Niskoemisyjny wodór dla transportu — przegląd technologii od produkcji wodoru po jego wykorzystanie do napędzania pojazdów / Arkadiusz Małek

1. Wprowadzenie

Trwają obecnie intensywne badania nad produkcją niskoemisyjnego wodoru z odnawialnych źródeł energii, których celem jest uczynienie tych technologii bardziej konkurencyjnymi w porównaniu z tradycyjnymi technologiami wykorzystującymi paliwa kopalne [ 1 ]. Tani i łatwo dostępny wodór będzie miał wszystkie niezbędne cechy, aby przyczynić się do dekarbonizacji różnych sektorów gospodarki [ 2 ]. Jednym z takich dużych sektorów jest transport [ 3 ]. Wodór, jako paliwo dla ogniw paliwowych wodorowych i silników spalinowych, ma potencjalne zastosowania we wszystkich rodzajach transportu: drogowym, kolejowym, morskim i lotniczym [ 4 ]. W sektorach pozadrogowych dojrzałość technologiczna zastosowań wodoru jest znacznie zróżnicowana. W lotnictwie wykorzystanie wodoru jest obecnie na etapie eksperymentalnym, a kilka samolotów demonstracyjnych — napędzanych ogniwami paliwowymi lub zmodyfikowanymi turbinami gazowymi — ukończyło krótkie loty testowe. Kluczowe wąskie gardła obejmują niską gęstość objętościową energii wodoru, która wymaga dużych i lekkich zbiorników kriogenicznych, a także brak norm dotyczących tankowania na lotniskach. W sektorze morskim wodór i jego pochodne (takie jak amoniak) są testowane w projektach pilotażowych dla promów i małych statków towarowych, ale wdrożenie na dużą skalę jest ograniczone przez wymagania dotyczące przestrzeni magazynowej, brak obiektów bunkrowania o dużej pojemności oraz potrzebę przepisów bezpieczeństwa dostosowanych do obsługi wodoru w portach. W transporcie kolejowym pociągi napędzane ogniwami paliwowymi wodorowymi osiągnęły już ograniczoną eksploatację komercyjną w kilku krajach, chociaż szersze wdrożenie jest ograniczone przez infrastrukturę tankowania i logistykę dostaw paliwa. Przełomowe kierunki w tych trybach obejmują postęp w projektowaniu zbiorników kriogenicznych, ulepszone systemy transferu ciekłego wodoru, koncepcje hybrydowego napędu wodorowo-elektrycznego oraz opracowanie znormalizowanych globalnych protokołów tankowania. Wszystkie rodzaje transportu wymagają dużych ilości paliwa do ich zasilania. Tradycyjne paliwa produkowane w procesie rafinacji ropy naftowej, dostępne na każdej stacji benzynowej w postaci benzyny i oleju napędowego, były wykorzystywane jako paliwa do tej pory [ 5 ].

Energię ze źródeł odnawialnych można jednak wykorzystać również na inne sposoby [ 6 ]. Zarówno dedykowane moce wytwórcze, jak i nadwyżki z miksów fotowoltaicznych i wiatrowych mogą być wykorzystywane do produkcji wodoru, paliwa zrównoważonego [ 7 ]. Wodór jako medium magazynujące może być wykorzystywany do długotrwałego magazynowania energii. Czas magazynowania może wynosić od kilku dni do nawet kilku miesięcy. Warto zauważyć, że na rynku dostępne są już rozwiązania umożliwiające łatwy transport sprężonego wodoru [ 8 ].

W przypadku wielu technologii zmniejszenie rozmiaru zbiorników i samych ogniw paliwowych wodorowych wymaga lat badań i rozwoju [ 9 ]. Dlatego najlepszym sposobem na rozwój technologii pojazdów napędzanych wodorem jest rozpoczęcie od autobusów [ 10 ]. Na pokładzie autobusów miejskich, zwłaszcza autobusów, znajduje się dużo miejsca na wszystkie elementy systemów zasilania i napędu. Wodór jest zazwyczaj magazynowany na pokładzie autobusów w zbiornikach wysokociśnieniowych [ 11 ]. Ze względu na niską masę samych kompozytowych zbiorników wodoru i masę samego wodoru, są one zazwyczaj montowane na dachu autobusu [ 12 ]. Przy ciśnieniu 350 barów zbiorniki mogą pomieścić do 40 kg wodoru, co daje 12-metrowemu autobusowi miejskiemu lub międzymiastowemu zasięg ponad 400 km [ 13 ]. Podany zasięg jazdy odnosi się do pomiarów przeprowadzonych zgodnie z Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure (WLTP) dla średniej wielkości pojazdu elektrycznego z ogniwami paliwowymi o masie własnej 1900 kg, przewożącego dwóch pasażerów (łącznie 150 kg) i 6,0 kg użytecznego wodoru zmagazynowanego pod ciśnieniem 350 barów. Temperaturę otoczenia podczas testu utrzymywano na poziomie 23 ± 2 °C, przy wyłączonej klimatyzacji. W tych warunkach zmierzone zużycie wodoru wyniosło około 1,45 kg H2 _/ 100 km, co daje nominalny zasięg 400 km. Należy zauważyć, że zasięg jest wrażliwy na czynniki środowiskowe i operacyjne: według danych JRC spadek temperatury do −10 °C może zwiększyć zużycie wodoru o 15–25% ze względu na wyższe obciążenia pomocnicze i zmniejszoną wydajność ogniwa paliwowego, podczas gdy dłuższa jazda autostradą z prędkością 110 km/h może zwiększyć zużycie o 10–15% w porównaniu z cyklem WLTP. Dane te są zgodne z metodologią SAE J2572 [ 14 ] dotyczącą oceny zasięgu pojazdów napędzanych wodorem.

Istotną zaletą autobusów miejskich napędzanych wodorem jest ich masa. Autobus zasilany wyłącznie energią elektryczną zgromadzoną w bateriach trakcyjnych będzie miał bardzo wysoką masę własną i będzie mógł przewieźć znacznie mniej pasażerów niż jego konkurent napędzany wodorem [ 15 ]. Kolejną zaletą przemawiającą za napędem wodorowym jest bardzo krótki czas tankowania wodoru w porównaniu z ładowaniem baterii trakcyjnych o pojemności 300 kWh lub większej [ 16 ]. Sprężony do ciśnienia 350 barów wodór jest następnie rozprężany w reduktorze ciśnienia do kilku barów i zasila system ogniw paliwowych wodorowych. Są to urządzenia chemiczne, które przekształcają energię chemiczną wodoru w energię elektryczną i ciepło. Obecnie zazwyczaj stosuje się ogniwa paliwowe z membraną do wymiany protonów (PEMFC) [ 17 ]. Pracują one w temperaturach 65–85 °C. Charakteryzują się również stosunkowo szybkim czasem rozruchu i rozpoczęciem pracy z mocą znamionową. Ich elastyczność operacyjna pozwala im pracować ze zmienną mocą, od mocy jałowej do mocy maksymalnej. Ogniwa paliwowe wodorowe zazwyczaj działają w systemach hybrydowych lub jako urządzenia zwiększające zasięg, co pozwala na zmniejszenie dynamiki obciążenia i wydłużenie czasu pracy. Nowoczesne autobusy wodorowe zazwyczaj wykorzystują połączenie ogniw paliwowych wodorowych o mocy wyjściowej od 50 do 100 kW i akumulatorów trakcyjnych o pojemności energetycznej od 30 do 70 kWh [ 18 ]. Te ostatnie są zazwyczaj typu plug-in, co umożliwia ładowanie z zewnętrznych źródeł energii.

Niskoemisyjny wodór — szczególnie zielony wodór wytwarzany z odnawialnych źródeł energii — wyłonił się w ostatnich latach jako centralny element globalnej transformacji energetycznej [ 19 ]. W niniejszym artykule „niskoemisyjny wodór” odnosi się do wodoru wytwarzanego z pełnym cyklem emisji gazów cieplarnianych (GHG) nieprzekraczającym 3,4 kg CO ₂ -eq na kilogram H ₂ , zgodnie z progami sugerowanymi przez Międzynarodową Agencję Energetyczną (IEA) dla ścieżek zgodnych ze scenariuszami zerowej emisji netto do 2050 r. [ 20 ]. Zielony wodór (zielony H ₂ ) definiuje się jako wodór wytwarzany za pomocą elektrolizy wody zasilanej w całości odnawialnymi źródłami energii, z typowymi emisjami w cyklu życia w zakresie 0,1–1,0 kg CO ₂ -eq/kg H ₂ , w zależności od intensywności emisji dwutlenku węgla w miksie energetycznym. Niebieski wodór (niebieski H ₂ ) jest produkowany z gazu ziemnego poprzez parowe reformowanie metanu (SMR) lub autotermiczne reformowanie (ATR) w połączeniu z wychwytywaniem i składowaniem dwutlenku węgla (CCS), co zwykle pozwala osiągnąć emisję w całym cyklu życia na poziomie od 1,5 do 3,0 kg CO ₂ -eq/kg H ₂ , jeśli współczynnik wychwytywania CO ₂ przekracza 90%. Dla porównania, szary wodór (produkowany z paliw kopalnych bez CCS) ma średnią intensywność emisji dwutlenku węgla na poziomie 9–12 kg CO ₂ -eq/kg H ₂ . Wartości te obejmują emisje w górnym biegu rzeki, emisje procesowe i emisje CO ₂ w dolnym biegu rzeki , zapewniając pełną ocenę od kołyski do grobu zgodnie z metodologią IPCC [ 21 ].

Według prognoz Międzynarodowej Agencji Energetycznej i Komisji Europejskiej, jego udział w gospodarce ma systematycznie rosnąć do 2050 r., wspierając przemysłową dekarbonizację w wybranych procesach (np. bezpośrednia redukcja żelaza w produkcji stali przy użyciu wodoru) i służąc jako chemiczny surowiec do produkcji pochodnych, takich jak amoniak, który sam w sobie funkcjonuje jako uznany nośnik wodoru [ 22 ]. W przemyśle cementowym, gdzie wymagane są bardzo wysokie temperatury procesu, wodór mógłby potencjalnie być stosowany jako paliwo uzupełniające, chociaż znaczne postępy w wychwytywaniu i składowaniu dwutlenku węgla (CCS) będą niezbędne do osiągnięcia głębokiej dekarbonizacji. Należy również zauważyć, że produkcja wodoru na dużą skalę dla przemysłu ciężkiego wiąże się ze znacznym zapotrzebowaniem na energię zarówno do wytwarzania, jak i sprężania. Biorąc pod uwagę te ograniczenia, najbardziej zaawansowanym i najbliższym zastosowaniem na dużą skalę wodoru niskoemisyjnego pozostaje sektor transportu, zwłaszcza w trybach, w których bezpośrednia elektryfikacja jest technicznie trudna lub ekonomicznie nieefektywna [ 23 ].

Z perspektywy przemysłowej wodór może zastąpić paliwa kopalne w procesach o wysokiej emisji, takich jak produkcja stali, cementu i amoniaku. Według prognoz wielu instytucji, w tym Międzynarodowej Agencji Energetycznej, wodór mógłby pokryć do 12–24% światowego zapotrzebowania na energię do 2050 r. [ 24 ]. Wymaga to szybkiej rozbudowy infrastruktury do jego produkcji, magazynowania i dystrybucji, co jest już przedmiotem licznych programów rządowych i inicjatyw prywatnych, szczególnie w Europie i Azji [ 25 ]. W szczególności zapewnienie niskich kosztów produkcji dzięki postępowi technologicznemu w elektrolizerach i spadkowi kosztów energii odnawialnej będzie miało kluczowe znaczenie [ 26 ].

Sektor transportu będzie jednym z kluczowych beneficjentów niskoemisyjnego wodoru, zwłaszcza w obszarach, gdzie ograniczenia techniczne i logistyczne utrudniają stosowanie akumulatorów elektrycznych [ 27 ]. Dotyczy to przede wszystkim transportu ciężkiego i dalekobieżnego, lotnictwa, żeglugi morskiej i transportu kolejowego na trasach niezelektryfikowanych [ 28 ]. Dzięki wysokiej gęstości energetycznej wodór umożliwia pokonywanie dużych odległości bez konieczności długich okresów ładowania, co jest szczególnie atrakcyjne dla flot pojazdów użytkowych. Kraje takie jak Niemcy, Japonia i Chiny wdrażają już projekty pilotażowe wykorzystujące wodór w transporcie publicznym i ciężarówkach. Do 2050 roku oczekuje się powszechnej sieci stacji tankowania wodoru i standaryzacji technologii ogniw paliwowych [ 29 ].

Warto zauważyć, że rozwój gospodarki wodorowej nie będzie możliwy bez odpowiednich ram regulacyjnych, mechanizmów wsparcia inwestycji i współpracy międzynarodowej [ 30 ]. Do 2040 roku spodziewany jest znaczny spadek kosztów produkcji zielonego wodoru, co uczyni go konkurencyjnym wobec paliw kopalnych i tzw. zielonego wodoru. Drugą ważną technologią jest produkcja niebieskiego wodoru, który odnosi się do wodoru uzyskiwanego z gazu ziemnego za pomocą procesów takich jak reforming parowy metanu (SMR) lub reforming autotermiczny (ATR), w połączeniu z wychwytywaniem i składowaniem dwutlenku węgla (CCS) w celu znacznego zmniejszenia emisji CO2 _. Chociaż takie podejście może osiągnąć znacznie niższy ślad węglowy niż konwencjonalna produkcja „szarego” wodoru, nadal opiera się na paliwach kopalnych i wiąże się z ryzykiem wycieku metanu, który ma wysoki potencjał globalnego ocieplenia. Zaletą niebieskiego wodoru jest możliwość wykorzystania istniejącej infrastruktury gazu ziemnego, co ułatwia szybsze zwiększenie skali produkcji. Jednak jego korzyści dla środowiska zależą w dużym stopniu od efektywności wychwytywania i długoterminowego bezpieczeństwa składowania CO2 _, a także od minimalizacji emisji metanu w górnym biegu rzeki. Docelowo, w połowie XXI wieku, wodór niskoemisyjny ma potencjał, aby stać się filarem gospodarki neutralnej dla klimatu i kluczowym źródłem energii dla transportu, wspierając cele Porozumienia paryskiego i strategii Unii Europejskiej na rzecz neutralności klimatycznej [ 31 ].

