Jakie paliwa i typy napędu są przyszłością transportu?

Co wybierzemy dla osobowego transportu drogowego, a co dla zbiorowego? Jak zasilane będą autobusy, pociągi ciężarówki? Jak długo będziemy wykorzystywać pojazdy z silnikami Diesla i benzynowe? Co je zastąpi? Czy w transporcie gaz może być traktowany jako paliwo przejściowe? Podobnych pytań można postawić jeszcze wiele, ale przede wszystkim musimy być świadomi tego, że już teraz należy je stawiać i możliwie szybko znaleźć na nie odpowiedzi, aby dojść do neutralności klimatycznej tego sektora możliwie prostą drogą, nie marnując ani czasu, ani środków.

Dotychczas w centrum uwagi wszystkich zainteresowanych ochroną klimatu w Polsce był węgiel i energetyka. Ze zrozumiałych względów, bo w naszym kraju to podstawowy problem. Ale zajmowanie się tylko węglem i energetyką już nie wystarczy. Teraz trzeba zająć się pozostałymi paliwami kopalnymi i wszystkimi innymi sektorami gospodarki.

Transport jest jednym z tych problematycznych sektorów, w których działania nie mogą już czekać. Bez szybkiej redukcji emisji transportowych po prostu nie będziemy w stanie osiągnąć neutralności klimatycznej przed 2050 r., nie mówiąc już o zalecanym przez środowiska naukowe 2040 r. Obecnie transport odpowiada za około jedną czwartą emisji gazów cieplarnianych w Unii Europejskiej. W ramach tego sektora transport drogowy jest zdecydowanie największym emitentem odpowiadającym za ponad 70% wszystkich emisji¹.

Cała gama rozwiązań – które wybrać i czy tylko jedno?

Jeśli chodzi o transport osób mamy już pełen portfel recept. Częścią technologiczną odpowiedzi jest elektromobilność oparta na odnawialnych źródłach energii. Transformacja w transporcie i energetyce musi zachodzić równolegle. Nie możemy pojazdów spalinowych zamienić na elektryczne napędzane prądem z paliw kopalnych, bo to pomoże niewiele. Nie możemy też jednak czekać z rozwiazywaniem problemów transportowych aż skończymy transformację energetyki. Przejście z pojazdów spalinowych na elektryczne może być opóźniane lub przyśpieszyć, zależnie od decyzji politycznych i funkcjonowania branży motoryzacyjnej, ale nastąpi. Co do tego nie ma już wątpliwości. Dla osobowych aut wodorowych przestrzeni na rynku raczej nie będzie, poza miejscami, gdzie narzucą to lokalne uwarunkowania polityczne i biznesowe (potencjalnie np. Japonia). Na część społeczną naszej recepty składają się ograniczanie potrzeb transportowych i przesiadanie się z samochodów i samolotów na inne środki transportu (tzw. modal shift), redukcja wykluczenia transportowego poprzez rozwój transportu zbiorowego i ułatwianie aktywnej mobilności, ruchu pieszego i rowerowego. Oczywiście jest to bardziej złożona kwestia, ale w tym obszarze większość znaków zapytania znajdujemy po stronie społecznej.

Nieco inaczej wygląda sytuacja w obszarze transportu towarów. Tu także ważne są przesunięcia międzygałęziowe (bardziej precyzyjne branżowe określenie zmiany środków transportu), głównie z dróg na kolej. Jednak 100% towarów na tory przenieść się nie uda. Trwa więc techniczna dyskusja w sprawie rodzaju napędu, który powinien w przyszłości dominować w pojazdach ciężarowych na naszych drogach, który będzie lepszy z punktu widzenia redukcji emisji.

Jak długo większość ciężarówek będą stanowić te z silnikiem Diesla? Czy warto inwestować w pojazdy gazowe i infrastrukturę do ich tankowania, skoro politycy tak często mówią o gazie jako o paliwie przejściowym i nadal traktują go, jakby był czystszą alternatywą w stosunku do diesli? Czy przyszłością są ciężarówki wodorowe czy elektryczne? Zależnie od tego, komu zadajemy te pytania, możemy usłyszeć bardzo różne odpowiedzi.

