Evropská unie zpřísňuje předpisy týkající se používání vozidel poháněných spalovacími motory v dopravě, a proto výrobci již několik let zařazují do svých portfolií řešení s nulovými emisemi. Dvě klíčové technologie k dosažení tohoto cíle jsou bateriová elektrická vozidla BEV (Battery Electric Vehicle) a FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle), tvrdí autoři studie IDTechEx Fuel Cell Electric Vehicles 2024-2044: Markets, Technologies, and Forecasts.
BEV – Battery Electric Vehicle – je v podstatě nejvyšší forma elektrifikace automobilu. Žádný spalovací motor zde nenajdeme, namísto něj je zde jeden nebo více elektromotorů. Energii bere vůz z baterie o kapacitě nejčastěji 40-100 kWh, kterou je potřeba dobíjet. To lze realizovat vícero způsoby, ať už z klasické domovní zásuvky, z wallboxu, ale i z veřejných nabíjecích stanic, které zvládají výkon 50 kW a více. Je to elektromobil v pravém slova smyslu.
FCEV – Fuel Cell Electric Vehicle – je elektrické auto s palivovými články. Používá se především v USA k označení aut na vodík, které ke svému pohonu využívají místo elektrických baterií vodíkové palivové články. Trh s elektrickými vozidly s palivovými články (FCEV) v posledních letech rychle roste. Stačí říci, že za pouhý jeden rok se počet vodíkových nákladních vozidel zvýšil téměř o 293 procent.
Tento výrazný skok byl však podle studie Clean Hydrogen Monitor 2023 společnosti Hydrogen Europe výsledkem nízké, nebo dokonce plíživé základny – což v praxi znamená nárůst počtu nákladních vozidel FCEV ze 14 v roce 2021 na 55 o rok později.
Zpráva IDTechEx s názvem Elektrická vozidla s palivovými články 2024–2044: Trhy, technologie a prognózy pak zkoumá trh s elektrickými vozidly s palivovými články (FCEV) na silnici, včetně osobních automobilů, lehkých užitkových vozidel, středně těžkých a těžkých nákladních vozidel a autobusů. Zpráva se zabývá hybateli trhu, překážkami, hráči, technologiemi, modely, benchmarkingem a prognózami přijetí na příštích 20 let pro jednotkové prodeje, poptávku po palivových článcích, poptávku po bateriích a tržní hodnotu.
V reakci na hrozbu, kterou představuje změna klimatu a špatná kvalita ovzduší ve městech, mnoho zemí zpřísňuje regulaci emisí, aby snížily dopad silniční dopravy. Tato legislativa nutí výrobce automobilů odklonit se od tradičních spalovacích motorů a přejít k pohonným jednotkám s nulovými emisemi. Dvěma klíčovými technologiemi k dosažení tohoto cíle jsou bateriová elektrická vozidla BEV a FCEV.
Zatímco trh s čistě bateriovými elektrickými vozidly se v mnoha segmentech dopravy začíná rozjíždět, limity hustoty energie lithium-iontových baterií znamenají, že dojezd bateriových elektrických vozidel je omezen jak maximální hmotností baterií, které může vozidlo přepravovat, tak dostupným prostorem pro baterie v tomto vozidle. Technologie palivových článků nabízejí výrobcům automobilů cestu k delšímu dojezdu vozidel a zároveň přinášejí zásadní snížení emisí výfukových plynů na silnici.
Další významnou výhodou systémů palivových článků je, že tankování vodíkových nádrží je podobné tankování konvenčních vozidel se spalovacím motorem (několik minut) a je výrazně rychlejší než poměrně pomalé elektrické nabíjení, které může trvat několik hodin. Dojezd a výhoda doplňování paliva FCEV by mohly být obzvláště důležité pro životaschopnost provozu těžkých nákladních vozidel a autobusů s nulovými emisemi, kde je požadavek na vysoký denní dojezd, dlouhá provozní doba a potřeba provozní flexibility.
Osobní automobily s palivovými články
Pokrok na trhu osobních automobilů s palivovými články byl z velké části tažen Toyotou a Hyundai, a to po odchodu modelu Honda Clarity v roce 2021. Mnoho dalších významných výrobců automobilů investovalo do této technologie za posledních 30 let, včetně Fordu, GM, Volkswagenu, Daimleru a BMW. Toyota a Hyundai se v letech 2021 a 2022 podílely na drtivé většině celosvětových prodejů vozů FCEV, přičemž v každém roce se prodalo přibližně 15 000 vozů.
