Masini pe hidrogen: Tot ce trebuie sa stii in 2025

Mașinile pe hidrogen promit o autonomie impresionantă de până la 666 km cu un singur rezervor, folosind cel mai abundent element din Univers ca sursă de energie. În ciuda acestui potențial, în 2023 s-au vândut la nivel global sub 15.000 de astfel de vehicule, cu 30% mai puțin decât în anul precedent. Ne întrebăm, deci, care este viitorul acestei tehnologii?

Masina pe hidrogen funcționează prin convertirea hidrogenului în electricitate printr-o pilă de combustie, oferind avantaje semnificative față de vehiculele convenționale. De exemplu, Toyota Mirai, un model electric alimentat cu hidrogen, oferă o autonomie de 650 km și un consum de doar 0.79 kg de hidrogen la 100 km, în timp ce Hyundai Nexo impresionează cu 666 km autonomie și un motor de 163 CP. Totuși, masina cu hidrogen se confruntă cu provocări importante, inclusiv eficiența energetică redusă de doar 25-35% comparativ cu 70-90% pentru mașinile electrice pe baterii.

În acest articol, vom explora tot ce trebuie să știți despre mașinile pe baza de hidrogen în 2025, de la principiile de funcționare până la modele disponibile, infrastructură și perspective de viitor. De asemenea, vom discuta despre provocările actuale, precum costul ridicat al hidrogenului (10-15 euro pe kilogram) și numărul limitat de stații de alimentare (mai puțin de 250 în Europa la sfârșitul anului 2021). Între timp, companii precum Volkswagen lucrează la tehnologii promițătoare, inclusiv o nouă pilă de combustie care ar putea oferi până la 2.000 km autonomie cu un singur rezervor.

Cum funcționează o mașină pe hidrogen

Tehnologia de propulsie cu hidrogen reprezintă un pas înainte în evoluția mobilității ecologice. Pilele de combustie transformă energia chimică a hidrogenului în electricitate printr-un proces electrochimic simplu, dar ingenios.

Pila de combustie și reacția chimică H2 + O2

La baza funcționării unei mașini pe hidrogen se află pila de combustie, un dispozitiv electrochimic format din seturi de plăci subțiri separate de membrane. Acest sistem extrage hidrogenul din rezervorul presurizat și îl combină cu oxigenul din aer pentru a produce electricitate. Procesul electrochimic este diferit de combustia tradițională, deoarece nu implică ardere

.În interiorul pilei de combustie, hidrogenul intră prin polul negativ (anod), unde un catalizator determină separarea electronilor de nucleu. Această reacție eliberează electricitate, iar electronii se deplasează spre polul pozitiv (catod) unde se combină cu oxigenul. Rezultatul final al acestei reacții chimice este apa pură (H2O), singurul "reziduu" al procesului.

Majoritatea mașinilor pe hidrogen utilizează pile de combustie cu membrană schimbătoare de protoni (PEMFC), care au un randament practic de aproximativ 40-60%. Această eficiență este superioară motoarelor cu combustie internă tradiționale, însă rămâne sub cea a vehiculelor electrice cu baterii.

Diferența dintre FCEV și HICEV

Există două tipuri principale de vehicule care utilizează hidrogenul drept combustibil: FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) și HICEV (Hydrogen Internal Combustion Engine Vehicle).

Mașinile FCEV folosesc pila de combustie pentru a genera electricitate, care alimentează apoi motorul electric, similar cu funcționarea unui vehicul electric obișnuit. Astfel, acestea emit doar vapori de apă și căldură ca subproduse ale reacției electrochimice.

În schimb, vehiculele HICEV utilizează un motor cu combustie internă adaptat pentru a arde hidrogenul ca și combustibil. Deși motoarele cu hidrogen sunt considerate cu emisii reduse de carbon, acestea nu sunt complet nepoluante. Procesul de combustie poate genera oxizi de azot (NOx), un poluant atmosferic care afectează calitatea aerului. De asemenea, randamentul motoarelor HICEV este semnificativ mai scăzut, de doar 20-30%, comparativ cu 40-60% în cazul pilelor de combustie.

Din punct de vedere al eficienței, vehiculele FCEV sunt mai avantajoase, necesitând mai puțin hidrogen pentru aceeași autonomie comparativ cu modelele HICEV. Totuși, mașinile cu motoare cu combustie pe hidrogen pot funcționa cu hidrogen de calitate mai scăzută și folosesc tehnologii mai familiare pentru mecanicii auto.

