Vandeniliniai automobiliai Lietuvoje: faktai ir mitai

Birželio pradžioje Klaipėdoje pradėjusi veikti pirmoji vieša vandenilio pildymo stotelė Lietuvoje tapo svarbiu įvykiu šalies alternatyviųjų degalų infrastruktūrai. Šis objektas siejamas su Europos Sąjungos reglamento (ES) 2023/1804 tikslais, kuriais numatoma plėsti alternatyviųjų degalų tinklą ir sudaryti sąlygas skirtingoms netaršaus transporto technologijoms. Lietuvai tai – ne tik infrastruktūros projektas, bet ir pirmas realus žingsnis link vandenilio naudojimo kelių transporte.

Klaipėdos projektas turi ir kitą reikšmingą dalį – AB Klaipėdos uosto iniciatyva vystomas eksperimentinis uosto aptarnavimo laivas. Jame numatyta naudoti elektros energiją, gaunamą iš vandenilio kuro elementų, arba iš įkraunamo akumuliatoriaus. Toks technologijų derinys laivyboje yra išskirtinis, todėl jo praktinė vertė paaiškės tik po ilgesnio eksploatavimo. Vis dėlto dalis vandenilio gamybos ir pildymo pajėgumų Klaipėdoje numatyta būtent kelių transportui, todėl natūraliai kilo klausimas: ar vandeniliniai lengvieji automobiliai gali tapti realia alternatyva elektromobiliams?

Po kolonėlės atidarymo viešojoje erdvėje pasirodė daug optimistinių pareiškimų apie vandeniliu varomus automobilius. Tačiau dalis jų nevisiškai atitinka techninę ir ekonominę realybę. Ši tema aktuali ne tik dėl naujos infrastruktūros Klaipėdoje, bet ir dėl platesnio Lietuvos transporto ateities konteksto: šalies vairuotojams svarbu suprasti, kokios yra vandenilinių automobilių galimybės, ribos, sąnaudos ir ilgalaikiai eksploatacijos iššūkiai.

Ši apžvalga parengta remiantis gamintojų techniniais duomenimis, viešai prieinama informacija, taip pat Kauno technologijos universiteto tyrėjų ir fizikos studentų praktiniais eksperimentais. KTU vandenilio transporto technologijų laboratorijoje buvo tiriami ir eksploatuojami tokie modeliai kaip „Hyundai ix35 FCEV“, „Hyundai Nexo“, taip pat analizuotos „Toyota“ vandenilio sistemos. Tai vienintelė tokio tipo laboratorija Lietuvoje, kurioje studentai ir tyrėjai dirba su realiomis kuro elementų bei vandenilinių automobilių technologijomis.

Kaip iš tikrųjų veikia vandenilinis automobilis?

Vandenilinis lengvasis automobilis savo esme yra elektromobilis. Jo ratus suka elektros variklis, tačiau elektra neimama iš didelės talpos baterijos, kaip įprastame bateriniame elektromobilyje. Vietoje to naudojamas kuro elementas – elektrocheminis įrenginys, kuriame vandenilis reaguoja su deguonimi iš aplinkos oro. Šios reakcijos metu susidaro elektros energija ir vandens garai.

Pagaminta elektra tiekiama elektros varikliui arba naudojama nedideliam akumuliatoriui įkrauti. Toks akumuliatorius paprastai būna panašaus dydžio kaip hibridiniuose automobiliuose – maždaug 1 kWh talpos. Jis reikalingas ne tik pajudant iš vietos, bet ir staigesniam įsibėgėjimui, nes kuro elementas negali akimirksniu reaguoti į staigius galios poreikio pokyčius taip, kaip tai daro baterija.

Vandenilis automobilyje laikomas specialiose aukšto slėgio talpyklose. Lengvuosiuose vandeniliniuose modeliuose dažniausiai montuojamos dvi arba trys 700 barų slėgiui pritaikytos talpyklos. Priklausomai nuo modelio, jose telpa maždaug 5–6 kg vandenilio. Teoriškai toks kiekis vasarą gali leisti nuvažiuoti iki maždaug 600 km, tačiau žiemą realus nuotolis mažėja ir dažniausiai siekia apie 300–400 km.

Nedidelis akumuliatorius atlieka ir kitą svarbią funkciją – leidžia veikti regeneraciniam stabdymui. Stabdant elektros variklis veikia kaip generatorius, o dalis energijos grąžinama į akumuliatorių. Taigi vandenilinis automobilis techniškai turi daug bendro su elektromobiliu, tačiau jo energijos grandinė gerokai sudėtingesnė.