Celem niniejszego artykułu jest przegląd technologii w dziedzinie wodoru niskoemisyjnego. We wstępie przeanalizowano literaturę, akty prawne i dokumenty strategiczne związane z Europejskim Zielonym Ładem. Szczególną uwagę zwrócono na rolę, jaką wodór ma odegrać w kontekście jego wykorzystania w transporcie. Rozdział 2 przedstawia zastosowaną metodologię i narzędzia badawcze. Rozdział 3 koncentruje się na projektowaniu nowych mocy wytwórczych z odnawialnych źródeł energii do produkcji zielonego wodoru. Dokonano przeglądu technologii zarówno w nowoczesnych systemach fotowoltaicznych, jak i turbinach wiatrowych. Następnie przedstawiono przegląd różnych technologii wytwarzania wodoru kompatybilnych z energią z miksu fotowoltaiczno-wiatrowego. Rozdział 4 zawiera ważne informacje na temat sprężania, transportu i tankowania pojazdów wodorowych. Rozdział 5 przedstawia możliwości wykorzystania paliwa wodorowego do zasilania pojazdów z ogniwami paliwowymi i silników spalinowych. Rozdział 6 zawiera podsumowanie i wnioski. Niniejszy artykuł zawiera przegląd technologii i wiedzy naukowej dostępnej na rynku, od wytwarzania wodoru niskoemisyjnego z odnawialnych źródeł energii (OZE) po jego dystrybucję i zasilanie pojazdów wodorowych. Niniejszy artykuł stanowi kompendium wiedzy niezbędnej do transformacji klimatyczno-energetycznej przedsiębiorstw transportowych. Może być on również wykorzystany przez inwestorów i deweloperów odnawialnych źródeł energii, którzy zamierzają produkować wodór do zastosowań w transporcie. Należy zauważyć, że odnosi się to do minimalnej mocy wyjściowej 10 MW lub jej wielokrotności do zasilania elektrolizerów. Wytworzony w ten sposób wodór może zasilać dziesiątki autobusów wodorowych i setki samochodów osobowych. Na podstawie informacji zawartych w niniejszym artykule inżynierowie przemysłowi i naukowcy mogą rozpocząć dobór komponentów i wstępne założenia ekonomiczne dotyczące transformacji klimatyczno-energetycznej przedsiębiorstw transportowych. Sugestie i opinie autora zawarte w artykule mogą być również wykorzystane do rozwoju stacji badawczych i systemów pilotażowych do wytwarzania i wykorzystania niskoemisyjnego wodoru. Takie projekty są często realizowane w parkach naukowo-technologicznych.

2. Metody i narzędzia badawcze

Przygotowując niniejszy artykuł przeglądowy, autor wykorzystał liczne metody i techniki badawcze. Podstawą tego tematu jest praca naukowa autora na temat wykorzystania technologii wodorowych w transporcie oraz planowania i zarządzania inwestycjami w odnawialne źródła energii, w szczególności w wydajne układy fotowoltaiczne i wiatrowe. W trakcie swojej kariery zawodowej autor utrzymuje kontakty z wieloma firmami komercyjnymi i instytutami badawczymi oferującymi usługi i produkty w badanych obszarach. Inną ważną metodą stosowaną przez autora są badania desk research. Metodę tę wykorzystano do zbadania zarówno najnowocześniejszych technologii, jak i najnowszych osiągnięć w bazach danych artykułów naukowych. Autor pozyskał istotne informacje dzięki wizytom na międzynarodowych targach poświęconych technologiom wodorowym i innowacyjnym środkom transportu. Należą do nich Hydrogen Technology Expo 2023 w Bremie, Hyvolution 2024 w Paryżu i Next Mobility 2024 w Mediolanie. Wywiady z przedstawicielami firm technologicznych, którzy często są twórcami oferowanych technologii, dostarczają kluczowych spostrzeżeń. Obejmują one zarówno zalety, jak i wady oferowanych technologii oraz wynikające z nich przewagi konkurencyjne. Jedną z ostatnich, ale kluczowych informacji jest wiedza o faktycznej dostępności rynkowej poszczególnych technologii. Można ją uzyskać jedynie poprzez bliski kontakt z firmą technologiczną na etapie zainteresowania zakupem produktu. Ostatecznym potwierdzeniem dostępności rynkowej jest sfinalizowanie zamówienia na technologię, jej komercyjne wprowadzenie na rynek oraz monitorowanie parametrów w czasie.

3. Produkcja wodoru o niskiej emisji

Oprócz produkcji nawozów i chemikaliów przemysłowych, przemysł transportowy może być największym konsumentem niskoemisyjnego wodoru [ 32 ]. Dotyczy to wyłącznie produkcji paliw syntetycznych z wykorzystaniem niskoemisyjnego wodoru lub czystego niskoemisyjnego wodoru jako paliwa. Ponadto wodór może być wykorzystywany do produkcji i regeneracji wielu płynów technologicznych, takich jak oleje silnikowe. Przykładem jest hydrorafinacja, proces, w którym wodór jest wykorzystywany do usuwania zanieczyszczeń z olejów (np. siarki, azotu, tlenu, metali i wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych) [ 33 ]. Zużyty olej silnikowy zawiera wiele zanieczyszczeń: produkty utleniania, sadzę, metale ciężkie, dodatki uszlachetniające i inne. Hydrorafinacja może być stosowana do ich usuwania, przywracając właściwości bazowego oleju smarowego. Wodór reaguje z nasyconymi i nienasyconymi związkami organicznymi, „oczyszczając” frakcje oleju. Jednak w tym artykule skupimy się na wykorzystaniu czystego, niskoemisyjnego wodoru do bezpośredniego zasilania pojazdów za pomocą wodorowych ogniw paliwowych i silników spalinowych.

Wodór niskoemisyjny odgrywa kluczową rolę w strategiach dekarbonizacji transportu, szczególnie w kontekście zasilania pojazdów wodorowych, takich jak autobusy, ciężarówki, pociągi i samochody osobowe. Jednak aby wodór stał się paliwem przyszłości, musi być produkowany w sposób niskoemisyjny i na dużą skalę [ 34 ]. Obecnie opracowywane są cztery główne technologie, które mają sprostać temu wyzwaniu, różniące się pod względem zaawansowania technologicznego, śladu węglowego i kosztów produkcji.

Pierwszą i najbardziej pożądaną metodą z perspektywy klimatycznej jest elektroliza wody z wykorzystaniem energii odnawialnej — tzw. produkcja zielonego wodoru [ 35 ]. Proces ten polega na rozszczepieniu cząsteczki wody na wodór i tlen za pomocą prądu elektrycznego. Jeśli energia elektryczna pochodzi ze źródeł odnawialnych, takich jak wiatr, energia słoneczna lub hydroelektryczna, produkcja wodoru jest neutralna pod względem emisji dwutlenku węgla. Do wdrożenia tego procesu stosuje się różne rodzaje elektrolizerów, w tym elektrolizery alkaliczne, elektrolizery PEM i wysokotemperaturowe elektrolizery SOEC [ 36 ]. Elektroliza to technologia, która jest coraz bardziej rozwijana, ale nadal jest dość droga — zarówno ze względu na zużycie energii, jak i wymagane inwestycje w infrastrukturę. Jednak wraz ze spadkiem cen energii odnawialnej i zwiększeniem skali produkcji elektrolizerów, zielony wodór może stać się konkurencyjny ekonomicznie [ 37 ].

Drugą ważną technologią jest reforming metanu z wychwytywaniem dwutlenku węgla, znany również jako produkcja niebieskiego wodoru [ 38 ]. W tym procesie wodór jest ekstrahowany z gazu ziemnego za pomocą reformingu parowego lub autotermicznego. Zazwyczaj taka produkcja generuje emisję CO2 ₍ znanego jako szary wodór), ale wykorzystanie technologii CCS (wychwytywanie i składowanie dwutlenku węgla) pozwala na wychwytywanie i bezpieczne składowanie większości emisji. Niebieski wodór ma znacznie mniejszy ślad węglowy niż tradycyjne metody i umożliwia szybkie skalowanie produkcji poprzez wykorzystanie istniejącej infrastruktury przemysłu gazowego [ 39 ]. Jednak ta metoda nadal opiera się na paliwach kopalnych i niesie ze sobą ryzyko emisji metanu, który ma bardzo wysoki potencjał gazów cieplarnianych.

Trzecią rozwijającą się technologią jest piroliza metanu, która wytwarza tzw. turkusowy wodór [ 40 ]. Proces ten zachodzi beztlenowo w wysokich temperaturach i rozkłada metan na wodór i stały węgiel. Zaletą tej metody jest to, że nie wytwarza dwutlenku węgla – emisje mogą być bliskie zeru, jeśli proces jest zasilany odnawialnymi źródłami energii. W przeciwieństwie do CCS, stały węgiel jest łatwiejszy do magazynowania i transportu. Jednak dojrzałość technologiczna jest niska – piroliza jest w fazie pilotażowej i wymaga dalszego rozwoju oraz optymalizacji pod kątem kosztów i wydajności.

Czwartym rozwiązaniem jest wykorzystanie wysokotemperaturowych reaktorów jądrowych (HTGR) do produkcji wodoru [ 41 ]. Mogą one dostarczać zarówno energię elektryczną do elektrolizy, jak i wysoką temperaturę potrzebną do procesów termochemicznego rozszczepiania wody. Technologia ta charakteryzuje się bardzo niską emisją gazów cieplarnianych i wysoką stabilnością energetyczną, ale obecnie znajduje się w fazie badań i rozwoju, co wymaga znacznych nakładów inwestycyjnych i akceptacji społecznej [ 42 ].

Wszystkie te technologie mogą stać się podstawą przyszłego systemu transportu wodoru, pod warunkiem że będą opłacalne, bezpieczne i skalowalne.

3.2. Produkcja zielonego wodoru metodą elektrolizy wody zasilaną odnawialnymi źródłami energii

Najnowsze analizy techniczno-ekonomiczne wskazują, że w obecnych warunkach w Europie uśredniony koszt produkcji zielonego wodoru (LCOH) waha się od około 4–8 EUR/kg, w zależności od cen energii odnawialnej (zwykle 40–80 EUR/MWh), nakładów inwestycyjnych (CAPEX) elektrolizera (700–1200 EUR/kW dla systemów PEM) i godzin pracy [ 37 ]. Według IEA i Hydrogen Council osiągnięcie parytetu kosztów z niebieskim wodorem (~2–3 EUR/kg) będzie wymagało cen energii odnawialnej poniżej 20 EUR/MWh, nakładów inwestycyjnych (CAPEX) elektrolizera poniżej 500 EUR/kW i współczynników wykorzystania mocy powyżej 50% [ 68 ]. Krytyczne punkty zwrotne w konkurencyjności prognozowane są około 2030–2035 r., kiedy to wdrożenie na dużą skalę i efekty skali produkcji mogą obniżyć LCOH zielonego wodoru do 1,5–2,5 EUR/kg w regionach z licznymi, tanimi źródłami energii odnawialnej. Oprócz redukcji nakładów inwestycyjnych, do osiągnięcia tych celów niezbędne będą poprawa wydajności elektrolizera (np. z 50 do 55 kWh/kgH2 _do poniżej 48 kWh/kgH2 _{) oraz obniżenie kosztów wymiany komina.}

Z perspektywy całkowitego kosztu posiadania (TCO) konkurencyjność transportu napędzanego wodorem zależy zarówno od kosztu produkcji wodoru, jak i odpowiadającego mu kosztu na kilometr w porównaniu z olejem napędowym. Według IRENA (2023) [ 69 ] obecny uśredniony koszt produkcji zielonego wodoru waha się od 4,5 do 6,5 USD/kg H2 _na większości rynków, przy czym najlepsze w swojej klasie projekty w regionach o wysokim potencjale odnawialnym osiągają koszty poniżej 4 USD/kg. Zakładając, że średniej wielkości autobus na ogniwa paliwowe zużywa 8,5 kg H2 _/ 100 km, przekłada się to na 0,38–0,55 USD na km, w porównaniu z 0,30–0,40 USD na km dla równoważnego autobusu z silnikiem Diesla Euro VI przy cenie oleju napędowego wynoszącej 1,4 USD/l. Analiza wrażliwości wskazuje, że obniżenie nakładów inwestycyjnych na elektrolizery z 900 USD/kW do 350 USD/kW, zwiększenie rocznych godzin pracy do >4000 oraz zapewnienie energii odnawialnej na poziomie <20 USD/MWh mogłoby obniżyć koszty zielonego wodoru do 1,5–2,0 USD/kg H2 _do 2050 roku, co uczyniłoby koszt za kilometr konkurencyjnym w stosunku do oleju napędowego, nawet bez uwzględnienia opłat za emisję dwutlenku węgla. Osiągnięcie tych poziomów kosztów będzie wymagało oszczędności skali, postępów w produkcji elektrolizerów oraz rozbudowy tanich mocy wytwórczych ze źródeł odnawialnych.

Produkcja wodoru na potrzeby transportu, w szczególności do zastosowań w pojazdach z ogniwami paliwowymi i silnikach spalinowych zasilanych wodorem, wymaga technologii, która nie tylko zapewnia odpowiednią wydajność procesu, ale przede wszystkim wysoką czystość wodoru [ 70 ], niezawodność operacyjną [ 71 ], elastyczność operacyjną i możliwość integracji z odnawialnymi źródłami energii [ 72 ]. Spośród kilku konkurujących typów elektrolizerów elektrolizer PEM (membrana wymiany protonów) wydaje się być najodpowiedniejszą technologią dla tego sektora, co potwierdzają analizy przedstawione w dostępnych publikacjach naukowych [ 73 ].

Wiele technologii produkcji wodoru opiera się na ekstrakcji wodoru z wody. Woda ta musi być odpowiednio przygotowana, zwłaszcza w procesach elektrolizy. Na rysunku 1 przedstawiono komercyjną stację uzdatniania wody do procesów elektrolizy na dużą skalę, zaprezentowaną na targach Hydrogen Technology Expo 2023 w Bremie w Niemczech.

Rysunek 1. Komercyjna stacja uzdatniania wody do procesów elektrolitycznych na dużą skalę, zaprezentowana na targach Hydrogen Technology Expo 2023 w Bremie w Niemczech.

Elektroliza z membraną protonową opiera się na rozdzieleniu wody na wodór i tlen za pomocą specjalnej membrany wymiany protonów [ 74 ]. Kluczową zaletą tego rozwiązania jest możliwość wytwarzania wodoru o bardzo wysokiej czystości, przekraczającej nawet 99,99%, co jest niezbędne do jego wykorzystania w ogniwach paliwowych. W pojazdach wykorzystujących takie ogniwa obecność zanieczyszczeń, takich jak tlenki węgla lub cząsteczki metanu, może prowadzić do szybkiej degradacji i utraty wydajności [ 75 ]. Dlatego zapewnienie odpowiedniej jakości wodoru staje się jednym z podstawowych wymagań technologicznych dla transportu opartego na tym nośniku energii. Elektrolizery PEM umożliwiają spełnienie tych rygorystycznych wymagań jakościowych bez konieczności kosztownych i złożonych etapów oczyszczania [ 76 ].

