Mașini electrice vs mașini pe hidrogen. De ce industria auto nu mai crede în hidrogen

Alexandru Gugoașă

Viitorul tech

04/10/2021

Electrificarea parcului auto mondial a intrat în linie dreaptă. În tot mai multe țări, mașinile electrice reprezintă fie o parte importantă din vânzările de mașini noi, fie ajung chiar să reprezinte majoritatea autoturismelor noi înmatriculate, cum este cazul Norvegiei. Mai nou însă, electrificarea parcului auto a devenit și o problemă politică, așa cum au descoperit autoritățile germane odată cu investiția Tesla într-o nouă uzină, în apropiere de Berlin.

Germania este patria automobilului, țara cu cea mai mare producție de autovehicule din Europa și, totodată, cea mai mare piață pentru vehicule noi. Așa că este de înțeles de ce autoritățile din această țară, împreună cu reprezentanții de top ai industriei, vor să fie în avangarda statelor care promovează vehiculele electrice. Însă nu a fost întotodeauna așa.

Acum trei decenii, producători precum BMW sau Mercedes încercau pentru prima oară să ofere o alternativă la vehiculele clasice, cu motor termic, crezând că propulsia pe bază de pilă de combustie, folosind drept combustibil hidrogenul, reprezintă viitorul.

Între timp însă, producătorul american Tesla, al lui Elon Musk, a preluat inițiativa la nivel global oferind o alternativă mai mult decât credibilă în materie de mașini electrice. Cu alte cuvinte, producătorii germani au pierdut timp prețios în dezvoltarea și impunerea unei alternative pentru viitor la motorul termic și acum sunt nevoiți să încerce să ajungă din urmă Tesla.

Nu o să fie ușor. Pentru a cuceri piața europeană, producătorul american are în plan o ofensivă ce presupune inclusiv construcția unei uzine gigant de pe poarta căreia să iasă începând cu anul viitor sute de mii de mașini electrice.

În același timp, concernele auto germane opresc unul câte unul dezvoltarea vehiculelor cu pilă de combustie, așa cum a făcut Daimler în aprilie 2020, fie mai alocă doar resurse limitate unui astfel de program, cum face BMW, care plănuiește ca în 2022 să lanseze serii reduse de astfel de autoturisme, într-o ultimă încercare de a testa viabilitatea acestei alternative.

BMW a mai avut o astfel de încercare în 2005, când a lansat pe piață, tot într-o serie limitată o versiune propulsată cu hidrogen a Seriei 7, însă producția sa a fost oprită în 2007. În schimb, astăzi marca trimite pe piață tot mai multe modele electrice pe baterii, capabile să se vândă în zeci sau chiar sute de mii de exemplare.

Pentru concernul Volkswagen, cel mai mare grup auto german, drumul este clar, și anume mașina electrică pe baterii reprezintă viitorul.

Deja grupul Volkswagen are la vânzare mașini electrice tot mai populare, cum sunt VW ID.3, ID.4 sau Skoda Enyaq. Șeful VW, Herbert Diess spunea în mai cu subiect și predicat că „mașina ce funcționează pe bază de hidrogen s-a dovedit că nu este soluția la criza climatică. În transport, electrificarea a câștigat. Falsele dezbateri sunt o pierdere de timp. Vă rog ascultați știința”.

Diess face referire la un studiu publicat de Institutul pentru Cercetarea Impactului Schimbărilor Climatice din Potsdam (PIK - Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung), a cărui concluzie este că, cel puțin pe termen mediu, soluția hidrogenului nu este viabilă, totodată soluția recomandată fiind cea a mașinilor electrice cu baterii.

Falko Ueckerdt, reprezentant al PIK, și autor principal al studiului declară că „utilizarea hidrogenului pe post de combustibil este o promisune falsă. Este într-adevăr foarte versatil, însă nu ne putem aștepta să înlocuiască combustibilii fosili pe scară largă. Această țintă poate fi atinsă doar prin electrificarea în masă. Combustibilii pe bază de hidrogen sunt mai degrabă greu de obținut și necompetitivi pentru cel puțin încă un deceniu”.

Chiar și așa, pentru unii politicieni germani aflați în campanie și în căutare de știri pozitive, mesajul pare să nu fi fost clar și de aici a rezultat problema politică.

De ce Germania?

