W ostatnich latach motoryzacja przeszła głęboką transformację, napędzaną potrzebą redukcji emisji dwutlenku węgla i łagodzenia zmian klimatycznych. Po latach badań nad alternatywnymi rozwiązaniami, w tej zmieniającej się rzeczywistości wyłoniło się dwóch głównych pretendentów do roli ekologicznych paliw napędowych: energia elektryczna i wodór. Obecnie samochody elektryczne i pojazdy napędzane wodorowymi ogniwami paliwowymi znajdują się jeszcze na różnych etapach rozwoju. Elektryfikacja pojazdów dynamicznie postępuje dzięki rozwojowi technologii akumulatorów i infrastruktury ładowania, choć w ostatnich tygodniach lekko się dławi. 

Wszyscy słyszeliśmy ostatnio o gorszej niż oczekiwana sprzedaży pojazdów elektrycznych czy zwolnieniu 10% załogi Tesli. Firmy takie jak Tesla odnotowały spadek sprzedaży w ostatnich latach, a producenci aut, tacy jak Ford, spowolnili produkcję własnych modeli elektrycznych. W europejskich węzłach transportowych niesprzedane pojazdy elektryczne wypełniają przestrzenie magazynowe, a Automotive News donosi, że niektóre firmy motoryzacyjne chcą nawet wynająć dodatkową powierzchnię magazynową. To tylko ogólny kryzys – spadek sprzedaży – w przemyśle motoryzacyjnym, czy może powolne oznaki tego, że droga do umasowienia elektrycznych samochodów jest jeszcze dość daleka? 

Z drugiej strony, IEA poinformowała, że w pierwszym kwartale 2024 r. globalna sprzedaż elektrycznych aut wzrosła o około 25% w porównaniu z tym samym okresem ubiegłego roku – podobnie jak w pierwszym kwartale 2023 r., ale z większej bazy. Liczba samochodów elektrycznych sprzedanych na całym świecie w pierwszych trzech miesiącach tego roku jest mniej więcej równa liczbie sprzedanej w całym 2020 roku. 

W tym samym czasie, choć technologia ogniw wodorowych ewoluuje, dzieje się to bardzo powoli. Wciąż jednak kuszą potencjalne korzyści: krótszy czas tankowania i większy zasięg jazdy. Trzeba mieć jednak na uwadze, że jednocześnie świat wydaje się rozważać powrót do energii jądrowej, sądząc po ostatnich brukselskich porozumieniach 22 i następnie 33 państw. Byłoby to z pewnością na korzyść pojazdów elektrycznych.  

Ile transformacji jest w transformacji?

Globalna penetracja rynku pojazdów elektrycznych, zarówno tych na baterie (BEV) jak i hybryd plug-in (PHEV), wzrosła znacząco, osiągając 13,6 miliona sztuk w 2023 roku, co stanowi wzrost o 31% w porównaniu z rokiem poprzednim. Mimo że liderami w tej dziedzinie pozostają Tesla i chiński producent BYD, to także inni producenci zaczynają dywersyfikować swój portfel pojazdów elektrycznych, oferując szereg modeli dostosowanych do różnych segmentów rynku, w tym transportu ciężarowego. Wzrost popularności pojazdów elektrycznych wspierany jest także przez rozwój infrastruktury ładowania oraz inicjatywy edukacyjne, które przyczyniają się do zmiany postrzegania i promują szerszą akceptację.

W przeciwieństwie do pojazdów elektrycznych, penetracja rynku pojazdów napędzanych wodorowymi ogniwami paliwowymi (FCV) pozostaje ograniczona, głównie ze względu na niedostateczną infrastrukturę tankowania wodoru. Jednakże rosnące zainteresowanie i inwestycje w technologię ogniw wodorowych oraz produkcję zielonego wodoru, przyciągają uwagę zarówno producentów samochodów, jak i firm energetycznych. 

Inwestycje w badania i rozwój, rozbudowę infrastruktury ładowania oraz stacji wodorowych, a także inicjatywy mające na celu zmniejszenie zależności od paliw kopalnych stanowią istotny impuls dla dalszego postępu w dziedzinie motoryzacji ekologicznej. W najbliższych latach można spodziewać się dalszych innowacji i zmian w tej dynamicznie rozwijającej się branży.