Kolejną znaczącą zaletą technologii PEM jest jej wysoka gęstość prądu, która przekłada się na możliwość budowy kompaktowych, a jednocześnie wydajnych urządzeń [ 77 ]. Jest to szczególnie ważne w przypadku stacji tankowania wodoru i systemów mobilnych, gdzie przestrzeń i łatwość integracji są kluczowe. W przeciwieństwie do większych i mniej elastycznych systemów alkalicznych, PEM umożliwia projektowanie systemów, które są bardziej dostosowane do ograniczeń przestrzennych nowoczesnej infrastruktury transportowej [ 78 ]. Ponadto elektrolizery PEM charakteryzują się szybkim czasem reakcji na zmiany obciążenia, co czyni je idealnymi do przerywanych odnawialnych źródeł energii, takich jak systemy fotowoltaiczne i turbiny wiatrowe [ 79 ]. W kontekście transformacji energetycznej i dekarbonizacji umożliwienie dynamicznej produkcji wodoru z nadwyżki energii elektrycznej wytwarzanej przez odnawialne źródła energii jest warunkiem wstępnym rozwoju gospodarki wodorowej. Istotne jest również to, że technologia PEM jest już szeroko stosowana w projektach pilotażowych i komercyjnych. Instalacje operacyjne w Europie, Azji i Ameryce Północnej pokazują, że systemy te są skalowalne, bezpieczne i stosunkowo niezawodne [ 78 ]. Ich rozwój wspierają rosnące inwestycje oraz aktywne programy rządowe i międzynarodowe, które wspierają rozwój infrastruktury wodorowej w transporcie publicznym, transporcie ciężkim i sektorze kolejowym [ 80 ].

Stosy elektrolizerów PEM zaprezentowane na targach Hyvolution 2024 i Hydrogen Technology Expo 2023 pokazano na rysunku 2. Pierwszy z nich ( rysunek 2a ) ma ogniwa kwadratowe, drugi zaś ( rysunek 2b ) ma ogniwa cylindryczne.

Rysunek 2. Elektrolizer PEM składa się z: ( a ) ogniw kwadratowych; ( b ) ogniw cylindrycznych.

Oczywiście technologia PEM nie jest pozbawiona wyzwań. Najpoważniejszym z nich pozostaje wysoki koszt materiałów stosowanych w elektrodach, przede wszystkim metali z grupy platynowców, takich jak platyna i iryd [ 81 ]. Materiały te są niezbędne do utrzymania wysokiej wydajności reakcji elektrokatalitycznych, ale ich ograniczona dostępność i wysoka cena znacząco wpływają na ostateczny koszt całego systemu. Niemniej jednak trwają intensywne badania nad zmniejszeniem zawartości tych metali lub częściowym zastąpieniem ich tańszymi alternatywami, co daje nadzieję na dalsze obniżenie kosztów w przyszłości [ 82 ].

Artykuł [ 83 ] wspomniał, że elektrolizery PEM osiągnęły już poziom technologiczny, który pozwala na ponad 60 000 godzin pracy przy akceptowalnej degradacji wydajności. Zauważono w nim również, że dalszy rozwój technologiczny koncentruje się między innymi na poprawie stabilności i trwałości membran i elektrod, w szczególności poprzez zmniejszenie zawartości metali szlachetnych, które mogą przyczyniać się do ich degradacji. Sugeruje to, że typowa żywotność membrany w dobrze zaprojektowanych systemach PEM waha się od około 40 000 godzin (około 4,5 roku ciągłej pracy) do nawet 80 000 godzin (około 9 lat), zanim jej wydajność pogorszy się do tego stopnia, że ​​będzie wymagała wymiany. Dane terenowe i testy przyspieszonego starzenia wskazują, że elektrolizery PEM doświadczają stopniowego spadku wydajności w trakcie swojego okresu eksploatacji. Typowe wskaźniki degradacji wydajności wahają się od 0,5% do 1,5% na 1000 godzin pracy, w zależności od konstrukcji komina, jakości wody i wzorców cykli obciążenia [ 81 , 82 ]. Na przykład po około 10 000 godzin ciągłej pracy powszechne są straty sprawności rzędu 5–10% w stosunku do początkowej wydajności, którym często towarzyszy niewielki wzrost napięcia ogniwa (np. +50–150 mV). W instalacjach komercyjnych operatorzy często planują modernizację stosu w połowie okresu eksploatacji lub częściową wymianę membrany po 20 000–30 000 godzinach w celu przywrócenia sprawności i wydłużenia okresu eksploatacji. Taka dynamika degradacji bezpośrednio wpływa na uśredniony koszt wodoru, ponieważ wyższe jednostkowe zużycie energii (kWh/kg H2 ₎ z czasem zwiększa zarówno zapotrzebowanie na energię elektryczną, jak i koszty operacyjne. Dokładne oceny kosztów cyklu życia powinny zatem uwzględniać nie tylko początkowe nakłady inwestycyjne (CAPEX) i nominalny okres eksploatacji, ale także stopniowy spadek sprawności i planowane okresy konserwacji.

Dla porównania warto rozważyć inne technologie elektrolizy. Elektrolizery alkaliczne, choć tańsze i bardziej dojrzałe technologicznie, charakteryzują się niższą gęstością mocy, dłuższym czasem reakcji i brakiem kompatybilności z przerywanymi źródłami energii odnawialnej [ 81 ]. Ponadto wytwarzany w nich wodór wymaga dodatkowych etapów oczyszczania, co ogranicza ich przydatność do zastosowań transportowych, zwłaszcza w ogniwach paliwowych. Inne technologie, takie jak elektroliza wysokotemperaturowa z wykorzystaniem ogniw elektrochemicznych ze stałym tlenkiem (SOEC) [ 83 ] lub fotoelektroliza [ 84 ], znajdują się obecnie na wcześniejszym etapie rozwoju i, chociaż oferują interesujące długoterminowe perspektywy, nie spełniają jeszcze technicznych i ekonomicznych wymagań dla powszechnego stosowania w transporcie. Elektrolizery AEM są obiecującą technologią i pod pewnymi względami są postrzegane jako potencjalni konkurenci elektrolizerów PEM. Jednakże analiza literatury wskazuje, że ogniwa paliwowe AEM nie są jeszcze pełnoprawnym zamiennikiem ogniw PEM w zastosowaniach wymagających wysokiej czystości wodoru i wysokiej niezawodności, takich jak transport oparty na ogniwach paliwowych [ 85 , 86 ].

Charakterystyka wodoru niskoemisyjnego z różnych ścieżek produkcji, w szczególności jego czystość, ma bezpośredni wpływ na wydajność i trwałość ogniw paliwowych z membraną do wymiany protonów (PEMFC) w zastosowaniach transportowych. Wodór wytwarzany za pomocą elektrolizy PEM zazwyczaj osiąga czystość >99,999% przy znikomej zawartości CO i związków siarki, co minimalizuje zatrucie katalizatora i umożliwia długą żywotność. Natomiast wodór z reformingu parowego metanu (SMR) z wychwytywaniem węgla może zawierać śladowe ilości CO (<0,2 ppm) lub innych zanieczyszczeń, chyba że zostanie poddany dodatkowym etapom oczyszczania, które mogą przyspieszyć degradację warstwy katalizatora platynowego i zmniejszyć integralność membrany w czasie [ 70 ]. Badania terenowe wskazują, że utrzymujące się stężenie CO powyżej 1 ppm może prowadzić do 10–15% spadku mocy wyjściowej ogniwa paliwowego w ciągu 1000 godzin pracy, co podkreśla znaczenie harmonizacji specyfikacji produkcyjnych z wymaganiami dotyczącymi trwałości zastosowania. To powiązanie między jakością produkcji a niezawodnością operacyjną ma kluczowe znaczenie dla efektywnego wdrażania technologii i inwestycji w infrastrukturę.

Stosy elektrolizerów AEM i SOEC zaprezentowane na targach Hyvolution 2024 i Hydrogen Technology Expo 2023 przedstawiono na rysunku 3. Pierwszy stos ( rysunek 3a ) został zbudowany w technologii AEM, a drugi ( rysunek 3b ) w technologii SOEC. Ten ostatni pracuje w temperaturze 650 stopni Celsjusza i może pełnić zarówno funkcję elektrolizera, jak i ogniwa paliwowego ze stałym tlenkiem (SOFC).

Rysunek 3. Stosy elektrolizerów w technologii: ( a ) AEM; ( b ) SOEC.

Dostępne dowody naukowe i obserwacje rynkowe jednoznacznie wskazują, że elektrolizery PEM są najskuteczniejszą technologią produkcji wodoru w transporcie opartym na ogniwach paliwowych oraz, w mniejszym stopniu, w pojazdach spalinowych przystosowanych do spalania wodoru. Charakteryzują się one najwyższą jakością produktu, wysoką sprawnością, elastycznością działania oraz potencjałem integracji z odnawialnymi źródłami energii. Pomimo wciąż wysokiego kosztu, dynamiczny rozwój technologii i skala wdrożenia sugerują, że PEM utrzyma swoją przewagę konkurencyjną w nadchodzących latach.

Obecnie na rynku europejskim dostępnych jest kilka typów elektrolizerów o mocy 2 MW i skalowalnej wydajności [ 87 ]. Strony internetowe producentów szczegółowo opisują zalety i wady każdej technologii [ 88 , 89 , 90 ]. Jednak dopiero wdrożenie komercyjne i monitorowana eksploatacja przez kilka lat mogą potwierdzić ich długoterminową wydajność. Warto zauważyć, że wiele najnowszych rozwiązań elektrolizerów zostało opracowanych w ostatnich latach przez nowo powstałe start-upy. Inwestorzy zamierzający produkować zieloną wodę do celów transportowych i innych powinni wziąć to pod uwagę [ 91 ].

W roku 2025 nie można ignorować roli sztucznej inteligencji w każdej dziedzinie technologii i nauki. Sztuczna inteligencja wspiera rozwój ogniw paliwowych PEMFC i elektrolizerów PEMWE, umożliwiając tworzenie zaawansowanych strategii sterowania, które dostosowują się do zmieniających się warunków pracy i zwiększają dokładność utrzymywania optymalnych parametrów. Algorytmy uczenia maszynowego umożliwiają przewidywanie błędów, wykrywanie anomalii i optymalizację systemu w czasie rzeczywistym, co przekłada się na wyższą wydajność i dłuższą żywotność systemu. Sztuczna inteligencja umożliwia stopniowe przejście od tradycyjnej automatyzacji do w pełni autonomicznego zarządzania procesami w ogniwach PEMFC i PEMWE [ 92 ]. Badania opublikowane przez inny zespół naukowców pokazują również, że sztuczna inteligencja (AI) może skutecznie wspierać rozwój technologii wodorowych, takich jak ogniwa paliwowe PEMFC i elektrolizery PEMWE, przede wszystkim poprzez ulepszanie strategii sterowania tymi systemami [ 93 ]. Algorytmy uczenia maszynowego umożliwiają lepsze modelowanie złożonych, nieliniowych zależności między podsystemami (zasilanie gazem, zasilanie, ciepło i systemy wodne), co zwiększa dokładność sterowania i umożliwia szybką reakcję na zakłócenia. Sztuczna inteligencja wspomaga również przewidywanie i diagnostykę usterek, optymalizuje zużycie energii i umożliwia tworzenie hybrydowych systemów sterowania, które łączą zalety tradycyjnych i zaawansowanych metod, co stanowi krok w kierunku w pełni autonomicznych systemów wodorowych.

Elektrolizery z membraną wymiany protonów (PEM) osiągają zazwyczaj sprawność systemu na poziomie 60–70% (w oparciu o LHV) w nominalnych warunkach pracy, a w zoptymalizowanych konfiguracjach sprawność stosu sięga nawet 75%. Dla porównania, elektrolizery alkaliczne zazwyczaj pracują na poziomie 55–65%, podczas gdy elektrolizery tlenkowe (SOEC) mogą przekraczać 80% po zintegrowaniu z wysokojakościowymi źródłami ciepła odpadowego. W tabeli 1 podsumowano reprezentatywne współczynniki konwersji energii dla popularnych technologii elektrolizerów, w oparciu o najnowsze dane literaturowe i producentów [ 94 ].

Tabela 1. Typowe współczynniki konwersji energii dla technologii elektrolizerów.

Technologia	Sprawność (LHV)	Temperatura pracy	Typowe ciśnienie wyjściowe H2	Główne zalety	Kluczowe ograniczenia
Elektrolizer PEM	60–70%	50–80 °C	30–80 bar	Wysoka czystość H2 , dynamiczna praca, kompaktowość	Wyższy koszt, wykorzystuje katalizatory z metali szlachetnych
Elektrolizer alkaliczny	55–65%	60–90 °C	~1–30 bar	Dojrzała technologia, tania, trwała	Niższa gęstość prądu, wolniejszy czas reakcji
SOEC	75–85%	600–850 °C	~1–30 bar	Bardzo wysoka wydajność z integracją ciepła	Wyzwania związane z materiałami wysokotemperaturowymi, wczesny etap
Membrana anionowymienna

4. Sprężanie, transport i tankowanie wodoru

Wodór wytwarzany w procesach elektrolitycznych zazwyczaj charakteryzuje się ciśnieniem nie większym niż 30–50 barów. Wodór pod tym ciśnieniem może być magazynowany wyłącznie w wodorotlenkach metali. Przykład tego typu urządzenia zaprezentowano na targach Hydrogen Technology Expo 2023 na rysunku 4. Jednak nawet po uwolnieniu wodoru poprzez ogrzewanie, musi on zostać sprężony do wysokiego ciśnienia wymaganego w pojazdach napędzanych wodorem.

Rysunek 4. Urządzenie do magazynowania wodoru w wodorotlenkach metali.

Aby osiągnąć ciśnienie wymagane w autobusach wodorowych (350 bar) lub samochodach osobowych (700 bar), wodór musi być efektywnie sprężony do wysokich ciśnień. W tym celu stosuje się wielostopniowe układy sprężania, zazwyczaj sprężarki tłokowe. Wodór do celów transportowych z wykorzystaniem ogniw paliwowych wodorowych wymaga sprężarek zapewniających sprężanie bezolejowe. Sprężenie 1 kg wodoru z 30 bar do 700 bar ze sprawnością 65% wymaga około 3 kWh energii [ 95 ].

Urządzenie do bezolejowego sprężania wodoru pod wysokim ciśnieniem zaprezentowane na targach Hydrogen Technology Expo 2023 przedstawiono na rysunku 5. Urządzenie pokazane na rysunku 5a jest dostępne w dwóch opcjach ciśnienia sprężania: 500 barów i 1000 barów. Urządzenie pokazane na rysunku 5b pracuje z sześcioma stopniami sprężania i charakteryzuje się ciśnieniem nominalnym 350 barów oraz wydajnością do 1000 m³ ^/ h.

Rysunek 5. Wysokociśnieniowy sprzęt do sprężania wodoru bez oleju, produkowany przez: ( a ) sprężarkę hiperbaryczną; ( b ) sprężarkę Sauera.

