Trka za budućnost: baterije ili vodonične gorivne ćelije?

Kako se sve više napora ulaže u projektovanje sistema održivog transporta (aspekt globalne održivosti koja podrazumeva da zadovoljenje egzistencijalnih potreba sadašnjosti ne ugrožava mogućnost budućih generacija da zadovolje svoje potrebe), debata o budućnosti industrije prevoza širi se na svim frontovima. Potreba za skorašnjom zamenom fosilnih goriva održivim izvorima energije evidentna je već duže vreme, a kao glavni kandidati za alternativni pogon izdvojila su se električna vozila na baterije (EV) i vozila sa vodoničnim gorivnim ćelijama (FCV). Kojoj se od ove dve tehnologije smeši lepša budućnost?

Obe tehnologije, i baterije i vodonične gorivne ćelije, imaju isti cilj – smanjenje emisija ugljenika i zavisnosti od neobnovljivih izvora energije. S druge strane, one imaju suštinski različit pristup realizaciji ove ideje. Dok električna vozila trenutno dominiraju tržištem „ekoloških vozila“, tehnologija vodoničnih gorivnih ćelija, na kojoj se takođe radi decenijama unazad, hvata ozbiljan zalet i kandiduje se kao potencijalno rešenje koje industriju može da povede u sasvim drugom pravcu.

Kako funkcionišu EV i FCV?

Za dobro razumevanje prednosti i mana neke tehnologije, nužno je poznavati osnovne mehanizme njihovog funkcionisanja.

Vozila sa vodoničnim gorivnim ćelijama (FCV) koriste hemijski proces za pretvaranje gasa vodonika u električnu energiju. U srcu sistema nalazi se snop gorivnih ćelija gde se svaka ćelija sastoji od anode, katode i elektrolitne membrane. Vodonik se dovodi do anode, gde se razlaže na protone i elektrone. Protoni prolaze kroz membranu elektrolita, dok se elektroni probijaju kroz spoljašnje kolo, stvarajući električnu struju. Na katodi, protoni i elektroni se rekombinuju sa kiseonikom iz vazduha da bi proizveli vodenu paru i toplotu kao nusproizvode. Na ovaj način proizvedena struja pokreće električni motor automobila, emitujući samo vodu na izduvnoj cevi.

Električna vozila na baterije (EV) oslanjaju se na glomazne litijum-jonske baterije za skladištenje električne energije. Ove baterije se pune uključivanjem vozila u električnu mrežu. Pohranjena energija koristi se za napajanje elektromotora, a jedine emisije potiču iz izvora proizvodnje električne energije.

Prednosti vodoničnih gorivnih ćelija

Vodonik kao izvor goriva ima nekoliko prednosti koje pozicioniraju FCV kao potpuno održivu alternativu električnim vozilima:

• Brzo punjenje gorivom: Vozila na vodonik se mogu napuniti za nekoliko minuta, slično automobilima na tečna fosilna goriva. U poređenju sa električnim vozilima, gde punjenje može da traje od 30 minuta (na brzim punjačima) do nekoliko sati (prilikom kućnog punjenja), ušteda je očigledna.
• Duži domet: vodonične gorivne ćelije nude veću autonomiju, odnosno domet sa jednim punjenjem. Na primer, Toyota Mirai može da pređe i preko 600 kilometara, prevazilazeći mnoge aktuelne EV modele na tržištu.
• Gustina energije: Vodonik ima veću gustinu energije u poređenju sa litijum-jonskim baterijama, omogućavajući FCV da obezbede veći domet bez značajnog povećanja težine vozila.
• Skalabilnost za veća vozila: Tehnologija vodoničnih gorivnih ćelija deluje naročito obećavajuće za korišćenje u teškim vozilima kao što su kamioni, autobusi i vozovi. Ova vozila zahtevaju veliku količinu energije, što u slučaju EV vozila podrazumeva korišćenje nepraktično velikih i teških baterija.
• Smanjeno opterećenje na elektroenergetskim mrežama: Za razliku od električnih vozila, koja zahtevaju značajnu infrastrukturu za punjenje i povećavaju opterećenje električnih mreža, stanice za dopunu vodonika rade nezavisno od kapaciteta mreže.
• Korisnost nusproizvoda: Primarni nusproizvod vodoničnih gorivnih ćelija je voda, koja se potencijalno može ponovo koristiti u industrijskim aplikacijama.