Fapul că Tesla a ales Germania pentru a construi prima sa uzină europeană servește mai multor scopuri - în primul rând, șefii companiei americane speră să atragă cât mai mulți ingineri talentați, de care industria auto de acolo nu duce lipsă, iar în al doilea rând Musk vrea să arate că poate construi o mașină electrică superioară chiar în patria automobilului, după cum declara Gene Munster, managing partner în cadrul firmei Loup Ventures, citat de publicația Autonews.

Tesla și-a văzut însă planurile de a construi și inaugura rapid prima Gigafactory din Europa puse în pericol de birocrația germană. Inițial, Musk era încrezător că primele mașini o să iasă pe poarta fabricii în iulie 2021. Compania americană s-a lovit însă de obiecțiile ridicate de grupuri ecologiste din regiune, care vedeau în uzină o amenințare la adresa zonei împădurite și a pânzei freatice, precum și de o întreagă babilonie de reguli și legi ce trebuiau luate în considerare.

Până la urmă Tesla a anunțat că va inaugura fabrica în octombrie 2021, prin organizarea unei festivități de tip porți deschise. Nu este clar dacă tot în octombrie va ieși pe poarta fabricii și prima mașină. Elon Musk însuși, într-o declarație de presă a spus că acest lucru se va întâmpla doar dacă "suntem norocoși". Momentul la care uzina va ajunge la capaciatea maximă preconizată de 500.000 de unități pe an este și mai incert.

Semnalul că dezbaterea privind viitorul mobilității nu este tranșată la nivelul guvernului federal german l-a dat, într-un mod cât se poate de nefericit, chiar Armin Laschet, cel care a fost desemnat de coaliția CDU-CSU pentru a candida la funcția de cancelar.

În august, Laschet a avut ocazia să se întâlnească cu Elon Musk pe șantierul viitoarei fabrici din apropiere de Berlin și a reușit să transforme într-o criză de imagine ceea ce trebuia să fie o ocazie excelentă pentru politicianul german să mai câștige niște puncte electorale.

Armin Laschet, cu Musk alături, s-a lansat într-un discurs în care punea la îndoială faptul că vehiculele electrice ar reprezenta în mod clar viitorul, sugerând că hidrogenul are tot la fel de multe șanse să înlocuiască combustibilii fosili. Replica fondatorului Tesla nu s-a lăsat așteptată și, în stilul carcateristic, Musk l-a contrazis pe Laschet, ba chiar a râs de acesta fără menajamente.

Acesta este doar unul dintre episoadele care explică de ce, aflată atâția ani pe prima poziție în preferințele electoratului, coaliția CDU-CSU (centru-dreapta) s-a regăsit pe locul doi în preferințele electoratului german în alegerile din data de 26 septembrie, iar Laschet are toate șansele să rămână fără funcția de cancelar, favorit pentru a construi o viitoare coaliție de guvernare fiind Olaf Scholz, candidatul SPD (centru-stânga).

Excepția de la regulă

În timp ce producătorii europeni și cei americani mizează aproape în exclusivitate pe mașini electrice, există și o excepție de la regulă - concernul Toyota. Deși japonezii sunt de ani buni lideri în materie de vehicule hibride (cu propulsie electrică și pe benzină), investesc în același timp și în pila de combustie (fuel cell).

Viziunea Toyota este că nu există o singură soluție alternativă la combustibilii fosili și că va fi nevoie de mai multe tipuri de vehicule, în funcție de modul de utilizare și de specificul zonei în care vehiculul este utilizat. Toyota are la vânzare de mai mulți ani, în anumite regiuni ale globului, modelul Mirai, aflat deja la a doua generație, care poate parcurge 400 de mile (644 km) cu plin de 5 kg de hidrogen.

Pentru producerea celor 5 kg de hidrogen se consumă 50 l de apă și, parcurgând cei 644 km, singurele emisii sunt 50 de litri de apă. Nimic altceva nu se consumă, totul fiind doar un transfer de energie. Pe hârtie, totul se prezintă așadar ideal, însă în afară de 50 litri de apă, pentru a produce combustibilul necesar propulsiei mașinii, mai este nevoie și de o cantitate considerabilă de energie, care de multe ori provine din surse neregenerabile.

