Bardzo niskie nakłady na R&D, czyli działalność badawczo-rozwojową w polskim trójkącie armia-MON-zbrojeniówka przyprawia o ból głowy. Niestety, gdy coś się już na stole pojawi, jest spora szansa, że ten dyskomfort tylko się pogłębi. Wodór dla SpW jest tego świetnym przykładem.
W wywiadzie dla Polskiego Radia prezes PGZ, Sebastian Chwałek wśród wielu ciekawostek i planów, które z rozmachem kreślił, rzucił też tematem, po którego usłyszeniu o mało nie spadłem z krzesła. Stwierdził bowiem, że widzi przyszłość napędów dla pojazdów wojskowych w wodorze, nad którym to tematem pracuje koncern Hyundai i PGZ chce w to wejść.
Jeśli ktoś zna choć trochę specyfikę tego, jak działa wojskowa logistyka oraz orientuje się jednocześnie jakie konsekwencje niesie ze sobą bycie „jedynką” na tablicy Mendelejewa, może się poczuć nieco nieswojo. Dla tych, którzy zapytali teraz „ale dlaczego nie?”, odpowiedź przyniesie właśnie wspomniany brodaty Rosjanin.
Wodór to najmniejszy z pierwiastków we wszechświecie, składający się w większości przypadków z 1 protonu i 1 elektronu. Z tego powodu potrafi przeciskać się przez strukturę większości klasycznie używanych, tanich materiałów, metalowy zbiornik nie będzie dla niego wystarczająco szczelny. To z kolei powoduje, że instalacje wodorowe muszą być projektowane i tworzone z prawie laboratoryjną precyzją i utrzymywane cały czas w perfekcyjnym stanie.
Wodór jest do tego bardzo reaktywny. Napotykając na swojej drodze odpowiednią ilość cząsteczek tlenu, gwałtownie wybucha. Z kolei w zetknięciu z wieloma innych pierwiastkami i materiałami wywołuje tzw. korozję wodorową niszcząc, najczęściej bardzo szybko, ich strukturę. Nawet pluton z bomb nuklearnych trzeba przed tym zjawiskiem ostro chronić.
Nawet największa zaleta wodoru, przynajmniej z paliwowego punktu widzenia, jest problematyczna. Co prawda wartość opałowa w przeliczeniu na kilogram jest bardzo wysoka i wynosi aż 33.3 kWh/kg (olej napędowy ma tylko 11,6 kWh/kg), to „psuje” ją niska gęstość skupienia wodoru w każdym ze stanów. W stanie gazowym i ciśnieniu atmosferycznym w 1 metrze sześciennym jest go zaledwie 90 gram.
To powoduje, że z litra takiego wodoru uzyskami około... 0,03 kWh/l. Żeby osiągnąć poziom około 1 kWh/ l trzeba go skompresować do 500 barów. Najmocniejsze stosowane dziś zbiorniki pozwolą wytrzymać ciśnienie 700 barów. W bardzo problematycznym stanie ciekłym wodór pozwoli nam uzyskać około 2,3 kWh/l i jest to jego wartość maksymalna. Dla porównania, z litra oleju napędowego uzyskamy 10 kWh/l.
Trzeba też pamiętać, że zarówno kompresja, a zwłaszcza skraplanie kosztują sporo energii. W przypadku tej ostatniej formy, wymagającej obniżenia temperatury wodoru do -252,9 °C ocenia się, że ten koszt pochłonie 30 - 45% zawartej energii. Nie dość tego, zmagazynowany LH trzeba utrzymać w tak ekstremalnie niskiej temperaturze przez cały czas.
Problem jednak w tym, że nie da się tego zrobić idealnie. W efekcie ze zbiorników i tak wygotuje się od 1 do 3% wodoru na dobę. Dość powiedzieć, że w stosującym tę ostatnią metodę przechowywania wodoru BMW 7 Hydrogen, 8 kg zbiornik LH z zaparkowanego samochodu wygotowywał się całkowicie w kilkanaście dni. W przypadku wahadłowców NASA wykorzystywano około 55% wodoru dostarczanego dla danej misji, reszta ulatniała się na różnych etapach jego obiegu.
Jak ten obieg jest problematyczny widać też po dzisiejszych problemach rakiety SLS, w której właśnie z bezpiecznym przesyłem wodoru inżynierowie nie są w stanie sobie poradzić. BMW z kolei próbowało rozwiązać swój problem zmieniając sposób przechowywania wodoru, wykorzystać tzw. metodę kompresowania ciekłego wodoru. Polega ona na tym, że nieco mniej schłodzony wodór kompresuje się do 350 barów, przez co proces gotowania staje się mniej dotkliwy.
