Ogniwa paliwowe - kiedy nastąpi ich komercjalizacja?
| Gospodarka ArtykułyRozwój technologii ekologicznych i efektywnych energetycznie ogniw paliwowych stwarza niewątpliwie bardzo obiecujące perspektywy rozwoju rynku tych źródeł energii. Jednak wraz z tym, jak mijają lata, a rynek ogniw paliwowych nie rozwija się w tempie, które jeszcze niedawno przewidywano w licznych prognozach, wiele osób podchodzi do nowej technologii sceptycznie. W artykule spoglądamy chłodnym okiem na rynek ogniw paliwowych i staramy się odpowiedzieć na pytanie, kiedy nadejdzie czas ich faktycznej komercjalizacji.
Rozwój technologii ekologicznych i efektywnych energetycznie ogniw paliwowychstwarza niewątpliwie bardzo obiecujące perspektywy rozwoju rynku tychźródeł energii. Jednak wraz z tym, jak mijają lata, a rynek ogniwpaliwowych nie rozwija się w tempie, które jeszcze niedawnoprzewidywano w licznych prognozach, wiele osób podchodzi do nowej technologii sceptycznie. W artykule spoglądamy chłodnym okiem na rynek ogniw paliwowych i staramy się odpowiedzieć na pytanie, kiedy nadejdzieczas ich faktycznej komercjalizacji.
Historia zatoczy koło?
Chociaż liczba ogniw paliwowych wyprodukowanych w roku 2005 wyniosła o około30% więcej niż rok wcześniej, jest ona nadal stosunkowo niewielka.Według Fuel Cell Today w roku ubiegłym wyprodukowano 14,5 tys. sztuk ogniw, przy czym wiele z nich trafiło do systemów stacjonarnych – np. w obiektach przemysłowych. Prawdopodobnie jednak na wyobraźnię najbardziej oddziałuje wizja zastosowania ogniw paliwowych w przemyśle samochodowym. Niestety właśnie z tym obszarem łączy się najwięcej problemów, przede wszystkim związanych z wysokimi kosztami nowych rozwiązań.
I chociaż General Motors prognozuje, że samochody na ogniwa paliwowe będą dostępne po cenach rynkowych zbliżonych do obecnych cen samochodów już pod koniec tej dekady, na razie na tego typu pojazdy trzeba wyłożyć niebagatelne sumy. Przykładowo cena modelu Mercedesa Benz F Cell to ponad milion dolarów!
Nie brakuje również głosów, że samochody wyposażone w ogniwa paliwowe podzielą wkrótce los pojazdów z napędem elektrycznym. Przypomnijmy, że pod koniec lat dziewięćdziesiątych zeszłego wieku miał nastąpić prawdziwy boom na tę technologię. Powszechnie mówiono i pisano o nadchodzącej rewolucji, która z powodów ekonomicznych nie nadeszła. W1997 roku General Motors zaoferował na rynek samochód EV1, Ford odkupiłprawa do norweskiego samochodu Th! nk.
Swoje samochody z napędem elektrycznym zaczęły produkować również Honda i Toyota. Minęło 5 lat ibyło po wszystkim. Zamiast spodziewanych 100 tys. sprzedanych samochodów z zerową emisją spalin, było ich zaledwie 3 tys. Wymienione firmy zaczęły wycofywać swoje pojazdy z rynku, a strony internetowe poświęcone tej przyszłościowej technologii zaczęły znikać równieszybko, jak wcześniej powstawały. Pierwsze dwa komercyjne pojazdy napędzane przez ogniwa paliwowe: Honda FCX i Toyota FCHV, zostały zaoferowane na rynek w roku 2002. W przyszłym roku minie od tego czasu 5 lat – czy i w tym przypadku będzie to pechowa piątka?
Zastosowanie ogniw paliwowych wydaje się być uzasadnione głównie w przypadku dużychsamochodów, jak również mogą się one sprawdzać bardzo dobrze wprzypadku wózków widłowych. Stosowane dzisiaj w wózkach akumulatoryołowiowe wystarczają zaledwie na 4-8 godzin pracy.