W przypadku pojazdów wodorowych, podobnie jak w przypadku pojazdów elektrycznych, dostęp do infrastruktury tankowania jest kluczowy. Na podstawie analizy literatury można stwierdzić, że rozwój technologii sprężania, transportu i tankowania wodoru w pojazdach wodorowych znajduje się obecnie w fazie intensywnych badań i stopniowego wdrażania rynkowego. Stan ten charakteryzuje się znacznym postępem w zakresie materiałów, infrastruktury i efektywności energetycznej, ale stawia również istotne wyzwania technologiczne, ekonomiczne i w zakresie bezpieczeństwa.

Sprężanie wodoru jest kluczowym krokiem umożliwiającym jego efektywne magazynowanie i transport. Najbardziej powszechną metodą jest sprężanie wodoru do ciśnień 350–700 bar, co zwiększa jego gęstość energetyczną i umożliwia przechowywanie w stosunkowo kompaktowych zbiornikach. Typowe systemy sprężania wykorzystują sprężarki tłokowe, membranowe lub śrubowe, przy czym sprężarki tłokowe są najczęściej stosowane w dużych instalacjach (np. farmach wodoru) ze względu na ich skalowalność i wydajność przy wysokich natężeniach przepływu [ 96 ]. Jednak proces sprężania jest energochłonny — przy ciśnieniu 700 bar straty energii mogą wynieść 10–15% zawartości energetycznej wodoru. Ponadto wysokie ciśnienia stwarzają ryzyko kruchości materiału, nieszczelności i potencjalnych eksplozji, co wymaga stosowania zaawansowanych materiałów, takich jak włókna węglowe i specjalistyczne kompozyty [ 97 ].

Do transportu wodoru stosuje się trzy główne metody: sprężony, ciekły i chemiczny. Technologia transportu sprężonego wodoru jest najbardziej zaawansowana, szczególnie w kontekście infrastruktury stacji tankowania pojazdów wodorowych. Zbiorniki typu III i IV, stosowane w transporcie drogowym i samochodach osobowych, umożliwiają magazynowanie wodoru pod ciśnieniem do 700 barów. Alternatywą jest transport ciekłego wodoru (LH2 ₎ , który wymaga schłodzenia do temperatury −253 °C i utrzymania wysokiej izolacji, co skutkuje wyższymi kosztami energii i stratami parowania (odparowywaniem). W zastosowaniach praktycznych, szybkości odparowywania dla stacjonarnych zbiorników magazynowych i transportowych wahają się zazwyczaj od 0,2% do 0,6% masy magazynowanej na dobę w przypadku obiektów na dużą skalę i do 1% na dobę w przypadku mniejszych zbiorników mobilnych, w zależności od jakości izolacji i warunków otoczenia [ 98 ]. Nowoczesne konstrukcje wykorzystują wielowarstwową izolację próżniową z niskoemisyjnymi foliami odblaskowymi, minimalizując przewodzenie i promieniowanie cieplne. W przypadku dalekobieżnego transportu morskiego, odparowane gazy są często odzyskiwane i wykorzystywane jako paliwo napędowe lub ponownie skraplane za pomocą pokładowych jednostek skraplających. Opracowywane są również dodatkowe strategie, takie jak kompozytowe zbiorniki kriogeniczne ze zintegrowanymi pochłaniaczami gazów resztkowych, zoptymalizowana geometria zbiorników w celu zmniejszenia stosunku powierzchni do objętości oraz aktywne systemy zarządzania temperaturą w celu stabilizacji temperatury wewnętrznej podczas transportu. Te udoskonalenia mają kluczowe znaczenie dla poprawy opłacalności łańcuchów dostaw LH₂ _poprzez redukcję strat wodoru podczas magazynowania i dystrybucji. Mimo to, LH₂ _jest preferowaną formą transportu dalekobieżnego ze względu na wyższą objętościową gęstość energii.

Kompozytowe, cylindryczne zbiorniki wodoru pod wysokim ciśnieniem zaprezentowane na targach Hyvolution 2024 pokazano na rysunku 6. Pierwszy zbiornik ( rysunek 6a ) ma pojemność 134 l i waży 157 kg, natomiast drugi zbiornik ( rysunek 6b ) ma pojemność 304 l i waży 183 kg. Ten ostatni pracuje pod ciśnieniem 70 MPa (700 bar). Producent gwarantuje 11 000 cykli napełniania zbiornika. W obecnej praktyce przemysłowej za standardowe rozwiązanie uważa się zbiorniki wodoru pod wysokim ciśnieniem pracujące pod ciśnieniem powyżej 300 bar, przy czym w autobusach stosuje się zazwyczaj systemy 350 bar, a w samochodach osobowych systemy 700 bar. Trwające badania i rozwój w tej dziedzinie koncentrują się przede wszystkim na poprawie bezpieczeństwa operacyjnego, trwałości materiałów i odporności na kruchość wodorową, a także na zapewnieniu długoterminowej niezawodności przy powtarzających się cyklach tankowania. Kluczowe kierunki obejmują zwiększenie odporności na zderzenia, integrację zaawansowanych systemów wykrywania wycieków i optymalizację struktur kompozytowych w celu zwiększenia żywotności przy zachowaniu niskiej masy. Zmniejszenie rozmiarów zbiorników paliwa jest zazwyczaj celem drugorzędnym, podejmowanym tylko wtedy, gdy nie wpływa to negatywnie na bezpieczeństwo, wydajność tankowania lub zasięg pojazdu.

Rysunek 6. Kompozytowe zbiorniki cylindryczne wysokiego ciśnienia na wodór o: ( a ) pojemności 134 l i masie 157 kg; ( b ) pojemności 304 l i masie 183 kg.

Stacje tankowania wodoru (HRS) mają kluczowe znaczenie dla rozwoju mobilności wodorowej. Tankowanie wodoru odbywa się pod wysokim ciśnieniem i wymaga precyzyjnego zarządzania temperaturą, zazwyczaj poprzez wstępne schłodzenie gazu do −40°C, aby uniknąć nadmiernego wzrostu temperatury w zbiorniku pojazdu podczas szybkiego napełniania [ 99 ]. Proces tankowania musi być zautomatyzowany, szybki i zgodny z wymaganiami użytkownika, co wymaga stosowania zaawansowanych systemów regulacji ciśnienia, chłodzenia i kontroli przepływu. Obowiązujące normy techniczne, a także rozwój modeli numerycznych, wspierają projektowanie coraz bardziej wydajnych i bezpiecznych stacji.

Z perspektywy infrastruktury, rozwój sieci stacji tankowania wodoru jest nadal ograniczony, szczególnie poza Azją i Europą Zachodnią. UE przyjęła przepisy wymagające budowy stacji tankowania wodoru co 100 km wzdłuż głównych korytarzy transportowych TEN-T oraz co 400 km w przypadku stacji z ciekłym wodorem, co stanowi znaczący impuls dla rozwoju rynku. Jednak zróżnicowane normy (350 vs. 700 barów, wodór sprężony vs. ciekły) utrudniają koordynację między producentami pojazdów a operatorami infrastruktury. Nierównomierne rozmieszczenie geograficzne stacji tankowania wodoru w Europie wynika z połączenia priorytetów politycznych, dojrzałości rynku i zachęt ekonomicznych. Kraje Europy Zachodniej i Północnej – takie jak Niemcy, Holandia, Dania i Francja – uwzględniły mobilność wodorową w krajowych strategiach transformacji energetycznej i wsparły te plany znacznym dofinansowaniem publicznym, często pokrywającym do 50–80% kosztów kapitałowych wdrożenia stacji tankowania wodoru. Regiony te korzystają również z wyższych wskaźników adopcji pojazdów wodorowych, co generuje silniejsze sygnały popytu dla inwestorów prywatnych. Z kolei wiele krajów Europy Środkowo-Wschodniej pozostaje w fazie planowania z powodu braku dedykowanych krajowych planów rozwoju wodoru lub opóźnionego wdrażania dyrektyw UE, a także ograniczonej dostępności publicznych mechanizmów finansowania infrastruktury paliw alternatywnych. Czynniki ekonomiczne, takie jak mniejsza początkowa wielkość rynku, niższa siła nabywcza operatorów flot i wyższe postrzegane ryzyko inwestycyjne, dodatkowo spowalniają zaangażowanie sektora prywatnego. Ponadto, istniejące łańcuchy dostaw gazu ziemnego i paliw konwencjonalnych w tych regionach historycznie otrzymywały silniejsze wsparcie polityczne, co opóźniało dywersyfikację w kierunku wodoru. Pokonanie tych barier będzie wymagało ukierunkowanych instrumentów politycznych, koordynacji transgranicznej i mechanizmów podziału ryzyka na wczesnym etapie, aby stymulować wejście na rynek w regionach słabiej rozwiniętych.

W Unii Europejskiej program „H2 Accelerates” na rok 2024 zwiększył wcześniej przyjęte cele wdrożenia o około 47%, dążąc do osiągnięcia gęstszej sieci stacji wzdłuż korytarzy TEN-T i na obszarach metropolitalnych do roku 2030. W Chinach inicjatywa „Hydrogen into Ten Thousand Homes” wprowadziła przełomy technologiczne w stacjach tankowania ciekłego wodoru, szczególnie w przypadku ciężarówek o dużej ładowności, demonstrując zarówno postęp w zakresie magazynowania kriogenicznego, jak i protokoły szybkiego tankowania na dużą skalę [ 100 ]. Ponadto, zgodnie z [ 101 ], globalne tempo wzrostu stacji wodorowych w roku 2023 przekroczyło wcześniejsze prognozy o 18–22%, co odzwierciedla przyspieszone inwestycje w Azji i Europie. Łącznie aktualizacje te wskazują, że infrastruktura tankowania wodoru rozwija się szybciej niż przewidywano we wcześniejszych badaniach, co podkreśla potrzebę ciągłego monitorowania dostosowań polityki i zobowiązań branży przy ocenie wykonalności mobilności wodorowej.

Jednocześnie bezpieczeństwo odgrywa kluczową rolę – zarówno podczas sprężania, transportu, jak i użytkowania wodoru [ 102 ]. Do zagrożeń należą wycieki, wybuchy, kruchość materiałów spowodowana wodorem oraz zagrożenia związane z niskimi temperaturami w przypadku wodoru ciekłego [ 103 ]. Wymaga to stosowania licznych systemów bezpieczeństwa, w tym zaworów bezpieczeństwa, detektorów wycieków i rozwiązań minimalizujących skutki potencjalnych awarii (patrz rysunek 7 ).

Rysunek 7. Detektory wodoru zaprezentowane na Hyvolution 2024.

Obecnie infrastruktura tankowania wodoru w Europie nie jest jeszcze wystarczająca, aby w pełni wspierać masowe wdrażanie pojazdów wodorowych — zarówno samochodów osobowych, jak i ciężarówek. Pomimo dynamicznego rozwoju i rosnącego zainteresowania ze strony rządów i przemysłu, sieć stacji wodorowych pozostaje ograniczona geograficznie, nierównomiernie rozmieszczona i często skoncentrowana w kilku krajach [ 104 ]. Niemcy przodują w Europie, z ponad 90 HRS (stacjami tankowania wodoru), głównie w miastach i na głównych trasach. Francja, Holandia, Dania i Norwegia rozwijają infrastrukturę poprzez projekty krajowe i unijne. Europa Środkowa i Wschodnia (w tym Polska) ma bardzo ograniczoną liczbę stacji — infrastruktura jest dopiero w fazie planowania lub pilotażu [ 105 ]. Europa ma rozwiniętą infrastrukturę w niektórych obszarach, ale nie jest ona jeszcze wystarczająco gęsta, aby wspierać płynną mobilność między krajami. Ponadto europejska infrastruktura tankowania wodoru nie jest zintegrowana między krajami i skalowalna, aby obsługiwać duże floty pojazdów (zwłaszcza ciężarówek i pojazdów użytkowych) [ 106 ].

Technologie dystrybucji wodoru sprężonego do 350 i 700 barów są dostępne na rynku i zostały zaprezentowane na targach Hydrogen Technology Expo 2023. Rysunek 8a przedstawia dystrybutor wodoru. Na wyświetlaczu wyświetlana jest cena wodoru wynosząca 12,85 EUR/kg. Bezpieczne tankowanie wodoru wymaga użycia bezpiecznych dysz zarówno w pojeździe, jak i w dystrybutorze, jak pokazano na rysunku 8b ).

Rysunek 8. Infrastruktura do tankowania pojazdów wodorowych, obejmująca: ( a ) dystrybutory paliwa wodorowego; ( b ) terminale tankowania.

Opcje przechowywania i transportu wodoru — w tym sprężony gaz (>350 bar), kriogeniczny ciekły wodór (LH ₂ ) i chemicznie związane nośniki, takie jak amoniak — różnią się pod względem objętościowej gęstości energii, wymagań infrastrukturalnych, efektywności energetycznej i kwestii bezpieczeństwa. Sprężony wodór jest technicznie dojrzały i korzysta z niższego ryzyka odparowania, ale ma niższą gęstość objętościową (~5,6 MJ/l przy 700 bar) i wymaga ciężkich zbiorników. Ciekły wodór oferuje wyższą gęstość (~8,5 MJ/l), ale powoduje straty odparowania 0,2–1%/dzień i wymaga energochłonnego skraplania (~30% LHV). Amoniak, o gęstości energetycznej ~12,7 MJ/l i ustalonej infrastrukturze transportowej, może służyć jako nośnik wodoru poprzez kraking, ale proces ten powoduje straty konwersji i wymaga zajęcia się emisjami NOx. Wybór pomiędzy tymi ścieżkami zależy od skali zastosowania, odległości transportu i technologii końcowego zastosowania oraz ma bezpośredni wpływ na konkurencyjność kosztową na rynkach mobilności i stacjonarnych.

5. Wodór jako paliwo dla ogniw paliwowych wodorowych i silników spalinowych

Niskoemisyjny wodór jest doskonałym paliwem zarówno dla ogniw paliwowych wodorowych, jak i silników spalinowych. Są to zupełnie różne technologie wykorzystywane do zasilania różnych środków transportu. Zaletą czystego wodoru w zasilaniu zarówno ogniw paliwowych, jak i silników spalinowych jest przede wszystkim ekologiczność tych rozwiązań dostępnych już na rynku motoryzacyjnym. Poniżej przedstawiono wybrane technologie dla ogniw paliwowych i silników spalinowych zasilanych niskoemisyjnym wodorem. Trwające badania i rozwój w tych dwóch obszarach są coraz częściej komercjalizowane. Bezpieczne i homologowane komponenty i systemy są częścią innowacyjnych pojazdów już dostępnych na rynku. Rosnące zainteresowanie napędami wodorowymi, które oferują liczne korzyści, zwiększa skalę ich produkcji dla różnych typów pojazdów, co przekłada się na niższe koszty. Naukowcy często dyskutują na temat porównania całkowitego kosztu posiadania (TCO) modeli wodorowych z tradycyjnymi modelami zasilanymi paliwami kopalnymi [ 107 ]. Okazuje się, że w dłuższej perspektywie, do 10 lat, TCO dla pojazdów wodorowych i tradycyjnych jest bardzo podobne. Metodyka obliczania TCO pozwala na określenie indywidualnych kosztów związanych z zakupem i eksploatacją poszczególnych środków transportu [ 108 ].