Według informacji podawanych przez BMW okres przechowywania naszego bohatera wydłuża się w ten sposób do... kilku tygodni. Same zbiorniki też są ciekawe, ich wielowarstwowa budowa, konieczność użycia różnorodnych materiałów, w tym włókien węglowych, stosowania komór próżniowych, montowania systemów bezpiecznej wentylacji, systemów kontroli szczelności itd. powoduje, że poziom ich komplikacji jest bardzo wysoki, podobnie jak i cena.
I tak jest na każdym etapie wodorowego systemu, od energochłonnych, skomplikowanych wieloetapowych stacji upłynniania wodoru, przez projekty wodorowców, wszędzie trafimy na miks konieczność bardzo precyzyjnej i skomplikowanej budowy urządzeń, utrzymania wszystkiego w perfekcyjnym stanie technicznym i stosowania ciągłego nadzoru. A nie doszliśmy tu jeszcze do tematu napędu...
Wodoru można używać w pojazdach na dwa sposoby, spalając go podobnie jak benzynę lub w ogniwach wodorowych wytwarzających prąd z reakcji utleniania wodoru, czyli procesie będącym odwrotnością elektrolizy. Tę pierwszą metodę próbowało wykorzystać BMW, tworząc dwupaliwowe silniki, ale ostatecznie zarzucono ten pomysł i Bawarczycy związali się z Toyotą i jej ogniwami.
W tym samym kierunku poszedł też drugi z koncernów najmocniej promujących wodór, czyli interesujący nas w kontekście PGZ Hyundai. To na nim się teraz skupimy. Koreańczycy deklarują, że ich system napędowy z Nexo oferuje rekordową na dziś sprawność na poziomie 60%. Nie wdając się w niuanse, jest to wartość mniej więcej porównywalna do powszechnie używanych w wojsku silników diesla.
W kontekście wojska, oprócz oczywistego problemu związanego z koniecznością bardzo precyzyjnego wykonania całego układu wodorowego, warto zwrócić uwagę na pojemność zbiorników paliwa. Aby osiągnąć zasięg ~600 km, koreański samochód posiada 3 zbiorniki skompresowanego do 700 barów wodoru, o łącznej pojemności 156 l. Porównywalny wielkościowo Tucson z silnikiem diesla, dysponując zaledwie 62-litrowym bakiem przejeżdża około 750 km. W przybliżeniu, dla osiągnięcia takiego samego zasięgu samochód wodorowy musiałby posiadać około trzykrotnie większe zbiorniki.
Trzeba też pamiętać, że zbiorniki ciśnieniowe muszą mieć odpowiednią formę (np. walca lub kuli) i nie da się ich kształtować tak nieregularnie, jak tych na paliwa przechowywane pod normalnym ciśnieniem. Przełóżmy to sobie na czołg K2 Black Panther. Koreański wóz ma zbiornik paliwa o pojemności 1296 l.
Oznacza to, że chcąc zachować podobny zasięg trzeba wygospodarować w czołgu dodatkowe 2,7 m3 powierzchni i nie da się do tego wykorzystać różnych zakamarków tak efektywnie, jak przy oleju napędowym. Ta ostatnia cecha byłaby problematyczna nawet wtedy, gdyby pogodzić się z drastycznym spadkiem zasięgu i zdecydować na zbiorniki tej samej pojemności.
Te same problemy będą dotyczyły logistyki polowej. Chcąc zapewnić jednostkom odpowiedni zasięg, potrzeba będzie około trzykrotnie więcej, znacznie bardziej skomplikowanych pojazdów do przewożenia skompresowanego wodoru, niż dziś mamy cystern na olej napędowy. Przelicznik 3:1, nawet jeśli jakieś optymalizacje byłyby wprowadzone na korzyść tego pierwiastka, wiele się nie będzie w stanie zmienić.
Trzy razy więcej cystern to dramatyczny skok, zwiększający koszty wojska nie tylko z powodu konieczności ich zakupu, ale też kosztów użytkowania bieżącego. Są też koszta wojskowe nieprzeliczalne na pieniądze, w postacie zwiększenia długości „ogona logistycznego”. Więcej samochodów to dłuższe kolumny transportowe. To oznacza więcej problemów z utrzymaniem płynności ruchu, a przeciwnik łatwiej będzie mógł je wykrywać i skutecznie atakować.
Dodajmy do tego, że wojna wymaga też działań improwizowanych. Olej napędowy można przelać do beczek i przerzucić wraz z prostymi systemami jego przepompowywania w wymagane miejsca przeróżnymi środkami. Warto też zapoznać się z tym, jak wygląda i czego oczekuje się od Polowych Punktów Tankowania, które rozwija się w sytuacji działań bojowych. Takie punkty muszą potrafić w trudnych warunkach tankować nawet po kilkanaście pojazdów naraz.