Na razie producenci pojazdów nie śpieszą się. Będą realizować przyjęte dla pojazdów ciężkich cele w zakresie redukcji emisji – 15% do 2025 r. i 30% do 2030 r.² Nie są to cele, które dawałyby szanse na odejście od silników spalinowych w ciągu 10 czy 20 lat, ani nawet do 2050 r., o ile znacząco nie zwiększymy tempa redukcji. Na 2022 r. zaplanowana jest rewizja norm i zaostrzenie wymogów oraz objęcie nimi kolejnych typów pojazdów, ale potrzebne jest też przyjęcie odrębnego obowiązku określonego udziału pojazdów zeroemisyjnych w sprzedawanej flocie. Dodatkowo do wymiany floty pojazdów mogą zachęcać przewoźników zmiany w opłatach drogowych. Zobaczymy, czy tak się stanie.

Co z tym gazem?

Nie ulega wątpliwości, że ciężarówki zasilane gazem kopalnym warunku zeroemisyjności nie spełniają. Nowe niezależne testy wskazują, że ciężarówki napędzane skroplonym gazem ziemnym (LNG) nie są lepsze dla klimatu niż konwencjonalne ciężarówki z silnikiem Diesla oraz, że zanieczyszczają powietrze znacznie bardziej niż twierdzą ich producenci³. Badania pokazują też, że stosowanie gazu ziemnego w pojazdach jest równie szkodliwe dla klimatu, jak stosowanie benzyny lub oleju napędowego. Biorąc pod uwagę skutki wycieków metanu (których skala nadal nie jest dokładnie monitorowana, ale szacunki wskazują, że są one wysokie) zastosowanie gazu kopalnego może nawet zwiększyć emisje gazów cieplarnianych z samochodów (do 6%). Nawet przy optymalnych warunkach zmniejszy je o maksymalnie 7%⁴. Dodajmy do tego fakt potwierdzenia w opublikowanym niedawno raporcie IPCC, że metan ma znacznie większy wpływ na ocieplenie klimatu niż CO₂ w ciągu 20 lat po jego uwolnieniu, dlatego szybkie ograniczenie emisji metanu jest kluczowe dla uniknięcia katastrofalnego wzrostu temperatury⁵.

Nie możemy traktować wykorzystania gazu kopalnego jako rozwiązania na jakiś pośredni etap transportowej transformacji, ponieważ inwestowanie w gazową flotę i infrastrukturę tylko pochłonie niepotrzebnie środki, które moglibyśmy od razu przeznaczyć na wdrażanie rozwiązań bezemisyjnych. Komisja Europejska nadal dopuszcza stosowanie gazu jako paliwa przejściowego, ale jest już ewidentnie niechętna wspieraniu inwestycji w tym obszarze. Kierunek zmian jest wyraźnie określony.

Szczególnie niepokojące w tym kontekście jest podejście krajowych i samorządowych decydentów do sięgania po gaz w innym obszarze transportu ciężkiego. Autobusy miejskie to najszybciej rozwijający się segment pojazdów CNG (ang. compressed natural gas, czyli na sprężony gaz ziemny) w Polsce. Tylko w 2019 r. polskie gminy zarejestrowały 182 autobusy CNG i tylko 51 autobusów elektrycznych. W styczniu 2020 r. miasto Warszawa zamówiło 160 autobusów CNG i LNG. Autobusy te były kupowane z nadzieją na poprawę jakości powietrza i oznakowane są jako ekologiczne, chociaż, jak pokazują badania, one również emitują niebezpieczne dla zdrowia zanieczyszczenia⁶. Te inwestycje utrwalają zależność samorządów od paliwa kopalnego, od którego już wkrótce będą musiały odchodzić.

Jaka może być rola wodoru w transporcie?

