Komunikacja miejska napędzana wiatrem

Już w 1600 roku Simon Stevin – flamandzki matematyk fizyk i inżynier – zbudował żaglowy pojazd na kołach mieszczący mniej więcej 28 osób, który rozwijał prędkość około 30 km/h. Jednak wiatr ma to do siebie, że czasem wieje silniej, czasem słabiej, a czasem praktycznie w ogóle nie wieje. Zatem porzućmy pomysł wozu z żaglami, by nie wystawiać na próbę cierpliwości użytkowników stołecznego transportu publicznego, bo mogą nie mieć ochoty wyczekiwać na pomyślny wiatr, który umożliwi im przemieszczenie się na przykład z Białołęki na Bemowo. [1]

Weźmy pod uwagę koncepcję nowoczesną polegającą na tym, że wiatraki wytwarzają energię elektryczną wykorzystywaną do elektrolizy wody, a wodór otrzymany w tym procesie służy jako paliwo napędzające autobusy.

Ktoś zauważy, że warszawski transport publiczny to nie tylko autobusy, lecz również tramwaje, pociągi Szybkiej Kolei Miejskiej, Kolei Mazowieckich, Warszawskiej Kolei Dojazdowej oraz metro. To prawda, ale kolejowe czy tramwajowe sieci trakcyjne, wymagające stabilnego zasilania prądem trudno podłączyć do elektrowni napędzanej kapryśnym wiatrem. Trudno, gdyż nie potrafimy na razie efektywnie magazynować energii elektrycznej. Potrafimy za to magazynować wytwarzany podczas elektrolizy wody wodór. Zatem gdy wiatr wieje z odpowiednią siłą możemy napełnić zbiorniki wodorem i mieć go w zapasie na czas, kiedy na dworze nie drgnie nawet listek. Można wprawdzie pomyśleć o pociągach z napędem wodorowym (w 2021 roku bydgoska PESA zaprezentowała prototyp lokomotywy wodorowej), ale zostawmy na razie ten pomysł na boku, bowiem mamy więcej informacji o autobusach wodorowych.

To właśnie newsy Polsatu promującego NesoBUS – wodorowy autobus, który ma być produkowany w należącej do Grupy Polsat Plus fabryce w Świdniku – skłoniły mnie do napisania tego artykułu. Okazuje się jednak, że poznański Solaris już oferuje podobny autobus o nazwie Urbino 12 hydrogen.

Wspomniane autobusy mają 12 m długości, 2,55 m szerokości i mogą zabrać na pokład około 93 pasażerów. Orientacyjne zużycie wodoru przez NesoBUSa wynosi 8 kg na 100 km. Urbino 12 hydrogen zużywa mniej więcej 9 kg wodoru na 100 km. [2, 3]

Załóżmy zatem, że cały stołeczny transport zbiorowy wykonywany jest autobusami zużywającymi 9 kg wodoru na 100 km, czyli 0,09 kg na km.

W 2021 roku pojazdy warszawskiej komunikacji miejskiej (a właściwie aglomeracyjnej) przejechały łącznie 231,6 mln wozokilometrów. [4]

Co to jest wozokilometr? Wyjaśnijmy to intuicyjnie. Pokonanie 1 wozokilometra oznacza, że 1 pojazd przejechał drogę równą 1 km lub, że na przykład 2 pojazdy przejechały drogę po 0,5 km. Pokonanie 60 wozokilometrów oznacza, że 1 pojazd przejechał drogę równą 60 km lub, że na przykład 3 pojazdy przejechały drogę po 20 km.

Wobec tego, gdyby transport publiczny w 2021 roku w Warszawie był wykonywany przyjętymi w naszym założeniu autobusami z napędem wodorowym, to zużyłyby one w tamtym roku:

0,09 kg wodoru/km x 231,6 mln km = 20,844 mln kg wodoru

Do wytworzenia w procesie elektrolizy 1 kg sprężonego wodoru potrzeba 65 kWh energii elektrycznej. [5] Dlatego by wytworzyć tyle wodoru, ile potrzebowałyby w 2021 roku stołeczne autobusy wodorowe trzeba by:

65 kWh/kg wodoru x 20,844 mln kg wodoru = 1 354,86 mln kWh, czyli w zaokrągleniu 1 355 GWh

