Transport wodorowy, a energetyka odnawialna

By stworzyć nowy, zielony system energetyczny, konieczna jest transformacja obecnego, a to wymaga niezawodnych i stabilnych źródeł energii. Uniwersytet we francuskim Lorraine w swoim centrum badań wodorowych (ULHyS) zajmuje się obecnie tematami związanymi z zastosowaniem wodoru, od metod jego produkcji, po dystrybucję.

Pięciu przedstawicieli ULHyS zaproszonych zostało do odwiedzenia stacji tankowania wodoru FaHyence, która znajduje się w Sarreguemines we Francji. Uruchomiona w 2017 roku jest pierwszą stacją tankowania tego paliwa w Europie, która produkuje wodór na miejscu i wykorzystuje do tego energie odnawialną. Znajdująca się tam instalacja do elektrolizy wody zasilana jest zieloną energią dostarczaną przez francuskiego operatora energetycznego EDF.

Fotowoltaika od Columbus Energy

Toyota i Kenworth rozwijają nową generację wodorowych ciężarówek

Znajdująca się na miejscu instalacja ma wydajność 40 kg wodoru na dzień, co pozwala na zatankowanie 20-25 pojazdów do ciśnienia 350-430 barów dziennie. Przekłada się to na około 300 km zasięgu na jednym takim tankowaniu.

Nie jest to jedyna stacja tankowania wodoru we Francji. W całym kraju znajdują się cztery takie instalacje. Druga to działająca od 2018 roku stacja HyWay w Grenoble, której operatorem jest CEA (francuska Komisja Energetyki Alternatywnej i Atomowej) oraz dwie kolejne stacje w Rodez i Nantes, które obecnie są jeszcze w budowie.

FaHyence to wynik współpracy EDF, EIFER, McPhy, Symbio Fcell oraz Zgromadzenia Miejskiej Konglomeracji Sarreguemines (CASC). Na terenie miasta jeździ około dziesięciu pojazdów na wodór – przede wszystkim elektryczny Renault Kangoo ZE z zainstalowanymi przez Symbio Fcell ogniwami paliwowymi.

Samochody te wyposażone są w ogniwa z membraną z elektrolitu polimerowego, co pozwala im pracować przy wykorzystaniu czystego wodoru. Dzięki temu nie emitują żadnych gazów cieplarnianych. Zasięg takiego auta wynosi około 350 km, z czego 200 km samochód przejeżdża na naładowanych ogniwach litowo-jonowych o pojemności 33 kWh, a dodatkowe 150 km dzięki 5 kWh instalacji wodorowej. Samochód jednorazowo tankuje się do 1,8 kg wodoru pod ciśnieniem 350 barów.

Stacja nie jest w pełni darmowa, ale każdy, kto zgłosi się do CASC będzie mógł za darmo tankować wodór z tej instalacji. Konsekwencje tego są istotne dla małego miasteczka – władze miejskie zaczynaj mocniej inwestować w wodorową flotę pojazdów użyteczności publicznej. Oprócz pojazdów miejskich w Sarreguemines tankują także niemieccy i belgijscy właściciele aut na wodór.

FaHyence jest częścią europejskiego projektu H2ME, który finansowany jest ze środków wspólnej inicjatywy na rzecz popularyzacji wodoru i ogniw paliwowych. W ramach tego projektu planuje się budową 49 stacji tankowania wodoru i wprowadzenie 1400 pojazdów z ogniwami paliwowymi na wodór do wykorzystania.

Edukacja użytkowników, co do tego, jak tankuje się wodór na nowej stacji, nie była kłopotem. Zainstalowany interfejs jest klasyczny i bardzo prosty w obsłudze, szczególnie, że przypomina urządzenia do tankowania paliw kopalnych. Wszystko po to, by zminimalizować czas adaptacji użytkowników do nowego systemu.

Nadal potrzebne są usprawnienia w zakresie ergonomii stacji, ale zasada działania i korzyści pozostaną niezmienne. Zatankowanie do pełna pojazdu zajmuje zaledwie około czterech minut – to nic w porównaniu z czasem koniecznym do naładowania ogniw w samochodzie elektrycznym. To główna zaleta wykorzystania tego paliwa.

W stacji zintegrowano alkaliczny elektrolizer do wody o wydajności 1,8 kg/h. System zużywa 50 litrów wody na jeden kilogram wyprodukowanego wodoru. Za elektrolizerem znajduje się dwustopniowa sprężarka – pierwsza pracuje z ciśnieniem do 30 barów, a druga do 420 bar. Drugi stopień sprężania wyposażony jest w chłodziarkę do wodoru (do -20 °C) i jest w stanie napełnić instalacje aut, które magazynują wodór pod ciśnieniem do 700 barów (wspominany wyżej Renault Kangoo pracuje jedynie przy połowie tego ciśnienia). Z wyższym ciśnieniem (700 bar) pracują auta, takie jak Toyota Mira, Honda Clarity Fuel Cell czy Hyundai Nexo i dzięki wyższemu ciśnieniu osiągają większy zasięg, nawet do 450 kilometrów na jednym tankowaniu.

System chłodzenia na stacji potrzebny jest do przyspieszenia tankowania. Bez niego napełnienie wodorem zbiornika zajęłoby siedem, a nie cztery minuty. – Technologia wodorowa sam w sobie nie jest czynnikiem, który nas hamuje – wyjaśnia Christian Hector, szef działu technicznego CASC i inicjator projekty FaHyence. – Najbardziej ograniczającym nas elementem jest elektrolizer. Przy średnio 2,2 tankowaniach dziennie wykorzystujemy zaledwie około 5% wydajności elektrolizera. Stacja w związku z tym nie jest optymalnie wykorzystana, a co za tym idzie koszty eksploatacji, w przeliczeniu na ilość tankowań, są wysokie. Koszty wodoru zależą od wielu czynników. W Sarreguemines kształtują się na poziomie 10 euro/kg, a średnia narodowa do 6 euro/kg. Jeden kilogram wodoru pozwala na przejechanie około 100 kilometrów.

By stacja była opłacalna ekonomicznie, należałoby tankować na niej 30 aut dziennie. – Ale nie zyski finansowe były motywacją do realizacji tego projektu – mówi Hector. – Celem było sprawdzenie elektromobilności w kontekście transgranicznym, a także sprawdzenie gotowości technologicznej systemów wodorowych wyposażonych w lokalny elektrolizer.

Nawet jeżeli przyszłość stacji po 2020 roku, gdy zakończy się wsparcie finansowe, jest niejasna, to jej cele zostały zrealizowane, dzięki zaangażowaniu CASC i ludzi takich jak Hector.

Czas na wodór jako nośnik energii