Nedostaci vodoničnih gorivnih ćelija

Uprkos brojnim evidentnim prednostima, vodonične gorivne ćelije skopčane su i sa ozbiljnim preprekama koje stoje na putu široj primeni ove tehnologije:

• Proizvodnja i skladištenje vodonika: Proizvodnja vodonika je energetski veoma zahtevan proces. Najčešći se dobija obradom metana, što je proces koji emituje ugljen-dioksid. S druge strane, „zeleni vodonik“ – onaj proizveden elektrolizom pomoću izvora obnovljive energije – jeste čistiji, ali je preskup i u konačnoj računici neefikasan.
• Infrastruktura: Nedostatak stanica za punjenje vodonikom je druga važna prepreka. Do sada, širom sveta postoji samo nekoliko stotina vodoničnih stanica, u poređenju sa stotinama hiljada stanica za punjenje električnih vozila.
• Cena: Tehnologija vodoničnih gorivnih ćelija je veoma skupa, kako u smislu proizvodnje goriva, tako i u proizvodnji vozila. Izgradnja vodonične infrastrukture takođe zahteva značajna ulaganja na koje kompanije listom nisu spremne.

Važno je istaći i to da je proces proizvodnje, transporta i pretvaranja vodonika u električnu energiju manje efikasan od direktnog punjenja baterije. Jezikom statistike rečeno, za svaku iskorišćenu jedinicu obnovljive energije, EV točkovima isporučuju više snage u poređenju sa FCV. Konačno, potrošači većinom nisu dovoljno upoznati sa tehnologijom obrade vodonika, a zabrinutost za bezbednost u vezi sa skladištenjem i transportom ovog opasnog gasa i dalje postoji, uprkos napretku tehnologije.

Uspon električnih vozila

Što se hibridnih i električnih vozila tiče, tu je situacija kudikamo jasnija. O vozilima „na baterije” i njihovom održavanju je već bilo dosta reči na ovim stranicama, ali nije zgoreg podsetiti se razloga zbog kojih se električna vozila drže za vodeću tehnologiju u procesu globalne afirmacije održivog transporta.

Najvažnije je to što se u električnim vozilima primenjuje zrela tehnologija, nastala kao rezultat intenzivnih višedecenijskih istraživanja, zahvaljujući kojima su EV dostupnija i pristupačnija. Rast popularnosti i prodaje električnih vozila pogurao je i razvoj infrastrukture, tako da su se mreže za punjenje električnih vozila brzo proširile, dok države i privatne kompanije ulažu značajna sredstva u dalje povećanje broja stanice za punjenje.

Važan faktor je i pad cene proizvodnje litijum-jonskih baterija tokom protekle decenije, što se odrazilo i na cene električnih vozila. Poreski podsticaji i subvencije dodatno povećavaju njihovu privlačnost. Konačno, na svojoj strani ova tehnologija ima i veliku efikasnost (više od 90% električne energije konvertuje se u energiju kretanja) i širok izbor konceptualno različitih modela, od kompaktnih gradskih automobila do luksuznih i dostavnih vozila.

Što se tiče ograničenja, i dalje postoji problem sa brzinom punjenja: uprkos napretku u tehnologiji brzog punjenja, električnim vozilima je i dalje potrebno više vremena da se dopune u poređenju sa dopunom goriva u vozilu na tečna fosilna goriva ili vodonik. Izvesnu zabrinutost budi i domet, odnosno mogućnost da vozilo ostane bez energije tokom dugih putovanja ili nepredviđenih okolnosti u saobraćaju. Eksploatacija i odlaganje litijum-jonskih baterija podiže obrve ekoloških aktivista, dok programi reciklaže još uvek ne napreduju dovoljno brzo.

Mogu li vodonične gorivne ćelije da preuzmu primat?