Od wieków wiadomo, że na poziomie obsługi w wojsku im prościej, tym lepiej. Wojna w Ukrainie jednoznacznie pokazała, że duże armie złożone z tysięcy mobilizowanych żołnierzy oraz pojazdów wcale nie odeszły do historii. Masowość niesie zaś ze sobą obniżenie poziomu obsługi technicznej, a jednocześnie intensywna wojna przyśpiesza zużycie sprzętu. Tymczasem wodór zaniedbań i błędów nie wybaczy.
W swego czasu mocno promującej to paliwo Norwegii, państwie o wysokiej kulturze technicznej, nie wyłapano uszkodzenia pojedynczego zaworu i w efekcie jedna z zaledwie dziesięciu istniejących tam stacji H2 efektownie wyleciała w powietrze. „Ubranie” takiego organizmu jak armia w wodorową logistykę to strzał w stopę i to z armaty.
Posumowując tę część, wodór jest jest i zawsze będzie trudny w użytkowaniu. Musi komplikować wszystkie procesy związane z jego przetwarzaniem, przewożeniem, przechowywaniem i użytkowaniem. O ile można liczyć, że w przyszłości uda zwiększyć się efektywność ogniw, stanieć mogą materiały potrzebne do budowy skomplikowanych zbiorników, to cechy fizyczno-chemiczne tego pierwiastka się nie zmienią.
Żeby jednak nie wyjść na wodorowego hejtera podkreślę, że jeśli uda się opracować produkcję zielonego wodoru na masową skalę i jednocześnie rozwiąże problem wielkoskalowej logistyki tego pierwiastka na duże dystanse (być może rozwiązaniem będzie przewóz w formie amoniaku lub metanu), H2 z pewnością znajdzie swoje miejsce na rynku jako paliwo.
Tyle że nie będzie to w miejscach wymagających dużej elastyczności i prostoty rozwiązań jak w wojsku, tylko tam gdzie duże pojazdy, w przewidywalny i planowy sposób przemieszczają się pomiędzy dużymi logistycznymi hubami, w których będzie można postawić duże, odpowiednie zabezpieczone i nadzorowane punkty dystrybucji wodoru.
Takie potencjalne wodorowe centra to kolejowe stacje rozrządowe, bocznice, lotniska, centra magazynowe dla transportu samochodowego, czy podmiejskie strefy przemysłowe. Pojazdami, w których ogniwa wodorowe mogą uzyskać przewagę nad innymi rodzajami napędu to pociągi, duże ciężarówki, okręty i samoloty. Ten proces powoli już się rozpoczyna.
Gdy nie wiadomo, o co chodzi, chodzi o pieniądze, albo... polityczny PR. Nie mam pojęcia, czy to ktoś w PGZ, nie mającym ani doświadczenia, ani zaplecza do prac z wodorem, wpadł na taki pomysł, czy też Koreańczycy podsunęli im ten temat, ale taki program w zbrojeniówce skończy się tylko i wyłącznie utopieniem środków na bezsensowne testy.
Jeśli to pomysł Hyundaia, znaczy to, że na fali gigantycznych umów z MON, chcą sobie na koszt PGZ przetestować własne technologie ogniw na ciężkim sprzęcie, aby potem wykorzystać tak zdobyte doświadczenia w ciężarówkach i innych ciężkich pojazdach cywilnych. W Korei Hyundai testował już wodór dla wojska, ale tylko w temacie dronów i robotów. Jeśli jest to pomysł PGZ, to znaczy że ktoś bezrefleksyjnie chce małpować Orlen, próbujący spełnić marzenie PiS o Polsce jako wodorowym hubie.
Pracę nad technologiami wodorowymi trzeba i warto prowadzić, ale jeśli Hyundai naprawdę potrzebuje partnera, to w Polsce ma w czym wybierać. Jest PESA, tworząca wodorową lokomotywę, są uczelnie, prowadzące ciekawe programy dotyczące technologii związanych z tym pierwiastkiem. Jest wreszcie wspomniany Orlen budujący wodorową infrastukturę. Współpraca z takimi podmiotami nie byłaby dla mnie niepokojąca.
Wracając do PGZ, nasza zbrojeniówka za temat napędów do SpW jak najbardziej powinna się zabrać i to na gwałt. Tyle, że nie za wodorowe szklane domy, ale próbę kupna licencji na silniki diesla i przekładanie oraz odbudowę potencjału produkcyjnego w tym zakresie. Już tylko potrzeby związane z ciężarówkami Jelcz powodują, że taka inwestycja błyskawicznie się zwróci. Polska nie potrzebuje na dziś, ani przewidywalne jutro wodoru w armii, tylko stworzenia sprawnie działającego zakładu PZL Wola 2.0.
Zdjęcia: Hyundai, BMW, energy.gov
Stock Image from Depositphotos.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
