"Technologią jutra będą samochody ujemnie emisyjne, które nie tylko nie emitują nic, ale jeszcze oczyszczają powietrze"

Czy samochody elektryczne mają sens? Czy w przyszłości wyprą auta spalinowe i hybrydy, stając się podstawowymi środkami transportu dla każdego z nas? A może lepszym rozwiązaniem są elektryki zasilane wodorem? Te i wiele innych kwestii wyjaśnia dr Jacek Pawlak, Prezes Toyota Motor Poland i Toyota Central Europe.

Pierwszym samochodem hybrydowym, który na szeroką skalę był dostępny na rynku, była Toyota Prius, która zaczęła być produkowana w 1997 roku. Czy to wtedy Toyota zaczęła myśleć o hybrydach jako samochodach wykorzystujących alternatywny sposób napędu?

Jacek Pawlak: Toyota w swojej wizji od początku chciała produkować auta, które nie będą oddziaływać negatywnie na środowisko. To była intencja, która przyświecała wszystkim wysiłkom, badaniom i inwestycjom Toyoty. Oczywiście zostały one zwieńczone trzema modelami koncepcyjnymi, które dotyczyły trzech technologii: hybryd, akumulatorowych samochodów elektrycznych oraz aut elektrycznych na wodór.

Czym różnią się te trzy typy napędu?

Samochód hybrydowy to auto wyposażone w dwa silniki – elektryczny i spalinowy. Jest on zbudowany w taki sposób, aby jak najwięcej czasu jechać na silniku elektrycznym (obecnie hybrydy poruszają się elektrycznie przez ok. 60-70 proc. czasu jazdy w mieście). Energię z hamowania i nadwyżek pracy silnika magazynujemy zatem w akumulatorze i potem zużywamy ją, jadąc na silniku elektrycznym.

Ze względu na jego obecność, hybrydy są niezawodne, bo to silnik elektryczny częściowo bierze na siebie „czarną robotę", a więc ruszanie i przyspieszanie, czyli momenty, które najbardziej obciążają jednostkę napędową. Obecny tu lekki, niskoemisyjny silnik spalinowy korzysta z innego cyklu pracy niż w pojazdach tradycyjnych i bardzo wolno się zużywa. Podobnie jest z żywotnością baterii, która nigdy nie ładuje się do 100 proc. i nigdy nie rozładowuje do zera.

W hybrydach nie mamy też wielu elementów, które najczęściej psują się w normalnym samochodzie, m.in. koła dwumasowego, turbosprężarki, rozrusznika, alternatora, sprzęgła i tarczy sprzęgła, filtra DPF czy pasków klinowych. A tarcze i klocki hamulcowe zużywają się 3–4 razy wolniej niż w normalnym aucie ze względu na rekuperację [wytracanie prędkości poprzez zamianę energii kinetycznej na elektryczną, która ładuje akumulator – przyp. red.]. Spójrzmy na te samochody hybrydowe, które mają już po milion kilometrów na liczniku i nic się z nimi nie dzieje.

A jak jest z samochodami elektrycznymi i wodorowymi?

Chciałbym od razu to podkreślić. Często mówimy: samochody elektryczne i wodorowe, ale auta wodorowe to tak naprawdę pojazdy elektryczne, tylko z własną elektrownią na pokładzie.

Jak to? 

Auta elektryczne na akumulator i na wodór różnią się tym, że źródłem zasilania może być energia zmagazynowana w bateriach lub w zbiornikach na wodór. Pojazd elektryczny na wodór działa tak, że mamy w samochodzie zainstalowane ogniwo paliwowe, czyli urządzenie, które jest taką mini elektrownią. Wewnątrz zachodzi reakcja chemiczna przy udziale wodoru ze zbiornika i tlenu z powietrza, a jej skutkiem jest wyprodukowanie energii elektrycznej i krystalicznie czystej pary wodnej.

Mamy zatem dwa auta elektryczne: samochód akumulatorowy, który realnie ma ok. 300 km zasięgu i na wodór, który może przejechać ok. 650 km. To praktycznie tyle, co normalne auto. Co więcej, pojazdy na baterie ładują się „do pełna" godzinami, a te na wodór tankujemy zaledwie kilka minut.