Prodej vozů FVEC po celém světě. Pokrok byl tažen Jižní Koreou a Kalifornií v USA. Zdroj: IDTechEx
Čína zaznamenává rostoucí zájem o vozy FCEV a několik výrobců automobilů nyní předvádí modely, které by vzhledem k podpoře vodíkové ekonomiky ze strany Číny mohly v budoucnu zaznamenat úspěch.
Bateriových elektromobilů, jejichž vývoj začal ve skutečnosti v podobné době jako FCEV, se v roce 2022 prodalo více než 7,7 milionu kusů. Zatímco IDTechEx předpovídá, že automobily s palivovými články zaznamenají v prognózovaném období růst, zůstane to velmi malá část automobilů s nulovými emisemi, přičemž BEV budou mít většinový podíl.
Výroba vodíku
Zavádění vozidel s palivovými články čelí značným výzvám, včetně snížení nákladů na komponenty systému palivových článků, aby se snížily počáteční náklady na vozidla s palivovými články, a zavedení dostatečné infrastruktury pro doplňování vodíku, aby byla jízda FCEV proveditelná. Zásadní bude také dostupnost levného „zeleného“ vodíku, který se vyrábí elektrolýzou vody s využitím elektřiny z obnovitelných zdrojů, což bude podle analýzy v nové zprávě IDTechEx zásadní pro to, aby FCEV poskytovaly environmentální certifikáty, na jejichž základě jsou prodávány.
Nejrozvinutější, nejlevnější a nejškálovatelnější metodou, která je v současné době k dispozici pro výrobu vodíku, je reformování parního metanu (zemního plynu). H2 vyrobený touto metodou je známý jako „šedý vodík“. Tento proces však produkuje značný objem CO2, což znamená, že uhlíková stopa FCEV využívající šedý vodík by ve srovnání s moderními vozidly se spalovacími motory nabízela velmi omezený potenciál ke snížení emisí. Tato zpráva IDTechEx se zabývá výrobou vodíku a obnovitelné energie a analyzuje emise CO2 generované na kilometr pro BEV a FCEV za různých předpokladů. FCEV mají smysl z hlediska snižování emisí pouze tehdy, pokud je použitý vodík zelený a šedý vodík je může učinit srovnatelnými se stávajícími vznětovými motory.
Navzdory značným výzvám pro trh FCEV nabízí mnoho vlád po celém světě významnou podporu vývoji vozidel s nulovými emisemi, přičemž několik významných ekonomik včetně Japonska, Koreje, Německa a Číny podporuje úsilí o rozsáhlou transformaci od fosilních paliv k širší vodíkové ekonomice. S podporou vlád, rostoucím zájmem velkých nadnárodních energetických firem, které si uvědomily, že potřebují strategii přechodu na čistší paliva, a silným odhodláním, které projevuje několik významných výrobců OEM (i když především Toyota a Hyundai), existuje v současné době jasné společné úsilí o prosazení vývoje a zavádění FCEV.
Nákladní automobily a autobusy s palivovými články
Zpráva IDTechEx se zaměřuje zejména na trhy s těžkými nákladními vozidly a autobusy, které provozují náročné aplikace, které vyžadují dlouhý denní dojezd, mají omezenou dobu doplňování paliva a vyžadují provozní flexibilitu.
Zatímco tento segment dopravního průmyslu také čelí zpřísňujícím se legislativním požadavkům na snížení emisí výfukových plynů, řešení BEV jsou v těchto aplikacích potenciálně méně proveditelná, protože hmotnost a náklady na lithium-iontovou baterii potřebnou k zajištění denního pracovního cyklu jsou neúnosné.
Tyto aplikace proto nabízejí segment trhu, kde by FCEV mohly nabídnout jediné životaschopné řešení s nulovými emisemi.
Zpráva se podrobně zabývá problematikou využívání užitkových vozidel s palivovými články, včetně nákladů na kapitálové výdaje, vlivu H2, nákladů na pořízení paliva, životaschopnosti a příkladů ze současného zavádění FCEV.
Spotřeba vodíku pro nákladní vozidla FCEV. IDTechEx porovnává různé parametry z modelů nákladních vozidel FC. Zdroj: IDTechEx
Zpráva a její podrobné prognózy trhu přináší informace pro společnosti v celém hodnotovém řetězci dopravy: výrobce palivových článků a elektrolyzérů, výrobce baterií a elektromotorů, vývojáře infrastruktury pro vodíkové tankování, dodavatele dílů a systémů, spolu se společnostmi v energetickém sektoru, vládními agenturami, výzkumnými organizacemi a společnostmi nebo jednotlivci, kteří chtějí investovat do technologie, která má potenciál stát se zásadním prvkem v úsilí o dekarbonizaci odvětví dopravy.
(nik)