Czy silniki spalinowe zostaną zastąpione przez ogniwa wodorowe? Na wstępie warto zaznaczyć, że wodór jest nośnikiem energii, przy produkcji którego zużywamy energię. Także na końcowym etapie, przetwarzania wodoru na energię powstają straty. Cały proces jest znacznie mniej efektywny energetycznie niż bezpośrednie wykorzystanie energii elektrycznej. Duży udział pojazdów o napędzie wodorowym znacznie zwiększa zapotrzebowanie na energię, a skoro dążymy do zeroemisyjności ta energia musi pochodzić z odnawialnych źródeł. Badania z ubiegłego roku pokazują, że gdyby wszystkie ciężarówki powyżej 16 ton były zasilane akumulatorowo, zapotrzebowanie na energię elektryczną ze źródeł odnawialnych w 2050 r. wyniosłoby 347 TWh. Natomiast zastosowanie ogniw paliwowych do zasilania tylko połowy tych ciężarówek zwiększyłoby zapotrzebowanie na energię z OZE aż do 506 TWh, czyli o 37%⁷.

Wodór stanowi mniej niż 2% obecnego zużycia energii w Europie i jest głównie wykorzystywany do produkcji wyrobów chemicznych, takich jak tworzywa sztuczne i nawozy. 96% tej produkcji wodoru jest wytwarzane przy użyciu gazu ziemnego, co powoduje emisję znacznych ilości CO₂. Polska plasuje się obecnie na 3 pozycji wśród europejskich producentów wodoru, tuż za Niemcami i Holandią, jednakże udział wodoru produkowanego w procesie elektrolizy wody jest znikomy i jeszcze długo taki pozostanie.

W porozumieniu sektorowym na rzecz rozwoju gospodarki wodorowej w Polsce zawartym 14 października 2021 r. pomiędzy przedstawicielami administracji publicznej, środowisk przedsiębiorców i otoczenia biznesu oraz nauki⁸ zapisano wyraźnie, że „Wsparcie rozwoju i upowszechnianie metod produkcji wodoru z odnawialnych źródeł energii nie będzie jednoznaczne z wycofaniem z obrotu wodoru produkowanego ze źródeł konwencjonalnych, dzięki wykorzystaniu technologii znacząco ograniczających emisyjność gazów cieplarnianych”. Tak też wygląda wizja rozwoju gospodarki wodorowej polskiego rządu. W czasie konsultacji Strategii Wodorowej dla Polski można było się przekonać, że znaczną jej część stanowi dążenie do przedłużenia wykorzystywania paliw kopalnych, w tym szczególnie gazu kopalnego. Planowane inwestycje w instalacje oraz infrastrukturę gazową, pod pretekstem rozwijania gospodarki wodorowej pochłoną znaczne środki, które można by przeznaczyć np. na rozwój OZE.

Miejsce na zielony wodór w transporcie się znajdzie, ale nie w takiej skali i nie tam, gdzie rząd jego udział przewiduje. W miejskim transporcie publicznym przy zapewnieniu odpowiedniego wsparcia możliwe jest zastąpienie wszystkich autobusów z silnikami spalinowymi pojazdami elektrycznymi bateryjnymi. Nawet przy wysokim poziomie wsparcia finansowego inwestowanie we flotę autobusów zasilanych wodorem oraz infrastrukturę do tankowania, będzie dla samorządu bardziej wymagające finansowo niż inwestycja we flotę elektryczną tej samej wielkości. Jednoczesne inwestowanie w obydwu kierunkach będzie jeszcze trudniejsze. Kompromis, którego celem będzie, by jakaś część autobusów była wodorowa, a pozostałe to diesle lub pojazdy gazowe, będzie tańsza, ale mniej korzystna ze względu na mniejszą skuteczność w ograniczaniu emisji gazów cieplarnianych i innych zanieczyszczeń powietrza.

