Iš vidaus degimo variklio į vandenilinį – KTU komandos sukurtas „Slibinomobilis“ pasiruošęs naujiems iššūkiams

Vandenilis dažnai įvardijamas kaip ateities kuras ir nors tiesa, kad dar laukia ilgas kelias siekiant efektyvaus ir aplinkai draugiško jo panaudojimo, rinkoje vandenilinius automobilius kuria ne tik didieji gamintojai, tačiau ir entuziastai.

Būtent KTU studentų ir dėstytojo dr. Beno Gabrielio Urbonavičiaus kurtas „Slibinas“ spjaudosi nebe ugnimi, o vandeniliu. 2023 m. „Fiziko dienoje“, o vėliau „Technoramoje“ pasirodęs „Slibinomobilis“ jau pakeliui į naują iššūkį – iš įprasto degimo variklio virsti vandeniliu varomu automobiliu.

Jis priduria, jog šis projektas – jų komandos entuziazmo ir smalsumo rezultatas, tačiau taip pat juo norima parodyti realias vandenilio varomo transporto perspektyvas kaip alternatyvą iškastiniam kurui.

Laukia nemenkas iššūkis

Dauguma šiuolaikinių vandeniliu varomų automobilių naudoja vandenilio kuro elementą – jame vandenilis, besijungdamas su ore esančiu deguonimi, sukuria elektrą, reikalingą automobilio varikliui. Tai kol kas efektyviausias ir labiausiai paplitęs sprendimas tarp serijinės gamybos vandenilinių automobilių. Visgi vandenilio panaudojimas įmanomas ir automobilio vidaus degimo variklyje.

„Vandenilinio variklio mechaninė konstrukcija yra tokia pati kaip benzininio ar dyzelio variklio – skiriasi tik kuro sistema, – aiškina dr. B. G. Urbonavičius. – Tačiau, jei kuro elemento efektyvumas gali siekti ~60%, tai vandenilinio vidaus degimo variklio ~30%, todėl vandeniliniai automobiliai su vidaus degimo varikliu sutinkami tik kaip prototipai.“

Visgi, nepaisant energijos nuostolių, kaip eksperimentą, KTU komanda pasirinko būtent šį kelią – po „Slibino“ kostiumu pasislėpusio „Jaguar XJ40“ vidaus degimo variklį pritaikyti modernaus vandenilinio kuro panaudojimui.

Antra projekto dalis, laukianti „Slibino“ komandos – kuro sistemos pritaikymas vandeniliui. Ši užduotis, pasak KTU mokslininko, bus tikras iššūkis, kadangi vandenilis pasižymi dideliu degimo greičiu ir menku sienelės efektu, lyginant su benzinu.

„Teoriškai paskaičiavome, kad turėtume prarasti apie pusę dabartinės benzininio variklio galios, tad kelionė Kaune į Parodos g. kalno viršu gali tapti iššūkiu, – šypsosi jis. – Todėl dabar dirbame ir ties atskirų „Slibino“ sistemų efektyvumo didinimu.“

Vandenilinis kuras – vilkas avies kailyje?

Nors KTU komandos tikslas – vandeniliu varomas „Slibinas“, dr. B. G. Urbonavičius pripažįsta – kol kas vandenilinis transportas nėra tvarus. To priežastis – pilkasis vandenilis, kuris šiuo metu sudaro virš 90 proc. viso pagaminamo vandenilio.

„Jo gamybos procese gamtinės dujos suskaidomos aukštoje temperatūroje (~820^oC) ir slėgyje (~20 bar.) tokių būdu išgaunant vandenilį ir anglies dioksidą. Problema, žinoma, yra didelis į atmosferą išmetamo CO₂ kiekis“, – aiškina mokslininkas.

Vadinamojoje vandenilio vaivorykštėje egzistuoja ir beveik identiškas pilkajam – mėlynasis vandenilis. Šiuo atveju didžioji dalis susidarančio CO₂ yra sulaikoma nuo išmetimo į atmosferą. Visgi tai nėra tvaru ilguoju laikotarpiu.