Da bi se predvideo scenario u kome vodonične gorivne ćelije nadmašuju EV, treba uzeti u obzir nekoliko faktora:

• Tržišni trendovi: EV trenutno dominiraju tržištem vozila sa nultom emisijom gasova staklene bašte. Prema Međunarodnoj agenciji za energiju (IEA), globalna prodaja električnih vozila premašila je 10 miliona jedinica u 2022. godini, dok su vozila sa vodoničnim gorivnim ćelijama činila manje od 50.000 jedinica.
• Tehnološki napredak: Inovacije u proizvodnji vodonika, skladištenju i efikasnosti gorivnih ćelija mogle bi dramatično da smanje troškove i poboljšaju primenljivost ove tehnologije. Slično tome, i inovacije u tehnologiji baterija mogle bi dodatno da učvrste EV kao poželjnu opciju.
• Politička podrška: Države igraju ključnu ulogu u oblikovanju tržišta. Zemlje poput Japana i Južne Koreje uveliko ulažu u infrastrukturu zasnovanu na vodoniku, dok EU i SAD daju prioritet usvajanju električnih vozila.
• Energetski bilans: Uspeh vodoničnih gorivnih ćelija može u mnogome da zavisi od razvoja „zelene ekonomije vodonika“. Naime, povećanje obnovljivih izvora energije za proizvodnju vodonika je od suštinskog značaja za borbu sa relativno zelenim energetskim miksom koji podržava razvoj EV. Da podsetimo, industrijska proizvodnja vodonika oslanja se na fosilna goriva, tako da energija dobijena iz vodonika nije oslobođena emisije i ne može se nazvati „zelenom“.

Kako će novu tehnologiju prihvatiti potrošači jeste najvažnije pitanje od koga zavisi njen komercijalni uspeh. Ako tehnološki razvoj budu pratile adekvatne marketinške kampanje, subvencije i prihvatljiva konačna cena, potražnja za FCV rešenjima bi mogla da raste, ohrabrujući dalja ulaganja.

Koegzistencija ili dominacija?

Umesto da posmatramo EV i vodonične gorivne ćelije kao ljute konkurente, treba razmotriti i scenario po kome ove dve tehnologije uspešno koegzistiraju, služeći različitim nišama unutar transportnog ekosistema:

• Putnička vozila: EV će verovatno ostati dominantna u segmentu putničkih vozila zbog svoje infrastrukturne prednosti i nižih operativnih troškova.
• Vozila za teška opterećenja: Vodoničke gorivne ćelije imaju potencijal da preuzmu vođstvo vode u aplikacijama za teške uslove rada, kao što su kamioni, autobusi i brodovi, gde su gustina energije i brzina dopunjavanja goriva od ključnog značaja.
• Putovanja na velike udaljenosti: Vodonik bi mogao postati poželjan izbor za duga putovanja, posebno u regionima sa ograničenom infrastrukturom za punjenje električnih vozila.
• Skladištenje energije: Potencijal vodonika se proteže dalje od transporta, sa primenama u skladištenju energije i stabilizaciji mreže.

Pitanje da li vodonične gorivne ćelije mogu da nadmaše električna vozila prilično je složeno. Gledano iz perspektive aktuelnih okolnosti, da bi vodonične gorivne ćelije sustigle zaostatak, neophodan je značajan napredak u tehnologiji, infrastrukturi i unapređenju javne svesti. Budućnost možda leži i u kombinovanoj primeni vodonične, baterijske i potencijalno neke treće tehnologije koja bi upotpunila raznolik energetski ekosistem, gde različita tehnološka rešenja međusobno dopunjuju u globalnim naporima za smanjenje emisija štetnih gasova i borbu protiv klimatskih promena.

Konačnog pobednika u ovoj trci će odrediti ne samo tehnologija, već i politika, spremnost na ulaganja i kolektivni napori da se izgradi održiva budućnost. Bilo kako bilo, put pred nama najavljuje tektonske promene u automobilskoj industriji koje će uticati na sve sfere transporta, ali i druge oblasti svakodnevnog života.