Vodik za dugolinijski prijevoz

Iako Mercedes-Benz u ponudi ima kompletnu kamionsku gamu modela s električnim pogonom, svejedno već duže vrijeme razvija i pogone s vodikom. Ali to je slučaj s gotovo svim proizvođačima, jer se nitko ne usuđuje "igrati samo na jednu kartu", koja se može pokazati i kao kriva. 

Mercedes-Benz procjenjuje kako bi pogon s vodikom mogao imati primjenu u dugolinijskom prijevozu gdje električni pogon pokazuje slabosti zbog manjeg dosega i velike mase baterija. 

Obzirom na visoke troškove razvoja, Daimler Truck i Volvo Trucks su se udružili na ovom projektu te njihova zajednička tvrtka Cellcentric razvija i proizvodi module s vodikovim člancima (fuel cell).  

NextGenH2 koristi novu kabinu ProCabin za najbolju moguću aerodinamiku, odnosno što manje otpore i maksimalnu učinkovitost 

Pri tome se suradnja odnosi samo na razvoj modula vodikovih članaka, dok će sve ostalo (pogonski sustav, baterije, ...) svaka tvrtka razvijati za sebe. 

Električni pogon na drugi način

Prije svega treba istaknuti kako je pogon s vodikom također električni pogon, samo se u ovom slučaju električna energija proizvodi u samom vozilu te onda isporučuje elektromotorima. 

Za proizvodnju električne energije služe tzv. vodikovi članci u kojima dolazi do reakcije vodika (iz spremnika) i kisika (iz zraka) pri čemu nastaje električna energija, dok je jedini nusproizvod vodena para. Drugim riječima, nema CO₂ ili nekog drugog štetnog plina, čestica i sl.

Vozila koja za pogon koriste vodik također imaju i bateriju, iako je njezin kapacitet značajno manji nego kod usporedivih električnih modela, pri čemu baterija ima dvije funkcije. 

Plavi detalji odaju da se ne radi o običnom Actrosu

Za početak, bez baterije ne bi bilo moguće spremati električnu energiju prilikom rekuperativnog usporenja, što je jedna od najvažnijih prednosti električnog pogona, budući da može spremiti energiju kočenja te je kasnije koristiti za pogon, što smanjuje ukupnu potrošnju energije.

Druga važna uloga baterije je osigurati dodatnu električnu energiju pri maksimalnom opterećenju. Budući da elektromotor rijetko radi s maksimalnom snagom, modul(i) vodikovih članaka u pravilu ima manju snagu od najveće snage elektromotora, a kad motor radi s maksimalnom snagom vuče dodatnu struju iz baterije.

Vodikovi članci

Prvih 100 tegljača koji idu na testiranje kod kupaca, koriste dva modula oznake BZA150 kojeg isporučuje Cellecentric, pri čemu broj 150 označava snagu pojedinačnog modula, što znači da je ukupna snaga 300 kW. 

 Gume s niskim otporom kotrljanja i aerodinamički poklopci kotača su serija

Radi se o najvećoj snazi, koja ovisno o potrebama elektromotora može biti manja (što onda znači i manju potrošnju), a sustav uvijek radi u suradnji s baterijom, koja ne samo da pokriva vršna opterećenja motora, već i može brže isporučiti traženu snagu.

Mercedes-Benz NextGenH2 koristi LFP bateriju bruto kapaciteta 101 kWh, a gotovo sigurno se radi o istoj tehnologiji koji koristi i eActros 600, samo što je ovdje kapacitet manji.

Moduli vodikovih članaka su ugrađeni u bivšem motornom prostoru, a cijeli sklop ima nešto više od 500 kg. Za njihov rad potreban je vodik, a NextGenH2 koristi dva spremnika s tekućim vodikom ukupnog kapaciteta 85 kg. 

Da bi se preveo u tekuće stanje vodik se mora ohladiti na -253 °C te naravno održavati na toj temperaturi, zbog čega se koriste posebni spremnici s dvije stijenke (odnosno spremnik u spremniku) između kojih je vakuum, kako bi se maksimalno usporilo zagrijavanje vodika. 

Kabina je vrlo slična onoj u eActrosu, i ovdje se koristi NextGenH2 koristi nova E/E električna arhitektura te najnovija generacija Multimedia Cockpit Interactive 2. Tu su i posebni pokazivači za ovu vrstu pogona

Ipak, unatoč svemu, vodik se zagrijava i dio vodika u spremniku prelazi natrag u plinovito stanje, što kod rada nije problem jer vodikovi članci ionako trebaju plinoviti vodik i troše više nego što bi se napravilo "samo od sebe". 

No ako kamion duže vrijeme stoji onda to postaje problem jer se plinoviti vodik mora ispustiti iz spremnika. Što je spremnik veći to je zagrijavanje manje te je kod njih razina uplinjavanja manja od 0,1 posto na dan, što kod tegljača za međunarodni prijevoz, koji stoje najviše dan-dva preko vikenda, nije problem. 

Stoga se očekuje kako će se rješenje s tekućim vodikom koristiti za međunarodni prijevoz, dok bi se za druge namjene koristio komprimirani vodik.

