с транспортния сектор, Европейската зелена сделка предвижда насърчаване на производството на електрически, водородни и друг тип задвижвания на автомобили, които имат ниски нива на отделяне на емисии. Целта е трансформиране на транспортния сектор като част от зелената икономика на Европейския съюз. [1]

Водородът се разглежда от ЕС като един от потенциалните начини да се отдели нарастването на транспортния сектор от емисиите, които произвежда. Водещи държави като Германия инвестират десетки милиарди в различни проекти, свързани с развитието на технологията, така че един ден тя да има съответната технологична зрялост да бъде една от основните технологии, които допринасят за това.
Пример за това е националната водородна стратегия на Германия, според която страната желае до 2030 г. да стане световен лидер и доставчик на водородни технологии в Европа като електролизатори и горивни клетки. [2] Множество проекти, от финансиране на разработката и добива на зелен водород до участие на държавата във фирми, които се занимават с разработката на технологията, показват доверието на Германия в зеления водород като гориво на бъдещето. 

Водородът като част от тази сделка е много подходящ начин да се достигне до разделяне на емисиите от нарастващия транспортен сектор, тъй като при изгарянето му не се отделят вредни емисии. Как се добива чист водород и как той може да бъде използван за задвижването на превозни средства показва следното изображение. 

Процес на електролиза.

За производството на зелен водород първо е необходима зелена електрическа енергия. Тя може да бъде вятърна, слънчева или хидроенергия. Тези източници на енергия са възобновяеми и при производството на електроенергия от тях не се отделя въглероден диоксид. След това посредством процес, наречен електролиза, водата (H2o) бива разложена на съставните си части – водород и кислород. Събраният водород се съхранява в подходящ съд, който най-често представлява специална за целта цистерна под налягане. След съхраняването, зеленият водород може да бъде транспортиран до различни локации като например бензиностанции, където да бъде зареждан от превозните средства и по този начин да се използва като гориво. 

Във водещи европейски държави вече се правят масивни инвестиции за изграждането на нужните съоръжения за добив на зелен водород и за необходимата съпътстваща го инфраструктура. Едни от най-големите австрийски компании като ОМВ и австрийските пощи обединяват ресурси в общи проекти, свързани с развитието и прилагането на технологията. Така например двете компании възнамеряват заедно да изградят нужната инфраструктура до 2030 година, така че водородното гориво да стане също толкова достъпно, колкото и фосилните горива в момента. [3] От друга страна, ОМВ и австрийският инвестиционен Фонд Комунал кредит инвестират в производството на зелен водород с цел построяването на най-големият завод за електролиза в покрайнините на Виена. По план заводът трябва да произвежда годишно до 1500 тона зелен водород и по този начин да спести над 15000 тона CO2 емисии. [4] Тези инициативи са част от усилията на ОМВ да диверсифицира портфолиото си от услуги и да осъществи прехода от фосилни горива към екологично чисти горива на бъдещето. 

Хвърляйки поглед към пазара на водородно превозните средства, разбираме до колко технологията е узряла за масово ползване. Първи прототипи на водородно задвижвани товарни камиони вече се наблюдават от водещи компании като Хюндай, Скания и Волво. Компанията Хюндай например в изявление до медиите от 2021 г. анонсира доставката на 50 тежкотоварни камиона за нуждите на швейцарските пощи, а до 2025 г. има сключени договори за доставката на над 1600 камиона в държавите Швейцария, Германия и Австрия. Компанията заявява, че влекачът, задвижван от горивна клетка, ще има същата товаропреносимост като камиона на дизел. [5] Друг голям плюс на камионите, задвижвани от водород, е много краткото време, което е необходимо за зареждане на превозното средство, което възлиза на 15 минути. За съпоставка, на тежкотоварен камион, задвижван от електрическа батерия, са му необходими два часа за пълно зареждане. Също огромно предимство при използването на камиони с горивни клетки е ниската винетна такса, възлизаща на 5 цента за километър. За разлика от тях камиони, задвижвани на дизел, плащат 42 цента на километър винетна такса. [6]