Oznacza to, że wdużych centrach dystrybucyjnych zachodzi koniecznośćwymiany baterii w wózkach widłowych nawet kilka razy dziennie, cooczywiście przekłada się na spadek produkcyjności i wzrost kosztówoperacyjnych. Inna sytuacja jest w przypadku wózków widłowychwyposażonych w ogniwa paliwowe – takich wózków używa obecnie m.in. siećsklepów Wal-Mart.
Problematyczny wodór
Problemem,który powraca w przypadku ogniw paliwowych, są wspomniane już koszty.Pozyskiwanie wodoru jest znacznie droższe niż produkcjakonwencjonalnych paliw. Według firmy Frost and Sullivan kosztgeneratora o mocy przeliczeniowej równiej 1 kW, w przypadku ogniwpaliwowych to około 700 dolarów, podczas gdy w przypadku silnikówspalinowych wynosi on zaledwie 20 dolarów. Ponadto nie ma możliwościprzestawienia na wodór obecnych systemów, w których używane są paliwatradycyjne. Zmiana na ogniwa paliwowe oznaczałaby konieczność zmian wcałej infrastrukturze energetycznej, a więc kolejne wydatki.
Równieżsama natura tego pierwiastka, a więc jego mała gęstość energetycznautrudnia gromadzenie i przechowywanie tego paliwa w ilościachniezbędnych do praktycznych zastosowań. Dotyczy to szczególniesamochodów, gdzie musi być on przechowywany w niewielkich zbiornikachlub specjalnie do tego celu skonstruowanych absorberach.
Z tego powodujednym z kierunków obecnie trwających prac jest rozwój zbiornikówwysokociśnieniowych, a także innych technologii, takich jak np.nanostruktury węglowe, które pozwalałyby na gromadzenie dużych ilościtego gazu. Problematyczna jest również dostępność wodoru.
Nie istniejąinstalacje doprowadzające go do mieszkań, a w przypadku samochodów, ichwłaściciele w chwili obecnej również nie mogliby zatankować go nastacji. Pod koniec roku 2005 na świecie istniało około 100 stacji, naktórych można było uzupełnić paliwo wykorzystywane w ogniwach samochodowych, i na razie nie zanosi się na to, aby sytuacja ta miałaulec zmianie.
W roku 2006 ma powstać 30–40 nowych stacji tego typu.Większość z tych inwestycji realizowana jest w Stanach Zjednoczonych, wtym szczególności w Kalifornii, gdzie realizowany jest program budowysieci stacji wodorowych.
Należy też pamiętać, że z paliwami wykorzystywanymi w ogniwach paliwowych należy obchodzić się z dużą ostrożnością. Potrzebne są tutaj odpowiednie standardy i regulacje. Ważnym krokiem na drodze do komercjalizacji ogniw paliwowych, w szczególności mikroogniw, była ubiegłoroczna decyzja ICAO DGP (organizacja zajmująca się regulacjami dotyczącymi transportowania samolotami substancji niebezpiecznych).
Zgodnie z jej postanowieniami dopuszczone ma być od początku 2007 roku wnoszenie na pokład samolotów mikroogniw paliwowych oraz cartridge'ów z metanolem. W praktyce oznacza to zielone światło dla laptopów i innych urządzeń przenośnych wyposażonych w mikroogniwa paliwowe.
Łatwiej, ale mniej efektywnie
Bardziejobiecujące od wodoru w czystej postaci wydają się być paliwa, takie jakgaz naturalny, propan i metanol. Wiele gospodarstw ma instalacjedoprowadzające gaz naturalny lub zbiorniki na propan, wydaje się więc,że właśnie te paliwa mają największe szanse zasilać domowe ogniwa paliwowe. Z kolei ze względu na łatwość transportu i rozprowadzaniaduże szanse zdominowania samochodowych ogniw paliwowych ma metanol.
Oile jednak w przypadku zastosowania gazowego wodoru można uzyskać np. wsamochodach efektywność energetyczną na poziomie około 80%, o tyle wprzypadku metanolu, z którego trzeba najpierw pozyskać wodór,efektywność ta spada do około 30-40%. Ponieważ uzyskaną energięelektryczną trzeba zamienić w mechaniczną, wiążą się z tym dalszestraty, co powoduje, że wypadkowa efektywność energetyczna dla metanoluwynosi zaledwie około 20-30%.