To podstawowa różnica, a samochody elektryczne na wodór też nie są kompletnie nową technologią. Na przykład w nowym modelu Mirai, który zaraz wprowadzimy na rynek, 85 proc. komponentów pochodzi z hybryd. Nie jest zatem tak, że auto elektryczne z ogniwem wodorowym to coś innego. To rozwinięcie technologii, którą już dziś stosujemy w autach hybrydowych.

Toyota MiraiToyota Mirai Materiał promocyjny

A elektryki na baterie?

Samochody elektryczne na baterie są już na rynku od bardzo dawna. Pierwsze tego typu masowo produkowane auta powstały na początku XX wieku. Jednym z pierwszych był np. model Detroit Electric z 1914 roku, który był produkowany przez ok. 20 lat. Miał w tym czasie zasięg 130 km i ładował się w osiem godzin. 

Po kilkunastu latach przestał być produkowany ze względu na niewielki zasięg i długi czas ładowania. Minęło 100 lat i choć samochody na baterie są dużo nowocześniejsze, podstawowe problemy pozostają te same. Często mówimy, że samochody elektryczne to jest jakaś innowacja, ale w moim przekonaniu wcale tak nie jest. Gdy pojawiły się pierwsze smartfony lub płaskie telewizory, to była rewolucja. Samochody elektryczne istnieją od dawna, a jednak klienci wciąż mają co do nich wątpliwości i dalej nie chcą ich kupować na masową skalę.

Z czego wynika ta niechęć? 

Samochody elektryczne na baterie mają kilka wad. Po pierwsze są potwornie drogie, bo niemal dwa razy droższe od spalinowych aut z tej samej klasy. Po drugie mają nadal ograniczony zasięg, który gwałtownie topnieje przy wyższych prędkościach na trasie. Po trzecie nie ma ich gdzie ładować, a proces ten na dodatek trwa wciąż za długo. 

Podkreślmy zatem: barierą dla akumulatorowych samochodów elektrycznych są baterie. Akumulatory litowo-jonowe, które dziś są używane w samochodach elektrycznych, nie są wystarczające, by przekonać do takich aut masowego klienta. Długi czas ładowania i krótki zasięg sprawiają, że dla kierowców, którzy nie mają własnego garażu, samochód na baterie jest mało użyteczny. 

W Toyocie rozwijamy wszystkie technologie elektryfikacji aut. Dziś liderem jest u nas hybryda. Ale przyszłość należy do aut czysto elektrycznych. Dlatego pokazaliśmy właśnie pięknego elektrycznego SUV-a na akumulatory, bZ4X, który pojawi się w naszych salonach za rok. W ten sposób do naszych hybryd, hybryd plug-in i aut na wodór dołączają BEV-y. Jednak jeśli chodzi o te ostatnie, to prawdziwy przełom, czyli krótki czas ładowania i realny wzrost zasięgu, przyniesie dopiero następna generacja akumulatorów. Dopiero wtedy BEV-y staną się atrakcyjne dla przeciętnego kierowcy. My już testujemy takie baterie – ze stałym elektrolitem (solid state batteries). Pierwsze auta elektryczne z tą nową technologią pojawią się na ulicach Tokio już latem, podczas Letnich Igrzysk Olimpijskich. Seryjna produkcja powinna ruszyć około 2025 roku.

Ale to dopiero przyszłość, a dziś prawda jest taka, że najszybciej zredukujemy emisję CO2, kiedy zwykłe auta zastąpimy hybrydami. Pełne hybrydy zużywają mniej paliwa bez ładowania baterii z gniazdka, a więc bez dodatkowej infrastruktury i zmiany przyzwyczajeń kierowców. Hybrydą można przez większość czasu jeździć po mieście na silniku elektrycznym nawet jak się nie ma domu z własnym garażem. Za tym rozwiązaniem kierowcy głosują portfelami – w Polsce już co druga nowa Toyota jest hybrydą, dzięki czemu swobodnie mieścimy się w europejskich limitach emisji i tak będzie do 2025 roku, gdy nastąpi kolejne zaostrzenie tych norm. Ale wtedy my będziemy gotowi z naszymi elektrycznymi autami na wodór i na akumulatory.

Materiał promocyjnyMateriał promocyjny Materiał promocyjny

Już wtedy, w latach 90., Toyota myślała nad samochodami wodorowymi, a raczej – jak ładnie pan to nazwał – samochodami elektrycznymi na wodór?

