Autobusy wodorowe tańsze w eksploatacji od diesla. Kluczem jest lokalna produkcja wodoru

Rozwój technologii FCEV, czyli pojazdów wyposażonych w ogniwa paliwowe zasilane wodorem, wiąże się jednak z istotnym wyzwaniem – kosztami paliwa. Przy odpowiednim zaplanowaniu procesu produkcji i wykorzystaniu elastyczności elektrolizerów, koszt wytwarzania wodoru może zostać obniżony do poziomu około 40 zł/kg. Czy lokalna produkcja wodoru może sprawić, że autobusy wodorowe staną się konkurencyjne kosztowo wobec autobusów z silnikami Diesla?

Koszt wodoru pozostaje jednym z głównych wyzwań

Wprowadzenie autobusów wodorowych do komunikacji miejskiej oznacza nie tylko konieczność zakupu pojazdów i budowy infrastruktury tankowania. Równie istotny jest koszt ich codziennej eksploatacji, w tym przede wszystkim cena wodoru.

Obecny model zaopatrzenia części stacji tankowania wodoru opiera się na centralnej produkcji wodoru i jego transporcie do miejsca wykorzystania. Wodór może być wytwarzany m.in. w procesie reformingu parowego metanu (SMR), a następnie sprężany, magazynowany i transportowany do odbiorcy.

Na końcową cenę paliwa wpływają nie tylko koszty samej produkcji, lecz także sprężania, transportu, magazynowania i dystrybucji. W efekcie cena wodoru na stacjach tankowania może być dla operatorów transportu istotnym obciążeniem.

Przy zużyciu wodoru na poziomie około 9 kg/100 km koszt paliwa dla autobusu pokonującego jeden kilometr może być znaczący. To właśnie koszt wodoru jest dziś jednym z czynników ograniczających ekonomiczną konkurencyjność transportu FCEV. Rozwiązaniem może być zmiana modelu zaopatrzenia; z centralnego na lokalny.

Lokalna produkcja wodoru sposobem na ograniczenie kosztów

Alternatywą dla dostaw wodoru z dużych, scentralizowanych zakładów jest produkcja paliwa bezpośrednio w pobliżu miejsca jego wykorzystania. W przypadku komunikacji miejskiej oznacza to możliwość zastosowania elektrolizerów na terenie zajezdni autobusowych.

Taki model ogranicza konieczność transportowania wodoru na duże odległości. Jednocześnie elektrolizer może pracować elastycznie, dostosowując pobór energii elektrycznej do warunków panujących na rynku.

Jest to szczególnie interesujące w kontekście rosnącego udziału odnawialnych źródeł energii w polskim systemie elektroenergetycznym.

W okresach wysokiej produkcji energii z fotowoltaiki i energetyki wiatrowej może dochodzić do ograniczania generacji OZE (nierynkowe redysponowanie). Energia, która w takich warunkach nie może zostać wprowadzona do systemu, może być potencjalnie wykorzystana przez elastyczne odbiorniki, w tym elektrolizery. Dzięki temu produkcja wodoru może zostać powiązana zarówno z dostępnością energii odnawialnej, jak i z aktualnymi cenami energii elektrycznej.

Kontenerowy elektrolizer i magazynowanie wodoru

Jednym z możliwych modeli jest budowa kontenerowej instalacji elektrolizy bezpośrednio na terenie zajezdni autobusowej. System może składać się z modułowego elektrolizera, np. wykorzystującego technologię PEM lub AEM, instalacji uzdatniania wody, układu sprężania oraz infrastruktury tankowania. Całość może zostać zintegrowana z magazynem wodoru.

W przypadku odpowiednio zaprojektowanego systemu rolę magazynu buforowego może pełnić również mobilny magazyn wodoru, np. naczepa-cysterna. Pozwala to ograniczyć konieczność budowy dużych stacjonarnych magazynów wysokociśnieniowych. Takie rozwiązanie zwiększa elastyczność całego systemu. 

Jak zejść z kosztem produkcji wodoru do około 40 zł/kg?

Przykładowo, przy przebiegu autobusu na poziomie 70 tys. km rocznie i zużyciu 9 kg wodoru na 100 km, roczne zapotrzebowanie jednego pojazdu wynosi około 6300 kg H₂. Osiągnięcie kosztu produkcji wodoru na poziomie około 40 zł/kg wymaga jednak nie tylko zastosowania elektrolizera. Kluczowe znaczenie ma sposób zarządzania całą instalacją.