Aby zniwelować problemy z przechowywaniem i rozprowadzeniem wodoru, stosuje się również tzw. reformery. Pozwalają one na pozyskiwanie tego gazu z węglowodorów lub alkoholi wtedy, gdy jest to wymagane. Eliminuje tokonieczność przechowywania i rozprowadzania czystego wodoru. Wadą takiego rozwiązania jest jednak fakt, że wytwarzane są również duże ilości energii cieplej, a także inne gazy.
PEM przede wszystkim
Jeślichodzi o poszczególne technologie, na rynku zdecydowanie dominują ogniwa membranowe (PEM), których wartość sprzedaży wyniosła w rokuubiegłym połowę wartości rynku (wg Fuel Cell Today). Są one szczególniepreferowane przez producentów wytwarzających ogniwa na potrzeby sektoramotoryzacyjnego. Ogniwa te nie są jednak wykorzystywane w urządzeniacho mocach ponad 50kW.
Drugimpod względem powszechności typem ogniw są ogniwa metanolowe (DMFC),które są na równi z PEM wykorzystywane w urządzeniach przenośnych.Trzecim najczęściej sprzedawanym typem ogniw są ogniwa ze stałym tlenkiem (SOFC), których sprzedaż ma wartość kilka procent rynku.
Tak dla urządzeń stacjonarnych i wojska
Prawdziwą szansą dla ogniw paliwowych wydają się być małe urządzenia stacjonarne.Mowa jest tutaj przede wszystkim o szeroko rozumianym sektorze urządzeń do zastosowań domowych oraz o urządzeniach UPS. Jeśli chodzi o pierwszą grupę, producenci wskazują jako datę upowszechnienia się tych urządzeń rok 2008.
UPS-y wykorzystujące ogniwa paliwowe są natomiast dostępne na rynku już w chwili obecnej, w tym są produkowane w Polsce. W przypadku urządzeń stosowanych w domach używane są różne paliwa – np. gaz naturalny. W przypadku UPS-ów preferowane są rozwiązania oparte na wodorze. Osobną dziedzinę stanowią większe urządzenia stacjonarne,które, pod względem sumarycznej mocy instalacji działających na świecie, dominują.
Różnie jest też z komercjalizacją urządzeń przenośnych wyposażonych w ogniwa paliwowe. W ubiegłym roku powstało około 3000 nowych systemów, z czego,co najważniejsze, znaczna część została sprzedana. Jeśli chodzi o pozytywy, to na szczególną uwagę zasługuje tutaj doskonale radząca sobie na rynku niemiecka firma Smart Fuel Cells. Na wspomnienie zasługuje też przykład z drugiej strony skali wielkości ogniw.
W przyszłym roku Toshiba ma wypuścić na rynek 100-miliwatowe metanolowe ogniwa wielkości gumy do żucia, które będą mogły zasilać urządzenia typu iPod przez ponad dwa dni bez konieczności zmiany paliwa. Będą tonajmniejsze na świecie ogniwa paliwowe. Powyższe przykłady należąraczej do wyjątków, gdyż ogólne tempo komercjalizacji ogniw paliwowych jest zdecydowanie wolniejsze, niż się spodziewano. Jedynym dużym odbiorcą pozostawało w zeszłym roku wojsko, szczególnie amerykańskie.
Nada lnie ma masowej
sprzedaży telefonów komórkowych czy
laptopów zasilanych ogniwami paliwowymi, a produkty takie jak
innowacyjny czytnik etykiet firmy MicroFuel Cells utknęły w martwym
punkcie. Świadczy o tym chociażby fakt, że światowy potentat –
firma Nokia ogłosiła, że potencjalne trudności związane z wprowadzeniem
ogniw paliwowych czy infrastruktury związanej z uzupełnianiem paliwa w
ogniwach są tak duże,że firma postanowiła na rok wstrzymać swoje
zainteresowanie tą technologią. Po upływie tego czasu ma nastąpić
ponowna ocena sytuacji.
