Jeśli nie benzyna, to co? Szukamy alternatywy

[#1]

Naukowcy od lat szukają następcy dla paliw z ropy naftowej, ale mimo ich starań benzyna i olej napędowy to wciąż najpopularniejsze źródło energii dla współczesnych pojazdów. Lista potencjalnych alternatyw póki co jest krótka. Co można na niej znaleźć?

Wodór

Wodór jako źródło energii ma kilka zalet: jedynym efektem ubocznym jego wykorzystania jest produkcja wody, kilogram wodoru jest dużo wydajniejszy niż porównywalna ilość benzyny, a do tego tankuje się go szybciej, niż ładuje akumulatory aut elektrycznych. Niestety, jest drogi w produkcji, trudno go magazynować i transportować i dziś nie ma infrastruktury potrzebnej do korzystania z niego jako paliwa. Wykorzystanie wodorowych ogniw paliwowych jako źródła energii możliwe jest już od dawna – w 1969 roku to właśnie wodór był wykorzystany do zasilania elektroniki w modułach sterowania Apollo 11 podczas lądowania na Księżycu.

Teoretycznie sprawa jest prosta – podczas reakcji chemicznej pomiędzy wodorem i tlenem zawartym w powietrzu produkowana jest energia elektryczna, a jedynym odpadem jest w tym przypadku woda. Niestety na Ziemi nie ma naturalnych składowisk czystego wodoru. W przeciwieństwie do paliw kopalnych nie da się go wykopać spod ziemi. Musi być wyprodukowany. A że kilogram wodoru magazynuje w sobie dużo energii, potrzeba jej jeszcze więcej, by go wyprodukować. Na dziś jest to proces droższy niż produkcja benzyny – dziś kilogram wodoru w Niemczech kosztuje niecałe 10 euro. Do tego wodór jako gaz jest trudny do przechowywania i transportowania. W Toyocie Mirai – jednym z pierwszych dostępnych w sprzedaży samochodów napędzanych ogniwami paliwowymi – wodór w zbiorniku jest sprężony do 700 barów. To ciśnienie, jakie występuje w oceanach na głębokości siedmiu kilometrów, tymczasem tutaj musi je wytrzymać samochodowy zbiornik paliwa. Dlatego zbudowano go z kosmicznych materiałów, dzięki którym wytrzymuje nacisk ponad 7 kg na 1 mm2 . Poza tym zbiornik musi gwarantować bezpieczeństwo podczas wypadku i właśnie dlatego przeszedł najbardziej wymyślne testy z ostrzałem z broni maszynowej włącznie. Inżynierowie Toyoty zapewniają, że za 10-15 lat auta zasilane wodorem będą tak popularne jak dziś auta hybrydowe. Oprócz Toyoty sukcesy na polu ogniw paliwowych mają m.in. Honda z modelem FX Clarity, Hyundai z ix35, a zaawansowane prace nad wykorzystaniem wodoru trwają m.in. w BMW.

Prąd

Auta elektryczne jeżdżą praktycznie bezgłośnie, nie produkują spalin, wykorzystują obecną infrastrukturę i mogą korzystać z akumulatorów takich jak smartfony. Niestety, nie zapewniają zadowalającego zasięgu, ładowanie ze zwykłego gniazda elektrycznego trwa co najmniej kilka godzin, a energia, która je zasila, powstaje zwykle w procesie spalania węgla. Technologia produkcji akumulatorów w ciągu ostatnich 20 lat zmieniła się diametralnie. Stosowane dziś powszechnie akumulatory litowo-jonowe to kawał nowoczesnej techniki. Niestety, by zapewnić samochodom  duży zasięg, trzeba wykorzystać ich naprawdę dużo – Tesla Model X, z teoretycznym zasięgiem 400 km waży ponad 2,5 tony. Inne modele aut elektrycznych oferowanych dziś w sprzedaży potrafią przejechać ok. 100 km, co sprawia, że mogą być praktycznymi środkami transportu w mieście, ale nie są w stanie pełnić funkcji jedynego auta w gospodarstwie domowym. I póki stacje szybkiego ładowania nie są dostępne powszechnie, trzeba sobie zaplanować kilku-, a nawet kilkunastogodzinne ładowanie akumulatorów z garażowego gniazdka 220 V.

Biopaliwa

Biopaliwa to paliwa wytworzone z naturalnych materiałów, takich jak cukier, kukurydza, olej roślinny czy drewno. Z jednej strony nie wymagają tworzenia nowej infrastruktury, pochodzą z odnawialnych źródeł, nie zwiększają bilansu emisji CO2, ale z drugiej – do ich masowej produkcji potrzeba ogromnej ilości tzw. biomasy. Gdy korzystamy z paliw kopalnych, uwalniamy do atmosfery ogromne ilości dwutlenku węgla, dawno zakopanego w ziemi. Za to biopaliwa stworzone są z roślin, które podczas swojego wzrostu zużywają dwutlenek węgla w procesie fotosyntezy. Dzięki temu można powiedzieć, że nie wpływają na zwiększenie emisji dwutlenku węgla do atmosfery. Niestety, zastąpienie biopaliwami paliw kopalnych wymagałoby wykorzystania ogromnej ilości biomasy. A to może oznaczać, że produkcja paliwa może konkurować z produkcją spożywczą – biopaliwa robi się m.in. z kukurydzy. Mogą powstawać również np. z oleju palmowego, ale na potrzeby jego produkcji i sadzenia palm karczuje się lasy tropikalne. Naukowcy nie próżnują jednak w opracowywaniu nowych sposobów na produkcję tego rodzaju paliw – zaprezentowano m.in. biopaliwa zrobione z celulozy, czyli dowolnych włókien roślinnych. Oznacza to, że do powstania paliwa można by wykorzystywać np. łodygi czy liście roślin, których owoce wykorzystuje się w produkcji żywności. Jakie paliwo będzie w stanie zastąpić benzynę i olej napędowy? Najtańsze i najłatwiej dostępne.

Dziś wygląda na to, że największą szansę mają biopaliwa, choć nie brakuje głosów, że z czasem wygra wodór. Sztaby inżynierów na całym świecie pracują nad kolejnymi rozwiązaniami – jakiś czas temu Audi zaprezentowało e-diesla – olej napędowy wyprodukowany z wody. Za to studenci z Holandii zaprezentowali projekt pojazdu napędzanego wodorem uzyskiwanym z kwasu mrówkowego. Czy któreś z tych paliw ma szanse na sukces? Wszystko zależy od kosztów produkcji. Każdy dzień może przynieść naukowe odkrycia diametralnie zmieniające sytuację, ale póki co arabscy szejkowie mogą spać spokojnie – ropa naftowa będzie głównym składnikiem paliw jeszcze przez dziesiątki lat.