Standard tankowania wodoru

Daimler Truck i Linde Engineering, dwa wiodące przedsiębiorstwa przemysłowe, uczyniły znaczący krok w rozwoju infrastruktury wodorowej na drodze do dekarbonizacji transportu. W ubiegłych latach inżynierowie obu firm opracowali wspólnie technologię sLH2, czyli nową metodę postępowania z ciekłym wodorem. W porównaniu z wodorem w stanie gazowym, to innowacyjne rozwiązanie umożliwia zwiększenie gęstości magazynowania i zasięgów pojazdów, szybsze tankowanie oraz obniżenie kosztów, a także zapewnia wyższą efektywność energetyczną. Zatankowanie w ten sposób 40-tonowej ciężarówki 80 kilogramami ciekłego wodoru zajmuje około 10–15 minut oraz umożliwia pokonanie nawet ponad 1000 kilometrów. Jednocześnie nowa technologia sLH2 dwu- lub trzykrotnie zmniejsza wymagane nakłady inwestycyjne na stację tankowania wodoru, a koszty jej eksploatacji są nawet pięć lub sześć razy niższe. Obecnie możliwe są stabilne dostawy ciekłego wodoru w całej Europie.

W porównaniu z konwencjonalną technologią tankowania ciekłego wodoru (LH2), w nowej metodzie wykorzystuje się nową pompę sLH2, nieznacznie zwiększającą ciśnienie ciekłego wodoru. Dzięki niej następuje przechłodzenie wodoru – stąd nazwa sLH2: subcooled liquid hydrogen. W tym stanie uzyskuje się bardzo solidny i stabilny proces tankowania, który do minimum ogranicza straty energii podczas tankowania. Ponadto nie jest konieczne przesyłanie danych między stacją tankowania a pojazdem, co dodatkowo zmniejsza złożoność procesu tankowania. Jednocześnie bardzo istotnie wzrasta wydajność tankowania. Stacja tankowania ma wydajność 400 kilogramów ciekłego wodoru na godzinę. W stosunku do konwencjonalnych rozwiązań w zakresie tankowania wodoru ciekłego lub gazowego technologia sLH2 jest zarówno znacznie prostsza w zastosowaniu, jak i wydajniejsza.

W celu ustanowienia wspólnego standardu tankowania dla samochodów ciężarowych z napędem wodorowym, technologia ta zostanie udostępniona wszystkim zainteresowanym stronom w postaci normy ISO. 7 lutego 2024 r. Andreas Gorbach, członek zarządu Daimler Truck i Jürgen Nowicki, prezes zarządu Linde Engineering, tankując pojazd Mercedes-Benz GenH2 Truck, dokonali w Wörth am Rhein otwarcia pierwszej publicznej, pilotażowej stacji tankowania sLH2, w obecności Petry Dick-Walther, sekretarz stanu w Ministerstwie Gospodarki Nadrenii-Palatynatu oraz przedstawicieli międzynarodowej prasy.

Andreas Gorbach, członek zarządu Daimler Truck AG odpowiedzialny za dział Truck Technology: „Do dekarbonizacji transportu potrzebujemy trzech czynników: odpowiednich samochodów ciężarowych z napędami akumulatorowymi i wodorowymi, koniecznej infrastruktury oraz wyrównania kosztów eksploatacji pojazdów bezemisyjnych i napędzanych olejem napędowym. W przypadku pojazdów transformacja ta przebiega bardzo dynamicznie. W odniesieniu do infrastruktury wodorowej osiągamy dziś kolejny ważny etap rozwoju: dzięki standardowi sLH2 tankowanie wodoru staje się równie proste, jak tankowanie oleju napędowego – zbiornik wystarczający do pokonania ponad 1000 kilometrów zostaje napełniony w ciągu 10–15 minut. Wzywamy teraz innych producentów ciężarówek i firmy infrastrukturalne do zastosowania naszego rozwiązania oraz wspólnych działań na rzecz uczynienia tej technologii standardem przemysłowym!”

Jürgen Nowicki, Executive Vice President firmy Linde plc i CEO firmy Linde Engineering: „sLH2 znacznie zwiększa wydajność instalacji tankowania wodoru. Konieczne nakłady inwestycyjne zmniejszają się dwu- lub trzykrotnie, a koszty eksploatacji są nawet pięć lub sześć razy niższe. Ta i inne zalety czynią sLH2 praktyczną, neutralną pod względem emisji dwutlenku węgla alternatywą dla tankowania oleju napędowego w transporcie ciężkim. Technologia, którą opracowaliśmy wraz z Daimler Truck, wytycza drogę do stworzenia rozległej sieci stacji tankowania, stanowiącej podstawę dzisiejszych łańcuchów logistycznych”.

Nowa publiczna stacja tankowania sLH2 ulokowana w Wörth am Rhein wyznacza standardy w zakresie efektywności energetycznej i wydajności. Dzięki zużyciu energii wynoszącemu zaledwie 0,05 kWh/kg, jej zapotrzebowanie na energię jest około 30 razy niższe niż w przypadku konwencjonalnego tankowania wodorem w stanie gazowym. Ta stacja tankowania zajmuje również bardzo małą powierzchnię, wynoszącą jedynie 50 metrów kwadratowych (bez dystrybutora paliwa), oraz umożliwia konfiguracje, w których kilka dystrybutorów można wykorzystywać do równoległego tankowania ciężarówek, a także do tankowania wielu pojazdów po kolei. Zbiornik ciekłego wodoru ma pojemność czterech ton, a to wystarcza na około dziesięć godzin ciągłego tankowania. Ponadto, uzupełniając paliwo w międzyczasie, można zwiększyć dzienną wydajność stacji tankowania sLH2 do ponad ośmiu ton.