Kokie vandeniliniai modeliai buvo siūlomi Europoje?

Europos rinkoje iki šiol buvo galima įsigyti keturis pagrindinius vandenilinius lengvuosius automobilius: „Hyundai ix35 FCEV“, „Hyundai Nexo“, pirmosios kartos „Toyota Mirai JPD10“ ir antrosios kartos „Toyota Mirai JPD20“. Be to, kai kuriose rinkose buvo galimybė nuomotis „Honda“ ar „Mercedes“ vandeniliu varomus automobilius, tačiau tai nebuvo plačiai prieinama komercinė pasiūla.

Šiuo metu Europoje dar galima įsigyti „Hyundai Nexo“ ir „Toyota Mirai JPD20“. Jų kaina siekia apie 70 tūkst. eurų, todėl tai nėra masinei rinkai skirti modeliai. Pietų Korėjoje jau pristatytas antrosios kartos „Hyundai Nexo“, o BMW yra paskelbusi planus 2028 m. pradėti prekybą vandeniliniais modeliais Europoje. Svarbi detalė – BMW šiuose automobiliuose naudos „Toyota“ sukurtas vandenilio technologijas.

Atskirą kategoriją sudaro automobiliai, kuriuose vandenilis deginamas vidaus degimo variklyje. Tokių lengvųjų automobilių pasaulyje yra labai nedaug. Vienas pavyzdžių – Kauno fizikų sukurtas „Slibinomobilis“. Vis dėlto ši kryptis dėl itin žemo energinio efektyvumo nelaikoma rimtu keliu transporto dekarbonizacijai. Praktiniu požiūriu tai labiau technologinis eksperimentas nei perspektyvi masinio transporto alternatyva.

Efektyvumo problema: kodėl vandenilis pralaimi baterijoms?

Vandenilinius automobilius logiška lyginti ne su benzininiais ar dyzeliniais automobiliais, o su bateriniais elektromobiliais. Abi technologijos leidžia atsisakyti iškastinio kuro naudojimo automobilyje, tačiau jų energinis efektyvumas smarkiai skiriasi. Norint nuvažiuoti tą patį atstumą, vandeniliniam automobiliui reikia maždaug 2–3 kartus daugiau žaliosios elektros nei bateriniam elektromobiliui.

Priežastis slypi ilgoje energijos virsmų grandinėje. Pirmiausia elektra naudojama vandens elektrolizei, kurios metu gaminamas vandenilis. Tuomet jis turi būti atšaldomas iki maždaug –40 °C, suslegiamas iki 700 barų, transportuojamas ar tiekiamas į pildymo sistemą, o galiausiai automobilyje kuro elemente vėl paverčiamas elektra. Kiekviename etape patiriami energijos nuostoliai.

Bateriniame elektromobilyje kelias gerokai trumpesnis: elektra perduodama į akumuliatorių, o iš jo – į elektros variklį. Būtent todėl elektromobiliai šiandien yra gerokai efektyvesni, ypač kai kalbama apie lengvuosius automobilius. Vandenilio technologija šiuo požiūriu turi pranašumų tik labai specifinėse srityse, tačiau lengvajame transporte jos efektyvumo trūkumas tampa vienu pagrindinių ribojančių veiksnių.

Reali 100 km kaina: vandenilis nėra pigus pasirinkimas

Lietuvos vairuotojams eksploatacijos kaina visada buvo vienas svarbiausių kriterijų. Tai gerai matyti iš ilgalaikio dyzelinių automobilių populiarumo – jie buvo vertinami būtent dėl mažesnių degalų sąnaudų. Vertinant vandenilinius automobilius tuo pačiu principu, jų ekonomika atrodo sudėtingai.

Praktiniai bandymai rodo, kad realiomis sąlygomis vandenilinis lengvasis automobilis 100 km atstumui įveikti sunaudoja apie 1,2–1,3 kg vandenilio. Šis rodiklis mažai priklauso nuo konkretaus modelio. Jei vandenilio kaina siekia 15 Eur už kilogramą, 100 km kelionė kainuoja apie 18 Eur. Tai yra skaičius, atitinkantis teigiamą oro temperatūrą ir įprastas važiavimo sąlygas.