Žaliasis vandenilis, kita vertus, yra siekiamybė – tai tvariausia vandenilio rūšis, gaminama skaidant vandenį į vandenilį ir deguonį elektrolizės būdu. Jeigu naudojama elektra gauta iš atsinaujinančių energijos šaltinių, šio proceso metu nesusidaro klimato kaitą skatinančių dujų.

Visgi, dr. B. G. Urbonavičius akcentuoja, kad gaminant žaliąjį vandenilį patiriami per dideli elektros energijos nuostoliai, o tai reiškia, jog kol kas vandenilinis transportas arba yra tvarus, bet energetiškai neefektyvus, arba pakankamai efektyvus, tačiau taršus.

„Aplinkos tarša, nuvažiuojant 100 km. vandeniliniu automobiliu, naudojant pilkąjį vandenilį, yra prilyginama efektyvaus vidaus degimo variklio taršai, todėl bent kol kas vandeniliniai automobiliai taršos nemažina, o ją tik perkelia iš automobilio naudojimo į vandenilio gamybos vietą“, – aiškina KTU mokslininkas.

Elektromobiliai kol kas laimi

500 „Toyota Mirai“ vandeniliu varomų automobilių – oficialus 2024 m. olimpinių ir paralimpinių žaidynių transportas ir Tarptautinio Olimpinio komiteto siekis atkreipti pasaulio dėmesį į šią, rodos, tvarią energijos rūšį.

Visgi, kritika iš 120 pasaulio mokslininkų sufleruoja, jog vandeniliniai automobiliai galbūt nėra teisingiausias kelias į klimato kaitos mažinimą: jie brangesni, pilkasis vandenilis – taršus, o žaliuoju vandeniliu varomi automobiliai sunaudoja triskart daugiau elektros energijos nei elektromobiliai. Taigi, ar vandenilinis kuras tikrai yra lengvojo transporto ateitis? KTU dėstytojas antrina – tikėtina, jog nebe.

Visgi žaliojo vandenilio svarba pramonės, energetikos ir sunkiojo transporto sektoriuose – neabejotina, ypač tuomet, kai kiti „švarūs“ energijos šaltiniai arba nėra tinkama alternatyva iškastiniam kurui, arba tiesiog būtų dar brangesni nei žaliasis vandenilis.

Tvarios energijos infrastruktūros plėtrą akcentuoja ir Europos sąjungos užsibrėžti tikslai iki 2030 m. 42,5 proc. energijos išgauti iš atsinaujinančių šaltinių, įskaitant žaliąjį vandenilį. Lietuva taip pat patvirtino vandenilio plėtros gaires 2024-2050 m., pagal kurias iki 2050 m. sieks tapti viena iš regiono lyderių pagal vandenilio gamybą ir eksportavimą.

„Lietuvoje šiuo metu vyksta du vandenilinio transporto projektai – Vilniuje ir Klaipėdoje. Pastarasis projektas, manau, yra žingsnis į priekį visai Lietuvai, kadangi visoje Europos Sąjungoje sutarta, kad iki 2030 m. pabaigos turės būti išvystytas vandenilio stotelių tinklas“, – komentuoja dr. B. G. Urbonavičius.

Vandenilinio „Slibinomobilio“ pasirodymas – kitąmet

Kol Lietuvos žaliojo vandenilio infrastruktūra dar tik pradedama plėtoti, Slibinui, deja, teks pasitenkinti pilkuoju vandeniliu, apgailestauja KTU mokslininkas.

„Labai stengsimės, kad 2025 kovo 1 d. per jubiliejinį 30-ajį prof. K. Baršausko fizikos konkursą Kaune galėtume visiems pristatyti pirmąjį vandeniliu varomą Slibiną pasaulyje, o vėliau būtinai susitiksime 57-ojoje „Fiziko dienoje“ Vilniuje balandžio pradžioje.“