Într-un articol anterior, am lămurit cam ce sunt mașinile eco și care sunt avantajele acestora față de mașinile convenționale, cu motoare cu ardere internă, care utilizează carburanți petrolieri. Ei bine, de data aceasta, avem de dezbătut o problemă stringentă – cu ce înlocuim mașinile poluante: cu mașini având propulsie electrică sau, dimpotrivă, cu vehicule bazate pe tehnologia fuel-cell pe hidrogen?

Să vedem ce argumente aduce fiecare „tabără”.

Nici nu a început bine transformarea eco a transporturilor, că deja industria se confruntă cu o foarte mare întrebare: în ce merită investiți banii, în soluțiile de propulsie 100% electrice sau în cele bazate pe utilizarea hidrogenului? Ambele promit să reducă masiv nivelul poluării din transporturi, dar ambele se lovesc de obstacole uriașe, de la costurile mari ale tehnologiei la diverse temeri legate de utilizarea de zi cu zi a acestor mașini.

masini-electrice-fuel-cell-stiinta-tehnica-2
Cea mai cunoscută mașină electrică din lume (Tesla Model S) vs. prima mașină fuel-cell de mare serie (Toyota Mirai)

Motoarele convenționale produc emisii nocive în urma arderii carburanților, iar noile norme anti-poluare sunt din ce în ce mai drastice – de exemplu, UE dorește introducerea limitei maxime a emisiilor de CO2 la numai 95 g/km până la finalul acestui deceniu. Tehnologia motoarelor cu ardere internă și-a atins limitele, iar evoluții care chiar să conteze se mai pot face doar în domeniul sistemelor de depoluare (catalizatoare, filtre de particule, etc.) – însă aici deja vorbim de costuri uriașe și compromisuri majore în privința eficienței și performanțelor.

Mașinile electrice și cele pe hidrogen nu poluează în funcționare. În primul caz, bateria unei mașini 100% electrice e încărcată cu energie electrică, pe care o furnizează motorului electric, acesta punând mașina în mișcare fără a arde niciun gram de carburant.

În al doilea caz, rezervoarele mașinii sunt alimentate cu hidrogen (într-o „benzinărie” specială), care e utilizat într-un sistem de tip fuel-cell („pilă de combustie”) unde are loc o reacție cu oxigenul, rezultând curent electric și vapori de apă. Energia electrică e stocată într-o baterie, alimentând motorul electric pentru propulsia mașinii, iar vaporii de apă sunt eliminați în atmosferă, fiind inofensivi pentru mediu sau sănătatea oamenilor și a celorlalte viețuitoare.

Apar, însă, problemele existențiale ale „măriei sale” consumatorul…

AUTONOMIE ȘI TIMP DE ÎNCĂRCARE

Una dintre marile probleme ale mașinilor electrice actuale ține de autonomia considerată insuficientă comparativ cu mașinile convenționale. La care se mai adaugă infrastructura mult prea redusă a stațiilor de încărcare, dar și timpul mult mai mare necesar pentru încărcarea bateriilor față de alimentarea la benzinăriile obișnuite.

Ce-i drept, tehnologia bateriilor evoluează rapid, autonomia realistă unei mașini electrice obișnuite estimându-se că va crește de la circa 150-200 km acum la minimum 250-300 km cel târziu în 2020. Iar infrastructura de încărcare nu poate apărea peste noapte, ci are nevoie de timp pentru implementare – de exemplu, până în 2020 în România vor trebui să fie funcționale cel puțin 6.000 de puncte de încărcare destinate mașinilor electrice.

masini-electrice-fuel-cell-stiinta-tehnica-4
Diferențele de principiu între cele două tehnologii: propulsie 100% electrică vs. propulsie fuel-cell cu hidrogen

Cât despre încărcare, sistemele fast-charge vor scădea sensibil timpul pe la 10-20 de minute față de 30-40 acum, pentru încărcarea 0-80%), dar încărcarea normală va rămâne tot de ordinul câtorva ore. Se estimează, însă, că, până la finalul acestui deceniu, vor începe să devină populare sistemele de încărcare wireless, ceea ce va face mult mai convenabilă utilizarea unei mașini electrice.

Totuși, pentru un client obișnuit cu mașinile actuale, trecerea la o mașină electrică pare să însemne multe compromisuri. Iar mașinile fuel-cell pe hidrogen exact problema sensibilă a autonomiei și timpului de alimentare o atacă. Adică rezervorul/rezervoarele unei mașini fuel-cell (cum este de pildă Toyota Mirai) ar asigura peste 500 km cu un plin – adică de 2-3 ori mai mult decât o mașină electrică actuală.

Iar alimentarea ar fi similară, ca proces și timp, alimentării unei mașini convenționale la o benzinărie convențională: furtun cu pistol, care se cuplează la „bușonul” rezervorului de hidrogen, pomparea cantității dorite, plata și… la drum. Totul foarte familiar și fără a necesita schimbarea radicală a comportamentului.

Deci e clar, mașinile pe hidrogen sunt superioare celor electrice. Oare? Haideți să aducem în discuție și alte elemente, de natură să schimbe total percepția asupra tabloului rivalității de față.