5.1. Wodór jako paliwo dla ogniw paliwowych wodorowych

Ogniwa paliwowe zasilane wodorem to elektrochemiczne generatory energii elektrycznej i ciepła, które mogą być z powodzeniem wykorzystywane do zasilania różnych pojazdów. Należą do nich samochody osobowe, autobusy, pojazdy dostawcze i ciężarówki, a także lokomotywy i statki [ 109 ]. Każde z tych zastosowań może być zasilane przez system ogniw paliwowych wodorowych i silnik elektryczny. Historia zna również przykłady wykorzystania wodoru w misjach kosmicznych. Właściwie powinniśmy rozpocząć ten rozdział od tych zastosowań. Ze względu na liczne zalety i wysokie koszty jednostkowe produkcji, ogniwa paliwowe wodorowe znalazły swoje pierwsze komercyjne zastosowania w technologiach kosmicznych. Niektórzy z pierwszych astronautów byli w stanie pić wodę produkowaną jako produkt uboczny działania ogniw paliwowych [ 110 ]. Ciepło i energia elektryczna będą również przydatne na pokładzie dowolnego pojazdu i statku kosmicznego.

Ogniwa paliwowe wodorowe zostały po raz pierwszy wykorzystane w kosmosie przez NASA w latach 60. XX wieku podczas programu Gemini jako kompaktowe źródło energii elektrycznej i wody pitnej dla astronautów. W kolejnych misjach, takich jak Apollo i wahadłowce kosmiczne, ogniwa te odegrały kluczową rolę dzięki swojej wysokiej wydajności i niezawodności w warunkach próżni. Technologia ta pozostaje kluczowym elementem systemów zasilania zarówno misji załogowych, jak i bezzałogowych, kładąc podwaliny pod przyszłe loty na Księżyc i Marsa. Coraz powszechniejsze wykorzystanie ogniw paliwowych w kosmosie i trwające badania nad udoskonaleniem tych technologii (istnieje wiele rodzajów ogniw paliwowych) otworzyły możliwość ich wykorzystania w napędzie pojazdów. Pierwsze prototypy takich pojazdów pojawiły się ponad 25 lat temu. Wiele globalnych firm motoryzacyjnych oferuje obecnie na rynku pojazdy z ogniwami paliwowymi wodorowymi. Przyjrzyjmy się bliżej tym technologiom.

W obliczu globalnej transformacji energetycznej technologia ogniw paliwowych zyskuje na znaczeniu jako kluczowy element zrównoważonego transportu. Szczególnie ważną rolę odgrywają ogniwa paliwowe z membraną wymiany protonów (PEMFC), charakteryzujące się wysoką sprawnością (do 60%), szybkim czasem rozruchu i zerową emisją podczas eksploatacji [ 111 ].

Jednym z kluczowych wyzwań operacyjnych dla pojazdów FCV jest wydajność w niskich temperaturach. Rozwój systemów odzysku ciepła odpadowego z ogniw paliwowych PEMFC rozwiązuje ten problem. Badania pokazują, że zoptymalizowane wymienniki ciepła umożliwiają efektywne ogrzewanie kabiny nawet w temperaturach sięgających −30°C, jednocześnie zmniejszając zużycie energii pomocniczej nawet o 57,6%.

Równolegle intensywnie rozwijane są metody wykorzystujące sztuczną inteligencję do monitorowania i przewidywania awarii ogniw paliwowych. Modele oparte na sieciach neuronowych, maszynach wektorów nośnych (SVM) i algorytmach genetycznych pozwalają na przewidywanie spadków napięcia i błędów operacyjnych z dużą precyzją, co przekłada się na niezawodność systemu [ 112 ]. Z praktycznego punktu widzenia pojazdy FCV oferują zalety w porównaniu z tradycyjnymi pojazdami elektrycznymi: większy zasięg, krótsze czasy tankowania i lepsze przyspieszenie. Na przykład autobusy wodorowe przyspieszają od 0 do 50 km/h w zaledwie 8 sekund i pokonują strome wzniesienia niż ich odpowiedniki z napędem spalinowym [ 113 ].

Coraz większego znaczenia nabiera również wykorzystanie nadwyżek energii odnawialnej do produkcji wodoru (tzw. zielonego wodoru), co umożliwia magazynowanie energii i jej późniejsze wykorzystanie w pojazdach napędzanych ogniwami paliwowymi. Badania pokazują, że wykorzystanie nadmiaru wodoru pochodzącego z elektrolizy jako źródła zasilania w systemach mobilnych lub zapasowych (np. w pojazdach serwisowych) otwiera nowe możliwości biznesowe i wspiera rozwój infrastruktury niskoemisyjnej [ 114 ].

Jednak zrównoważony rozwój pojazdów FCEV zależy od metody produkcji wodoru. Analizy cyklu życia (LCA) wskazują, że tylko wodór wytwarzany z odnawialnych źródeł energii znacząco redukuje emisję gazów cieplarnianych [ 115 , 116 ]. Produkcja oparta na paliwach kopalnych może generować wyższe emisje niż pojazdy spalinowe.

Stosy ogniw paliwowych do zastosowań motoryzacyjnych są obecnie zazwyczaj oparte na ogniwach paliwowych PEM. Rysunek 9 przedstawia dwa kompletne komercyjne systemy ogniw paliwowych na wodór zaprezentowane na targach Hydrogen Technology EXPO 2023. Pierwszy ( rysunek 9a ) zawiera 359 ogniw PEMFC i generuje ponad 100 kW energii elektrycznej. Producent oferuje również bliźniaczy system oparty na dwóch identycznych stosach ogniw paliwowych. Ogniwa te wykorzystują metalowe płyty bipolarne i układ chłodzenia cieczą. Drugi rysunek ( rysunek 9b ) przedstawia źródło zasilania najpopularniejszego komercyjnego pojazdu wodorowego, Toyoty Mirai I. System ogniw paliwowych generuje moc nominalną 114 kW i charakteryzuje się objętościową gęstością mocy 3,1 kW/litr.

Rysunek 9. Systemy ogniw paliwowych do zastosowań motoryzacyjnych firmy: ( a ) EKPO; ( b ) GORE.

System ogniw paliwowych przeznaczony do transportu morskiego powinien być odporny na działanie korozyjne powietrza i wody morskiej [ 117 ]. Stos morski o mocy 80 kW zaprezentowany na targach Hydrogen Technology Expo 2023 przedstawiono na rysunku 10.

Rysunek 10. Stos ogniw paliwowych o mocy 80 kW przeznaczonych do zastosowań morskich.

Miejski autobus wodorowy o zasięgu 500 km zaprezentowany na targach Next Mobility 2024 w Mediolanie pokazano na rysunku 11. Karsan e-ATA 12 Hydrogen to 12-metrowy niskopodłogowy autobus na ogniwa paliwowe wodorowe przeznaczony do transportu publicznego. Wyposażony jest w ogniwo paliwowe o mocy 70 kW, akumulator LTO o pojemności 30 kWh i zbiornik wodoru o pojemności 1560 l, oferując zasięg ponad 500 km. Autobus może przewieźć ponad 95 pasażerów i można go zatankować w czasie krótszym niż 7 minut. Autobus na ogniwa paliwowe tureckiego producenta jest zasilany systemem FCmove ^® -HD 70 kW firmy Ballard [ 118 ].

Rysunek 11. Autobus miejski zasilany wodorem o zasięgu 500 km.

5.3. Wodór jako paliwo do silników spalinowych

Czysty, niskoemisyjny wodór jest również doskonałym paliwem dla silników spalinowych. Ze względu na generowaną moc, mogą one napędzać szeroką gamę pojazdów. Chociaż prace nad spalaniem wodoru w silnikach spalinowych rozpoczęły się dawno temu, pojazdy wykorzystujące tę technologię dopiero teraz pojawiają się na rynku. Czy konkurują one z wodorowymi ogniwami paliwowymi w przemyśle motoryzacyjnym? Czy spalanie wodoru w silniku spalinowym jest bardziej ekonomiczne i ekologiczne niż jego chemiczna konwersja w ogniwach paliwowych? Wreszcie, która technologia jest obecnie szerzej stosowana i która zdominuje przyszłość transportu? Odpowiedzi na te pytania znajdą Państwo w tej sekcji.

Spalanie wodoru w silnikach spalinowych stanowi interesującą i coraz bardziej obiecującą alternatywę dla tradycyjnych paliw kopalnych w zastosowaniach motoryzacyjnych. Jedną z kluczowych zalet tej technologii jest brak emisji dwutlenku węgla – wodór nie zawiera atomów węgla, a produktem jego spalania jest jedynie para wodna [ 124 ]. Dzięki temu silniki wodorowe mogą znacząco przyczynić się do dekarbonizacji transportu i poprawy jakości powietrza. Inną istotną zaletą jest możliwość wykorzystania wodoru w konwencjonalnych konstrukcjach silników tłokowych, co pozwala na adaptację istniejącej infrastruktury produkcyjnej i serwisowej bez konieczności wdrażania całkowicie nowych technologii, jak ma to miejsce w przypadku ogniw paliwowych lub napędów akumulatorowych [ 125 ].

Badania wykazały, że stosowanie wodoru jako dodatku do paliw konwencjonalnych może poprawić sprawność cieplną silnika o kilka punktów procentowych i znacząco zmniejszyć emisję szkodliwych związków, takich jak tlenek węgla i węglowodory [ 126 ]. Możliwość pracy na bardzo ubogich mieszankach paliwowo-powietrznych, wynikająca z szerokiego zakresu palności wodoru, dodatkowo zmniejsza emisję NOx i zwiększa sprawność silnika [ 127 ]. Ponadto wodór charakteryzuje się bardzo niską energią zapłonu i dużą prędkością rozprzestrzeniania się płomienia, co przekłada się na lepszą stabilność spalania — szczególnie w niskich temperaturach otoczenia lub przy niskich obciążeniach.

Technologia spalania wodoru ma potencjalne zastosowania, szczególnie w transporcie ciężkim i specjalistycznym, gdzie napędy elektryczne okazują się niewystarczające ze względu na ograniczony zasięg, długi czas ładowania akumulatorów i wysokie zapotrzebowanie na energię [ 128 , 129 ]. W przeciwieństwie do ogniw paliwowych, silniki wodorowe mają prostszą konstrukcję, są mniej wrażliwe na czystość paliwa i nie wymagają stosowania drogich katalizatorów ani materiałów takich jak platyna. Dzięki temu są tańszą i szybszą do wdrożenia technologią w wielu zastosowaniach motoryzacyjnych.

Należy jednak zauważyć, że pomimo wielu zalet spalanie wodoru nie jest pozbawione wyzwań [ 130 ]. ​​Wysokie temperatury spalania mogą prowadzić do powstawania tlenków azotu (NOx), ale można je zmniejszyć, pracując na mieszankach ubogich lub stosując wtrysk wody, co skutecznie obniża temperaturę cylindra [ 128 ]. Badania eksperymentalne wskazują, że eksploatacja silników spalinowych na wodór na mieszankach paliwowo-powietrznych o ubogiej mieszance (stosunek nadmiaru powietrza λ = 2,0–2,5) może zmniejszyć emisję NOx o około 50–70% w porównaniu z pracą stechiometryczną, przy zachowaniu akceptowalnej sprawności silnika [ 119 ]. Wykazano, że dodatkowe zastosowanie bezpośredniego wtrysku wody — przy stosunkach masowych wody do paliwa wynoszących 0,4–0,6 — dodatkowo obniża poziomy NOx o 40–60% w porównaniu do spalania samej mieszanki ubogiej, głównie poprzez obniżenie szczytowej temperatury w cylindrze [ 131 ]. Na przykład testy przeprowadzone na turbodoładowanym silniku spalinowym 2,0 l na wodór wykazały spadek emisji NOx z ~1,2 g/kWh (uboga mieszanka) do ~0,5 g/kWh po zastosowaniu wtrysku wody, przy jedynie marginalnym wpływie (<2%) na sprawność cieplną hamulców. Wyniki te potwierdzają, że połączenie spalania na ubogiej mieszance z zoptymalizowanymi strategiami wtrysku wody oferuje solidną ścieżkę do osiągnięcia niskiej emisji NOx w silniku wodorowym bez nadmiernych kar za sprawność. Ponadto niska gęstość energetyczna wodoru i wyzwania związane z jego przechowywaniem pod wysokim ciśnieniem wymagają odpowiednich rozwiązań inżynieryjnych [ 132 ].

Na targach Hyvolution 2024 zaprezentowano układy napędowe oparte na silnikach spalinowych tłokowych spalających wodór, jak pokazano na rysunku 12. Rysunek 12a przedstawia czterocylindrowy układ napędowy o pojemności 1,6 l opracowany przez Aramco we współpracy z Hyundai i Bosch. Turbodoładowany układ napędowy wodorowy ma stopień sprężania 9,5 i generuje maksymalną moc 132 kW przy prędkości obrotowej silnika 5500 obr./min. Maksymalny moment obrotowy wynosi 265 Nm i jest stały w zakresie od 1500 do 4500 obr./min. Taka wydajność pozwala na zastosowanie w większości samochodów osobowych i małych pojazdach użytkowych. Silniki spalinowe na wodór mogą być silnikami benzynowymi lub wysokoprężnymi przystosowanymi do spalania wodoru lub indywidualnie opracowanymi silnikami specjalnie zaprojektowanymi od samego początku do pracy na wodorze, jak pokazano na rysunku 12b . Należy zauważyć, że jest to projekt rozwijany od 2022 r. przez francuski start-up.

Rysunek 12. Układy napędowe oparte na silnikach tłokowych spalania wodoru: ( a ) opracowane przez duże koncerny motoryzacyjne; ( b ) opracowane przez francuski start-up.

Spalanie wodoru w silnikach tłokowych stwarza realną szansę na redukcję emisji w sektorze transportu, przy jednoczesnym wykorzystaniu istniejącej infrastruktury i wiedzy specjalistycznej przemysłu motoryzacyjnego. Może to być ważny krok przejściowy w kierunku całkowitej dekarbonizacji sektora transportu [ 133 ].