Pierwszym elementem jest system zarządzania energią (EMS), który pozwala sterować pracą elektrolizera w zależności od cen energii elektrycznej i zapotrzebowania systemu. Elektrolizer może pracować przede wszystkim w okresach niskich cen energii, zwiększając zużycie energii wtedy, gdy jej dostępność jest wysoka, a koszt zakupu niski. Wymaga to odpowiedniego połączenia instalacji z rynkiem energii oraz możliwości elastycznego sterowania produkcją wodoru.

Drugim elementem jest zagospodarowanie ciepła odpadowego. Proces elektrolizy generuje ciepło (stanowiące około 20-25 % traconej energii), które w odpowiednio zaprojektowanym systemie może zostać wykorzystane do ogrzewania budynków zajezdni lub innych odbiorników ciepła. Pozwala to zwiększyć całkowitą efektywność energetyczną instalacji.

Trzecim obszarem jest możliwość uzyskania dodatkowej wartości dzięki produkcji wodoru spełniającego wymagania RFNBO (Renewable Fuels of Non-Biological Origin). Wodór spełniający unijne kryteria dotyczące paliw odnawialnych pochodzenia niebiologicznego może być przedmiotem obrotu na rynku, na którym jego pochodzenie i sposób produkcji mają istotne znaczenie.

Czwartym elementem jest elastyczność odbioru energii przez elektrolizer. Instalacja o odpowiedniej mocy może reagować na sygnały rynkowe i uczestniczyć w mechanizmach związanych z bilansowaniem systemu elektroenergetycznego. Potencjalne przychody z takich usług mogą poprawiać ekonomikę całego projektu.

W efekcie elektrolizer przestaje być wyłącznie urządzeniem do produkcji wodoru. Staje się jednocześnie elastycznym odbiorcą energii i elementem lokalnego systemu energetycznego.

Wodór kontra olej napędowy

Czy taki model może doprowadzić do sytuacji, w której autobus wodorowy będzie tańszy w eksploatacji od autobusu z silnikiem Diesla? Odpowiedź zależy przede wszystkim od rzeczywistego zużycia paliwa, ceny energii elektrycznej oraz kosztu wyprodukowania i dostarczenia wodoru.

Przy założeniu ceny wodoru na poziomie 40 zł/kg i zużyciu 8 kg H₂/100 km, koszt paliwa wynosi około 3,20 zł/km.

Dla porównania, autobus z silnikiem Diesla zużywający 40 l oleju napędowego na 100 km przy cenie paliwa przekraczającej 8 zł/l generuje koszt paliwa na poziomie 3,20 zł/km.

Oznacza to, że przy odpowiednio niskim koszcie wodoru możliwe jest osiągnięcie parytetu kosztowego, a w określonych warunkach również uzyskanie przewagi nad napędem konwencjonalnym.

Nie należy jednak utożsamiać kosztu samego paliwa z całkowitym kosztem eksploatacji pojazdu. Przy porównaniu technologii FCEV i Diesla należy uwzględnić również koszty serwisu, infrastruktury, finansowania pojazdów oraz ich trwałość.

Autobus wodorowy a bateryjny

Wodór może być szczególnie interesującym rozwiązaniem w przypadku określonych profili komunikacyjnych. Autobusy FCEV mogą oferować zasięg rzędu kilkuset kilometrów (350-450 km), a tankowanie pod ciśnieniem 350 bar zajmuje zdecydowanie mniej czasu (10-15 minut) niż pełne ładowanie dużego pakietu baterii.

Ma to znaczenie przede wszystkim w przypadku intensywnie eksploatowanych autobusów, które przez większość dnia realizują kolejne kursy i mają ograniczony czas na postój.

W autobusach bateryjnych konieczne jest odpowiednie zaplanowanie procesu ładowania. W zależności od modelu transportowego może ono odbywać się w zajezdni lub przy wykorzystaniu infrastruktury szybkiego ładowania na trasie.

Autobus wodorowy może natomiast zatankować paliwo w stosunkowo krótkim czasie i wrócić do realizacji zadań przewozowych.

Sprawność energetyczna układu FCEV jest mniej podatna na wpływ niskich temperatur otoczenia niż w przypadku autobusów BEV. W pojazdach bateryjnych szczególnie istotnym czynnikiem wpływającym zimą na zużycie energii i zasięg jest konieczność ogrzewania kabiny. W efekcie, przy niskich temperaturach, zasięg autobusów bateryjnych może zmniejszyć się nawet o połowę.