Przykładowo, farma wiatrowa Zagórze o powierzchni 225,2 ha, czyli 2,252 km kw., wytwarza rocznie od 56 do 72 GWh energii elektrycznej. [6] Jeżeli przyjmiemy do dalszych rozważań wartość 64 GWh rocznie, będzie to oznaczało, że roczna wydajność farmy Zagórze z jednostki powierzchni wynosi:

64 GWh / 2,252 km kw. = 28,419 GWh/km kw.

A więc by wyprodukować energię elektryczną, konieczną do wytworzenia takiej ilości wodoru, jaka byłaby wymagana do tankowania warszawskich autobusów w 2021 roku, farmy o wydajności identycznej jak farma Zagórze musiałyby mieć łączną powierzchnię:

1 355 GWh / 28,419 GWh/km kw. = 47,7 km kw.

Jest to obszar o kilka procent większy od powierzchni zajmowanej przez warszawską dzielnicę Ursynów.

Można zatem powiedzieć, że pomysł zastąpienia tradycyjnych środków transportu publicznego w Warszawie autobusami wodorowymi zdaje się być wykonalny – przynajmniej jeżeli chodzi o powierzchnię jaką zajęłyby farmy wiatrowe, tym bardziej, że ziemia dookoła wiatraków może być wykorzystywana rolniczo.

Z powyższego wynika, że koncepcja wodoryzacji i „wiatryfikacji” transportu publicznego jest możliwa do wdrożenia także w innych polskich miejscowościach. Miasto mniej więcej stutysięczne pewnie musiałoby być obsługiwane w tym zakresie przez farmę lub farmy wiatrowe o łącznej powierzchni około 3 km kw.

To, że coś jest wykonalne, nie oznacza, że jest sensowne. Dlatego przeanalizujmy wady i zalety wodoryzacji i „wiatryfikacji” transportu zbiorowego.

Po pierwsze proces ten przyczyniłby się do redukcji emisji dwutlenku węgla. Pytanie tylko, czy rzeczywiście emisja dwutlenku węgla w następstwie działalności człowieka jest istotną przyczyną niekorzystnych zmian klimatu. A nawet jeżeli jest, to udział państw Unii Europejskiej w światowej emisji CO₂ pochodzącego z paliw kopalnych wynosi około 7%. [7]

Po drugie zmniejszyłoby to naszą zależność od rosyjskich paliw. Tylko, że jednocześnie mogłaby wzrosnąć zależność Polski od niemieckiego know-how. Stąd decyzję o „wiatryfikacji” i wodoryzacji transportu publicznego musiałby poprzedzić rozwój krajowych technologii wykorzystywania energii wiatrowej i pozyskiwania wodoru z elektrolizy.

Po trzecie wprowadzenie taboru wiatrowo-wodorowego przyczyniłoby się do dywersyfikacji rodzajów energii napędzającej pojazdy przewozu publicznego. Wszelako pod warunkiem, że pojazdy napędzane wodorem nie zmonopolizowałyby tej branży. Być może korzystne byłoby, aby udział tego typu wozów stanowił 30-50% floty przewoźnika. W takim przypadku, gdyby wystąpiły kłopoty z dostawami paliw węglowodorowych bądź energii elektrycznej, paraliż transportu zbiorowego byłby ograniczony, bo nadal jeździłyby pojazdy wodorowe. I na odwrót – gdyby nastąpiły braki wodoru, to nadal funkcjonowałyby autobusy z silnikiem spalinowym oraz pojazdy zasilane z trakcji elektrycznej.

Po czwarte – i tu wymienimy już ewidentną wadę – inwestycje w energię wiatrową i wodór będą na pewno bardzo kosztowne. Przy czym jest wątpliwe, by mityczne środki z Unii Europejskiej płynęły szerokim strumieniem na projekty realizowane głównie przez polskich konstruktorów i producentów.

Przedstawione wyżej uwagi poczynione przez laika są zapewne dyskusyjne. Ale jeżeli tak jest, to dowodzi to, że publiczna dyskusja o kwestiach paliwowo-energetyczno-transportowych jest potrzebna. Są to sprawy warte większego zainteresowania niż pomówienia i pogróżki, którymi poprzez media obrzucają się nasi politycy z konkurencyjnych ugrupowań.

Źródła: