Prąd czy wodór? Co będzie przyszłością transportu drogowego?
Jest rok 2029. Po autostradach w USA jeden za drugim mkną Auto Trucki –potężne ciągniki siodłowe z jeszcze potężniejszymi naczepami. Co jest w nich szczególnego? Ciągniki nie mają szoferek. Dlaczego? Bo to pojazdy autonomiczne, które nie potrzebują kierowców. Tak przyszłość transportu drogowego wyobrażali sobie w 2017 roku twórcy filmu “Logan”.
Czy w rzeczywistości za kilka lat na szosy naprawdę wyjadą ciężarówki bez kierowców? Trudno powiedzieć, chociaż prace nad nimi już się toczą. Pewniejszym jest to, że ciężarówki i ciągniki siodłowe przyszłości wyposażone będą w bezemisyjne jednostki napędowe, a ich “paliwem” będą… No właśnie: elektryczność czy wodór? Postarajmy się poszukać odpowiedzi na to pytanie.
Dlaczego w ogóle producenci pojazdów użytkowych i szerzej branża logistyczna przygotowują się lub już podejmują pierwsze kroki ku zastąpieniu ciężarówek z silnikami wysokoprężnymi modelami wyposażonymi w alternatywne źródła napędu? Sprowadza się do w zasadzie do dwóch kwestii: finansów i ekologii.
“Po pierwsze, ceny ropy pozostają wysokie, co przekłada się na równie wysokie ceny paliw. Po drugie, katastrofa klimatyczna, w obliczu której stoimy, oznacza konieczność radykalnych działań na rzecz zahamowania jej przyczyn i skutków” –wyjaśnia Christof Thesinga, VP ds. Marketingu i członek zespołu ds. zrównoważonego rozwoju w Coyote Logistics w Europie. “Stąd chociażby takie kroki, jak podnoszenie norm czystości spalin (które w pewnym momencie nie będą mogły być już spełnione nawet przez najnowocześniejsze silniki) albo zakaz sprzedaży nowych aut osobowych z jednostkami spalinowymi na terenie Unii Europejskiej, który będzie obowiązywać od 2035 roku” –dodaje Thesinga.
Innymi słowy, w najbliższej przyszłości transport drogowy będzie musiał stać się jednocześnie bardziej ekologiczny i mniej kosztowny. Alternatywne źródła napędu są więc jedyną drogą do spełnienia tych dwu wymogów.
Rozwój pojazdów z napędem elektrycznym
Samochody o napędzie elektrycznym swoje pierwsze pięć minut popularności miały w pierwszych trzech dekadach XX wieku. W latach 1907-1939 amerykańska firma Detroit Electric wyprodukowała ok. 13 tys. aut na prąd. Oczywiście samochodów elektrycznych nie byłoby, gdyby nie wynalezienie akumulatora kwasowo-ołowiowego przez Gastona Plante’a w roku 1859, który dwadzieścia lat później udoskonalił Camille Faure (dziś w EV stosowane są głównie akumulatory litowo-jonowe). W roku 1881 Pierre Gustave Trouve zaprezentował pierwszy (jeszcze trzykołowy) drogowy pojazd elektryczny. W dziewiczych latach rozwoju motoryzacji samochody na prąd jawiły się jako poważna alternatywa dla aut o napędzie spalinowym. Dość powiedzieć, że La Jamais Contente, czyli pierwszy samochód, który przekroczył barierę prędkości 100 km/h, miał napęd elektryczny. Od końca lat 30. aż do połowy lat 90. XX wieku (gdy General Motors wprowadziło na rynek eksperymentalny model EV1) samochody elektryczne stanowiły raczej egzotyczną ciekawostkę (na przykład produkowany pod koniec lat 50. Henley Kilowatt, oparty konstrukcyjnie o Renault Dauphine, znalazł aż… 47 nabywców) i przegrywały sromotnie konkurencję z samochodami z tradycyjnym napędem pod kątem uniwersalności, zasięgu i ceny.
