Kartridże do aut mogą być tym, czego ludzie szukali i potrzebowali

Infrastruktura wydobywania, rafinacji, transportu i wykorzystywania paliw kopalnych powstawała przez długie dekady i może się wydawać, że budowa nowych systemów jest zbyt kosztowne. Trzeba jednak pamiętać, że eksploatacja paliw kopalnych również wymaga nieustannych inwestycji, w tym dotacji, a nasilające się katastrofy naturalne powodują coraz większe straty i generują rosnące koszty odbudowy. Z drugiej strony jesteśmy świadkami ogromnych wzrostów cen surowców potrzebnych do produkcji baterii i fotowoltaiki, co uświadamia nam, że źródła energii odnawialnej i bezemisyjne napędy również warto dywersyfikować.

Na świecie brane są pod uwagę trzy główne metody osiągnięcia bezemisyjności w transporcie: baterie, wodór i neutralne klimatycznie paliwa syntetyczne. Z tych trzech rozwiązań bateryjne samochody elektryczne są obecnie najbardziej rozpowszechnione; pierwsze komercyjne samochody wodorowe są dostępne od kilku lat, a paliwa syntetyczne są w fazie prac rozwojowych. Mimo różnych faz rozwoju, każda z tych technologii może przyczynić się do osiągnięcia celu, jakim jest zatrzymanie emisji gazów cieplarnianych, a jednocześnie każda wymaga budowy odpowiedniej infrastruktury.

Wbrew pozorom dotyczy to także aut na baterie. Choć sieci energetyczne są z nami już bardzo długo, to przy znacznym wzroście wykorzystania prądu w transporcie i zastępowania nim paliw kopalnych wymaga ona gruntownej przebudowy. Dotyczy to wszystkich krajów - również tych najbardziej rozwiniętych. Gdyby dziś choć 1/3 aut spalinowych zastąpić elektrycznymi, znaczna ich liczba nie mogłaby jeździć z powodu braku energii lub problemów z jej dostarczeniem do akumulatorów.

Kto nie widział długiej kolejki na stacji benzynowej i to wcale niespowodowanej wojną czy innymi nietypowymi zdarzeniami, ten mało podróżuje. Wystarczy jechać w góry czy nad morze w okresie, kiedy ruch turystów jest duży. Nierzadko na stacjach paliw przy autostradach trzeba czekać na zatankowanie auta kilkanaście minut. A teraz wystarczy sobie wyobrazić, że te wszystkie samochody są elektryczne, a każdy potrzebuje kilkunastu lub kilkudziesięciu minut na naładowanie. Postawienie kilkudziesięciu ładowarek w jednym miejscu wymaga pociągnięcia do każdej stacji potężnej sieci przesyłowej. To realne problemy, z jakimi będziemy się mierzyć.

Dlatego niektórzy producenci samochodów mocno zastanawiają się nad koncepcją polegającą na ładowaniu baterii, ale nie w samochodach. Dostępne na stacjach kartridże czy pakiety niewielkich baterii mogłyby być wymieniane przez roboty, a ładowałyby się wtedy, kiedy zapotrzebowanie na nie jest mniejsze, kiedy jest niższe obciążenie sieci czy powstają optymalne warunki do produkcji energii odnawialnej.

Rozwiązanie to daje spore możliwości, ponieważ zasięg takiego auta byłby mniej istotny, kiedy pojawiła by się możliwość wymiany baterii w kilka minut. Ponadto takie pakiety można by wykorzystać także do innych celów, np. do zasilania stacjonarnych urządzeń. Jedna ładowarka czy zestaw ładowarek mógłby je ładować w optymalnych warunkach, bez unieruchamiania pojazdu na kilkadziesiąt minut.

Dodatkowo właściciel czy użytkownik pojazdu elektrycznego pracującego na takiej zasadzie nie kupowałby baterii razem z pojazdem jak obecnie, ale płaciłby za korzystanie z baterii. Nie byłby jej właścicielem, więc nie martwiłby się o degradację czy usterki. Utrzymane w dobrym stanie auto elektryczne mogłoby służyć długie lata i cały czas korzystać z baterii o pożądanej sprawności.

Tesla i Renault już dekadę temu wpadły na takie pomysły, ale nie doszło do ich realizacji. Tesla swój program na razie zamroziła. Renault wspólnie z izraelskim startupem Better Place wybudowali nawet 21 stacji wymiany baterii i kompatybilny z systemem pojazd, ale ostatecznie odłożono ten koncept do szuflady. Po dziesięciu latach francuski producent znów zaczyna poważnie go rozważać.

Firma Ample ma pomysł utworzenia floty pojazdów firmowych, pokonujących duże dystanse dzienne na stałych trasach, z możliwością wymiany baterii na przygotowanych dla nich stacjach, które pojawiłyby się w dogodnych miejscach. Koncepcja słuszna, choć raczej lokalna i na małą skalę.