Daimler Truck i Linde Engineering zamierzają uczynić sLH2 wiodącą technologią tankowania wodoru dla ciężkich samochodów ciężarowych. W związku z tym obie firmy oferują wysoki stopień transparentności i otwartości w zakresie odpowiednich interfejsów opracowanej wspólnie technologii sLH2. Zadbano o standaryzację tej technologii w ramach otwartego procesu ISO, dzięki czemu jest ona swobodnie dostępna dla wszystkich zainteresowanych stron. Obecnie Daimler Truck i Linde Engineering wzywają innych producentów OEM, przedsiębiorstwa infrastrukturalne i organizacje do stosowania nowego standardu dla ciekłego wodoru, a tym samym do stworzenia globalnego rynku masowego dla tej metody.

W przeciwieństwie do konwencjonalnego tankowania pojazdów ciekłym wodorem (LH2) proces sLH2 jest w praktyce bardzo podobny do dzisiejszej technologii tankowania oleju napędowego. Dzięki solidnej izolacji węża do tankowania i konstrukcji złączy między pistoletem dystrybutora a zbiornikiem paliwa, proces tankowania jest niezwykle bezpieczny i zapobiega ulatnianiu się wodoru. To sprawia, że środki ochronne wymagane przy tankowaniu sLH2 są porównywalne ze środkami stosowanymi przy tankowaniu oleju napędowego. Podczas procesu tankowania można napełnić ciekłym wodorem o temperaturze minus 253 stopni Celsjusza dwa połączone ze sobą 40-kilogramowe zbiorniki umieszczone po obu stronach podwozia ciężarówki, bez konieczności stosowania specjalnego wyposażenia zabezpieczającego. Technologia sLH2 pozwala na uzyskanie dużego przepływu wodoru, przekraczającego 400 kg na godzinę, a tankowanie 80 kg ciekłego wodoru trwa od dziesięciu do piętnastu minut. I wreszcie, nowa metoda pozwala uniknąć efektu odparowania skroplonego gazu (ang. boil-off): Podczas konwencjonalnego tankowania ciekłym wodorem część wodoru ulega zgazowaniu i konieczne jest jej odsysanie za pomocą drugiego przewodu. W przypadku metody sLH2 podczas tankowania wodór pozostaje w stanie ciekłym, dzięki czemu do napełnienia zbiorników wystarczy pojedynczy pistolet dystrybutora. Ułatwia to obsługę i obniża koszty inwestycji. Nowa stacja tankowania w Wörth jest zaopatrywana w ciekły wodór przez firmę Linde. Linde dysponuje największą na świecie infrastrukturą do produkcji i dystrybucji wodoru.

W pracach nad rozwojem napędów wodorowych firma Daimler Truck preferuje zastosowanie wodoru ciekłego. Jako nośnik energii ma on w tym stanie skupienia znacznie większą gęstość energetyczną w stosunku do objętości niż wodór w stanie gazowym. Dlatego zbiorniki ciężarówki napędzanej ogniwami paliwowymi na ciekły wodór są tańsze niż zbiorniki z włókna węglowego na wodór gazowy. A dzięki niższemu ciśnieniu są też znacznie lżejsze. Omawiana technologia umożliwia zatem zwiększenie ładowności przy jednoczesnej możliwości przewożenia większej ilości wodoru, co znacznie zwiększa zasięg ciężarówek. Dlatego ciężarówka Mercedes-Benz GenH2 jest równie dobrze przystosowana do wykonywania trudnych i wymagających elastyczności operacji w transporcie dalekobieżnym, jak konwencjonalne samochody ciężarowe z silnikiem wysokoprężnym. Daimler Truck wykazał to z powodzeniem we wrześniu 2023 r., kiedy to dopuszczony do ruchu drogowego prototyp Mercedes-Benz GenH2 Truck ukończył #HydrogenRecordRun, pokonując 1047 km przy zużyciu 80 kilogramów ciekłego wodoru ze swoich zbiorników. Firma planuje wprowadzić seryjną wersję ciężarówki na ogniwa paliwowe w drugiej połowie obecnej dekady.

Przewiduje się, że od połowy 2024 r. pięć firm skorzysta z możliwości zdobycia pierwszych doświadczeń w eksploatacji pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi w bezemisyjnym transporcie dalekobieżnym. Te ciągniki siodłowe wykorzystywane będą w Niemczech na określonych trasach, w różnego rodzaju operacjach w transporcie dalekobieżnym. Ich tankowanie będzie się odbywać na niedawno uruchomionej stacji tankowania ciekłego wodoru (sLH2) w Wörth am Rhein oraz na stacji w okolicach Duisburga. Daimler Truck i jego firmy partnerskie realizują więc nowatorski projekt, wykazując, że dekarbonizacja transportu za pomocą ciężarówek napędzanych wodorem jest możliwa już dziś. Aby jednak transformacja w kierunku transportu towarowego opartego na napędach wodorowych przyniosła trwałe efekty, w nadchodzących latach ważne będzie zapewnienie szeroko rozwiniętej i globalnej infrastruktury tankowania oraz odpowiednich dostaw ekologicznego ciekłego wodoru.