6. Wnioski

Niniejszy artykuł przedstawia kompleksowy przegląd technologii wodorowych w kontekście ich zastosowania w transporcie drogowym. Autor analizuje zarówno aspekty techniczne ogniw paliwowych i silników spalinowych zasilanych wodorem, jak i kwestie związane z produkcją, magazynowaniem i dystrybucją wodoru. Szczególną uwagę zwrócono na znaczenie źródła wodoru, podkreślając kluczową rolę zielonego wodoru w dekarbonizacji transportu. Wskazano również na bariery jego rozwoju, takie jak ograniczona infrastruktura, wysokie koszty i brak jednolitych przepisów. Autor konkluduje, że wodór ma potencjał, aby stać się strategicznym paliwem przyszłości, jeśli zostaną spełnione określone warunki technologiczne, ekonomiczne i polityczne.

Na podstawie przeglądu stanu technologii i nauki można wyciągnąć następujące wnioski:

1. Wodór stanowi realną alternatywę dla paliw kopalnych w transporcie, szczególnie w transporcie ciężkim i dalekobieżnym.

2. Ogniwa paliwowe zapewniają wyższą efektywność energetyczną, ale są droższe i bardziej skomplikowane technologicznie niż silniki spalinowe zasilane wodorem.

3. Spalanie wodoru w zmodyfikowanych silnikach tłokowych może przyspieszyć wdrażanie technologii wodorowej poprzez wykorzystanie istniejącej infrastruktury.

4. Kluczowym czynnikiem decydującym o przyjazności wodoru dla środowiska jest jego pochodzenie — tylko zielony wodór produkowany z odnawialnych źródeł energii faktycznie redukuje emisje.

5. Przechowywanie i transport wodoru nadal stanowią poważne wyzwanie techniczne i finansowe.

6. Rozwój infrastruktury tankowania wodoru jest nierównomierny i wymaga intensyfikacji, zwłaszcza w krajach rozwijających się.

7. Brak jednolitych norm i regulacji dotyczących wodoru utrudnia jego powszechną komercjalizację.

8. Wodór może odgrywać istotną rolę jako nośnik energii, wspomagając bilansowanie sieci i integrację ze źródłami odnawialnymi.

9. Skuteczne wdrożenie technologii wodorowych wymaga ścisłej współpracy sektora energetycznego, przemysłu motoryzacyjnego i rządów.

10. Aby wodór stał się podstawą niskoemisyjnego transportu przyszłości, niezbędna jest strategiczna polityka, wsparcie finansowe i długoterminowa wizja.

11. Zastosowania wodoru w transporcie wymagają wysokiej czystości wodoru, ponieważ nawet śladowe ilości CO lub siarki mogą znacznie skrócić żywotność katalizatorów PEMFC. Należy to uwzględnić w projektowaniu infrastruktury i normach produkcyjnych.

12. Wyboru pomiędzy wodorem sprężonym, wodorem ciekłym i nośnikami chemicznymi (np. amoniakiem) należy dokonać na podstawie analizy całkowitego kosztu posiadania (TCO), gęstości energii i wymagań logistycznych dla danego segmentu rynku.

13. Zaawansowane modele prognostyczne mogą znacząco zwiększyć dokładność przewidywań cyklu życia ogniw paliwowych i elektrolizerów wykorzystywanych w produkcji wodoru, co ma bezpośrednie implikacje komercyjne w zakresie planowania inwestycji i konserwacji.

Praktyczna współpraca między sektorem energetycznym a przemysłem motoryzacyjnym może przybierać różne formy. Jednym ze sprawdzonych modeli jest wspólny rozwój infrastruktury tankowania wodoru poprzez partnerstwa publiczno-prywatne, w ramach których przedsiębiorstwa energetyczne dostarczają zielony wodór i prowadzą stacje, a producenci pojazdów zobowiązują się do wdrożenia flot (np. inicjatywa H2MobilityGermany ₎ . Inne podejście polega na integracji produkcji wodoru odnawialnego z eksploatacją floty pojazdów własnych, co pokazały projekty „HyDeploy” i „H2BusEurope”, w ramach których dostawcy usług komunalnych i producenci autobusów współpracowali w celu optymalizacji łańcuchów dostaw wodoru dla miejskiego transportu publicznego. Obiecujące są również schematy symbiozy przemysłowej, w których nadwyżka energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych, pochodzącej z farm wiatrowych lub słonecznych o dużej skali, jest wykorzystywana do produkcji wodoru na miejscu, z gwarantowanym odbiorem przez operatorów logistycznych lub operatorów transportu publicznego. Takie ścieżki współpracy łączą zabezpieczenie popytu z efektywnością inwestycji w infrastrukturę, zmniejszając w ten sposób ryzyko finansowe i przyspieszając adaptację rynkową.