COSTURILE DE PRODUCȚIE ALE SISTEMELOR DE PROPULSIE

Prețul (încă) mare al unei mașini eco rămâne cel mai mare impediment pentru cei mai mulți doritori. Din punct de vedere business, cea mai importantă explicație ține de faptul că propulsia electrică și cea pe hidrogen sunt tehnologii extrem de noi comparativ cu motoarele cu ardere internă, care, prin comparație, au beneficiat timp de aproape un secol de diverse evoluții.

masini-electrice-fuel-cell-stiinta-tehnica-5
Cea mai scumpă componentă a unei mașini 100% electrice e reprezentată de pachetul de baterii. Însă prețurile scad vertiginos de la an la an

Vestea bună, însă, este că în domeniul mașinilor eco asistăm la o scădere a costurilor mult mai accentuată decât s-a întâmplat în cazul motoarelor convenționale. De altfel, mulți analiști obiectivi estimează că în 2020-2025 mașinile electrice vor ajunge la prețuri comparabile cu ale mașinilor convenționale similare, odată cu scăderea prețurilor bateriilor, mai ales că motoarele termice vor plăti un tribut mult mai mare poluării pe care o produc prin arderea combustibililor fosili (de la costurile din ce în ce mai mari pentru tehnologiile de depoluare până la taxarea din ce în ce mai drastică a poluării).

masini-electrice-fuel-cell-stiinta-tehnica-6
Pila de combustie (fuel-cell) și rezervoarele sunt cele mai costisitoare componente ale mașinilor pe hidrogen

Ce se întâmplă cu mașinile cu pilă de combustie pe hidrogen? Ei bine, aici lucrurile sunt mai complicate, pentru că aceste mașini sunt, practic, mașini electrice… hibride. Din punct de vedere constructiv, sistemul fuel-cell e un adaos de tip range-extender pentru sistemul de propulsie 100% electrică. Prin urmare, o mașină fuel-cell este mai scumpă decât una electrică, și nu cu puțin – dacă în cazul mașinilor electrice bateria reprezintă „Călcâiul lui Ahile” din punctul de vedere al costului, în cazul mașinilor pe hidrogen sistemul fuel-cell utilizează materiale rare și scumpe, iar rezervoarele speciale pentru stocarea hidrogenului presupun și ele o tehnologie costisitoare.

Pe scurt, prețurile mașinilor cu sisteme fuel-cell pe hidrogen vor scădea mult mai lent decât cele ale mașinilor 100% electrice – indiferent cât de mari ar fi pașii în evoluția propulsiei pe hidrogen, aceasta va rămâne mai scumpă decât cea strict electrică, din rațiuni logice. Ba chiar aș risca să afirm că diferențele între mașini electrice și fuel-cell similare ca dimensiuni și putere vor fi mult mai mari decât diferențele de acum între mașini similare cu motoare pe benzină, respectiv diesel. Iar lucrurile nu se opresc aici.

INFRASTRUCTURA DE ALIMENTARE

Analiștii estimează că o infrastructură mondială de stații de curent electric ar costa de 50 de ori MAI PUȚIN față de una de stații cu hidrogen.

În SUA, EPA (Agenția Americană pentru Me­diu) estima că, dacă toate autovehicu­lele convenționale ar fi înlocuite de vehicule 100% electrice, ar fi nevoie de investiții de circa 10 miliarde USD pentru punerea la punct a unei infrastructuri de stații de alimentare cu energie electrică. Dacă, însă, toate mașinile ar funcționa cu hidrogen, ar fi nevoie de mi­nimum 500 de miliarde USD pentru a înlocui benzinăriile cu stații de hidrogen – deci o sumă de 50 de ori mai mare! La nivel global, raportul de forțe ar fi de circa 100 miliarde USD pentru infrastructura de stații de încărcare vs. minimum 5 trilioane USD pentru infrastructu­ra de stații de hidrogen.

masini-electrice-fuel-cell-stiinta-tehnica-7
O infrastructură de stații de hidrogen ar fi cu mult mai scumpă decât una de stații pentru mașini electrice

Dacă am transforma cele peste un miliard de autovehicule care circulă în lume în mașini electrice, costul mediu al bateriilor, motoare­lor electrice și sistemelor electronice auxiliare s-ar ridica la circa 15.000 USD/mașină – deci ar fi necesară o sumă de circa 15 trilioane USD. Dacă, însă, le-am transforma în mașini fuel-cell cu hidrogen, ne-ar costa minimum 25.000 USD/mașină – deci am vorbi de un plus de cel puțin 10 trilioane USD față de transformarea în mașini electrice.

În condițiile în care vorbim de trilioane de dolari, diferența e foarte mare. În plus, stațiile de curent electric trebuie doar adăugate unei mega-infrastructuri de curent electric existentă (și care va trebui doar actualizată). În schimb, în benzinăriile actuale, carburanții nu pot fi înlocuiți pur și simplu cu hidrogen, deoarece e nevoie de cu totul alt tip de pompe, de rezervoare de stocare, de sisteme de transport și distribuție, etc.