Dziś sytuacja kształtuje się zupełnie inaczej. Ostatnie lata to prawdziwy boom na samochody elektryczne (którym szlak przetarły wcześniej auta hybrydowe z rewolucyjną Toyotą Prius na czele). Każdy koncern motoryzacyjny ma już w ofercie modele EV, od małych aut miejskich, przez crossovery i SUV-y, aż po modele supersportowe. Trzy lata temu Tesla świętowała wyprodukowanie milionowego modelu elektrycznego, a w styczniu tego roku udział “elektryków” w globalnym rynku nowych samochodów wyniósł już 10%. I stale rośnie.
Ciężarówki elektryczne: zalety i wady
W czasie, gdy samochody elektryczne stanowiły malutką niszę rynkową, nieco lepiej miały się pojazdy użytkowe z napędem elektrycznym, w rodzaju małych wózków akumulatorowych do przewozu bagaży na dworcach kolejowych lub furgonetek pocztowych. W Wielkiej Brytanii niezwykle popularne w II połowie XX wieku były pojazdy do rozwożenia mleka (ang. milk floats) o napędzie elektrycznym. Za sprawą milk floats w 1967 roku po brytyjskich drogach miało poruszać się więcej pojazdów na prąd niż w całej reszcie świata razem wziętej.
Gwałtowny rozwój elektromobilności w ostatnich latach nie ominął pojazdów użytkowych. Furgonetki EV, używane np. przez firmy kurierskie, to już powszechny widok na ulicach miast. Nieco bardziej złożona jest kwestia ciężarówek elektrycznych, szczególnie w kontekście przewozów dalekobieżnych.
“Pierwsze elektryczne ciągniki siodłowe produkują już Tesla, Volvo, Freightliner oraz chiński BYD, a inne marki przygotowują się do uruchomienia ich produkcji. Z kolei takie firmy jak Scania, DAF czy Volta Trucks oferują swoim klientom elektryczne ciężarówki skrzyniowe lub takie, które mogą być bazą dla pojazdów specjalistycznych, np. śmieciarek” –wyjaśnia Christof Thesinga.
“Bezdyskusyjnie największą zaletą elektrycznych ciężarówek jest ich bezemisyjność. Przy czym o stuprocentowej ekologiczności będzie można mówić dopiero w sytuacji, gdy prąd do ładowania akumulatorów powstawać będzie w czysty sposób (ze źródeł odnawialnych lub w elektrowni jądrowej). Według badań Volvo wpływ ciężarówki elektrycznej na środowisko, jeśli tylko całkowicie zasilana będzie prądem ze źródeł odnawialnych, będzie mniejszy w porównaniu z jej dieslowskim odpowiednikiem już po przejechaniu 100 tys. kilometrów” –wyjaśnia Christof Thesinga. “Zaletą ciężarówek elektrycznych jest te też to, że są one znacznie cichsze od modeli z tradycyjnym napędem. Ich użytkowanie przyczynia się nie tylko do redukcji spalin emitowanych do atmosfery, ale też do zmniejszenia zanieczyszczenia hałasem, co jest szczególnie istotne w dużych aglomeracjach miejskich” –dodaje Thesinga.
Dziś problemem przy zakupie elektrycznej ciężarówki pozostaje cena –są one o wiele droższe od wersji z silnikiem wysokoprężnym. Jednak, jak podaje raport PwC, już w roku 2030 ciężarówki elektryczne mogą być o ok. 30% tańsze od modeli z tradycyjnym napędem, jeśli pod uwagę wziąć całkowite koszty zakupu i eksploatacji. W przyszłości okażą się więc o wiele racjonalniejszym ekonomicznie wyborem.
Przed inżynierami rozwijającymi elektryczne ciężarówki wciąż stoją jednak wyzwania, które muszą oni pokonać, aby pojazdy te mogły w pełni rozwinąć swój potencjał. Po pierwsze problem wciąż stanowi zasięg, który e-ciężarówki mogą pokonać na jednym ładowaniu. Chociaż ulega zwiększeniu to nadal jest on mniejszy od ciężarówek z silnikami wysokoprężnymi oraz od modeli napędzanych ogniwami paliwowymi. Prototypowy Mercedes-Benz eActros Long Haul może pokonać na jednym ładowaniu 500 km. Volvo FH Electric, które można już kupić, pokona na pełnych bateriach dystans 300 km. Dla porównania: ciągnik siodłowy z silnikiem Diesla na jednym baku przejedzie kilka razy dłuższą trasę.