Nie oznacza to jednak, że FCEV jest rozwiązaniem lepszym w każdym przypadku. Przy krótszych trasach i odpowiednio zaplanowanym harmonogramie autobus bateryjny może być rozwiązaniem prostszym i bardziej efektywnym energetycznie.

Zielony wodór a emisje

Największy potencjał środowiskowy technologii FCEV pojawia się w przypadku wykorzystania wodoru produkowanego z wykorzystaniem energii odnawialnej.

W ogniwie paliwowym podczas jazdy nie powstają emisje CO₂, a produktem reakcji elektrochemicznej jest przede wszystkim woda i ciepło.

Całkowity ślad klimatyczny zależy jednak od sposobu produkcji wodoru. Dlatego kluczowe znaczenie ma nie tylko sam napęd, ale również źródło energii wykorzystywanej do produkcji paliwa.

W przypadku wodoru produkowanego z wykorzystaniem energii odnawialnej możliwe jest znaczące ograniczenie emisji w całym cyklu życia paliwa w porównaniu z wykorzystaniem oleju napędowego.

Dodatkową korzyścią jest ograniczenie hałasu w mieście. Autobus z napędem elektrycznym, niezależnie od tego, czy energia pochodzi z baterii, czy z ogniwa paliwowego, pracuje znacznie ciszej niż pojazd wyposażony w silnik spalinowy, szczególnie podczas ruszania i postoju.

Polska staje się ważnym rynkiem autobusów wodorowych

Rynek autobusów wodorowych rozwija się na świecie przede wszystkim w Chinach, Japonii i Korei Południowej. W Europie wdrożenia są bardziej rozproszone, a ich rozwój wspierają m.in. regulacje dotyczące udziału pojazdów zeroemisyjnych w transporcie publicznym.

Polska zajmuje w tym obszarze szczególną pozycję dzięki obecności krajowych producentów autobusów wodorowych. Do najważniejszych podmiotów należą Solaris Bus & Coach oraz Grupa Polsat Plus, rozwijająca projekt NesoBus, a także inni producenci aktywnie angażujący się w rozwój tej technologii.

Autobusy wodorowe są już wykorzystywane m.in. w Poznaniu, Wałbrzychu, Rybniku i Chełmie, Koninie, Katowicach.

System dotacji do zakupu autobusów wodorowych w Polsce dodatkowo poprawia rachunek ekonomiczny inwestycji wodorowych.

Rozwój rynku będzie jednak zależał nie tylko od dostępności pojazdów. Równie ważne będzie stworzenie konkurencyjnego modelu dostaw wodoru.

Lokalna produkcja może zmienić ekonomikę FCEV

Wodór nie musi być najdroższym elementem eksploatacji autobusu wodorowego. Warunkiem jest jednak odpowiednie zaprojektowanie całego łańcucha energetycznego – od zakupu energii, przez produkcję i magazynowanie wodoru, po jego wykorzystanie w transporcie.

Przeniesienie produkcji wodoru bliżej odbiorcy, wykorzystanie elastyczności elektrolizerów, zagospodarowanie ciepła odpadowego oraz możliwość świadczenia usług dla systemu elektroenergetycznego mogą znacząco poprawić ekonomikę instalacji.

W takim modelu zajezdnia autobusowa może stać się nie tylko miejscem tankowania pojazdów, ale również lokalnym węzłem energetycznym, który łączy transport, OZE, magazynowanie energii i potrzeby Krajowego Systemu Elektroenergetycznego.

To właśnie integracja tych elementów może w przyszłości przesądzić o tym, czy autobusy wodorowe będą jedynie technologią zeroemisyjną, czy również konkurencyjnym ekonomicznie rozwiązaniem dla transportu publicznego. Lokalna produkcja wodoru może być atrakcyjnym rozwiązaniem również w przypadku przewozów podmiejskich, szkolnych i pracowniczych.

Studium Wodoru zaprasza na Szkolenie „Zielony Wodór w Transporcie”, które odbędzie się w dniach 01-02.10.2026 w Wałbrzychu. Szczegółowy plan wydarzenia dostępny jest na stronie internetowej Organizatora: https://studiumwodoru.pl/szkolenie-wodor-w-transporcie-2/