În al doilea rând, pentru că producția de hidrogen este scumpă, un plin are un cost mult mai mare decât în cazul unei simple încărcări a bateriei mașinii electrice. Un plin de 5 kg pentru Mirai costă 80 - 90 euro, în timp ce prețul pentru a încărca o Tesla Model 3 de la o stație de încărcare este de 9 - 10 euro, iar un Mirai costă cam la fel de mult ca o Tesla Model S.

Așadar, costurile pentru consumatorul final sunt deocamdată prohibitive. În plus, infrastructura pentru producția și distribuția de hidrogen este extrem de redusă, ceea ce face și ca mașinile să fie greu de utilizat în viața de zi cu zi.

Există însă și câteva avantaje în ceea ce privește utilizarea de hidrogen. În primul rând este vorba de emisii, care sunt practic zero „la țeavă”, similar mașinilor electrice, iar în al doilea rând este vorba de ușurința încărcării. Dacă pentru o mașină electrică este necesar un timp de încărcare ce poate ajunge la câteva ore, rezervorul unei mașini pe bază de hidrogen se umple în câteva minute, la fel ca în cazul unei mașini cu motor convențional.

Pentru cei care își pot încărca în mod constant acasă mașina electrică, acesta din urmă nu este un avantaj clar, însă majoritatea oamenilor nu dispun de o priză la locul de parcare, așadar pentru ei pila de combustie și hidrogenul ar putea fi o alternativă viabilă, dacă s-ar rezolva problema stațiilor de încărcare și a costurilor.

Pila de combustie versus baterii

Ambele tipuri de vehicule volosesc în esență același tip de motoare electrice. Diferența provine din faptul că în timp ce mașinile pe baterii folosesc energia stocată, cele pe pilă de combustie (în esență o celulă electrochimică) convertesc energia chimică a combustibilului și a oxigenului în electricitate prin reacții de oxido-reducere.

Unul dintre cele mai importante motive pentru care industria auto se îndreaptă către vehiculele pe bază de baterii, în afară de infrastructură și costuri, ține și de eficiență.

Un studiu realizat de compania de consultanță în management Horvath & Partners, intitulat "Industria auto 2035 - Previziuni pentru viitor", și citat de Volkswagen ca stând la baza deciziei de a se concentra pe vehicule cu baterii, arată că doar 8% din energie se pierde prin transportul electricității, până ca aceasta să fie stocată în bateriile mașinii. Când energia electrică este convertită pentru a propulsa mașina, alte 18 procente se pierd. În funcție de model, un vehicul electric pe baterii litiu-ion obține astfel o eficiență energetică de 70% până la 80%.

În cazul vehiculelor electrice propulsate cu hidrogen, pierderile sunt mult mai mari: 45% din energie se pierde ca urmare a producerii de hidrogen prin electroliză. Din cele 55 de procente rămase, alte 55 de procente se pierd când hidrogenul este convertit în electricitate cu ajutorul pilei de combustie. Asta înseamnă că un vehicul propulsat cu hidrogen are o eficiență de doar 25% până la 35%, în funcție de model. Dacă sunt utilizați alți combustibili alternativi, eficiența scade chiar mai mult, ajungând între 10% și 20%.

În termeni practici, asta înseamnă că o mașină pe hidrogen consumă de două până la trei ori mai multă electrcitate pentru a parcurge aceeași distanță. Dacă adăugăm la asta și costul mult mai mare al unui plin de hidrogen versus o încărcare completă a bateriilor, putem vedea și mai clar de ce, cel puțin pe termen scurt și mediu, mașinile cu pilă de combustie nu au nicio șansă să le înlocuiască pe cele cu motor convențional ce folosesc combustibili fosili.

Hidrogenul oferă însă perspective promițătoare pentru alte domenii. Autorii studiului concluzionează că investițiile în pilele de combustie ar trebui să se concentreze în alte zone, cum ar fi transporturile de mărfuri pe șosele, aviație și transporturile maritime.

„Nicio țară care are pretenții să dezvolte o economie sustenabilă nu își poate permite să consume de două ori mai multă energie regenerabilă pentru ca o mașină propulsată cu hidrogen să parcurgă aceeași distanță pe care o parcurge o mașină pe baterii”, declară Dietmar Voggenreiter, principalul cercetător din spatele studiului Horvath & Partners.

Faptul că hidrogenul nu este o soluție pentru autoturisme se vede și din faptul că pe străzile din Germania sunt peste 1.000.000 de vehicule electrice (număr ce include vehiculele plug-in hybrid și complet electrice) și doar aproximativ 600 pe hidrogen.