Po drugie, czas ładowania akumulatorów wciąż pozostaje dłuższy od czasu potrzebnego do zatankowania baku olejem napędowym (lub wodorem w przypadku ciężarówek FCEV), mimo stale trwającego rozwoju także w tym obszarze (przykładowo akumulatory Mercedesa eActrosa można naładować z poziomu 20% do 80% poniżej 30 minut). Infrastruktura ładowania jest już dobrze rozwinięta w miastach, ale wciąż niedostatecznie rozbudowana, aby elektryczne ciężarówki mogły ruszać w długie trasy. Poza tym wciąż brak dostatecznej liczby stacji ładowania przeznaczonych tylko dla ciężarówek, tak, aby nie musiały dzielić ich z samochodami osobowymi lub dostawczymi.
Po trzecie, problemem pozostaje wciąż waga akumulatorów litowo-jonowych. Ciągnik siodłowy z napędem elektrycznym jest cięższy od odpowiedników z tradycyjnym i wodorowym napędem, co ogranicza ładowność całego zestawu ciągnik-naczepa, którego całościowa waga musi wynosić maksymalnie 40 ton.
Kolejne wyzwanie dotyczy składowania i utylizacji zużytych baterii w taki sposób, aby odbywało się to z jak najmniejszą szkodą dla środowiska. Najbardziej pożądanym rozwiązaniem jest jak największy recykling komponentów baterii. Unia Europejska pracuje nad rozporządzeniem, które zobowiązywać będzie producentów pojazdów elektrycznych do zbierania zużytych baterii i ich recyklingu w celu wykorzystania uzyskanych materiałów do produkcji nowych baterii.
Ciężarówki napędzane wodorem
Wydawać się może, że o wodorze, jako o źródle zasilania dla pojazdów samochodowych, słyszymy zaledwie od kilku lat, ale to błędne wrażenie. Silnik zasilany wodorem opracowano już na początku XIX wieku, a w roku 1860 Belg nazwiskiem Ettienne Lenoir zaprezentował trzykołowy Hippomobil. Był to pojazd napędzany jednocylindrowym, dwusuwowym silnikiem spalinowym, a wodór, stanowiący jego paliwo, pochodził z procesu elektrolizy wody. Lenoirowi udało się sprzedać ponad 300 hippomobilów. W latach 30. XX wieku pojawiły się pierwsze ciężarówki zasilane wodorem. Opracowała je norweska firma Norsk Hydro. Źródłem napędu był ponownie silnik spalinowy, ale przystosowany do spalania wodoru, a nie benzyny.
Obecnie, gdy mówimy o pojazdach zasilanych wodorem, nie mamy już na myśli wodoru zastępującego płynne paliwo w silnikach spalinowych. Od połowy lat 50. XX trwa bowiem nieprzerwany rozwój ogniw paliwowych. Zrazu wykorzystywane były do napędu łazików kosmicznych, a w połowie lat 60. General Motors zaczęło eksperymenty z wykorzystaniem ich do napędu pojazdów użytkowych (prototypowy GM Electrovan). Początek XXI wieku przyniósł znaczne przyspieszenie prac nad tym alternatywnym źródłem napędu. Obecnie “ciężarówka na wodór” to pojazd z silnikiem elektrycznym, w którym źródłem prądu są właśnie ogniwa paliwowe, zamiennie nazywane też ogniwami wodorowymi.
Jak działają ogniwa paliwowe?
Ogniwa paliwowe składają się dwóch elektrod: ujemnej (anody) i dodatniej (katody) oraz z katalizatora, który ma formę membrany wymiany protonów. Energia elektryczna powstaje w nich w wyniku zjawiska odwróconej elektrolizy. W uproszczony sposób można ten proces opisać następująco: do anody doprowadzany jest wodór, który – utleniając się w reakcji z katalizatorem – rozpada się na protony i elektrony. Protony przechodzą przez membranę do katody, do której doprowadzony jest tlen. Katoda także pokryta jest katalizatorem, więc tlen w reakcji z nim przekształca się w aniony. Te łączą się z protonami wodoru i powstaje para wodna. Gdzie w tym wszystkim prąd? Elektrony, które nie zostały przepuszczone przez membranę, przemieszczają się do obwodu zewnętrznego – powstaje energia elektryczna, która napędza silnik elektryczny ciężarówki. Wodór przechowywany jest w zbiorniku pod ciśnieniem 350 lub 700 bar, z uwagi na jego niską gęstość. Dlatego też bezpieczne i efektywne magazynowanie oraz transport tego gazu stanowią jedne z największych wyzwań przed którymi stoi dziś wodorowa motoryzacja.