Możliwe, że pojawi się zapotrzebowanie na autokary zasilane wodorem w niewielkiej części transportu międzymiastowego i międzynarodowego, na najdłuższe trasy ze względu na ograniczenia baterii pojazdów elektrycznych. Jakość i pojemność baterii cały czas się jednak poprawia, wiec to zapotrzebowanie może zniknąć zanim zdążymy wymienić pozostałą część floty autobusowej i autokarowej ze spalinowych na elektryki.

W odniesieniu do drogowego transportu ciężkiego i długodystansowego, plany wykorzystania wodoru opierają się na założeniu, że konieczne jest pokonywanie ciężarówkami dużych odległości bez postojów, a więc bez konieczności tankowania. To założenie jest błędne. Samochody ciężarowe nie potrzebują zasięgu tysięcy kilometrów, aby wykonywać swoją pracę. Blisko 80% przewozów drogowych w Europie odbywa się na trasach poniżej 800 km⁹. Tymczasem zasięgi pojazdów dostępnych na rynku rosną. Są już dostępne modele o zasięgu około 300 km, a zasięgi do 500 i 800 km są w planach producentów tych pojazdów.

Ładowanie w długich trasach może być połączone z zapewnieniem kierowcom czasu na wypoczynek na dostosowanych do tych potrzeb parkingach. Doładowanie w trakcie jazdy mogą zapewniać strategicznie rozmieszczone na kluczowych odcinkach autostrad fragmenty sieci trakcyjnej. E-autostrady są już testowane w Niemczech i Szwecji, a rozwiązania technologiczne – modele ciężarówek z pantografami podobnymi do tych w trolejbusach i niektórych modelach miejskich autobusów – są dostępne. Niezbędne są jednak przede wszystkim inwestycje w stacje do ładowania dla pojazdów ciężkich zasilane OZE w centrach logistycznych w głównych węzłach przeładunkowych oraz na parkingach wzdłuż głównych tras transportu towarów (przebieg tych tras jest znany).

Możliwe, że już w tym dziesięcioleciu przekonamy się, że jednoczesne inwestowanie w infrastrukturę i flotę ciężarową wodorową i elektryczną spowolniło proces przechodzenia na zeroemisyjność. Z drugiej strony część ekspertów jest ostrożniejsza i ocenia, że w rozwoju elektromobilności też pojawią się przeszkody, np. związane z dostępnością kluczowych surowców do baterii (szczególnie jeśli nie rozwiniemy szybko ich recyklingu), a wtedy będziemy bardziej chętni do sięgnięcia po wodór. Rachunek energetyczny będzie jednak nadal niekorzystny. Dlatego udział ciężarówek wodorowych w rynku zatrzyma się raczej na poziomie kilku procent.

Kolej na wodór?

Podczas wrześniowych Międzynarodowych Targów Kolejowych w Gdańsku chwaliliśmy się wodorową lokomotywą bydgoskiej Pesy, jedną z pierwszych takich na świecie. Nie oznacza to jednak, że przyszłość kolei jest wodorowa. Poziom elektryfikacji kolei w Polsce sięga nieco ponad 62%. Na pozostałych trasach bezwzględnym priorytetem powinna być elektryfikacja. Dopiero po stwierdzeniu niemożności jej przeprowadzenia warto rozważać inne rozwiązania. Tam, gdzie odcinki bez trakcji są relatywnie krótkie, takim rozwiązaniem będzie raczej zastosowanie pojazdów elektrycznych z zainstalowanymi akumulatorami, które większość trasy mogą pokonywać dzięki energii pobieranej z sieci trakcyjnej. Napęd wodorowy będzie miał zastosowanie tylko na długich niezelektryfikowanych odcinkach (ponad 100 km), gdzie elektryfikacja jest z jakiś względów niemożliwa. Jego udział będzie więc w przyszłości raczej marginalny.