Skróty

Odniesienia

1. Sharma, VK; Monteleone, G.; Braccio, G.; Anyanwu, CN; Aneke, NN Kompleksowy przegląd technologii zielonej energii: w kierunku zrównoważonej transformacji w kierunku czystej energii i globalnej zerowej emisji netto dwutlenku węgla. Procesy 2025 , 13 , 69. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
2. Kotowicz, J.; Baszczeńska, O.; Niesporek, K. Koszt zielonego wodoru. Energies 2024 , 17 , 4651. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
3. Pivetta, D.; Dall’Armi, C.; Taccani, R. Wielokryterialna optymalizacja węzła wodorowego w celu dekarbonizacji obszaru przemysłowego portu. J. Mar. Sci. Eng. 2022 , 10 , 231. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
4. Ustolin, F.; Campari, A.; Taccani, R. Obszerny przegląd zastosowania ciekłego wodoru w transporcie ze szczególnym uwzględnieniem sektora morskiego. J. Mar. Sci. Eng. 2022 , 10 , 1222. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
5. Algburi, S.; Munther, H.; Fakhruldeen, HF; Sapajew, IB; Al-Dulaimi, O.; Al Seedi, KFK; Khalaf, Dakota Południowa; Jabbar, FI; Hassan, Q.; Khudhair, A.; i in. Rola zielonego wodoru w zrównoważonych przemianach energetycznych: przegląd. Wyniki inż. 2025 , 19 , 105109. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
6. Gómez, J.; Castro, R. Zielone systemy energetyczne oparte na wodorze: przegląd ich wkładu w system energii odnawialnej. Energies 2024 , 17 , 3110. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
7. Dai, S.; Shen, P.; Deng, W.; Yu, Q. Energia wodorowa w systemach elektroenergetycznych: przegląd i perspektywy na przyszłość. Electronics 2024 , 13 , 3370. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
8. Lu, Z.; Li, Y.; Zhuo, G.; Xu, C. Optymalizacja konfiguracji wielomikrosieciowych systemów opartych na wodorze w ramach handlu na rynku energii elektrycznej i różnych strategii produkcji wodoru. Zrównoważony rozwój 2023 , 15 , 6753. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
9. Olabi, AG; Sayed, ET Rozwój ogniw paliwowych wodorowych. Energies 2023 , 16 , 2431. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
10. Cărăușan, H.; Varga, BO; Moldovanu, D.; Prunean, G.; Oargă, I.-T. Analiza efektywności energetycznej modelu autobusu z ogniwami paliwowymi z wykorzystaniem rzeczywistych scenariuszy wygenerowanych na podstawie zbieranych danych. Zrównoważony rozwój 2024 , 16 , 1863. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
11. Kim, M.-S.; Jeon, H.-K.; Lee, K.-W.; Ryu, J.-H.; Choi, S.-W. Analiza napełniania wodorem zbiornika o pojemności 175 litrów w dużym pojeździe wodorowym. Appl. Sci. 2022 , 12 , 4856. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
12. Gul, W.; Xia, YE; Gérard, P.; Ha, SK Charakterystyka kompozytów polimerowych do zbiorników wodoru. Polimery 2023 , 15 , 3716. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
13. Chen, Z.; Wang, H. Analiza całkowitego kosztu posiadania autobusu elektrycznego zasilanego ogniwami paliwowymi z różnymi alternatywnymi źródłami wodoru. Zrównoważony rozwój 2024 , 16 , 259. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
14. SAE J2572 ; Zalecana praktyka pomiaru zużycia paliwa i zasięgu pojazdów z ogniwami paliwowymi i hybrydowymi ogniwami paliwowymi zasilanymi sprężonym wodorem gazowym. SAE International: Warrendale, Pensylwania, PA, USA, 2024 r.
15. Borghetti, F.; Longo, M.; Bonera, M.; Libretti, M.; Somaschini, C.; Martinelli, V.; Medeghini, M.; Mazzoncini, R. Autobusy elektryczne zasilane bateriami czy ogniwami paliwowymi? Studium przypadku dekarbonizacji w mieście Brescia we Włoszech. Infrastructures 2023 , 8 , 178. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
16. Bae, S.; Lee, E.; Han, J. Wielookresowe planowanie sieci dostaw wodoru do tankowania pojazdów z ogniwami paliwowymi wodorowymi na obszarach miejskich. Zrównoważony rozwój 2020 , 12 , 4114. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
17. Wu, Q.; Dong, Z.; Zhang, X.; Zhang, C.; Iqbal, A.; Chen, J. W kierunku bardziej wydajnych ogniw paliwowych PEM dzięki zaawansowanemu zarządzaniu termicznemu: od mechanizmów do zastosowań. Zrównoważony rozwój 2025 , 17 , 943. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
18. Padovan, C.; Fagundes, JAG; D’Agosto, MdA; Angelo, ACM; Carneiro, PJP Wpływ technologii produkcji paliwa na zużycie energii i emisję gazów cieplarnianych z autobusów z napędem Diesla i hybryd elektryczno-wodorowych w Rio de Janeiro w Brazylii. Zrównoważony rozwój 2023 , 15 , 7400. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
19. Muñoz Díaz, MT; Chávez Oróstica, H.; Guajardo, J. Analiza ekonomiczna: Systemy produkcji zielonego wodoru. Procesy 2023 , 11 , 1390. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
20. Hidouri, D.; Ben Omrane, I.; Khalil, K.; Cherif, A. Zarządzanie energią w elektrowni fotowoltaicznej o mocy 1 MW, która przetwarza energię elektryczną i energię na gaz, na potrzeby stacji magazynowania zielonego wodoru. World Electr. Veh. J. 2025 , 16 , 227. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
21. Ciuła, J.; Generowicz, A.; Gronba-Chyła, A.; Wiewiórska, I.; Kwaśnicki, P.; Cygnar, M. Analiza efektywności oczyszczania gazu składowiskowego do produkcji energii elektrycznej w układzie kogeneracyjnym w kontekście Europejskiego Zielonego Ładu. Zrównoważony rozwój 2024 , 16 , 1479. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
22. Jeje, SO; Marazani, T.; Obiko, J.; Shongwe, MB Rozwój gospodarki opartej na produkcji wodoru: kompleksowy przegląd technologii, zrównoważonego rozwoju i przyszłych perspektyw. Int. J. Hydrogen Energy 2024 , 49 , 642–661. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
23. Brandt, J.; Iversen, T.; Eckert, C.; Peterssen, F.; Bensmann, B.; Bensmann, A.; Beer, M.; Weyer, H.; Hanke-Rauschenbach, R. Koszt i konkurencyjność zielonego wodoru oraz skutki ram regulacyjnych Unii Europejskiej. Nat. Energy 2024 , 9 , 703–713. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
24. Pan, X.; Zhou, H.; Baimbetov, D.; Syrlybekkyzy, S.; Akhmetov, BB; Abbas, Q. Stan rozwoju i przyszłe perspektywy technologii energii wodorowej: produkcja, magazynowanie i analiza kosztów. Adv. Energy Sustain. Res. 2025 , 2400451. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
25. Mekuye, B.; Mebratie, G.; Abera, B.; Yibelital, A.; Lake, A.; Tolesa, A. Energia: przegląd typu, formy, magazynowania, zalet, wydajności i ich wpływu. Najważniejsze informacje: Sci. Eng. Technol. CEAM 2025 , 116 , 237–245. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
26. Sebbagh, T.; Şahin, ME; Beldjaatit, C. Zielona rewolucja wodorowa dla zrównoważonej przyszłości energetycznej. Clean Technol. Environ. Policy 2024 , 26 , 4017–4040. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
27. Akpasi, SO; Anekwe, IMS; Tetteh, E.; Amune, U.; Mustapha, SI; Elshafie, AE Wodór jako nośnik czystej energii: postęp, wyzwania i jego rola w zrównoważonej przyszłości energetycznej. Czysta energia 2025 , 9 , 52–88. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
28. Münster, M.; Bramstoft, R.; Kountouris, I.; Langer, L.; Keles, D.; Schlautmann, R.; Mörs, F.; Saccani, C.; Guzzini, A.; Pellegrini, M.; i in. Perspektywy dotyczące zielonego wodoru w Europie — w czasie kryzysu energetycznego i w kierunku przyszłej neutralności klimatycznej. Oxf. Open Energy 2024 , 3 , oiae001. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
29. Lebepe, MC; Oviroh, PO; Jen, TC Modelowanie optymalizacji techniczno-ekonomicznej systemu produkcji wodoru zasilanego energią słoneczną w celu wytwarzania zielonego wodoru. Sustain. Energy Res. 2025 , 12 , 11. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
30. Fan, Z. Rola wodoru w budowaniu zrównoważonych systemów energetycznych: wyzwania i możliwości. Najważniejsze artykuły: Sci. Eng. Technol. CEAM 2024 , 116 , 237–245. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
31. Perissi, I.; Jones, A. Badanie strategii dekarbonizacji Unii Europejskiej: ocena drogi do neutralności węglowej do roku 2050. Zrównoważony rozwój 2022 , 14 , 4728. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
32. Muhsen, H.; Hamida, F.; Tarawneh, R. Potencjał zielonego wodoru i technologii Power-to-X w dekarbonizacji przemysłu nawozowego w Jordanii. Rolnictwo 2025 , 15 , 608. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
33. Blažek, J.; Toullis, D.; Straka, P.; Staš, M.; Šimáček, P. Wpływ ciśnienia na skład produktu i zużycie wodoru podczas hydrorafinacji olejów gazowych i mieszanek olejów rzepakowych na katalizatorze NiMo. Catalysts 2021 , 11 , 1093. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
34. Tuluhong, A.; Chang, Q.; Xie, L.; Xu, Z.; Song, T. Aktualny stan technologii produkcji zielonego wodoru: przegląd. Zrównoważony rozwój 2024 , 16 , 9070. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
35. Pinchao, P.; Torres, A.; Yánez, M.; Reina, S.; Cando, E. Analiza wykorzystania nadwyżki energii wodnej do produkcji zielonego wodoru w Ekwadorze. Energies 2024 , 17 , 6051. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
36. Kumar, SS; Lim, H. Przegląd technologii elektrolizy wody do produkcji zielonego wodoru. Energy Rep. 2022 , 8 , 13793–13813. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
37. Saars, L.; Madsen, M.; Meyer, J. Optymalizacja pracy elektrolizera z magazynowaniem wodoru przy użyciu dwóch różnych metod: kompromis między prostotą a precyzją w minimalizacji kosztów produkcji wodoru przy użyciu cen rynkowych dnia następnego. Energies 2024 , 17 , 5546. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
38. Chen, L.; Qi, Z.; Zhang, S.; Su, J.; Somorjai, GA Katalityczna produkcja wodoru z metanu: przegląd ostatnich postępów i perspektyw. Catalysts 2020 , 10 , 858. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
39. Chan, EYH; Adi Putra, Z.; Tan, RR; Wan, YK; Foo, DCY Analiza śladu węglowego produkcji chemicznej: studium przypadku produkcji niebieskiego wodoru. Processes 2025 , 13 , 1254. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
40. Scheiblehner, D.; Antrekowitsch, H.; Neuschitzera, D.; Wibner, S.; Sprung, A. Produkcja wodoru metodą pirolizy metanu w stopionych stopach Cu-Ni-Sn. Metale 2023 , 13 , 1310. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
41. Al-Shikh, SA; Al-Ammar, EA; Alomari, AS Ekonomiczna wykonalność wytwarzania wodoru przy użyciu technologii HTR-PM w Arabii Saudyjskiej. Zrównoważony rozwój 2025 , 17 , 1730. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
42. Hildebrand, J.; Kortsch, T.; Rau, I. Akceptacja społeczna technologii Power-to-X – wyniki badań psychologiczno-środowiskowych na reprezentatywnej próbie niemieckiej. Zrównoważony rozwój 2025 , 17 , 6574. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
43. Franco, A.; Carcasci, C.; Ademollo, A.; Calabrese, M.; Giovannini, C. Zintegrowane projektowanie instalacji do produkcji zielonego wodoru i wytwarzania energii w systemach fotowoltaicznych: równoważenie wielkości elektrolizerów i magazynowania. Wodór 2025 , 6 , 7. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
44. Schleifer Anna, H.; Harrison-Atlas Dylan Cole Wesley, J.; Murphy Caitlin, A. Hybrydowe systemy energii odnawialnej: wartość magazynowania jako funkcja zmienności fotowoltaiki i wiatru. Front. Energy Res. 2023 , 11 , 1036183. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
45. Osman, MG; Lazaroiu, G.; Hamad, SA; Messaoud, H.; Mohammed, D.; Stoica, D. Analiza systemów fotowoltaicznych z magazynowaniem energii w akumulatorach, ładowaniem pojazdów elektrycznych i inteligentnym zarządzaniem energią. Zrównoważony rozwój 2025 , 17 , 3887. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
46. Wang, W.; Qi, Y.; Zhang, X.; Xie, P.; Guo, Y.; Sun, H. Optymalizacja emisji dwutlenku węgla w zintegrowanym systemie energetycznym w parkach przemysłowych z produkcją wodoru z uzupełniających się systemów wiatrowych i słonecznych. Wodór 2025 , 6 , 8. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
47. Tumse, S.; Bilgili, M.; Yildirim, A.; Sahin, B. Analiza porównawcza charakterystyki i potencjału globalnej energetyki wiatrowej lądowej i morskiej. Zrównoważony rozwój 2024 , 16 , 6614. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
48. Olczak, P.; Surma, T. Potencjał produktywności energetycznej morskich farm wiatrowych w Polsce i współpraca z lądowymi farmami wiatrowymi. Appl. Sci. 2023 , 13 , 4258. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
49. Azarbakhsh, G.; Mahmoudi, A.; Kahourzade, S.; Yazdani, A.; Mahmud, A. Optymalne dobieranie wielkości fotowoltaicznych i akumulatorowych magazynów energii dla domów mieszkalnych w Australii Południowej z uwzględnieniem transportu z pojazdu do domu. IET Renew. Power Gener. 2025 , 19 , e70053. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
50. Golub, G.; Blažauskas, E.; Tsyvenkova, N.; Šarauskis, E.; Jasinskas, A.; Kukharets, S.; Nadykto, V.; Holubenko, A. Określenie wydajności instalacji pionowych stacjonarnych modułów fotowoltaicznych z dwustronnym panelem słonecznym zorientowanym „wschód–zachód”. Appl. Sci. 2025 , 15 , 1635. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
51. Ahmed, EM; Aly, M.; Mostafa, M.; Rezk, H.; Alnuman, H.; Alhosaini, W. Dokładny model dwustronnych paneli fotowoltaicznych. Zrównoważony rozwój 2023 , 15 , 509. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
52. Ross, K.; Matuszewska, D.; Olczak, P. Analiza wykorzystania hybrydowej farmy fotowoltaicznej o mocy 1 MWp z magazynowaniem energii w Polsce. Energies 2023 , 16 , 7654. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
53. de Luis-Ruiz, JM; Salas-Menocal, BR; Pereda-García, R.; Pérez-Álvarez, R.; Sedano-Cibrián, J.; Ruiz-Fernández, C. Optymalna lokalizacja słonecznych elektrowni fotowoltaicznych z wykorzystaniem systemów informacji geograficznej i analizy wielokryterialnej. Zrównoważony rozwój 2024 , 16 , 2895. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
54. Zhang, Q.; Wang, X. Numeryczne badanie osiągów aerodynamicznych turbiny wiatrowej NREL o mocy 5 MW na morzu. Wind 2023 , 3 , 191–212. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
55. Saenz-Aguirre, A.; Fernandez-Resines, S.; Aramendia, I.; Fernandez-Gamiz, U.; Zulueta, E.; Lopez-Guede, JM; Sancho, J. Poprawa rocznej produkcji energii przez turbinę wiatrową o mocy 5 MW dzięki urządzeniom kontroli przepływu. Proceedings 2018 , 2 , 1452. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
56. Reddy, Y.-s.; Hur, S.-h. Porównanie optymalnych projektów sterowania turbiną wiatrową o mocy 5 MW. Appl. Sci. 2021 , 11 , 8774. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
57. Małek, A.; Marciniak, A.; Bednarczyk, T. Analiza probabilistyczna produkcji energii elektrycznej z miksu fotowoltaiczno-wiatrowego dla potrzeb zrównoważonego transportu. Zrównoważony rozwój 2024 , 16 , 10164. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
58. Małek, A.; Dudziak, A.; Caban, J.; Matijošius, J. Analiza probabilistyczna produkcji wodoru o niskiej emisji z wiaty fotowoltaicznej. Appl. Sci. 2024 , 14 , 9531. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
59. Šarkan, B.; Caban, J.; Małek, A.; Marciniak, A. Określanie sygnatur dla miksu energetycznego wytwarzanego przez systemy fotowoltaiczne i turbiny wiatrowe. Appl. Sci. 2025 , 15 , 1800. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
60. Abdelkader, S.; Amissah, J.; Abdel-Rahim, O. Elektrownie wirtualne: dogłębna analiza ich postępów i znaczenia jako kluczowych graczy w nowoczesnych systemach energetycznych. Energ. Sustain. Soc. 2024 , 14 , 52. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
61. Luis, R.; Tiago, S.; Igor, R.; João, F.; Vladimiro, M. Optymalne zarządzanie wirtualną elektrownią z uwzględnieniem systemów power-to-hydrogen. Int. J. Hydrogen Energy 2024 , 68 , 1019–1032. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
62. Yang, Z.; Li, K.; Chen, J. Solidne planowanie wirtualnej elektrowni z wykorzystaniem technologii power-to-hydrogen, uwzględniające elastyczny mechanizm emisji dwutlenku węgla. Electr. Power Syst. Res. 2024 , 226 , 109868. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
63. Małek, A.; Dudziak, A.; Marciniak, A.; Słowik, T. Projektowanie miksu energetycznego fotowoltaiczno-wiatrowego z magazynowaniem energii do niskoemisyjnej produkcji wodoru. Energies 2025 , 18 , 846. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
64. Maheshwari, KU; Lakshmi, PV; Nagaraju, A.; Kothagundu, S. Optymalna zdolność do dystrybucji mocy i analiza niezawodności hybrydowego systemu energii odnawialnej. Multidiscip. Sci. J. 2023 , 6 , 2024046. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
65. Gullu, S.; Djaho, A.-c.; Mensah, A.; Batarseh, I. Projekt demonstracyjny: System magazynowania energii w akumulatorach o mocy 1,86 MWh i integracja falownika o mocy 540 kVA. Electronics 2024 , 13 , 2596. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
66. He, M.; Chartouni, D.; Landmann, D.; Colombi, S. Aspekty bezpieczeństwa stacjonarnych systemów magazynowania energii w akumulatorach. Baterie 2024 , 10 , 418. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
67. Castillo-Calzadilla, T.; Oroya-Villalta, J.; Borges, System zarządzania energią CE dla dzielnicy mieszkalnej o dodatnim bilansie energetycznym oparty na podejściu logiki rozmytej (RESTORATIVE). Smart Cities 2024 , 7 , 1802–1835. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
68. Raport na temat ścieżek produkcji czystego wodoru 2024. Dostępny online: https://hydrogeneurope.eu/wp-content/uploads/2024/06/2024_H2E_CleanH2ProductionPathwaysReport.pdf (dostęp: 16 lipca 2025 r.).
69. Globalny handel pochodnymi zielonego wodoru. Dostępne online: https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2024/Oct/IRENA_Green_hydrogen_derivatives_trade_2024.pdf (dostęp: 16 lipca 2025 r.).
70. Kim, Y.; Yang, H. Czystość wodoru: wpływ metod produkcji, technik oczyszczania i podejść analitycznych. Energies 2025 , 18 , 741. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
