Samochód spalinowy, elektryczny czy wodorowy? Który lepszy? Eksperci pokazali dowody

Polskie Stowarzyszenie Paliw Alternatywnych w raporcie Barometr Nowej Mobilności wylicza, że 59 proc. Polaków co miesiąc wydaje na paliwo od ponad 200 do 600 zł (31 proc. w przedziale 201-400 zł, a 28 proc. między 401 zł a 600 zł). Co może zaskakiwać, niemal 30 proc. puszcza z dymem spalin więcej niż 600 zł na miesiąc. Stąd – jak wskazuje PSPA – nic dziwnego, że ponad połowa polskich kierowców właśnie tankowanie uważa za największe obciążenie finansowe związane z utrzymaniem samochodu. A jak te wskazania mają się do rzeczywistości? To z kolei sprawdzili analitycy polskiej firmy badawczej InsightOut Lab do spółki z ekspertami marki Volkswagen. Tęgie głowy twierdzą teraz, że sześciu na dziesięciu (57 proc.) kierowców nad Wisłą każdego miesiąca wyrzuca do kosza na stacjach paliw od 121 do 360 zł. Jednocześnie niemal 30 proc. traci powyżej 360 zł miesięcznie. – I to przy bardzo optymistycznym założeniu, że jeździ samochodami z nowoczesnymi silnikami benzynowymi – podkreślają. Ktoś może zapytać: Jakim cudem?

Sprawność silnika Diesla i benzynowego

W dużym uproszczeniu, sprawność silnika można obliczyć, uzyskując odpowiedź na pytanie, ile z paliwa wlewanego do baku jest podczas spalania przemieniane w energię napędzającą koła, a ile tracone. Wartości różnią się w zależności od rodzaju silnika – inne są chociażby dla jednostek benzynowych, a inne dla silników Diesla. Nowoczesne i dopracowane pod kątem sprawności cieplnej silniki benzynowe mają sprawność na poziomie około 0,4, a wysokoprężne – około 0,5. Oznacza to, że 40 proc. (w przypadku konstrukcji benzynowych) i 50 proc. (w przypadku silników Diesla) energii cieplnej przemieniane jest w energię mechaniczną. Pozostałe 60 i 50 proc. to para w gwizdek.

– Można powiedzieć, że każdy kierowca jeżdżący nowym samochodem z silnikiem benzynowym, tankując za 100 zł, 60 zł wyrzuca do kosza na stacji paliw. 50 zł ląduje śmietniku w przypadku silnika Diesla. A sprawność cieplna starszych jednostek jest znacznie mniejsza – wyliczają analitycy i wskazują, że zdecydowanie bardziej efektywne pod względem wykorzystania energii są silniki elektryczne. Przy tym podpierają się danymi z badania zatytułowanego "Przemysł Samochodowy 2035 – Prognozy na Przyszłość", w którym grupa ekspertów z firmy doradczej Horvath&Partners (H&P) sprawdziła, czy w przyszłości przewagę zyskają auta elektryczne zasilane prądem z akumulatorów czy te zasilane wodorem. I jak pod względem efektywności oraz ceny wypadają paliwa alternatywne – zarówno z punktu widzenia producentów, jak i samych kierowców. Mówiąc wprost – chodziło o zbadanie, jaki rodzaj napędu jest najbardziej opłacalny dla jednych i drugich. Badania trwały ponad pół roku, prowadziło je ponad 80 osób, a finansowane były przez H&P.

– Badania przeprowadzono dlatego, że Horvath&Partners ma wielu klientów wśród dostawców dla przemysłu samochodowego. Chcą oni oczywiście wiedzieć na co powinni się przygotować w ciągu kolejnych 10-15 lat – wyjaśnił Dietmar Voggenreiter, który kierował zespołem fachowców H&P. Analitycy przeprowadzili m.in. analizę przyczyn, dla których ludzie kupują samochody. Dlaczego mieliby oni przesiąść się do pojazdów elektrycznych? W ocenie autorów raportu najbardziej prawdopodobny jest teraz scenariusz dwuetapowy, czyli faza "push", a potem "pull".

W tej pierwszej trwającej od dzisiaj do 2023/2025 roku producenci mieliby promować elektryczne auta. Powodem są coraz ostrzejsze normy ograniczające emisję dwutlenku węgla. Do tego dochodzą początkowe wysokie koszty inwestycji. – Jedno i drugie powoduje, że aby wypromować elektryczne samochody, trzeba stworzyć zachęty do ich zakupu – czytamy w dokumencie H&P.