Dariusz Drabiuk |
Od wielu lat mówi się, że technologia pozyskiwania energii elektrycznej z reakcji chemicznej wodoru i tlenu stanie się powszechna. Niestety zbyt duże różnice w kosztach wytwarzania energii w stosunku do rozwiązań tradycyjnych, takich jak agregaty prądotwórcze oraz baterie, powodują, że masowe zastosowanie technologii ogniw paliwowych jest nadal tematem na przyszłość. Nie oznacza to jednak, że jej rozwój jest powolny – wręcz przeciwnie. Dostęp firm do coraz nowszych technologii sprawia, że systemy zasilanie w oparciu o ogniwa paliwowe stają się coraz efektywniejsze i tańsze. Jaka jest zatem prognoza rozwoju technologii ogniw paliwowych? Znalezienie alternatywnego i niedrogiego źródła zasilania powinno w ciągu najbliższych lat stać się koniecznością ze względu na wyczerpujące się zasoby naturalne ropy i gazu. Możliwe jest, że właśnie wodór, jako nowe źródło energii elektrycznej, będzie paliwem, które umożliwi dalszy, dynamiczny rozwój społeczeństwa, zapobiegając degradacji środowiska naturalnego przez użycie paliw kopalnych. Już dzisiaj koncerny samochodowe wprowadzają do sprzedaży pierwsze pojazdy wyposażone w ogniwa paliwowe i, jak mniemam, niedługo większość telefonów komórkowych i laptopów będzie posiadała baterie w postaci ogniw paliwowych. Jak na razie istotną barierą rozwoju takich urządzeń jest ich wysoka cena. Będzie to się jednak z czasem zmieniało, gdyż efekt skali spowoduje, że systemy z ogniwami paliwowymi staną się konkurencyjne w stosunku do klasycznych systemów zasilania. Jaki jest rynek ogniw paliwowych w Polsce i jakie jest na nim miejsce APS Energia? Rodzimy rynek ogniw paliwowych jako taki nie istnieje. Jest to nadal sektor rozwiązań jednostkowych oraz prototypów wykorzystywanych w aplikacjach badawczo-rozwojowych. APS Energia, gdzie produkujemy systemy UPS „Pulstar” z ogniwami paliwowymi, jest, z tego co wiem, jedyną firmą w Polsce, która wyprodukowałaby profesjonalne systemy zasilania awaryjnego oparte o ogniwa paliwowe. Podstawową zaletą takich układów jest kontrolowany czas pracy oraz absolutny brak szkodliwych odpadów i spalin. Jeżeli potraktujemy ogniwo paliwowe jako czarną skrzynkę, do której doprowadzamy paliwo wodorowe i powietrze, na wyjściu otrzymujemy energię elektryczną i czystą wodę nadającą się do użytku oraz energię cieplną. Uważam, że produkt posiadający takie cechy powinien być promowany a nawet dotowany przez państwo, tak jak inne ekologiczne przedsięwzięcia. Tak przynajmniej dzieje się na całym świecie. |
Ogniwa paliwowe – kiedy?
Produkcjaogniw paliwowych przybiera stopniowo postać globalną. Poszczególnesystemy są budowane w jednym miejscu, łączone w gotowe produkty wdrugim, a sprzedawane w trzecim. I chociaż tych produktów jest jeszczestosunkowo niewiele, to niewykluczone jest, że już za parę lat sytuacjasię zmieni.
Na ubiegłorocznych targach Wireless Japan 2005 Expo dwajnajwięksi tamtejsi operatorzy komórkowi – NTT DoCoMo i KDDI –zapewnili, że ładowarki do telefonów komórkowych wyposażone w ogniwapaliwowe pojawią się na rynku już w 2007. Zaprezentowana na targachprototypowa ładowarka tego typu o wymiarach 150mm x 56 mm x 19 mm iwykorzystująca blisko 100-procentowe stężenie roztworu metanolu pozwalana naładowanie nawet trzech akumulatorów litowo-jonowych.
Jeślichodzi o prognozy długoterminowe, według Frost and Sullivan wartośćeuropejskiego rynku ogniw paliwowych może wzrosnąć na przestrzeninajbliższych 30 lat, tj. do 2040 roku, z obecnych 3 milionów do 50miliardów dolarów. Do rozpowszechnienia się ogniw paliwowych niezbędnajest jednak powszechna akceptacja tej technologii.
Dotyczy to przedewszystkim zastosowań w transporcie, stacjonarnych urządzeniach dlagospodarstw domowych i urządzeniach przenośnych. Pozostaje również miećnadzieję, że rosnące zainteresowanie środowiskiem naturalnym iwykorzystaniem nowych źródeł energii także przełoży się na wzrostinwestycji w ogniwa paliwowe.