Все пак използването на зелен водород е свързано и с редица предизвикателства като например високите производствени разходи. Производството на зелен водород чрез електролиза с използване на зелена енергия е скъп процес и изисква инвестиции във възобновяеми източници на енергия и съответните производствени инсталации. Това неминуемо прави зеления водород по-скъп от останалите източници на енергия. Патрик Пльоц, автор на проучване на института Фраунхофер ISI от февруари 2022 г., относно смисъла на горивните клетки в пътния транспорт, казва в интервю за списание Verkehr, че през 2020 г. Mercedes-Benz прекратява дългогодишната си програма F-Cell с мотива, че разходите са твърде високи, а според източници от компанията няма и начин те да бъдат намалени по значим начин. [7]

Друг съществен аспект от предизвикателствата на зеления водород е ефективността на транспорта. „Водородът е значително по-малко ефективно гориво от електричеството, доставяно директно на превозното средство. Много енергия се губи по време на електролизата на водата за производството на водород, охлаждането и транспортирането на водорода и последващото превръщане на горивото обратно в електричество. Учените оценяват ефективността само на около 38%“ [8] , констатира авторът на проучването. Също така, водородът има по-ниска енергийна плътност в сравнение с конвенционалния бензин или дизел. Това означава, че за съхранение и транспортиране на същото количество енергия е необходим по-голям обем на водорода или по-високо налягане, което може да увеличи сложността и разходите за логистиката. Не малък проблем представлява и изграждането на нужната техническа инфраструктура. Развитието на инфраструктурата за съхранение, транспортиране и разпределение на зеления водород изисква значителни инвестиции. Това включва изграждането на хидрогенни станции за зареждане и разпределителни мрежи, които могат да бъдат скъпи и времеемки.
Координаторът на отдел „Икономика на енергетиката“ във Фраунхоферския институт за системни и иновационни изследвания ISI споделя още, че именно заради времевия натиск, който се оказва върху автомобилния пазар поради кризата с климата, фокусът трябва да бъде върху по-нататъшното и ускорено развитие на автомобилите с батерийно захранване, вместо да се влагат допълнителни усилия и субсидии в разработването на автомобили с горивни клетки (FCEV), както и станции за зареждане с H2. [9]  Той допълва, че към края на 2021 г. в света са функционирали само 685 станции за зареждане с водород. В цяла Европа например по това време има само 228 станции за зареждане с водород, от които 101 са само в Германия. Франция все още е на второ място в Европа с 41 станции за зареждане, следвана от Обединеното кралство с 19, Швейцария с 12 и Нидерландия с 11. [10] „В същото време еврокомисарят по транспорта Адина Валин обяви, че очаква до 2030 г. по европейските пътища да се движат 60 000 водородни камиона, за да се постигнат целите на Европейския съюз за декарбонизация. Само за да се отговори на целите за 60 000 търговски превозни средства с горивни клетки, ще е необходима много по-гъста мрежа от станции за зареждане с водород, отколкото съществува днес. Това означава, че до 2030 г. станциите за зареждане с водород ще трябва да бъдат достъпни поне на всеки 150 км по протежение на Трансевропейската транспортна мрежа (TEN-T) “ [11] , обяснява Патрик Пльоц. 

Сериозни мерки трябва да бъдат взети и по отношение на безопасността, тъй като водородът е лесно запалим и изисква специални мерки за безопасност при съхранение и манипулиране. Този аспект неминуемо ще повлияе на логистичните операции за в бъдеще.  

Както вече разбрахме, логистичният сектор се намира в центъра на вниманието, когато става въпрос за транспорта на стоки и Европейската зелена сделка, които призовават за намаляване на емисиите и преход към устойчиви технологии. Една от най-интересните и обещаващи разработки в областта на транспорта са електромобилите, превозващи хора, и електрическите камиони, превозващи стока. Работата с електромоторни превозни средства носи както предимства, така и недостатъци за логистичния сектор. Тези предимства и недостатъци играят важна роля при вземането на решения относно прехода към електромобили. В следващите редове ще ви запознаем с най-съществените от тях.

Цялата статия прочетете в новия Брой 174 на списание Българска Наука

Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!