W drugiej fazie, "pull", trwającej do 2030/2035 roku, elektryki miałyby stać się dla kierowców bardziej atrakcyjne także pod względem finansowym. To dlatego, że wraz z wprowadzeniem normy Euro 7 auta z silnikami spalinowymi podrożeją i różnica cen między nimi a samochodami elektrycznymi się zmniejszy. – Efekt ten zostanie wzmocniony podatkiem od emisji dwutlenku węgla, który – niezależnie od tego jaką ostatecznie przybierze formę – sprawi, że ceny paliw kopalnych wzrosną – wyjaśnili eksperci i wskazali, że dodatkową zachętą będzie również tańsza eksploatacja aut elektrycznych w porównaniu z zasilanymi benzyną i olejem napędowym. – Niższym kosztom paliwa będą towarzyszyć niższe koszty serwisowe, ponieważ samochody elektryczne mają mniej elementów podlegających wymianie (nie posiadają np. filtrów oleju i paliwa), czy naprawie. Odpadną też wydatki na wymianę oleju – zauważyli.

W badaniu szacuje się, że zależnie od modelu koszty paliwa będą niższe o 400 do 600 euro rocznie (od 1800 zł do 2700 zł), a serwisu o 200 do 400 euro (od ok. 900 zł do 1800 zł). Łącznie kierowca ma zaoszczędzić od 600 do 1000 euro (od 2700 zł do 4600 zł) każdego roku. – Nadejdą czasy, i to niedługo, gdy decyzje podejmowane w oparciu o racjonalne przesłanki spowodują masową produkcję elektrycznych aut – stwierdził Voggenreiter z Horvath&Partners.

Analitycy H&P uwzględnili także obawę przed zbyt małym zasięgiem i potrzebę szybkiego ładowania. – Obie kwestie zostaną szybko rozwiązane – zapewnili autorzy badania. – I przestaną być przeszkodą w fazie "pull" od roku 2023/2025. Zasięg samochodów elektrycznych wzrośnie, a większa liczba stacji i ładowarek prądu o dużej mocy zmniejszy obawy przed utknięciem w drodze – ocenili.

A co z ograniczeniem emisji CO₂? Przecież prąd wykorzystywany przy produkcji samochodów elektrycznych nie jest dzisiaj pozyskiwany w całości ze źródeł odnawialnych, dlatego aut tych nie można nazwać w pełni obojętnymi dla środowiska. – Wyliczenia mówią, że dopiero po przejechaniu ponad 100 tys. km pojazdy elektryczne emitują łącznie (produkcja i eksploatacja) mniej dwutlenku węgla niż auta spalinowe. Również to zmieni się w ciągu najbliższych lat na korzyść aut zasilanych energią elektryczną – wynika ze badań. Zdaniem H&P dzięki wykorzystaniu do produkcji aut elektrycznych i akumulatorów większej ilości prądu ze źródeł odnawialnych, pierwotne obciążenie będzie się stopniowo zmniejszać, w wypadku samych e-samochodów emisja CO₂ będzie malała szybciej.

Horvath&Partners w swoim badaniu uwzględnia również fakt, że auta elektryczne nie zawsze mogą korzystać z energii odnawialnej, choćby dlatego, że z powodu warunków pogodowych nie zawsze jest ona dostępna na bieżąco – np. wiatraki nie wytwarzają jej gdy nie ma wiatru, a panele fotowoltaiczne nie produkują energii w nocy. W takich okresach akumulatory aut elektrycznych są zasilane prądem z tradycyjnych źródeł – doliczono to do ich ogólnego zapotrzebowania energetycznego.

Wtyczka czy przewód z wodorem?

I najciekawsza część badania. Jaki rodzaj napędu samochodów elektrycznych jest najbardziej efektywny i najtańszy? Akumulator czy ogniwo paliwowe wykorzystujące wodór? Eksperci wskazują, że w wypadku samochodów "bateryjnych" jedynie 8 proc. energii zostaje utracone podczas przesyłu, zanim trafi ona do akumulatora. Potem podczas przemiany energii elektrycznej potrzebnej do napędu silnika powstają straty na poziomie 18 proc. – Oznacza to, że efektywność napędu samochodów elektrycznych wynosi, zależnie od modelu, od 70 do 80 proc. – wylicza H&P.

Grupa badaczy zauważa jednocześnie, że w wypadku aut elektrycznych, w których energia powstaje z wodoru straty są znacznie większe – 45 proc. energii zostaje utracone już w procesie elektrolizy, podczas której powstaje wodór. Z pozostałych 55 proc. pierwotnej energii znowu ponad połowa (55 proc.) idzie w gwizdek podczas zamiany wodoru w energię elektryczną w pojeździe. – Elektryczny samochód z ogniwem paliwowym, czyli zasilany wodorem ma więc efektywność, zależnie od modelu, od 25 do 35 proc. Dodajmy dla uzupełnienia, że efektywność paliw alternatywnych jest jeszcze niższa i wynosi jedynie 10 do 20 proc. – czytamy w raporcie. To wynik gorszy niż w przypadku nowoczesnych silników spalinowych i oznacza tyle, że z każdych 100 zł wydanych na wodór, w najlepszym wypadku 65 zł to strata pieniędzy.