Vânzările de vehicule pe baterii au explodat în 2021

Pe toate cele mai mari trei piețe pentru vehicule, China, SUA și Europa, s-au înregistrat creșteri importante pentru vânzările de vehicule electrice pe baterii (aici fiind incluse atât cele full electrice cât și plug-in hybrid). Vânzările totale au urcat cu 160% în prima jumătate a anului 2021 față de perioada similară a anului precedent, ajungând la 2,6 milioane de unități.

China a rămas principala piață pentru acest tip de vehicule, cu nu mai puțin de 1,15 milioane de unități comercializate în prima jumătate a lui 2021, ceea ce a reprezentat 12% din vânzările totale de vehicule din această țară. În SUA, pe de altă parte, s-au vândut 297.000 de unități, adică 3% din piață.

Europa este pe locul doi, la mică distanță de China, în ceea ce privește vehiculele electrice, cu vânzări de 1,06 milioane unități. Trebuie ținut însă cont că 2020 a fost un an de scădere puternică pentru piețele auto, din cauza pandemiei. Chiar și așa, volumele pentru semestrul I al acestui an sunt mult peste 2019.

Tesla este cel mai mare producător de vehicule electrice din lume, livrând clienților 386.000 de unități în semestrul I 2021, urmat de grupul Volkswagen cu 332.000 (172.700 sunt complet electrice, restul plug-in) și de General Motors cu 227.000 de vehicule (221.000 complet electrice).

Până la finalul anului, previziunile sunt că vânzările de vehicule cu baterii vor ajunge la 6,4 milioane unități, o creștere absolut surprinzătoare, dacă comparăm cu ce era în urmă cu 2020, an în care vânzările au cunoscut totuși o revenire bună în a doua parte a anului. Cu 6,4 milioane unități preconizate, segmentul vehiculelor electrice va reprezenta aproape 10% din piața totală, care va atinge puțin sub 70 de milioane vehicule, în scădere de la un maxim de 86 de milioane în 2017.

Interesantă este și evoluția exponențială a procentului reprezentat de către segmentul vehiculelor electrice din vânzările de mașini noi la nivel global. În 2012 se vindeau doar 125.000 de vehicule pe baterii în întreaga lume, ceea ce reprezenta 0,0015% din piața totală.

Această evoluție spectaculoasă a venit și pe fondul susținerii oferite de guverne pentru vânzările de mașini nepoluante. În special în statele avansate au funcționat sau încă funcționează scheme de ajutor de stat prin care cumpărătorii beneficiază de subvenții pentru achiziția de vehicule electrice, care pot merge până la aproape 10.000 de euro pentru fiecare vehicul, cum este cazul României, la care se adaugă stimulente precum grad de impozitare scăzut (sau chiar 0, din nou cazul României), taxe de drum mai mici și altele.

Chiar anul acesta, președintele SUA, Joe Biden, a anunțat că guvernul federal va aloca 174 milioane dolari pentru susținerea vânzărilor de vehicule electrice, bani ce vor fi alocați pentru dezvoltarea infrastructurii de încărcare și pentru acordarea de credit fiscal cumpărătorilor, în încercarea de a atinge o țintă ambițioasă - 50% din vehiculele noi vândute în SUA în 2030 să fie electrice.

Viitorul va fi electric sau nu va fi deloc

Pentru a depăși criza climatică, reducerea la minimum sau elminarea completă a combustibililor fosili ca principală sursă de mobilitate este esențială. Electrificarea parcului auto și utilizarea unor combustibili alternativi în transportul maritim și aerian internațional sunt cele mai sigure pariuri pe care le avem în acest moment.

Însă, dacă vorbim strict de electrificarea parcului auto, simpla creștere anuală a ponderii mașinilor electrice nu rezolvă problema, pentru că tot mai multe mașini electrice pe stradă înseamnă presiuni tot mai însemnate pe infrastructura de încărcare, care nu ține pasul momentan cu vânzările nici măcar în statele dezvoltate din Occident, darămite în România.

Dar și aici avem o creștere rapidă, așa cum arată testele făcute de publicațiile de specialitate. Rămâne de văzut dacă ea va reuși să facă față cererii pe termen mediu sau dacă (re)nașterea lumii auto electrice va avea loc în chinurile unui deceniu încă indecis încotro să o apuce.