Ciężarówki z ogniwami paliwowymi: zalety i wady
Podobnie, jak w przypadku pojazdów elektrycznych, największą zaletą ciężarówek napędzanych ogniwami wodorowymi jest to, że nie emitują do atmosfery żadnych spalin, a jedynie parę wodną. Bardziej złożoną kwestią jest to, w jaki sposób wytwarzany jest wodór, który zostanie później zatankowany do ciężarówki, aby zasilać ogniwa paliwowe.
“Na świecie ok. 95% wytwarzanego wodoru stanowi tzw. szary wodór. Powstaje on w procesie reformingu gazu ziemnego. Produktem ubocznym tego procesu jest dwutlenek węgla, który trafia do atmosfery. Istnieje technologia wychwytywania i składowania lub przetwarzania CO2 (wtedy mowa o produkcji niebieskiego wodoru), ale jest niezwykle kosztowna. Szary wodór oznacza, że chociaż same ogniwa paliwowe są ”czystym”napędem, bo pojazdy w nie wyposażone emitują jedynie parę wodną, o tyle produkcja większości zasilającego je wodoru ma wciąż negatywny wpływ na środowisko naturalne. Podobnie zresztą jak w przypadku pojazdów EV –nie emitują spalin, ale prąd może być wytwarzany w ”brudnych”elektrowniach węglowych” –wyjaśnia Christof Thesinga.
Ciężarówki zasilane prądem z ogniw wodorowych –podobnie jak ich elektryczne odpowiedniki –są też bardzo ciche.
Zbiornik na wodór oraz ogniwa paliwowe zasilające silnik elektryczny zajmują mniej miejsca i mają niższą wagę, niż akumulatory w ciężarówkach elektrycznych. Oznacza to, że ciężarówki na wodór mają większość ładowność w porównaniu do ich elektrycznych odpowiedników. Czas tankowania wodorem jest też krótszy od ładowania akumulatorów: zajmuje od kilku do kilkunastu minut, gdzie pełne naładowanie akumulatora to wciąż kwestia kilku godzin.
Ciężarówki z ogniwami paliwowymi mają również większy zasięg w porównaniu do wersji EV. Produkowany w Niemczech ciągnik siodłowy marki Quantron na jednym “tankowaniu” wodorem może przejechać dystans 1500 km. Jak już wspomniano: prototypowy Mercedes-Benz eActros na jednym ładowaniu akumulatora przejedzie tylko ⅓ tej trasy.
Obecnie największą wyzwaniem związanym z efektywnym wykorzystaniem ciężarówek FCEV w transporcie towarów jest niedostatecznie rozwinięta infrastruktura. “W miastach bez problemu znajdziemy już ogólnodostępne stacje ładowania, z których korzystać mogą też pojazdy użytkowe. Infrastruktura do tankowania wodoru wciąż wymaga jednak znaczącej rozbudowy, szczególnie w przypadku dalszych tras, jeśli myślimy o wykorzystaniu ciężarówek FCEV do dalekobieżnego transportu towarów. Obecnie koszty budowy stacji tankowania wodorem oraz zbiorników do jego przechowywania nadal znacząco przewyższają koszty instalacji stacji ładowania EV” –wyjaśnia Christof Thesinga z Coyote Logistics.
No i pozostaje też kwestia ceny: ciężarówki FCEV są oczywiście znacznie droższe od dieslowskich odpowiedników, ale także od modeli EV.
EV czy FCEV? Co będzie przyszłością transportu drogowego?
Wystarczy wyjść na ulicę dowolnego dużego miasta w Europie, aby zobaczyć, że pojazdy napędzane alternatywnymi źródłami energii stają się coraz szybciej naszą codziennością. Oczywiście nadal mowa głównie o samochodach osobowych, ale furgonetki elektryczne, wykorzystywane przez firmy kurierskie, albo autobusy miejskie z ogniwami wodorowymi, dowodzą, że także pojazdy użytkowe mogą stać się elementami zielonej rewolucji w motoryzacji. W 2022 roku w całej UE zarejestrowano niespełna 1,7 tysiąca nowych elektrycznych ciężarówek. Nie ma wątpliwości, że liczba ta będzie tylko rosła, zwłaszcza że unijna strategia na rzecz zrównoważonej mobilności zakłada, że do 2030 roku po unijnych drogach pojawi się 80 000 bezemisyjnych ciężarówek.