Przeszkody na drodze do zielonej mobilności

Droga ta nie jest usłana samymi różami. Dostępność i koszt surowców, ceny pojazdów elektrycznych, ich zasięg oraz infrastruktura ładowania stanowią kluczowe bariery dla umasowienia aut elektrycznych. Wysokie koszty produkcji, transportu i magazynowania wodoru utrudniają również rozwój pojazdów wodorowych, podobnie jak brak stacji wodorowych i niewielka jak na razie ilość zielonego wodoru.

Obecnie pojazdy elektryczne wydają się bardziej opłacalne niż pojazdy wodorowe ze względu na korzyści skali i prostszą technologię. Niemniej jednak, popularyzację pojazdów elektrycznych utrudniają ograniczone możliwości ładowania baterii w domach czy garażach. Konieczne są też: poprawa szybkości ładowania, obniżenie ceny akumulatorów i rozbudowa infrastruktury ładowania. Recykling i utylizacja baterii są kolejnymi wyzwaniami dla środowiska. Nie wiadomo też, jak będzie kształtował się rynek wtórny tych pojazdów. Bardziej świadomi konsumenci będą też zwracać uwagę na zrównoważone i etyczne pozyskiwanie materiałów do produkcji akumulatorów.

W przypadku pojazdów wodorowych efektywne magazynowanie i transport wodoru stanowią wyzwanie techniczne, podczas gdy trwałość i opłacalność ogniw paliwowych pozostają przeszkodami technologicznymi do przezwyciężenia. Ograniczona przepustowość sieci oraz mała dostępność zielonego wodoru ze źródeł odnawialnych stanowią dalsze wyzwania dla rozwoju samochodów wodorowych. Budowa infrastruktury wodorowej wymaga skoordynowanego wysiłku rządów, przemysłu i inwestorów, a ograniczona świadomość konsumentów na temat wodoru i pojazdów elektrycznych może hamować ich adopcję.

Mobilność jutra

Rozwój pojazdów elektrycznych i wodorowych staje się nieodłączną częścią przyszłości motoryzacji. Inwestycje w nowe technologie, wsparcie rządowe oraz rosnące zaangażowanie przemysłu dają nadzieję na dalszy szybki i zrównoważony rozwój sektora, przynosząc korzyści zarówno dla środowiska, jak i społeczeństwa. 

Postęp technologiczny, jak i zmieniające się regulacje oraz wzrastające zainteresowanie ze strony konsumentów napędzają tę transformację. Jednym z pozytywnych trendów jest ciągły wzrost liczby pojazdów elektrycznych na drogach. 

Jednocześnie mocne są obawy związane z dostępnością surowców niezbędnych do produkcji komponentów pojazdów elektrycznych i wodorowych. Rosnąca konkurencja o te zasoby może prowadzić do zwiększenia napięć geopolitycznych i podwyższenia kosztów produkcji, co może spowolnić upowszechnienie się zielonego transportu.

Pilna potrzeba walki ze zmianami klimatycznymi katalizuje szybki rozwój produkcji pojazdów elektrycznych i wodorowych, napędzając innowacje technologiczne i inwestycje w rozwiązania w zakresie energii odnawialnej, aby dekarbonizować sektor transportu. Jednocześnie zmiany klimatu mogą utrudnić produkcję zarówno zielonej energii, jak i ekologicznych pojazdów, ze względu na wysokie temperatury, zmienne wiatry, klęski żywiołowe czy niedobór wody.

Warto również zwrócić uwagę na pojawiające się zagrożenia związane z bezpieczeństwem cybernetycznym. Rosnąca liczba inteligentnych systemów w pojazdach niesie ze sobą ryzyko ataków. 

Prace nad innowacjami trwają jednak nieustannie. W zakresie ładowania baterii pojazdów elektrycznych umasowienie niezwykle szybkich ładowarek mogłoby stanowić ważny impuls dla konsumentów. Ostatnio, naukowcy z Chin opracowali sposób na ładowanie baterii litowo-jonowej do 60% pojemności w mniej niż sześć minut i 80% w nieco ponad 11 minut, dzięki poprawie wydajności anod baterii. Prowadzone są również badania mające rozwiązać problemy związane z gwałtownym wzrostem temperatury przy szybkim ładowaniu. Szybko postępują też prace nad bateriami ze stałym elektrolitem, które obiecują poprawę bezpieczeństwa, zwiększenie gęstości energii i długowieczności baterii w porównaniu z tradycyjnymi akumulatorami litowo-jonowymi. Prowadzone są badania nad recyklingiem czy opcjami wtórnego wykorzystania baterii. Trwają też testy bezprzewodowego indukcyjnego ładowania pojazdów – zelektryfikowanych jezdni, które mogą bezprzewodowo ładować pojazdy elektryczne podczas jazdy po nich. Ładowanie indukcyjne na dużą skalę mogłoby wyeliminować ciężkie zestawy akumulatorów, a także przestoje na stacjach ładowania. Statyczne ładowanie możliwe byłoby na przykład podczas rozładunku samochodów ciężarowych. Testuje się też koncept stacji wymiany baterii. Chińska firma Nio ma już ponad 2000 takich stacji i zobowiązała się do zbudowania 1000 nowych stacji w 2024 r. Firma stara się rozszerzyć działalność na Europę. 