Osnovne komponente pogonskog sustava NextGenH2

Mercedes-Benz ističe kako je potrošnja vodika od 5,6 do 8 kg/100 km, ovisno o ukupnoj masi vozila, pri čemu 8 kg odgovara 34 tone ukupne mase. Drugim riječima za 40 tona treba računati s barem 9 kg/100 km, a ostaje za vidjeti kakva će potrošnju biti u stvarnoj eksploataciji.

Pogon iz eActrosa

Pogonski sustav je posuđen iz eActrosa 600 te se i ovdje koristi tzv. e-axle, odnosno pogonska osovina u kojoj su integrirana dva elektromotora, prijenos i diferencijal. Za prijenos se koristi planetarni prijenosnik s četiri stupnja prijenosa, koji je iznimno kompaktan i učinkovit te nema nikakve spojke, odnosno prekida vučne sile. 

Motori u pravilu rade zajedno, ali se u situacijama kad su potrebe za snagom manje, jedan motor može isključiti iz pogona kako bi se smanjila potrošnja i gubici. Pri tome se ne radi o mehaničkom isključivanju već se samo prekidu napajanje te se motor i dalje vrti kako bi se u slučaju zahtjeva za rekuperacijom mogao odmah uključiti. 

Kompaktni spremnici s tekućim vodikom omogućuju istu dužinu kompozicije kao i kod modela s klasičnim pogonom

Mercedes-Benz navodi kako je snaga u Eco režimu 340 kW, a u Power 370 kW, što je nešto manje nego kod eActrosa, no radi se o drugačijem podešavanju budući su komponente identične. 

Također, 85 kg tekućeg vodika trebalo bi osigurati doseg od preko 1.000 km, a to je dokazano i testiranjima gdje je potpuno opterećeni tegljač prevezao 1.047 km. Obzirom da je vrijeme punjenja slično kao i kod dizela, onda poneki kilometar manje i nije osobiti problem. Naravno, ako na vrijeme nađete punionicu.

Pogon s vodikom također je električni pogon, ali se u ovom slučaju električna energija za pogon proizvodi u samom vozilu

NextGenH2 koristi novu kabinu ProCabin za najbolju moguću aerodinamiku, kao i novu električnu arhitekturu, a zahvaljujući korištenju tekućeg vodika spremnici su sličnih dimenzija kao i kod dizelskih tegljača. 

Razlika je što se iza kabine nalaze komponente za hlađenje, sustav za odplinjavanje spremnika, ali radi se o relativno malim komponentama što ne bi trebalo dovesti do povećanja ukupne duljine kompozicije.

Ostaje za vidjeti kako će se ovi kamioni, koji su po svemu "najzreliji" dosad kad je u pitanju pogon s vodikom, pokazati u praksi, gdje vodik s tehničke strane ima određene prednosti nad baterijskim električnim pogonom. 

Komponente sustava za odplinjavanje i hlađenje postavljene su iza kabine, ali ne povećavaju gabarite kabine

Također, sustav može raditi i s komprimiranim vodikom, ali u tom slučaju su potrebni veći spremnici koji se redovito pozicioniraju iza kabine. Iako ispunjava cilj prijevoza bez emisija uz vrijeme punjenja koje je usporedivo s dizelom, pitanje je u kojoj mjeri će ga pratiti razvoj infrastrukture te cijena vodika. 

Ako potrošnja bude na razini obećanog, a cijena vodika oko (ili ispod) 10 €/kg, onda priča itekako ima smisla jer ovakva vozila imaju niže cestarine pa bi ukupni troškovi vlasništva bili usporedivi s dizelom ili čak i manji. Naravno, moramo računati i sa značajno većom cijenom vozila, barem u početku.

Kako se dobiva vodik?

Vodik se dobiva elektrolizom vode, pri čemu reakcija kojom se molekula vode dijeli na vodik i kisik, treba električnu energiju, pa ga u tom kontekstu možemo smatrati nosačem energije, a ne gorivom u klasičnom smislu. 

Shematski prikaz postupka elektrolize vode pri čemu se molekule vode razdvajaju na molekule vodika i kisika

Radi se o plinu koji ima vrlo veliku masenu energetsku gustoću te kilogram vodika ima tri puta više energije od kilograma benzina ili dizela te čak 300 puta više od kilograma litij-ionskih baterija. 

No, vodik je u isto vrijeme najlakši poznati element te treba jako puno obujma da bi se dobio jedan kilogram, pa ga je nužno skladištiti pod (vrlo) visokim tlakom ili ukapljiti.

Iako kilogram vodika ima 39,4 kWh energije (kilogram dizela 12,6 kWh), za njegovu proizvodnju postojećim postupcima elektrolize potrebno je oko 52 kWh energije, što i nije osobito dobra energetska bilanca. 

Iako punionice s vodikom postoje, mreža još nije dovoljno razvijena da bi se ovakav pogon mogao masovno implementirati

Također, komprimiranje na 700 bara ili ukapljivanje (što znači hlađenje na -253 °C) traži dodatnu energiju, što dodatno pogoršava ukupnu bilancu energije. 

Većina vodika danas je još uvijek dobiva iz prirodnog plina pri čemu proces generira CO₂ pa se takav vodik naziva "sivim", dok je ideja da se u koristi "zeleni" vodik pomoću elektrolize i energije dobivene iz obnovljivih izvora.