Milyen autókat vezetünk a jövőben? Lítium-ion akkumulátor vs. hidrogén üzemanyagcella

A Nissan Leaf (2010) és a Tesla Model S (2012) bevezetése óta az akkumulátoros elektromos járművek (BEV) az autóipar elsődleges fókuszává váltak.

Ez a technológiai váltás hihetetlen sebességgel pörög fel. Például Kínában 2021-ben már 3 millió BEV-et adtak el, szemben az előző évi 1 millióval. Eközben az Egyesült Államokban az eladásra kínált elektromos autó modellek száma 2024-re várhatóan megduplázódik tavalyhoz képest.

A globális klímacélok teljesítéséhez azonban a Nemzetközi Energiaügynökség állítása szerint az autóiparnak évente 30-szor több ásványi anyagra lesz szüksége mint jelenleg. Sokan attól tartanak, hogy ez feszültséget okozhat az ellátási láncokban.

Szerencsére nem az elektromos autók jelentik az egyetlen megoldást a közlekedés szén-dioxid-mentesítésére. Ebben az infografikában a Visual Capitalist munkatársai, Marcus Lu és Miranda Smith elmagyarázzák, hogyan működik az üzemanyagcellás elektromos jármű (FCEV).

Hogyan működik a hidrogén üzemanyagcella?

Az FCEV-k az elektromos járműveknek egy olyan típusa, amely nem termel károsanyag-kibocsátást (az előállítás környezeti költségeitől eltekintve). A fő különbség a két típus között az, hogy a BEV-k nagyméretű akkumulátort alkalmaznak az elektromos áram tárolására, míg az FCEV-k hidrogén üzemanyagcella segítségével állítják elő saját áramukat.

Tekintsük át az FCEV főbb alkatrészeinek funkcióit.

Akkumulátor

Az első a lítium-ion akkumulátor, amely az elektromosságot tárolja az elektromos motor működtetéséhez. Egy FCEV-ben az akkumulátor kisebb, mivel nem ez az elsődleges áramforrás. Az általános kontextus kedvéért a Model S 7 920 darab lítium-ion cellát tartalmaz, míg a Toyota Mirai FCEV 330 darabot.

Hidrogén üzemanyagtartály

Az FCEV-k üzemanyagtartálya a hidrogént gáz formájában tárolja. Folyékony hidrogén nem használható, mivel kriogén hőmérsékletet (-150°C) igényel. A hidrogéngáz az oxigénnel együtt a hidrogén üzemanyagcella két bemenete.

Üzemanyagcella-tömb és motor

Az üzemanyagcella hidrogéngázzal termel villamos energiát. A folyamatot laikus nyelven magyarázva így lehetne leírni: a hidrogéngáz áthalad a cellán, és protonokra (H+) és elektronokra (e-) bomlik. A protonok áthaladnak az elektroliton, amely egy folyékony vagy gélszerű anyag. Az elektronok nem tudnak áthaladni az elektroliton, ezért helyette külső utat választanak. Ez elektromos áramot hoz létre a motor működtetéséhez.

Kipufogógáz

Az üzemanyagcella folyamatának végén az elektronok és a protonok találkoznak, és egyesülnek az oxigénnel. Ez kémiai reakciót vált ki, amelynek során víz (H2O) keletkezik, amely aztán a kipufogócsövön keresztül távozik.

Melyik technológia a nyerő?

Amint az alábbi táblázatból látható, a legtöbb autógyártó a BEV-ek felé helyezte át a hangsúlyt. A BEV-csoportból hiányzik azonban a Toyota, a világ legnagyobb autógyártója.

A hidrogén üzemanyagcellákra épülő technológiát az iparág neves személyiségei, köztük a Tesla vezérigazgatója, Elon Musk és a Volkswagen vezérigazgatója, Herbert Diess is kritikával illette.

„A zöld hidrogénre szükség van az acélgyártáshoz, a vegyiparban, a repülőgépiparban,… és nem szabadna az autókban kikötnie. Túlságosan drága, nem hatékony, lassú és nehézkes a bevezetése és a szállítása.” – mondta Herbert Diess, a Volkswagen-csoport vezérigazgatója

A Toyota és a Hyundai az ellenkező oldalon áll. Mindkét vállalat továbbra is komoly pénzeket öl az üzemanyagcella-fejlesztésbe. A különbség közöttük azonban az, hogy a Hyundai (és testvérmárkája, a Kia) még mindig több BEV-et adott el mint a Toyota.

Ez meglepő baklövés a Toyota részéről, hiszen ők a hibrid járművek úttörői voltak a Prius bevezetésével. Joggal gondolhatnánk, hogy e sikerek után a BEV-ek természetes következő lépésnek számítanak. A Wired beszámolója szerint a Toyota minden zsetonját a hidrogénfejlesztésre tette fel, figyelmen kívül hagyva, hogy az iparág nagy része más irányba mozdult el. A vállalat felismerve hibáját, és mivel időt akart nyerni, lobbizni kezdett az EV-k bevezetése ellen.

A Toyota várhatóan a 2023-as modellévre dobja piacra első BEV-jét, a bZ4X crossovert – több mint egy évtizeddel azután, hogy a Tesla piacra dobta a Model S-t.

Az üzemanyagcellák bevezetésének kihívásai

Számos kihívás áll az FCEV széles körű elterjedésének útjában.

Az egyik a teljesítmény, bár a különbség a két megoldás között elég csekély. A maximális hatótávolság tekintetében a legjobb FCEV (Toyota Mirai) az EPA szerint 402 mérföldet tett meg, míg a legjobb BEV (Lucid Air) 505 mérföldet.

A két nagyobb probléma, ami a hidrogén meghajtáshoz kapcsolódik a 1) a hidrogén hatékonysági problémája, és 2) a töltőállomások nagyon korlátozott száma. Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma szerint az egész országban mindössze 48 hidrogéntöltő állomás található. Ezek közül 47 Kaliforniában található, 1 pedig Hawaiin.

Ezzel szemben a BEV-ek töltésére országszerte 49 210 töltőállomás áll rendelkezésre, és otthon is tölthetők. Ez a szám biztosan nőni fog, mivel a Biden-kormányzat 5 milliárd dollárt különített el az államok számára töltőhálózataik bővítésére.