Rolul bateriei Li-Ion în FCEV

Un aspect mai puțin cunoscut al mașinilor pe hidrogen este că acestea sunt echipate și cu o baterie Li-Ion, deși de dimensiuni mai mici decât cea din vehiculele electrice clasice. Toyota Mirai, de exemplu, folosește o baterie Li-ion de înaltă tensiune cu 84 de celule și 310,8 volți, cu o greutate de 44,6 kg.

Această baterie îndeplinește multiple funcții: stochează energia electrică generată de pila de combustie, acoperă cerințele de energie în momentele de vârf ale motorului electric și recuperează energia de frânare, similar cu vehiculele hibride. Prin urmare, bateria funcționează ca un "tampon" energetic între pila de combustie și motorul electric.

Toyota a înlocuit în a doua generație Mirai bateria nichel-metal cu una modernă Li-ion, reducând greutatea de la 46 kg la 44,6 kg și îmbunătățind tensiunea de la 244,8 volți la 310,8 volți. Aceste îmbunătățiri tehnice contribuie la performanța generală a vehiculului și la eficiența sistemului complet de propulsie.

Modele de mașini cu hidrogen disponibile în 2025

Piața globală a automobilelor pe bază de hidrogen continuă să evolueze în 2025, cu câteva modele de serie disponibile pentru consumatori. Deși tehnologia este încă într-o fază incipientă de adoptare, producătorii auto investesc resurse considerabile pentru a aduce această alternativă ecologică în fața publicului.

Toyota Mirai: autonomie și specificații WLTP

Toyota Mirai reprezintă unul dintre pionerii segmentului de mașini cu hidrogen, ajungând în 2025 la a doua generație. Acest sedan elegant dezvoltă o putere maximă de 182 CP (135 kW), impresionând prin autonomia sa WLTP de până la 650 km. Vehiculul este echipat cu un sistem care combină hidrogenul din rezervor cu oxigenul din aer pentru a genera electricitate, având zero emisii la țeava de eșapament.

Mirai excelează și în ceea ce privește eficiența, cu un consum mediu de doar 3,2 l/100 km în ciclul combinat. Dimensiunile generoase oferă un spațiu interior confortabil, cu o lungime de 4974 mm, lățime de 1885 mm și înălțime de 1471 mm. Coeficientul aerodinamic de doar 0,29 contribuie la eficiența energetică remarcabilă a vehiculului.

În unele piețe, precum SUA, Toyota oferă beneficii suplimentare cumpărătorilor, inclusiv combustibil complementar în valoare de 71.223,01 RON pentru o perioadă de până la 6 ani pentru achizițiile directe. De asemenea, inginerii Toyota au integrat o garanție extinsă de 8 ani sau 160.000 km pentru componentele principale ale sistemului cu pile de combustie.

Hyundai Nexo: consum și capacitate rezervor

Hyundai Nexo se distinge ca primul SUV din lume alimentat cu hidrogen, oferind o combinație atrăgătoare între funcționalitate și tehnologie avansată. În versiunea 2025, Nexo promite o autonomie impresionantă de până la 700 km, poziționându-se printre liderii categoriei. Consumul mediu este de doar 1,02 kg de hidrogen la 100 km, ceea ce îl face extrem de eficient din punct de vedere energetic.

Rezervorul de hidrogen al modelului Nexo are o capacitate mărită de 6,69 kg, suficientă pentru a asigura autonomia extinsă. Procesul de realimentare durează aproximativ 5 minute, comparabil cu timpul necesar pentru alimentarea unui vehicul convențional.

Performanțele dinamice sunt notabile pentru un SUV ecologic, Nexo accelerând de la 0 la 100 km/h în doar 7,8 secunde, îmbunătățind cu peste o secundă timpul generației precedente. Motorul electric dezvoltă acum 204 CP, fiind alimentat de o baterie cu o putere crescută de la 40 la 80 kW. Un aspect demn de remarcat este că Nexo devine primul vehicul cu hidrogen capabil să tracteze până la 1.000 kg.

BMW iX5 Hydrogen: flotă pilot în Europa

BMW a intrat pe piața mașinilor cu hidrogen prin modelul iX5 Hydrogen, disponibil deocamdată ca flotă-pilot în testare pe drumurile Europei. Dezvoltat pe parcursul a patru ani, acest SUV premium combină excelența inginerească germană cu tehnologia pilelor de combustie cu hidrogen.