„Nadawcy będą chcieli obniżyć swój ślad węglowy. Dlatego skorzystają z usług tych przewoźników, którzy dysponują flotą zeroemisyjną. Zwiększy to sprzedaż samochodów ciężarowych EV lub FCEV”, wyjaśnia Christof Thesinga.
Dziś jest jednak wciąż za wcześnie, aby jednoznacznie wskazać na to, czy to pojazdy EV czy też FCEV zdominują w najbliższej przyszłości transport ciężarowy. Można jednak spróbować wskazać możliwy kierunek rozwoju.
“Z dzisiejszej perspektywy możemy stwierdzić, że najbliższe lata wciąż będą okresem, gdy pojazdy ciężarowe napędzane będą w większości silnikami wysokoprężnymi, przy czym olej napędowy wytwarzany z ropy naftowej zastąpi w nich biodiesel. W dalszym okresie jednak rozwój ciężarówek EV i FCEV będzie postępować. Z czasem zaczną one wypierać modele na biodiesel, czemu sprzyjać będą coraz ostrzejsze normy czystości spalin lub przepisy faworyzujące pojazdy z alternatywnym napędem” –wskazuje Christof Thesinga.
Przed producentami ciężarówek elektrycznych i napędzanych ogniwami paliwowymi nadal stoją liczne wyzwania. W przypadku pojazdów EV konieczne jest zwiększenie zasięgu możliwego do przejechania na jednym ładowaniu, ale też wagi i rozmiaru akumulatorów (przy zachowaniu ich wydajności), jak i przyśpieszenie czasu ładowania. Jeśli chodzi o ciężarówki FCEV, to ich producenci będą musieli zająć się zwiększeniem bezpieczeństwa zbiorników (aby ograniczyć do absolutnego minimum ryzyko, że zbiornik ulegnie rozszczelnieniu, co może grozić wybuchem, gdy wodór zmiesza się z tlenem zawartym w powietrzu). Jednak dla sukcesu ciężarówek na ogniwa wodorowe kluczowa będzie rozbudowa infrastruktura do tankowania, która –w porównaniu do sieci ładowarek EV –nadal jest w powijakach. Cena zakupu musi być konkurencyjna w porównaniu do ciężarówek z tradycyjnym źródłem napędu. Można jednak założyć, że koszty zakupu i eksploatacji ciężarówek EV i FCEV będą spadać wraz ze wzrostem ich popularności.
“Gdyby próbować dziś wskazać kierunek rozwoju ciężarówek EV i FCEV, można by pokusić się o stwierdzenie, że dla obu rodzajów znajdzie się miejsce w transporcie drogowym. Z uwagi na większy zasięg i szybsze tankowanie modele z ogniwami paliwowymi sprawdzić się mogą w roli ciągników siodłowych pracujących na dłuższych trasach. Z kolei modele elektryczne wydają się dziś idealne jako pojazdy dostawcze w miastach, gdzie bez trudu znaleźć można stacje ładowania, więc krótszy zasięg nie stanowi aż takiego problemu. Co więcej, ponieważ pojazdy dostawcze rozpoczynają i kończą swoje codzienne trasy w tym samym miejscu, czyli w centrum kurierskim, można je tam doładować po powrocie z trasy. Ale dynamiczny rozwój EV i FCEV w najbliższych latach może sprawić, że te prognozy okażą się nieaktualne. Moim zdaniem w przyszłości oba źródła napędu będą funkcjonować na rynku obok siebie, wypełniając konkretne oczekiwania użytkowników, tak jak np. rozwój automatycznych skrzyń biegów nie oznaczał wyparcia manualnych przekładni” –podsumowuje Christof Thesinga, VP ds. Marketingu w Coyote Logistics.
Szukasz wiarygodnego i sprawdzonego partnera logistycznego, zaangażowanego w cele zrównoważonego rozwoju?