Tak, już wtedy pracowaliśmy nad wodorem, ale oczywiście były wówczas problemy, których jeszcze nie potrafiliśmy rozwiązać. To przede wszystkim kłopoty z magazynowaniem wodoru.

Wodór jest bowiem gazem bardzo lekkim, dlatego trzeba go magazynować pod bardzo wysokim ciśnieniem. Zbiorniki na wodór, które obecnie mamy w autach, muszą wytrzymać ciśnienie 700 barów, a więc 320 razy większe niż w oponie samochodu. W przeszłości byliśmy w stanie robić tak wytrzymałe zbiorniki tylko z metalu, a wodór w kontakcie z metalem powoduje korozję wodorową i rozszczelnienie zbiornika. 

To jedna z kilku barier, które musieliśmy pokonać. Udało nam się usunąć te przeszkody w ostatnich latach i w 2014 roku takie samochody zaczęliśmy już produkować masowo. Ale tak naprawdę zawsze szukaliśmy możliwości produkowania aut bezemisyjnych, które będą do zaakceptowania dla klientów, czyli takich, które będą realną alternatywą dla pojazdów spalinowych. 

Dziś jesteśmy w stanie produkować auta hybrydowe czwartej generacji, które można powiedzieć, że w mieście w 60–70 proc. są elektryczne, zeroemisyjne, a kosztują tyle samo, co normalne. Odpada też problem zasięgu, czasu ładowania i braku ładowarek, a emisja – szczególnie tych najgorszych substancji, jak tlenek azotu – jest ograniczona o 90 proc.

A zatem te dwadzieścia parę lat temu myśleliśmy, aby zastąpić silniki konwencjonalne hybrydami, ale dziś idziemy o krok dalej. Faktycznie hybrydy to wciąż teraźniejszość, ale technologią jutra będą oczywiście samochody w stu procentach zeroemisyjne, albo nawet – jak zakłada nowa wizja Toyoty – samochody ujemnie emisyjne, czyli takie, które nie tylko nie emitują nic, ale jeszcze oczyszczają powietrze. Taka jest dziś wizja i wyzwanie dla Toyoty.

Jak to oczyszczają powietrze? 

Tlen z powietrza, który wchodzi do ogniwa paliwowego, musi być bardzo czysty, dlatego Mirai został wyposażony w cały zestaw filtrów. Podczas jazdy filtrujemy zatem powietrze, które jest w zasięgu samochodu, a jego część kierowana jest do ogniwa. W ten sposób oczyszczamy powietrze m.in. z tlenków azotu, cząstek stałych, z pyłów itd. 

Przejechanie 10 tys. km oczyszcza tyle powietrza, ile zużywa jeden człowiek w ciągu roku. Było nawet takie porównanie, że gdyby Mirai był jedynym modelem samochodu, który sprzedajemy, to w ciągu roku te wszystkie auta oczyściłyby powietrze w mieście wielkości Chorzowa.

A co z samochodami elektrycznymi na baterie? Co prawda nie oczyszczają powietrza, ale chyba też są ekologiczne?

Toyota Mirai to nowy rozdział w historii wodorowej motoryzacjiToyota Mirai to nowy rozdział w historii wodorowej motoryzacji Materiał promocyjny

To, jak bardzo ekologiczny jest samochód ładowany z gniazdka, zależy od udziału paliw kopalnych w produkcji energii w danym regionie. W Polsce prąd pochodzi dziś głównie z wysokoemisyjnych elektrowni węglowych. Z tego powodu przejechanie 100 km akumulatorowym samochodem elektrycznym nad Wisłą to emisja 130 gramów CO2 na kilometr. Dla porównania, hybryda emituje podczas jazdy 90 g/km CO2. Polska to nie Norwegia czy Dania, gdzie gigantyczna część energii powstaje ze źródeł odnawialnych. 

Do wytworzenia czystego wodoru również potrzebny jest prąd.

Wodór to nośnik i magazyn energii. Można go wykorzystać do magazynowania prądu, gdy jest produkowany w nadmiarze. Dziś go tracimy. Wodór pozwoliłby zachować energię elektryczną na czas szczytowego zapotrzebowania na prąd.

Jakie jeszcze zalety ma samochód elektryczny na wodór?