Sistemul de propulsie al BMW iX5 Hydrogen dezvoltă o putere maximă impresionantă de 401 CP (295 kW), oferind performanțe demne de reputația mărcii. Autonomia în ciclul WLTP ajunge la 504 km, iar alimentarea completă a celor două rezervoare de hidrogen durează doar 3-4 minute.

Rezervoarele de hidrogen sunt fabricate din plastic armat cu fibră de carbon (CFRP), rezistente la presiuni de 700 de bari și pot stoca împreună aproximativ 6 kilograme de hidrogen. Flota-pilot BMW iX5 Hydrogen parcurge în prezent teste intensive în condiții variate - de la temperaturi extreme de 45°C în Emiratele Arabe Unite până la rute montane din Europa.

Deși BMW nu a anunțat încă planuri pentru o producție de serie la scară largă, testele flotei-pilot (sub 100 de vehicule) continuă în Europa, Japonia, Coreea, China, SUA și Orientul Mijlociu, demonstrând angajamentul producătorului german față de această tehnologie.

Honda Clarity Fuel Cell: istoric și disponibilitate

Honda are o istorie îndelungată în dezvoltarea tehnologiei pilelor de combustie, iar modelul Clarity Fuel Cell reprezintă vârful de lance al acestor eforturi. Cu o autonomie maxima de 700 km (435 mile), Clarity s-a poziționat printre liderii segmentului în ceea ce privește raza de acțiune.

Totuși, după ce a comercializat Clarity Fuel Cell între 2017 și 2021, Honda a întrerupt modelul din cauza vânzărilor dezamăgitoare. În locul acestuia, producătorul japonez pregătește pentru 2025 lansarea unui nou model - Honda CR-V e:FCEV, care va deveni primul vehicul din America de Nord ce combină tehnologia pilelor de combustie cu capabilități plug-in.

Noul CR-V e:FCEV promite o autonomie impresionantă de 434 km (270 mile) conform standardelor EPA, alimentarea cu hidrogen durând între 3 și 5 minute. Motorul electric dezvoltă 174 CP și un cuplu estimat de 229 lb-ft, combinând avantajele operării pe hidrogen cu flexibilitatea încărcării bateriei pentru deplasări urbane.

Producția de hidrogen și impactul asupra mediului

Producția hidrogenului pentru vehiculele ecologice presupune diverse procese tehnologice, fiecare cu implicații diferite asupra mediului. Impactul real al unei mașini pe hidrogen depinde în mare măsură de metoda prin care este obținut combustibilul său.

Electroliza apei: 50 kWh/kg H2

Electroliza reprezintă procesul de separare a moleculei de apă în hidrogen și oxigen utilizând curent electric. Deși metoda generează hidrogen pur, consumul energetic rămâne ridicat - aproximativ 50 kWh pentru producerea unui kilogram de hidrogen. În practică, un electrolizor rotativ modern operând la presiune de 15 bari poate consuma chiar 50 kWh/kg, cu un necesar suplimentar de 15 kWh pentru comprimarea hidrogenului destinat utilizării în mașini.

Există două tehnologii principale de electroliză: alcalină și cu membrană schimbătoare de protoni (PEM). Electrolizoarele alcaline sunt mai economice (folosesc catalizatori din nichel), dar oferă eficiență mai redusă, în timp ce sistemele PEM, deși mai costisitoare, ating eficiențe de aproximativ 80%. Pentru 2030 se estimează creșteri de eficiență între 82-86%.

Reformarea gazului natural și hidrogenul gri

Reformarea metanului cu abur reprezintă metoda dominantă de producție a hidrogenului în prezent. Procesul implică încălzirea gazului natural în prezența vaporilor de apă și a catalizatorilor, rezultând hidrogen și dioxid de carbon. Acest tip de hidrogen, denumit "gri", constituie peste 99% din producția globală și generează emisii considerabile.

Hidrogenul gri rămâne semnificativ mai ieftin decât alternativele ecologice, dar costurile sale reale pentru mediu sunt comparabile cu utilizarea directă a gazului natural pentru electricitate și încălzire.

Hidrogen albastru și captarea CO2

Hidrogenul albastru este produs prin același proces ca cel gri, dar include sisteme de captare și stocare a carbonului (CCS). Această tehnologie poate reduce teoretic emisiile cu până la 90-97%. Totuși, studii recente indică faptul că hidrogenul albastru ar putea fi cu 20% mai poluant decât arderea directă a gazului, având doar cu 18-25% mai puține emisii față de cel gri.