Jedynym producentem samochodów, który naprawdę wprowadził tę koncepcję w życie, jest chiński Nio. Plan tej firmy zakłada wybudowanie ponad 4 tys. stacji wymiany baterii do 2025 roku na wybranych rynkach. Już teraz w Chinach, a konkretnie w Pekinie, pracuje ogromny Nio Power Swap Station 2.0, w którym można wymienić ponad 300 akumulatorów dziennie. W całych Chinach jest 300 mniejszych stacji, a pierwsza europejska pojawiła się już w Norwegii, gdzie elektromobilność idzie pełną parą. W związku z planowaną ekspansją na Europę Nio podpisało w tej kwestii porozumienie z siecią stacji paliw Shell, na których niebawem pojawią się pierwsze Power Swap Station.

Commercial Japan Partnership Technologies Corporation (CJPT) to założona w 2021 roku spółka joint venture Toyoty, Isuzu, Suzuki i Daihatsu, której zadaniem jest popularyzacja najnowszych technologii w autach użytkowych. Firma nawiązała współpracę z Yamato Transport, aby znaleźć wspólne standardy dla samochodów elektrycznych i wprowadzić na rynek wymienne kartridże bateryjne według opisanej wyżej koncepcji. Na razie nie do aut osobowych, ale do samochodów dostawczych, ciężarowych czy autobusów, gdzie dzięki większemu ustandaryzowaniu pojazdów i spójności systemów transportowych, w których funkcjonują, jest to o wiele łatwiejsze do zrealizowania, a więc staje się realne.

Ma to też uzasadnienie w ciężkim transporcie, gdzie potrzebne są większe baterie, ładujące się dłużej lub z ogromną mocą. Warto wspomnieć, że o ile 100-150 kW to wystarczająca moc ładowania do komfortowego użytkowania elektrycznego auta osobowego, o tyle w ciężarówkach byłaby ona porównywalna z ładowaniem auta z domowego gniazdka. Tu potrzebne są moce rzędu minimum 400-500 kW, a nawet 1000 kW, by transport przebiegał sprawnie, a ciężarówki jeździły, zamiast stać przy ładowarkach.

Według założeń projektu Japończyków, rozwiązanie takie powinno obniżyć koszty wprowadzenia dużych aut elektrycznych do masowego użytku dzięki zmniejszeniu pojemności użytkowej baterii, a więc i zredukowaniu kosztu budowy pojazdu, a także standaryzacji kartridży bateryjnych, więc i wymiany pomiędzy różnymi konstrukcjami czy markami. System odciąży również infrastrukturę ładowania, a nawet może ona powstać w innych miejscach niż drogi, ponieważ pakiety baterii można ładować, a następnie je transportować do stacji wymiany.

Japończycy mają jeszcze jeden pomysł. Rozwój pojazdów wodorowych Toyoty oraz doświadczenie japońskiego producenta na tym polu pozwala myśleć o wymiennych nośnikach w jeszcze inny sposób. Już na początku 2022 roku Toyota pochwaliła się modułem wysokociśnieniowych zbiorników wodoru do gromadzenia energii oraz zasilania urządzeń. Moduł może zasilać ogniwa paliwowe w ciężarówkach, autobusach, pociągach, jachtach, a także w stacjonarnych generatorach prądu. Rozwiązuje to problemy logistyczne związane z transportem wodoru, bowiem moduł składa się z już zatankowanych czterech zbiorników (lub większej ich liczby, zależnie od wielkości modułu), podobnych do tych, które stosuje się w Toyocie Mirai. Są jednak większe, więc magazynują do 9,1 kg wodoru, zaś te w Mirai do 2,6 kg.

Toyota zakłada, że w przyszłości instalacje złożone z takich właśnie modułów do magazynowania wodoru oraz modułów ogniw paliwowych, które wprowadzono już na europejski rynek w marcu 2021 roku, umożliwią bezpieczne i łatwe użytkowanie bezemisyjnego zasilania wielu innych dziedzinach. Mogą być wykorzystane nie tylko w transporcie, ale także jako przenośne źródła energii do wytwarzania prądu w miejscach, gdzie nie ma sieci energetycznej czy elektrowni.

Z tego też powodu Toyota opracowała także bardziej uniwersalny, wymienny kartridż wodorowy, który może stanowić źródło energii w miejscach, gdzie jej zapewnienie jest utrudnione albo tankowanie wodoru niemożliwe. Pierwszy prototyp ma długość 40 cm i masę 5 kg, zatem każdy będzie mógł go udźwignąć i zamontować w dostosowanym odbiorniku, a jeden moduł wystarczy do zasilania kuchenki mikrofalowej przez 3-4 godziny. Rozwiązanie to może przyspieszyć popularyzację oraz standaryzację wodoru jako źródła energii w codziennym życiu.