– Faktem jest, że wodór jako źródło ekologicznej energii ma duży potencjał, ale wokół wodoru robi się zbyt wiele szumu – ostrzegają eksperci firmy doradczej Boston Consulting Group w nowym badaniu, cytowanym przez "Handelsblatt". Także analiza Horvath&Partners zawiera takie wnioski. – Zamiast wydawać miliardy na realizację wizji społeczeństwa funkcjonującego w oparciu o energię wodorową, lepiej inwestycje w nowe technologie skoncentrować na takich rozwiązaniach, które mają sens ekonomiczny – podsumowali autorzy badania.

– Warto rozwijać technologie wodorowe w tych dziedzinach, w których naprawdę będą mogły być wykorzystywane na dłuższą metę. Przede wszystkim w przemyśle, poza tym w transporcie ciężkim, w ruchu lotniczym i transporcie morskim – stwierdził Frank Klose, współautor badania H&P.

Horvath&Partners w we wnioskach określa jednoznacznie: ogniwo paliwowe ma wiele zalet (zasięg, szybkie tankowanie, brak ciężkiego akumulatora w pojeździe), ale ma też zasadniczą wadę – jest mało wydajne i drogie.

– Żadna gospodarka oparta na zasadach zrównoważonego rozwoju nie może sobie pozwolić na to, żeby zużywać dwukrotnie więcej odnawialnej energii tylko po to, by można było jeździć autami zasilanymi wodorem, zamiast wyposażonymi w akumulator elektryczny – wskazał Dietmar Voggenreiter, szef badaczy H&P.

W ocenie naukowców jedynie w zastosowaniach niszowych (w wypadku samochodów ciężarowych i autobusów) oraz na dalekich trasach można by stosować wodór. Bo właśnie tam dużą rolę odgrywają masa akumulatora, zasięg i czas tankowania. Zwiększają się one wraz ze wzrostem pojemności akumulatorów, co sprawia, że ich wykorzystanie staje się niemożliwe nawet w samochodach ciężarowych. – Tu wodór i ogniwa paliwowe mogą być dobrym rozwiązaniem, tym bardziej, że istniejące stacje benzynowe dla aut ciężarowych można by z powodu ich relatywnie niedużej liczby stosunkowo niewielkim kosztem przekształcić w stacje tankowania wodoru – czytamy w raporcie.

A co z tego ma zwykły użytkownik samochodu? Analitycy są pewni, że samochody zasilane wodorem w porównaniu z tymi wyposażonymi w akumulator elektryczny będą coraz droższe nie tylko pod względem ceny, lecz także podczas eksploatacji. Dwa razy większa ilość energii potrzebna do zasilania aut wodorowych w stosunku do zasilanych prądem z akumulatora będzie miała wpływ na koszty użytkowania obydwu rodzajów pojazdów. – Już dzisiaj kierowcy korzystający z samochodów z ogniwem paliwowym płacą od 9 do 12 euro (od 42 do 55 zł) za pokonanie każdych 100 km, ci zaś, którzy jeżdżą autami elektrycznymi wydają od 2 do 7 euro (od 10 do 32 zł) na 100 km – kwitują.

Przykładowo w Niemczech, największym rynku motoryzacyjnym UE, samochodów wyposażonych w ogniwo paliwowe jest zarejestrowanych kilkaset sztuk. A modeli czerpiących energię elektryczną z akumulatora jest kilkadziesiąt tysięcy. Jednak większość aut i tak ma pod maską silniki benzynowe lub Diesla, w Niemczech jest ich niemal 50 mln. Największy europejski producent samochodów, czyli koncern VW wierzy w moc baterii – gigant przestawił swój biznes na auta zasilane energią z akumulatorów i w przyszłości zamierza sprzedawać takich pojazdów ponad milion rocznie. A drogę do zostania e-milionerem VW mają ułatwić hybrydy plug-in, czyli z napędem spalinowo-elektrycznym z możliwością ładowania z gniazdka – to rozwiązanie ma dać kierowcom przedsmak jazdy 100-proc. elektrykiem i w efekcie skłonić do przesiadki na auto czysto akumulatorowe. Podobną filozofię wyznaje francuska Grupa PSA (Opel, Peugeot, Citroen, DS) czy Koreańczycy z Kia. Z kolei Toyota i Hyundai ufają technologii wodorowej, ale równocześnie pracują nad własnymi samochodami bateryjnymi.