Hidrogen verde: surse regenerabile și costuri

Hidrogenul verde, obținut prin electroliză alimentată cu energie regenerabilă (eoliană, solară sau hidroelectrică), reprezintă singura variantă cu zero emisii nocive. Deși reprezintă mai puțin de 0,1% din producția actuală, această tehnologie are potențialul cel mai mare pentru alimentarea mașinilor cu hidrogen cu adevărat ecologice.

Costurile actuale pentru hidrogenul verde variază între 2-8 dolari/kg, dar analiștii prognozează că va deveni competitiv după 2030. În România, costul de producție estimat pentru 2030 este de 3,3-3,7 euro/kg, iar competitivitatea față de hidrogenul fosil ar putea fi atinsă între 2028-2032.

Limitările actuale ale mașinilor pe hidrogen

În ciuda potențialului lor pentru mobilitate verde, vehiculele pe bază de hidrogen întâmpină obstacole tehnice și economice majore care limitează adoptarea lor pe scară largă. Aceste provocări stau la baza vânzărilor globale reduse și explică de ce multe companii auto încă ezită să investească masiv în această tehnologie.

Eficiență energetică de 25-35%

Piedica principală în calea adoptării mașinilor pe hidrogen este eficiența energetică totală scăzută, situată între 25-35%. Aceasta reprezintă mai puțin de jumătate față de vehiculele electrice cu baterii, care ating 70-90%. Pierderile energetice apar în fiecare etapă: 55% din energia inițială se pierde în timpul producției de hidrogen, iar din cantitatea rămasă, încă 55% dispare în timpul proceselor de compresie, lichefiere și transport.

Această ineficiență înseamnă că, pentru parcurgerea aceleiași distanțe, o mașină cu hidrogen precum Toyota Mirai consumă echivalentul a 40-77 kWh/100 km, față de doar 12-15 kWh/100 km în cazul unui vehicul electric comparabil. Mai simplu spus, tehnologia hidrogenului necesită de 2-3 ori mai multă energie pentru a parcurge aceeași distanță.

Costuri de alimentare: 10-15 euro/kg

În România, prețul hidrogenului este estimat între 10-13 euro per kilogram, similar cu alte piețe europene unde infrastructura există. În Norvegia, prețul ajunge la aproximativ 16,50 euro per kilogram.

La un consum mediu de:

• 0,81 kg/100 km (viteză moderată): costuri de 13,36 euro/100 km
• 1,47 kg/100 km (viteză de 120 km/h): costuri de 24,25 euro/100 km

Prin urmare, costurile de operare sunt aproximativ de două ori mai mari decât cele ale unui vehicul diesel similar și de șase ori mai mari față de un vehicul electric.

Lipsa infrastructurii în România și Europa

Deși există aproximativ 250 de stații de hidrogen în Europa, majoritatea se află în Germania, Franța, Olanda și Belgia. În România nu există încă nicio infrastructură publică, cea mai apropiată stație fiind la Budapesta sau Istanbul.

Un alt obstacol major este capacitatea limitată a stațiilor existente, care pot alimenta doar aproximativ 20 de vehicule pe zi, incomparabil cu cele 500-1.000 de mașini zilnic la o stație tradițională de combustibil.

Siguranța rezervoarelor la 700 bari

Rezervoarele de hidrogen operează la presiuni extrem de mari, aproximativ 700 bari, comparativ cu doar 2 bari pentru GPL. Totuși, acestea sunt proiectate cu un factor de siguranță de trei, fiind testate la presiuni de peste 2.100 bari.

Producătorii implementează multiple sisteme de siguranță, inclusiv straturi ignifuge pentru rezervoare și sisteme care detectează creșterea temperaturii, forțând eliberarea controlată a hidrogenului în atmosferă pentru prevenirea exploziilor.

Viitorul mașinilor cu hidrogen în Europa

Europenii privesc spre hidrogenul verde ca vector energetic esențial pentru decarbonizarea transportului, investind în strategii ambițioase și tehnologii inovatoare pentru dezvoltarea ecosistemului de vehicule cu hidrogen.