71. Dumančić, A.; Vlahinić Lenz, N.; Wagmann, L. Model opłacalności produkcji zielonego wodoru w istniejącej lokalizacji elektrowni wiatrowej. Zrównoważony rozwój 2024 , 16 , 1424. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
72. Marouani, I.; Guesmi, T.; Alshammari, BM; Alqunun, K.; Alzamil, A.; Alturki, M.; Hadj Abdallah, H. Integracja zielonego wodoru opartego na energii odnawialnej z przyszłością energetyczną. Processes 2023 , 11 , 2685. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
73. Araújo, HF; Gómez, JA; Santos, Elektroliza membrany z wymianą protonów DMF do produkcji zielonego wodoru: podstawy, podział kosztów i strategie minimalizacji zawartości metali z grupy platynowców w elektrokatalizatorach reakcji wydzielania wodoru. Catalysts 2024 , 14 , 845. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
74. Pg Haji Omar Ali, DNHA; Suhaimi, H.; Abas, Produkcja wodoru na bazie membran PE: ocena techniczno-ekonomiczna kosztów i wykonalności. Wodór 2025 , 6 , 9. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
75. Kim, Y.; Min, I.; Lee, J.; Yang, H. Analiza emisji gazów cieplarnianych podczas elektrolizy w celu certyfikacji czystego wodoru. Energies 2024 , 17 , 3698. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
76. Snehasish, D.; Arjun, SK; Jose, S.; Vincent, HWD; Elangovan, D.; Subbarama, KS; Sendhil, KN Postęp w produkcji zielonego wodoru poprzez elektrolizę wody alkalicznej: kompleksowy przegląd. Int. J. Hydrogen Energy 2024 , 83 , 614–629. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
77. Şahin, ME Przegląd różnych typów elektrolizerów wody do produkcji wodoru. Energies 2024 , 17 , 4944. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
78. Guerrero-Rodríguez, Karolina Północna; De La Rosa-Leonardo, Da; Tapia-Marte, R.; Ramírez-Rivera, Floryda; Faxas-Guzmán, J.; Rey-Boué, AB; Reyes-Archundia, E. Przegląd wydajności i długoterminowej rentowności produkcji wodoru z napędem. Zrównoważony rozwój 2024 , 16 , 5569. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
79. Ansari, SA; Alam, MW; Dhanda, N.; Abbasi, MS; Ahmed, ME; Alrashidi, AB; Al-Farhan, AM; Abebe, B. Zrównoważona produkcja wodoru – przegląd metod, typów, zastosowań, wyzwań i przyszłych perspektyw. Glob. Chall. 2025 , 9 , 2500086. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
80. Spatolisano, E.; Pellegrini, LA Analiza techniczna układów oczyszczania wodoru za elektrolizerami alkalicznymi. Energies 2025 , 18 , 2886. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
81. Bayat, A.; Das, PK; Saha, G.; Saha, SC Ponowne omówienie elektrolizy membrany wymiany protonów: postęp, wyzwania i spostrzeżenia dotyczące transportu dwufazowego w materiałach i modelowaniu. Eng 2025 , 6 , 72. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
82. Zun, MT; McLellan, BC Prognoza kosztów globalnej produkcji zielonego wodoru. Wodór 2023 , 4 , 932–960. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
83. Xu, X.; Zhao, Z.; Song, C.; Xu, L.; Zhang, W. Destylacja membranowa wody morskiej połączona z elektrolizą wody alkalicznej do produkcji wodoru: wpływ parametrów i analiza techniczno-ekonomiczna. Membranes 2025 , 15 , 60. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
84. Hou, D.; Ma, W.; Hu, L.; Huang, Y.; Yu, Y.; Wan, X.; Wu, X.; Li, X. Modelowanie nieliniowego układu parametrów SOEC w oparciu o metodę opartą na danych. Atmosphere 2023 , 14 , 1432. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
85. Maggio, G.; Vasta, S.; Nicita, A.; Trocino, S.; Giorgianni, M. Zielone wytwarzanie wodoru poprzez fotoelektrolizę wody: analiza ekonomiczna i środowiskowa. Energies 2025 , 18 , 1439. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
86. Noor Azam, AMI; Ragunathan, T.; Zulkefli, NN; Masdar, MS; Majlan, EH; Mohamad Yunus, R.; Shamsul, NS; Husaini, T.; Shaffee, SNA Badanie wydajności elektrolizy membran anionowymiennych (AEM) w różnych warunkach pracy. Polimery 2023 , 15 , 1301. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
87. Elektrolizery alkaliczne produkcji europejskiej dla przemysłu jutra. Dostępne online: https://stargatehydrogen.com/ (dostęp: 16 lipca 2025 r.).
88. Wytwarzaj maksymalną ilość zielonego wodoru ze źródeł odnawialnych. Dostępne online: https://www.enapter.com/en/ (dostęp: 16 lipca 2025 r.).
89. Elektroliza wody na dużą skalę do produkcji zielonego wodoru. Dostępne online: https://www.thyssenkrupp-nucera.com/wp-content/uploads/2022/11/thyssenkrupp-nucera-green-hydrogen-solutions-brochure.pdf (dostęp: 16 lipca 2025 r.).
90. Modułowe elektrolizery PEM o mocy 2-50 MW. Dostępne online: https://fest-group.de/en/solutions/pem-electrolyzers/ (dostęp: 16 lipca 2025 r.).
91. Denizhan, B.; Özçelik, CE Wybór lokalizacji zakładu produkcji zielonego wodoru z wykorzystaniem nowatorskiego podejścia heurystycznego. Int. J. Hydrogen Energy 2025 , 115 , 198–213. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
92. Malek, A.; Dreger, M.; Shaigan, N.; Song, C.; Malek, K.; Jankovic, J.; Eikerling, M. Modelowanie ogniw paliwowych z elektrolitem polimerowym oparte na danych: w kierunku analityki predykcyjnej z wyjaśnialną sztuczną inteligencją. Energy AI 2025 , 21 , 100577. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
93. Mao, J.; Li, Z.; Xuan, J.; Du, X.; Ni, M.; Xing, L. Przegląd strategii sterowania ogniwami paliwowymi z membraną wymiany protonów (PEM) i elektrolizerami wody: od automatyzacji do autonomii. Energy AI 2024 , 17 , 100406. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
94. Gromadzenie danych z elektrolizera LTE. Dostępne online: https://docs.nrel.gov/docs/fy24osti/89518.pdf (dostęp: 16 lipca 2025 r.).
95. Franco, A.; Giovannini, C. Sprężanie wodoru w celu efektywnego magazynowania: równoważenie energii i zwiększanie gęstości. Wodór 2024 , 5 , 293–311. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
96. Alssalehin, E.; Holborn, P.; Pilidis, P. Ocena magazynowania wodoru i rurociągów dla farm wodorowych. Energies 2025 , 18 , 1167. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
97. Davies, E.; Ehrmann, A.; Schwenzfeier-Hellkamp, ​​E. Bezpieczeństwo technologii magazynowania wodoru. Procesy 2024 , 12 , 2182. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
98. Naquash, A.; Agarwal, N.; Lee, M. Przegląd magazynowania ciekłego wodoru: stan obecny, wyzwania i kierunki rozwoju. Zrównoważony rozwój 2024 , 16 , 8270. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
99. Genovese, M.; Cigolotti, V.; Jannelli, E.; Fragiacomo, P. Proces tankowania wodoru: teoria, modelowanie i zastosowania w praktyce. Energies 2023 , 16 , 2890. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
100. Jak rozwija się chińska inicjatywa „Wodór dla dziesięciu tysięcy domów”. Dostępne online: https://www.hydrogenfuelnews.com/hydrogen-into-ten-thousand-homes/8568556/ (dostęp: 16 lipca 2025 r.).
101. Kamień milowy osiągnięty: ponad 1000 stacji tankowania wodoru na całym świecie w 2024 r. Dostępne online: https://www.h2stations.org/press-release-2025-milestone-reached-over-1000-hydrogen-refuelling-stations-in-op-eration-worldwide-in-2024/ (dostęp: 16 lipca 2025 r.).
102. Pereira, J.; Souza, R.; Oliveira, J.; Moita, A. Produkcja, transport i procesy magazynowania wodoru – krótki przegląd. Clean Technol. 2024 , 6 , 1260–1313. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
103. Magliano, A.; Perez Carrera, C.; Pappalardo, CM; Guida, D.; Berardi, VP Kompleksowy przegląd literatury na temat zbiorników wodoru: przechowywanie, bezpieczeństwo i integralność strukturalna. Appl. Sci. 2024 , 14 , 9348. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
104. Pereira, R.; Monteiro, V.; Afonso, JL; Teixeira, J. Stacje tankowania wodoru: przegląd technologii związanych z kluczowymi procesami zużycia energii i powiązanymi strategiami zarządzania energią. Energies 2024 , 17 , 4906. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
105. Filina-Dawidowicz, L.; Miłek, D.; Baziukė, D. Koncepcja lokalizacji infrastruktury do zasilania autobusów w wodór: studium przypadku województwa zachodniopomorskiego w Polsce. Energie 2025 , 18 , 3026. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
106. Giza, K.; Owczarek, E.; Piotrowska-Woroniak, J.; Woroniak, G. Materiały i technologie wodorowe w aspekcie wykorzystania w polskim sektorze energetycznym. Appl. Sci. 2024 , 14 , 10024. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
107. Wróblewski, P.; Drożdż, W.; Lewicki, W.; Dowejko, J. Całkowity koszt posiadania i jego potencjalne konsekwencje dla rozwoju rynku pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi wodorowymi w Polsce. Energies 2021 , 14 , 2131. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
108. Hassan, Q.; Azzawi, IDJ; Sameen, AZ; Salman, HM Pojazdy na ogniwa paliwowe wodorowe: szanse i wyzwania. Zrównoważony rozwój 2023 , 15 , 11501. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
109. Chiang, P.-H.; Ke, B.-R.; Yen, S.-J.; Chien, W.-C. Minimalizacja kosztów budowy i eksploatacji systemu transportu autobusowego z ogniwami paliwowymi. Systems 2024 , 12 , 573. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
110. Kishore, SC; Perumal, S.; Atchudan, R.; Alagan, M.; Sundramoorthy, AK; Lee, YR Krytyczny przegląd sztucznej inteligencji w diagnostyce ogniw paliwowych. Catalysts 2022 , 12 , 743. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
111. Lu, D.; Yi, F.; Li, J. Optymalizacja adaptacji podsystemu wykorzystania ciepła odpadowego pojazdu z ogniwami paliwowymi do ekstremalnie zimnych środowisk. Zrównoważony rozwój 2022 , 14 , 11570. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
112. Mo, T.; Li, Y.; Luo, Y. Zalety i postęp technologiczny pojazdów z ogniwami paliwowymi wodorowymi. World Electr. Veh. J. 2023 , 14 , 162. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
113. Manoharan, Y.; Hosseini, SE; Butler, B.; Alzhahrani, H.; Senior, BTF; Ashuri, T.; Krohn, J. Pojazdy na ogniwa paliwowe wodorowe; stan obecny i perspektywy na przyszłość. Appl. Sci. 2019 , 9 , 2296. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
114. Pamungkas, ED; Kurniyanto, FW; Putra, FA; Marpaung, HTR; Silvia; Priyono, B. Technologia PEMFC jako mobilny generator i zapasowe źródło zasilania przyjazne dla środowiska. Int. J. Educ. Sci. Technol. Eng. 2024 , 7 , 75–86. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
115. Burchart, D.; Przytuła, I. Przegląd oceny cyklu życia środowiskowego pojazdów elektrycznych z ogniwami paliwowymi w transporcie drogowym. Energies 2025 , 18 , 1229. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
116. Syré, AM; Shyposha, P.; Freisem, L.; Pollak, A.; Göhlich, D. Porównawcza ocena cyklu życia samochodów elektrycznych, ciężarówek i autobusów zasilanych bateriami i ogniwami paliwowymi. World Electr. Veh. J. 2024 , 15 , 114. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
117. Xing, H.; Stuart, C.; Spence, S.; Chen, H. Systemy zasilania ogniwami paliwowymi do zastosowań morskich: postęp i perspektywy. Zrównoważony rozwój 2021 , 13 , 1213. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
118. Karsan e-ATA 12 Hydrogen ukończył „Zimowe Wyzwanie” — Powered by Ballard. Dostępne online: https://www.ballard.com/karsan-e-ata-12-hydrogen-completes-winter-challenge-powered-by-ballard/ (dostęp: 16 lipca 2025 r.).
119. Nguyen, H.-L.; Lee, S.-M.; Yu, S. Kompleksowy przegląd metod przewidywania degradacji w ogniwach paliwowych z membraną wymiany protonów w pojazdach samochodowych. Energies 2023 , 16 , 4772. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
120. Tang, X.; Shi, L.; Li, M.; Xu, S.; Sun, C. Ocena stanu zdrowia i długoterminowa prognoza trwałości stosów ogniw paliwowych PEM w pojazdach w dynamicznych warunkach eksploatacji. IEEE Trans. Power Electron. 2025 , 40 , 4498–4509. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
121. Yan, S.; Yang, M.; Sun, C.; Xu, S. Charakterystyka wody w stanie ciekłym w warstwie dyfuzji gazu o porowatości gradientowej w ogniwach paliwowych z membraną wymiany protonów przy użyciu metody kratowej Boltzmanna. Energies 2023 , 16 , 6010. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
122. Song, K.; Hou, T.; Jiang, J.; Grigoriev, SA; Fan, F.; Qin, J.; Wang, Z.; Sun, C. Zarządzanie temperaturą w ogniwach paliwowych z membraną wymiany protonów chłodzonych cieczą: przegląd. J. Power Sources 2025 , 648 , 237227. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
123. Tang, Y.; Huang, X.; Li, Y.; Ma, H.; Zhang, K.; Song, K. Prognozowanie degradacji ogniwa paliwowego z membraną wymiany protonów w oparciu o wielogłowicową sieć neuronową uwagi i model transformatora. Energies 2025 , 18 , 3177. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
124. Yao, Q.; Lu, H.; Chen, J.; Kwan, TH Numeryczne badanie charakterystyk spalania silnika napędzanego wodorem z wtryskiem wody. Fire 2024 , 7 , 289. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
125. Yip, HL; Srna, A.; Yuen, ACY; Kook, S.; Taylor, RA; Yeoh, GH; Medwell, PR; Chan, QN Przegląd bezpośredniego wtrysku wodoru do silników spalinowych: w kierunku spalania bezemisyjnego. Appl. Sci. 2019 , 9 , 4842. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
126. Pukalskas, S.; Rimkus, A.; Vipartas, T.; Stravinskas, S.; Kriaučiūnas, D.; Mejeras, G.; Ušinskas, A. Uzupełnianie wodoru w silnikach z zapłonem iskrowym: zwiększanie wydajności i zmniejszanie emisji ze szczególnym uwzględnieniem zjawiska spalania stukowego. Machines 2025 , 13 , 571. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
127. Chen, H.; Zhao, K.; Luo, L.; Ma, Z.; Hu, Z.; Li, X.; Qu, P.; Pei, Y.; An, Y.; Gao, Z. Numeryczna symulacja tworzenia mieszanki w silniku spalinowym z bezpośrednim wtryskiem wodoru. Appl. Sci. 2024 , 14 , 11317. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
128. Ozkara, M.; Gul, MZ Optymalizacja wtryskiwacza silnika spalinowego o dużej mocy zasilanego wodorem w celu uzyskania optymalnej wydajności i poziomu emisji. Appl. Sci. 2025 , 15 , 8131. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
129. Durkin, K.; Khanafer, A.; Liseau, P.; Stjernström-Eriksson, A.; Svahn, A.; Tobiasson, L.; Andrade, TS; Ehnberg, J. Pojazdy napędzane wodorem: porównanie sprawności układu napędowego i zrównoważonego rozwoju samochodów z ogniwami paliwowymi i silnikami spalinowymi. Energies 2024 , 17 , 1085. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
130. Sipos, G.; Bukovácz, K.; Istvánkó, K.; Sebestyén, Los Angeles Aspekty konwersji silnika wodorowego. inż. Proc. 2024 , 79 , 6. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
131. Stępień, Z. Kompleksowy przegląd silników spalinowych zasilanych wodorem: osiągnięcia i przyszłe wyzwania. Energies 2021 , 14 , 6504. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
132. Wróbel, K.; Wróbel, J.; Tokarz, W.; Lach, J.; Podsadni, K.; Czerwiński, A. Pojazdy z silnikami spalinowymi wodorowymi: przegląd. Energie 2022 , 15 , 8937. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
133. Suatean, B.; Cican, G.; Guilain, S.; De-Paz-Alcolado, G. Optymalizacja spalania wodoru w silnikach Diesla: podejście oparte na obliczeniowej mechaniki płynów (CFD) w celu efektywnego mieszania wodoru i redukcji emisji. Fuels 2025 , 6 , 27. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
134. Okonkwo, PC Mechanizmy degradacji warstwy katalizatora ogniw paliwowych z membraną wymiany protonów: zwięzły przegląd. Catalysts 2025 , 15 , 97. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
135. Helsel, N.; Choudhury, P. Katalizatory redukcji tlenu z metali z grupy innych niż platynowce do katody ogniw paliwowych wodorowych: krótki przegląd. Catalysts 2025 , 15 , 588. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
136. Martinaiou, I.; Daletou, MK Zwiększanie wydajności elektrod w ogniwach paliwowych z membraną wymiany protonów z katalizatorami bez PGM: krótki przegląd. Energies 2024 , 17 , 3443. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
137. Meng, G.; Li, X.; Liu, M.; Grigoriev, SA; Tolj, I.; Shen, J.; Yue, C.; Sun, C. Badania membran perfluorosulfonowych serii Dongyue do zastosowań w ogniwach paliwowych z membraną wymiany protonów (PEMFC). Baterie 2025 , 11 , 277. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
138. Zhang, Z.; Dou, Y.; Zhang, W.; Xu, L.; Wang, Y. Membrana z kwasu perfluorosulfonowego wzmocniona tkaniną szklaną. Membrany 2025 , 15 , 166. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
139. Li, X.; Ye, T.; Meng, X.; He, D.; Li, L.; Song, K.; Jiang, J.; Sun, C. Postępy w zastosowaniu sulfonowanego poli(eteroeteroketonu) (SPEEK) i jego organicznych membran kompozytowych w ogniwach paliwowych z membraną wymiany protonów (PEMFC). Polimery 2024 , 16 , 2840. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
140. Teixeira, FC; Teixeira, APS; Rangel, CM Nowe modyfikowane membrany wymiany protonów oparte na technologii SPEEK. Polimery 2025 , 17 , 1646. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
141. Wang, X.; Shi, B. Jednoczesne zwiększanie przewodnictwa protonowego i stabilności mechanicznej membrany SPEEK poprzez włączenie porowatego g–C3N4. Membrany 2025 , 15 , 194. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
142. Tanno, S.; Ito, Y.; Michikawauchi, R.; Nakamura, M.; Tomita, H. Wysokowydajne spalanie wodoru o niskiej emisji NOx poprzez wtrysk bezpośredni pod wysokim ciśnieniem. SAE Int. J. Engines 2010 , 3 , 259–268. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
143. Zöldy, M.; Virt, M.; Lukács, K.; Szabados, G. Kompleksowa analiza charakterystyk pracy wodoru jako przygotowanie do modernizacji silnika o zapłonie samoczynnym w silnik wodorowy. Processes 2025 , 13 , 718. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
144. Markowska, K.; Wittek, K.; Kabiesz, P.; Stecuła, K.; Aydin, B.; Pawlak, S.; Markowska, A. Silniki napędzane wodorem: studium wybranych zagadnień technologicznych i emisyjnych. Energies 2025 , 18 , 1675. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
145. Danielis, R.; Scorrano, M.; Masutti, M.; Awan, AM; Niazi, AMK Konkurencyjność ekonomiczna ciężarówek napędzanych ogniwami paliwowymi wodorowymi: przegląd szacunków całkowitego kosztu posiadania. Energies 2024 , 17 , 2509. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]