Situacija dar labiau keičiasi žiemą. KTU eksperimentai ir kiti tyrimai, tarp jų ir Kvebeko savivaldybės analizė, parodė, kad temperatūrai nukritus žemiau 0 °C vandenilio sąnaudos padidėja apie 30 proc. Tokiu atveju 100 km kaina priartėja prie 23 Eur. Kai temperatūra krenta žemiau –10 °C, sąnaudos gali augti 60–100 proc., o 100 km kaina gali siekti apie 29 Eur.

Dar vienas svarbus aspektas – labai žema temperatūra gali apskritai sutrukdyti paleisti kuro elementų sistemą. „Hyundai Nexo“ gamintojas deklaruoja galimybę paleisti sistemą esant –30 °C, tačiau praktiniai bandymai parodė, kad reali riba artimesnė –20 °C. Tai Lietuvos klimato sąlygomis nėra kasdienė, bet vis dėlto įmanoma situacija.

Kodėl šaltyje sąnaudos taip smarkiai didėja?

Kuro elementų darbas priklauso nuo cheminių procesų, kuriuose dalyvauja vandenilis ir deguonis. Veikimo metu susidaro vandens garai. Esant žemai temperatūrai, jie gali kondensuotis prie aktyviųjų kuro elemento sluoksnių ir trikdyti reakciją. Kad sistema veiktų, reikia didesnio vandenilio ir oro kiekio, kuriuo prapučiamas aktyvusis paviršius.

Kai temperatūra tampa itin žema, įsijungia apsauga. Ji neleidžia paleisti sistemos, nes vandens garai gali iš karto užšalti, o ledo kristalai pažeistų aktyvųjį kuro elemento sluoksnį. Tokia žala būtų kritinė – kuro elementas galėtų būti sugadintas nepataisomai. Todėl šaltuoju metų laiku vandenilinių automobilių nuotolis natūraliai trumpėja, o Lietuvos žiemą jis realiai gali siekti apie 300–400 km.

Brangi priežiūra ir jautrumas vandenilio kokybei

Vandenilinis automobilis nėra paprastas elektromobilis su kitokia degalų talpa. Jo techninė priežiūra turi specifinių niuansų. Tokiuose automobiliuose naudojamos dvi atskiros aušinimo sistemos: viena skirta kuro elementui, kita – galios elektronikai ir elektros varikliui. Kuro elementų sistemai reikalingas specialus labai mažo elektrinio laidumo aušinimo skystis ir jam skirtas filtras.

Dar svarbesnis reikalavimas – vandenilio grynumas. Lengvųjų vandenilinių automobilių kuro elementams reikia ne mažesnio kaip 99,97 proc. grynumo vandenilio, atitinkančio ISO 14687 standarto reikalavimus. Netinkamos priemaišos gali nepataisomai sugadinti kuro elementą. Tokiu atveju tektų keisti vieną brangiausių automobilio komponentų.

Detalių kataloguose nurodomos kainos rodo problemos mastą: „Toyota Mirai JPD20“ kuro elementas kainuoja apie 30 tūkst. eurų, o „Hyundai Nexo“ – apie 50 tūkst. eurų. Tokios sumos naudotam automobiliui praktiškai reikštų ekonominį nurašymą. Nors pildymo stotelėse naudojamos vandenilio kokybės kontrolės sistemos, praktikoje rizika nėra tik teorinė.

2025 m. kovą Poznanėje, Lenkijoje, dėl užteršto vandenilio buvo sugadinti 23 iš 25 vandenilinių autobusų. Šiems autobusams teko keisti kuro elementus. Šis atvejis aiškiai parodo, kad vandenilio kokybės klausimas nėra formalumas – nuo jo tiesiogiai priklauso transporto priemonės eksploatacinis patikimumas ir remonto kaina.

Talpyklų galiojimo laikas riboja automobilio amžių

Vandenilio talpyklos taip pat turi ribotą naudojimo laiką. Kadangi jos dirba esant 700 barų slėgiui, naudojamos specialios IV tipo talpyklos. Jų eksploatacijos terminas paprastai siekia 15 metų, o „Hyundai Nexo“ atveju – 20 metų. Svarbu tai, kad šių talpyklų negalima patikrinti ir oficialiai pratęsti jų naudojimo termino.

Pasibaigus talpyklų galiojimui, automobilio eksploatacija tampa iš esmės nebetęstina, nebent savininkas ryžtųsi itin brangiam remontui. Viena nauja talpykla, priklausomai nuo gamintojo, gali kainuoti nuo 10 iki 15 tūkst. eurų. Atsižvelgiant į tai, kad vidutinis automobilių amžius Lietuvoje siekia apie 16,5 metų, šis apribojimas ypač svarbus vertinant vandenilinių automobilių tinkamumą vietos rinkos realijoms.