Strategii naționale: România, Cehia, Spania

România se află în plin proces de elaborare a Strategiei Naționale pentru Hidrogen ca parte din PNRR, pregătind cadrul pentru dezvoltarea sectorului în următorii ani. Pe de altă parte, Cehia a aprobat recent o strategie actualizată structurată în trei etape evolutive, prima - "Local Islands" - axându-se pe dezvoltarea de centre locale de producție și consum până în 2030, urmată de "Global Bridges" pentru integrarea în ecosistemul european de hidrogen până în 2045. Spania se evidențiază printre primele 15 țări din lume cu potențial pentru producția de hidrogen verde ieftin, estimările indicând costuri de doar 0,80 dolari pe kilogram până în 2050.

Volkswagen și pila ceramică cu 2000 km autonomie

Un salt tehnologic remarcabil vine de la Volkswagen în colaborare cu compania germană Kraftwerk Tubes, care au patentat o pilă de combustie revoluționară utilizând membrane ceramice în locul celor convenționale din plastic. Această inovație oferă o autonomie impresionantă de până la 2000 kilometri cu un singur rezervor. Avantajul major constă în eliminarea necesității utilizării platinei și posibilitatea producției la costuri semnificativ reduse față de pilele de combustie tradiționale.

Cartușele portabile Toyota: aplicații viitoare

Toyota explorează conceptul cartușelor portabile de hidrogen, asemănătoare unor "baterii AA supradimensionate", care ar putea transforma utilizarea hidrogenului dincolo de sectorul auto. Aceste cartușe urmăresc să facă hidrogenul accesibil pentru diverse aplicații cotidiene, de la alimentarea vehiculelor până la utilizări casnice precum gătitul. Prin parteneriatul cu Rinnai Corporation, Toyota dezvoltă inclusiv un aragaz alimentat cu hidrogen.

Utilizarea în transportul greu și flote comerciale

Transportul greu reprezintă segmentul cu potențialul cel mai mare pentru adopția tehnologiei hidrogenului. Cummins a anunțat recent două motoare alimentate cu hidrogen pentru vehicule comerciale, oferind o autonomie de peste 500 mile în operațiunile de flotă. În paralel, 1600 de camioane Hyundai echipate cu rezervoare de hidrogen furnizate de Faurecia vor circula pe drumurile elvețiene în următorii 4 ani. DHL Germania testează deja camioane cu hidrogen de 15 tone, apreciind autonomia impresionantă și capacitatea de realimentare rapidă comparativ cu vehiculele electrice cu baterii.

Tehnologia hidrogenului - potențial versus realitate

Mașinile pe hidrogen reprezintă, fără îndoială, o tehnologie fascinantă care promite autonomie impresionantă și emisii zero la punct de utilizare. Totuși, realitatea actuală arată multiple obstacole în calea adoptării pe scară largă. Eficiența energetică redusă de doar 25-35%, comparativ cu 70-90% pentru vehiculele electrice clasice, rămâne impedimentul tehnic fundamental.

Costul ridicat al combustibilului, între 10-15 euro per kilogram, alături de infrastructura extrem de limitată, plasează aceste vehicule într-o poziție dezavantajoasă pe piața auto europeană. De asemenea, procesul de producție al hidrogenului ridică semne de întrebare privind amprenta ecologică totală, deoarece 99% din producția actuală generează emisii semnificative de carbon.

Cu toate acestea, inovații precum pila de combustie ceramică dezvoltată de Volkswagen, promițând 2000 km autonomie, sau aplicațiile viitoare în transportul greu, oferă perspective interesante. Cercetarea continuă, iar hidrogenul verde, deși scump în prezent, ar putea deveni competitiv după 2030.

Privind obiectiv situația, considerăm că mașinile cu hidrogen vor ocupa probabil un segment de nișă în următorul deceniu, complementar vehiculelor electrice cu baterii. Transportul greu și flota comercială reprezintă sectoarele unde această tehnologie are cel mai mare potențial, datorită cerințelor specifice de autonomie și timp rapid de alimentare.

Deși viitorul aparține indiscutabil mobilității electrice, hidrogenul ar putea juca un rol important în anumite aplicații specifice, contribuind astfel la diversificarea soluțiilor pentru un transport cu emisii reduse de carbon.

Sorin Cârstea

Sorin este un profesionist experimentat și pasionat în domeniul vânzărilor și reparațiilor autovehiculelor rutiere, cu peste 35 de ani de experiență în industrie. A deținut poziții de conducere în cadrul unor dealership-uri de renume și a contribuit la dezvoltarea unor proiecte inovatoare în domeniul auto. Acum, Sorin aduce această expertiză și pasiune în cadrul echipei BCCH Group Switzerland, continuând să exceleze în domeniul său.

Vezi mai multe articole ale autorului