Cât costă producerea energiei electrice și cât costă producerea hidrogenului?

masini-electrice-fuel-cell-stiinta-tehnica-8
Producerea curentului electric este din ce în ce mai eficientă, iar rețelele de tensiune sunt deja realizate

Ei bine, societatea umană folosește curentul electric de foarte mult timp deja, iar costurile acestuia tind să scadă odată cu creșterea ponderii surselor regenerabile în producerea lui. În plus, adaptarea stațiilor de încărcare pentru mașinile electrice e foarte facilă, deoarece infrastructura de bază pentru producerea și distribuția curentului există deja. Nu mai aduc în discuție și posibilitatea de a-ți alimenta mașina electrică de la panourile fotovoltaice montate pe acoperișul casei, fără a mai fi dependent de un furnizor de energie…

masini-electrice-fuel-cell-stiinta-tehnica-9
Alimentarea cu hidrogen pare simplă, dar infrastructura din spate este foarte complexă

De cealaltă parte, obținerea hidrogenului, transportul lui și, mai ales, stocarea în condiții speciale reprezintă un lanț de procese foarte costisitoare. Acum, cel mai ieftin (adică mai puțin scump) mod de obținere a hidrogenului este din gazele naturale. Dar reversul medaliei îl reprezintă gradul de poluare (așa cum este și cazul curentului electric obținut din termocentrale): metanul este un gaz cu efecte de 50 de ori mai mari decât dioxidul de carbon în privința încălzirii globale.

Hidrogenul se poate obține și nepoluant, prin procedeul de cracare a apei – însă va mai dura cam un deceniu, după estimările specialiștilor, până când acest procedeu va deveni fezabil. Deocamdată, se consumă mai multă energie pentru obținerea unui kilogram de H2 decât produce acest kilogram prin utilizare. Iar unele voi aduc în discuție și întrebarea dacă mașinile cu hidrogen nu vor contribui la o criză a apei potabile…

Adevărul este că o „economie bazată pe hidrogen” ar respecta actualul model monopolist al industriei petroliere și al marilor companii de distribuție, ceea ce riscă să păs­treze foarte ridicate costurile de transport și să mențină diferențele sociale pe plan mon­dial. Fără îndoială, tehnologiile bazate pe hidrogen au un foarte mare potențial, dar mai degrabă în soluții staționare de stocare a energiei sau în transportul greu, atât rutier, cât și feroviar sau naval.

CARE PE CARE?

În articolul de față am abordat doar principalele caracteristici comparative ale mașinilor electrice, respectiv fuel-cell cu hidrogen. Trăgând linie, singurul avantaj major (dar efemer) al mașinilor cu propulsie fuel-cell ține de autonomia mai bună și de timpul mai scăzut de alimentare. În schimb, tehnologia este (și va rămâne) mai scumpă, iar costurile infrastructurii și obținerii combustibilului sunt mult mai mari și mai consumatoare de energie.

masini-electrice-fuel-cell-stiinta-tehnica-11
Încărcarea wireless: la trecerea curentului electric prin bobina primară se produce un câmp magnetic, acesta ajungând în bobina secundară, unde se transformă în curent electric.

Actualmente, tehnologia litiu-ion este cea mai populară pentru bateriile mașinilor elec­trice. Există, însă, planuri serioase pentru baterii litiu-O2 sau litiu-sulf, dar și pentru baterii low-cost bazate pe sodiu sau potasiu, care ar coborî costurile chiar și cu 80% față de acum.

În plus, încărcarea wireless este promițătoare, în Marea Britanie, de exemplu, fiind demarat un program pilot de… autostradă wireless (ceea ce ar elimina necesitatea stațiilor de încărcare).

masini-electrice-fuel-cell-stiinta-tehnica-12
Stocarea hidrogenului în condiții speciale în mașină reprezintă o problemă

În cazul mașinilor fuel-cell, hidrogenul tre­buie stocat la presiuni extrem de mari, atât în stațiile de alimentare, cât și în rezervoa­rele mașinilor. Lucru care crește exponențial riscurile de explozii în cazul accidentelor sau defectelor de fabricație. Se lucrează la găsi­rea unor soluții de stocare mult mai sigure, dar cercetările sunt doar în fază incipientă. În plus, fiabilitatea sistemelor fuel-cell rămâne încă sub semnul întrebării, în timp ce motoa­rele electrice și bateriile stau deja foarte bine la acest capitol.

Având în vedere că o mașină electrică este de trei ori mai eficientă decât una pe hidrogen (construcție, producerea electricității/hidrogenului, infrastructură, utilizare, reciclare), alegerea ar trebui să fie logică. Problema este că „ceasul ticăie”, iar poluarea din transporturi trebuie redusă cât mai repede. Din acest punct de vedere, propulsia 100% electrică devine alternativa Number One la mașinile convenționale, chiar dacă, momentan, nu putem vorbi de electrificarea peste noapte a celor peste un miliard și jumătate de autovehicule de pe mapamond.

Comentați pe Facebook