Na lądzie, na wodzie i w powietrzu

Znacznie większy niż w transporcie drogowym czy kolejowym jest potencjał zastosowania wodoru w transporcie morskim, gdzie faktycznie w ocenie specjalistów bezpośrednie zastosowanie napędu bateryjnego jest jak na razie zbyt trudne. Dlatego dla transportu morskiego warto skoncentrować się na rozwoju technologii napędu statków wykorzystujących „zielony” wodór i amoniak, czyli produkowane z wykorzystaniem energii odnawialnej. Co prawda w tym obszarze też jesteśmy na samym początku drogi, ale są już projekty służące badaniu potencjału takich rozwiązań¹⁰. Jest sporo niewiadomych – możliwe, że rozwinięte zostaną inne rozwiązania, np. oparte na wykorzystaniu paliw syntetycznych. Jak w innych branżach, można się też spodziewać szukania rozwiązań „pośrednich” – zastosowania napędów na biopaliwa, biogaz lub gaz LNG, ale żadne z tych rozwiązań nie jest naprawdę bezemisyjne i w dojściu do neutralności klimatycznej nie pomoże.

Możliwe jest też zastosowanie wodoru w lotnictwie, gdzie poza najmniejszymi samolotami wykorzystywanymi w lotnictwie rekreacyjnym także trudno obecnie mówić o możliwościach wykorzystania napędu bateryjnego. Technologie wodorowe w tym sektorze też są na wczesnym etapie rozwoju, ale wsparcie badań i projektów pilotażowych jest wskazane. Modele samolotów wodorowych są już obecnie testowane, a producenci samolotów zapowiadają wprowadzenie ich na rynek.

Oczywiście, jak w przypadku samochodów osobowych i ciężarowych, w lotnictwie niezbędne jest też ograniczenie zapotrzebowania. Szczególnie na trasach krajowych i wewnątrz Unii Europejskiej celem powinno być przeniesienie ruchu, osobowego w całości i znacznej części towarowego, z samolotów na pociągi.

Potencjalnym rozwiązaniem dla lotnictwa, żeglugi i długodystansowego drogowego transportu towarów są też paliwa syntetyczne, tzw. e-paliwa – w ich produkcji wodór może być wykorzystany jako surowiec do wytworzenia substancji podobnej do ropy naftowej, która stanowi bazę dla „syntetycznego” oleju napędowego, jednak jest to rozwiązanie jeszcze bardziej kosztowne finansowo i energetycznie od samego wodoru. Szanse na jego wykorzystanie w większej skali, szczególnie w transporcie drogowym, są bardzo niskie.

Nie należy zakładać, że uda się rozwijać wszystkie typy napędu we wszystkich środkach transportu. Używając analogii transportowej, próba ruszenia jednocześnie we wszystkich kierunkach gwarantuje, że nie ruszymy z miejsca wcale lub ruszymy zbyt wolno i nie dotrzemy do celu na czas. Rozproszenie uwagi i środków ogranicza szanse na sukces w którymkolwiek obszarze. Testowanie różnych rozwiązań, działania w zakresie badań i rozwoju, projekty pilotażowe, są potrzebne, bowiem warto ocenić potencjał różnych technologii i poznać granice naszych możliwości. Jednak teraz docieramy do etapu, w którym czas na wybór najkorzystniejszych opcji. Dla całości transportu lądowego podstawą będzie elektromobilność. Wodór może stanowić niewielkie uzupełnienie. Większą rolę może pełnić w żegludze i lotnictwie.

Urszula Stefanowicz

Urszula Stefanowicz – koordynatorka projektów dotyczących polityki klimatycznej oraz rozwoju gospodarki niskoemisyjnej, przede wszystkim w obszarach transportu i energetyki. Wieloletnia członkini Okręgu Mazowieckiego Polskiego Klubu Ekologicznego, gdzie od 2008 r. prowadzi działania rzecznicze w ramach Koalicji Klimatycznej, porozumienia 27 organizacji działających na rzecz ochrony klimatu w Polsce. Obserwatorka międzynarodowych negocjacji, uczestniczyła w 8 szczytach klimatycznych ONZ.