Czy wodór to bezpieczne paliwo?

Pomysł wykorzystania wodoru jako paliwa budzi często obawy związane z możliwością pożaru lub wybuchu. Nie są one pozbawione podstaw, jednak mocno przesadzone. W rzeczywistości wodór jest bowiem dużo bezpieczniejszy, niż powszechnie stosowany gaz LPG, a nawet benzyna.

Zobacz też: Jak wyprodukować wodór do samochodu?

Wodór jako gaz jest bezpieczniejszy od benzyny, czy LPG?

Paliwo ciekłe, takie jak benzyna lub olej napędowy, w razie uszkodzenia zbiornika rozlewa się tworząc kałużę. Jeśli dojdzie do zapłonu, pożar obejmuje wówczas znaczną powierzchnię, powodując duże zniszczenia i poważne zagrożenie dla zdrowia i życia ludzi. Podobnie jest w przypadku gazu LPG, który będąc cięższym od powietrza, rozpływa się niewidzialną warstwą po podłożu. Ewentualna eksplozja i pożar mają wówczas bardzo duży zasięg.

Zupełnie inaczej zachowuje się wodór. Jako gaz ponad 14-krotnie lżejszy od powietrza, uwolniony ze zbiornika natychmiast ulatuje w górę, co wyklucza możliwość gromadzenia się łatwopalnej czy wybuchowej mieszanki z powietrzem w pobliżu ziemi. W przypadku zapłonu wodoru ulatniającego się ze zbiornika, płomień ma postać wąskiej, wysokiej kolumny, nie rozprzestrzeniającej się na boki.

Zagrożenie związane z pożarami węglowodorów, takich jak LPG, benzyna czy olej napędowy polega również na tym, że podczas pożaru nie spalają się one całkowicie – powstaje wówczas śmiertelnie trujący tlenek węgla i sadza, której rozżarzone cząsteczki nadają płomieniom żółtoczerwony kolor. Cząsteczki te emitują ogromne ilości promieniowania cieplnego, które może powodować oparzenia i dalsze rozprzestrzenianie się pożaru.

Zjawiska te nie występują podczas spalania wodoru. Produktem jego spalania jest czysta para wodna, a błękitny płomień emituje bardzo mało promieniowania cieplnego – nie stwarza ono zagrożenia już w odległości około metra od słupa płonącego wodoru.

Zobacz też: Alternatywne źródła napędu: co będzie paliwem przyszłości?

Czy wodór to bezpieczne paliwo? Co w razie wycieku?

Zagrożenia związane z wyciekiem i pożarem paliwa w samochodzie z napędem wodorowym i benzynowym znakomicie ilustruje eksperyment przeprowadzony przez dr. Michaela Swaina z Uniwersytetu w Miami. Wykorzystano w nim dwa pojazdy tego samego typu, jeden wyposażony w instalację wodorową, a drugi w konwencjonalny silnik benzynowy. W pierwszym spowodowano wyciek wodoru na zaworze bezpieczeństwa zbiornika, w drugim przebito przewód paliwowy biegnący pod nadwoziem. Wodór z pierwszego samochodu wypalił się w ciągu ok. 1,5 minuty ponad tylną częścią pojazdu, nie powodując żadnych zniszczeń (temperatura na powierzchni tylnej szyby sięgnęła 47 stopni Celsjusza, tylnej półki – 19), samochód z silnikiem benzynowym spłonął całkowicie (płomienie objęły wnętrze kabiny po 2 minutach i 20 sekundach).

Jak magazynować wodór w samochodzie?

Choć, jak wynika z powyższego, wodór jest bezpiecznym paliwem, jego zastosowaniu do napędu samochodów towarzyszy szereg dodatkowych zabezpieczeń. Przykładem mogą być rozwiązania zastosowane w Toyocie Mirai, pierwszym masowo produkowanym samochodzie elektrycznym zasilanym wodorowymi ogniwami paliwowymi.

Wodór w Toyocie Mirai jest przechowywany w dwóch wysokociśnieniowych zbiornikach o specjalnej, trójwarstwowej konstrukcji. Wewnętrzna warstwa z tworzywa sztucznego gwarantuje doskonałą szczelność, uniemożliwiając dyfuzję maleńkich cząsteczek wodoru przez ścianki zbiornika. Kolejna warstwa wykonana jest ze stosowanego w technice lotniczej i kosmicznej niezwykle mocnego kompozytu zbrojonego włóknem węglowym i zapewnia wytrzymałość na ciśnienie wielokrotnie większe od panującego wewnątrz zbiornika roboczego ciśnienia 700 barów. Warstwę zewnętrzną tworzy kompozyt zbrojony włóknem szklanym, który zabezpiecza zbiornik przed uszkodzeniami mechanicznymi. Wytrzymałość zbiorników zweryfikowano w szeregu testów, do których należały nie tylko próby zderzeniowe, ale i ostrzał z broni palnej. Przebicie ścianki zbiornika nastąpiło dopiero po dwukrotnym trafieniu pociskiem wielkokalibrowym w to samo miejsce.

Zobacz też: Prawo Jazdy 2016 r. - wszystkie zmiany

Zbiorniki wyposażone są w zawory bezpieczeństwa, uwalniające wodór w kontrolowany sposób w razie wzrostu ciśnienia zagrażającego eksplozją. Ponadto umieszczone są poza wnętrzem samochodu, dzięki czemu w razie rozszczelnienia instalacji wodór bezpiecznie rozprasza się na zewnątrz, natychmiast ulatując ku górze, co zapobiega powstaniu wybuchowej mieszanki z powietrzem.

Proces produkcji zbiorników i kontroli ich jakości uzyskał certyfikat Ministerstwa Gospodarki, Handlu i Przemysłu Japonii (METI), potwierdzający m.in. spełnienie 194 rygorystycznych kryteriów KHKS0102.

Szczelność całej instalacji wodorowej Toyoty Mirai jest nieustannie monitorowana przez czujniki. W przypadku wykrycia nieszczelności instalacje samochodu są natychmiast wyłączane, a pozbawiony zasilania elektromagnetyczny zawór zbiornika samoczynnie odcina dopływ wodoru. To samo dzieje się w przypadku zderzenia.

Zobacz też: Samochody na ogniwa paliwowe niedługo staną się powszechne

Tankowanie samochodu na wodór

Elektroniczne zabezpieczenia kontrolują również zautomatyzowany proces tankowania. Otwarcie dopływu wodoru z dystrybutora następuje dopiero po sprawdzeniu poprawności połączenia pistoletu dystrybutora z wlotem zbiornika. Rozpoczęcie tankowania jest niemożliwe bez wyłączenia napędu samochodu i ustawienia dźwigni biegów w pozycji P. Tankowanie odbywa się pod kontrolą komputera samochodu i dystrybutora, które komunikują się ze sobą przez bezprzewodowy interfejs działający w podczerwieni. Dzięki temu niemożliwe jest np. przepełnienie zbiornika i przekroczenie dopuszczalnego ciśnienia wodoru. Automatyzacja procesu tankowania eliminuje możliwość wystąpienia błędów popełnianych przez człowieka – dlatego tankowania może dokonywać sam użytkownik, bez udziału pracownika stacji paliw.

Wszystko to sprawia, że wodór wykorzystywany do napędzania pojazdów nie tylko nie zagraża bezpieczeństwu pasażerów i otoczenia, a jest nawet bezpieczniejszy od paliw konwencjonalnych, takich jak benzyna, olej napędowy czy gaz LPG.

Źródło: Materiały prasowe Toyota