Važiavimo savybės ir vertės kritimas

Pagal masę vandeniliniai automobiliai nėra lengvesni už baterinius elektromobilius. Tokie modeliai dažniausiai sveria apie 1,9–2,0 tonos. Tačiau jų elektros variklio galia paprastai siekia tik 100–120 kW, todėl dinamikos požiūriu jie nepasižymi tokiais privalumais, kokius dažnai siūlo panašios masės bateriniai elektromobiliai.

Dar vienas praktinis skirtumas – triukšmas. Važiuojant nedideliu greičiu, iki maždaug 60 km/val., vandeniliniai automobiliai gali būti bent du kartus triukšmingesni už elektromobilius. Pagrindinė priežastis – oro kompresorius, reikalingas kuro elemento darbui. Tai nėra vidaus degimo variklio triukšmas, tačiau akustinio komforto požiūriu skirtumas juntamas.

Viešai prieinami analitiniai duomenys taip pat rodo itin spartų vertės kritimą. Per pirmuosius trejus eksploatacijos metus vandeniliniai lengvieji automobiliai gali prarasti 70–80 proc. vertės. Tokią situaciją lemia ribota infrastruktūra, brangi priežiūra, neaiški paklausa ir technologiniai apribojimai.

Dažnai pabrėžiamas vandenilinių automobilių privalumas – greitas pildymas. Teoriškai vandenilio atsargas galima papildyti per mažiau nei 10 minučių. Vis dėlto šis pranašumas tampa mažiau reikšmingas, jei iki artimiausios kolonėlės reikia važiuoti 20 minučių į vieną pusę. Be to, kai 100 km kaina yra maždaug tris kartus didesnė nei važiuojant elektromobiliu, greitas pildymas neatsveria bendrų eksploatacijos sąnaudų.

Klaidinantys teiginiai apie nuvažiuojamą atstumą

Po vandenilio kolonėlės atidarymo Klaipėdoje žiniasklaidoje pasirodė teiginių, kuriuos būtina vertinti atsargiai. Vienas jų – esą „Toyota Mirai JPD20“ gali nuvažiuoti 760 km sunaudodama 5,6 kg vandenilio. Skaičius atrodo įspūdingai, tačiau praktinė realybė sudėtingesnė.

„Toyota Mirai JPD20“ talpyklų tūris siekia 142,2 litro, o pildymo metu automobilis kolonėlei deklaruoja 143 litrus. Teoriškai tai atitinka 5,6 kg vandenilio. Vis dėlto realiai važiuojant neįmanoma visiškai ištuštinti talpyklų. Dėl techninių priežasčių maksimalus praktinis užpildymo kiekis siekia apie 5,3–5,4 kg.

Jeigu automobilis iš tiesų nuvažiuotų 760 km su 5,6 kg vandenilio, jo sąnaudos būtų apie 0,74 kg/100 km. Kuro elemento veikimo modeliavimas rodo, kad toks rezultatas galimas tik idealiomis sąlygomis: vasarą, važiuojant lygiu keliu, be vėjo, beveik nestojant ir neviršijant maždaug 80 km/val. greičio.

Todėl 760 km atstumas neturėtų būti pateikiamas kaip reprezentatyvus kasdienės eksploatacijos rodiklis. Pati „Toyota“ idealiomis sąlygomis deklaruoja apie 0,85 kg/100 km sąnaudas, o realiame eisme jos viršija 1 kg/100 km. Neigiamoje temperatūroje sąnaudos gali išaugti dar labiau – iki maždaug 70 proc.

Kiek iš tiesų kainuoja 100 km skirtingais degalais?

Viešojoje erdvėje buvo pateiktas ir 100 km kainos palyginimas, kuriame vandenilis įvertintas 12 Eur, benzinas – 12,7 Eur, dyzelinas – 11,3 Eur, o suskystintos naftos dujos – 7,2 Eur. Toks palyginimas klaidina, nes neatitinka realių sąnaudų ir kainų santykio, be to, jame nebuvo pateikta elektromobilio 100 km kaina.

Pritaikius Lietuvos energetikos agentūros naudojamą skaičiavimo metodiką, tą dieną 100 km kelionė benzinu ar dyzelinu būtų kainavusi apie 10–11 Eur, naftos dujomis – apie 7,4 Eur, elektra – apie 5 Eur, o vandeniliu, skaičiuojant 15 Eur/kg kainą, – apie 17 Eur. Tokie skaičiai rodo, kad vandenilis ekonominiu požiūriu sunkiai gali varžytis su kitais energijos šaltiniais, ypač su tiesioginiu konkurentu – elektra.