W tym samym czasie postęp technologiczny w produkcji wodoru przynosi obniżenie kosztów i zwiększenie wydajności, zarówno poprzez badania nad alternatywnymi metodami produkcji, jak i nowymi materiałami bazowymi. Oprócz tradycyjnego wykorzystania energii odnawialnej, takiej jak energia słoneczna czy wiatrowa, do elektrolizy wody, badane są m.in. użycie pary wodnej zamiast wody, krakowanie amoniaku, czy biowodór pozyskiwany z biomasy. Ponadto, siarkowodór, woda morska, czy nawet nowe techniki elektrolizy, takie jak elektroliza wysokotemperaturowa, oraz nowe katalizatory i materiały, w tym struktury metaloorganiczne (MOF) i nanomateriały, otwierają drogę do bardziej wydajnej i ekonomicznej produkcji wodoru.

Co może zmienić bieg obecnych trendów?

Niedobór i wysokie ceny minerałów niezbędnych do produkcji baterii mogą ograniczyć dostępność i podnieść koszty produkcji, co utrudni masową adopcję pojazdów elektrycznych. Dodatkowo, przerwanie łańcucha dostaw z powodu konfliktów geopolitycznych lub kryzysów w krajach wydobywających minerały lub produkujących kluczowe komponenty, może skutkować dalszymi trudnościami w produkcji pojazdów elektrycznych i wodorowych.

Jednakże, istnieją również szanse przyspieszenia rozwoju tych technologii. Powrót do energii jądrowej lub w dalszej perspektywie energia z fuzji jądrowej, mogą zapewnić stabilne i zrównoważone źródło energii dla pojazdów elektrycznych. Ponadto, przełomy w technologii akumulatorów i ogniw paliwowych mogą prowadzić do większego zasięgu, szybszego ładowania i obniżenia kosztów, co uczyni pojazdy elektryczne i wodorowe bardziej atrakcyjnymi dla konsumentów. Wzrost popularności pojazdów wodorowych może również nastąpić w wyniku pojawienia się w przyszłości efektywnych i przystępnych cenowo sieci produkcji i dystrybucji zielonego wodoru.

Zatem pojazdy elektryczne czy wodorowe?

Obie technologie oferują liczne zalety, ale napotykają również wyzwania związane z kosztami, technologią i infrastrukturą. Aktualnie dominującą rolę pełnią pojazdy BEV, jednakże to może się zmienić w przyszłości ze względu na rozwój technologii wodorowych.

Przejście na zrównoważone źródła energii będzie kluczowe dla dalszego rozwoju obu typów pojazdów. Wydajność, zasięg, koszty eksploatacji i infrastruktura ładowania stanowią główne wyzwania dla pojazdów elektrycznych, podczas gdy pojazdy wodorowe borykają się z wyższymi kosztami i brakiem infrastruktury i zielonego paliwa w pierwszej kolejności. 

Regulacje, zachęty oraz preferencje konsumentów będą miały istotny wpływ na kształtowanie przyszłości zrównoważonej mobilności. Raczej należy spodziewać się, że to nie jedno rozwiązanie zwycięży, ale miks różnych dostępnych w danym czasie opcji. Trzeba też być przygotowanym na to, że przyszłe zmiany w zakresie dostępności energii, w tym możliwy powrót do energii jądrowej mogą zmienić krajobraz energetyczny i transportowy w drugiej połowie XXI wieku.

***

Artykuł powstał na bazie analizy i raportu Przyszłość mobilności – elektryczność, wodór, czy…? firmy 4CF The Futures Literacy Company.

Dla zainteresowanych tematem zachęcamy również do zapoznania się z analizą dot. rozwoju wodoru „Pomorskie na lekkim gazie” opracowaną przez firmę 4CF w ramach projektu realizowanego dla Urzędu Marszałkowskiego Województwa Pomorskiego czy własną analizą tej firmy “Przyszłość gospodarki wodorowej. Czy zdążymy na czas?”.