To jest zupełnie inne auto – lekkie i bezpieczne [nowa Toyota Mirai waży 1900 kg i ma 650 km zasięgu – przyp. red.]. To dlatego, że aby uzyskać zasięg ok. 500–600 km w elektrycznym aucie bateryjnym tej klasy, musimy mieć ok. 700 kg baterii lub tylko ponad 5 kg wodoru. Jeśli do auta wrzucimy tonę baterii, to ono zupełnie inaczej się zachowuje i inaczej hamuje w przypadku awaryjnej sytuacji na drodze, a to wpływa na bezpieczeństwo. 

W aucie elektrycznym na wodór tego problemu nie ma. Zbiorniki w nowym Mirai są co prawda rozmieszczone niemal po całym samochodzie, ale praktycznie rzecz biorąc, one magazynują zaledwie 5,6 kg wodoru, a zatem zmiana jest nieporównywalna.

A kwestia infrastruktury?

Oczywiście nie mamy jeszcze stacji wodorowych, ale one już są w budowie. Zastanówmy się chwilę. Jeśli ładowanie samochodu szybką ładowarką trwa 45 minut, to ile takich stanowisk musiałoby być, gdyby wszystkie samochody byłyby elektrykami? Musielibyśmy stawiać wielopiętrowe parkingi z ładowarkami przy każdym miejscu. 

Materiał promocyjnyMateriał promocyjny Materiał promocyjny

Transport wodoru na te stacje nie sprawi nam problemów?

Z wodorem – podobnie, jak z każdą technologią – związany jest cały łańcuch różnych procesów, które muszą się odbyć: od wytwarzania wodoru, przez oczyszczanie, transport, do jego wykorzystania. Transport możemy realizować na różne sposoby. Za pomocą rurociągów (tak jak w przypadku gazu ziemnego), ale również w innych formach. Na przykład w Australii udoskonalana jest właśnie technologia zamieniania wodoru na amoniak, transportowania amoniaku i zamieniania go z powrotem na wodór. 

Jest zatem wiele różnych rozwiązań. Wodór to nowa technologia i prace nad wszystkimi składnikami tego łańcucha wartości wciąż są prowadzone na całym świecie. Postęp w każdej z tych dziedzin jest gigantyczny. Naszym zdaniem nie da się osiągnąć bezemisyjnej gospodarki z pominięciem technologii wodorowych. Tego samego zdania jest zresztą również Unia Europejska i władze kilkudziesięciu krajów, które reprezentują prawie 90% światowego PKB. 

Czy akumulatorowe samochody elektryczne nie będą istniały w przyszłości obok aut na wodór? Może będą się wzajemnie uzupełniać, jak dziś diesle i pojazdy benzynowe?

Wydaje się, że samochody elektryczne będą dalej istniały, bo baterie będą coraz lepsze. Oczywiście zajmie to wiele czasu, bo opracowywanie technologii dotyczących akumulatorów jest skomplikowane i bardzo drogie. Jednakże w mojej opinii auta akumulatorowe to będą samochody używane głównie w mieście i na krótkie dystanse. Może jako drugie lub trzecie auto w rodzinie.

Ale raczej nie będą autami pierwszego wyboru lub autami rodzinnymi. Takie zadanie mogą realizować samochody z ogniwami wodorowymi. A tu również sporo się zmienia. Właśnie skróciliśmy czas wytwarzania ogniw z 15 minut do 5 sekund. Mamy zatem dopiero drugą generację, a tu już jest gigantyczny postęp.

Kolejne generacje dadzą nam szansę na produkcję samochodów, które będą całkiem rozsądne cenowo, z normalnym zasięgiem, z normalnym czasem ładowania, będą jeździły na polskim wodorze, dzięki czemu będziemy niezależni, a przejechanie 100 km na nim będzie prawdopodobnie tańsze, niż przejechanie tej samej odległości na benzynie. 

To rewolucja i przepiękna perspektywa. Szczególnie, że tym wodorem możemy też zasilać ciężarówki, pociągi, statki, a w przyszłości być może nawet samoloty. To wodór będzie takim game changerem. To wodór zmieni planetę. Bo wodór jest w 100 proc. komplementarny do ropy naftowej i gazu ziemnego. Oprócz tego, że może zrobić rewolucję w transporcie, może też kompletnie zmienić cały sektor energetyczny oraz przemysł. Może doprowadzić do tego, że planeta znów będzie zielona i zeroemisyjna.

Jacek Pawlak, Prezes Toyota Motor Poland i Toyota Central EuropeJacek Pawlak, Prezes Toyota Motor Poland i Toyota Central Europe Materiał promocyjny