Dėl šios priežasties atsargiai vertintini ir teiginiai, kad vandeniliniai lengvieji automobiliai galėtų pakartoti elektromobilių plėtros kelią. Turimi duomenys rodo priešingai: jie negali sistemingai konkuruoti su bateriniais elektromobiliais nei efektyvumu, nei eksploatacijos kaina, nei infrastruktūros plėtros logika.

Ar vandeniliniai automobiliai turi ateitį Lietuvoje?

Pagal ES reglamentą iki 2031 m. Lietuvoje turėtų veikti penkios viešos vandenilio pildymo stotelės – Vilniuje, Kaune, Klaipėdoje, Panevėžyje ir Marijampolėje. Šių objektų atsiradimą pirmiausia lemia Lietuvos įsipareigojimai Europos Sąjungai ir transeuropinio transporto tinklo reikalavimai. Tai nėra rinkos paklausos padiktuota plėtra.

Šiuo metu Lietuvoje registruotų vandenilinių lengvųjų automobilių skaičius yra simbolinis. Todėl artimiausiais metais tokia infrastruktūra veikiausiai bus naudojama gerokai mažiau, nei reikėtų jos ekonominiam tvarumui. Panaši situacija stebima ir valstybėse, kurios į vandenilio transportą investavo daugiausia – Vokietijoje, Nyderlanduose bei JAV Kalifornijos valstijoje. Ten vandeniliniai lengvieji automobiliai išlieka nišinė technologija, o jų rinkos dalis yra statistiškai nereikšminga ir mažėjanti.

Tuo metu bateriniai elektromobiliai Europoje jau sudaro apie penktadalį naujų automobilių pardavimų, o kai kuriose šalyse jų dalis viršija 30 proc. Tai rodo, kad lengvojo transporto elektrifikacijoje baterinė technologija jau pasiekė masinį mastą, kurio vandeniliui kol kas nepavyko priartėti.

Sistemiškai vertinant, vandeniliniai lengvieji automobiliai vis labiau primena suslėgtų gamtinių dujų, arba CNG, transporto istoriją. Ši technologija taip pat buvo pristatoma kaip svarbi ateities alternatyva, tačiau ją ilgainiui nustelbė efektyvesni sprendimai. Šiandien naujų CNG lengvųjų automobilių gamyba beveik sustabdyta, o infrastruktūra daugelyje Europos šalių palaikoma tik minimaliai.

Klaipėdos stotelė – svarbus projektas, bet ne proveržis lengviesiems automobiliams

Klaipėdoje atidarytą vandenilio stotelę galima vertinti dviem kryptimis. Viena vertus, tai reikšmingas infrastruktūros objektas, leidžiantis Lietuvai vykdyti tarptautinius įsipareigojimus ir kaupti praktinę technologinę patirtį. Ypač tai aktualu laivybos sektoriuje, kuriame Klaipėdos uosto eksperimentinis projektas gali suteikti vertingų duomenų apie kuro elementų ir akumuliatorių derinį.

Kita vertus, lengvųjų automobilių srityje vandenilio konkurencingumas kasmet atrodo vis silpnesnis. Technologija susiduria su aukštomis energijos sąnaudomis, brangia priežiūra, ribota infrastruktūra, jautrumu vandenilio kokybei ir sudėtingu naudojimu šaltuoju metų laiku. Prie to prisideda didelis vertės kritimas ir aukšta 100 km kaina.

Prieš dešimtmetį vandeniliniai lengvieji automobiliai dar buvo laikomi realia elektromobilių alternatyva. Tačiau daugiau nei dešimtmetį trukusi praktinė patirtis, didelės investicijos ir valstybės parama nepadėjo jiems tapti reikšminga transporto rinkos dalimi. Vertinant energinį efektyvumą, eksploatacijos išlaidas, infrastruktūros poreikį ir realias rinkos tendencijas, šiandien nematyti požymių, kad vandeniliniai lengvieji automobiliai galėtų pakartoti baterinių elektromobilių sėkmės istoriją.

Parengta remiantis dr. Beno Gabrieliaus Urbonavičiaus, Kauno technologijos universiteto Matematikos ir gamtos mokslų fakulteto Fizikos katedros docento, pateikta technine analize ir KTU vandenilio transporto technologijų laboratorijos patirtimi.