Właściwości fizykochemiczne wodoru są znane od XVIII wieku, jednak przez wiele dekad jego znaczenie jako paliwa pozostawało niewielkie. Wynikało to głównie z dominacji tanich paliw węglowodorowych, które były łatwiejsze w pozyskaniu i magazynowaniu. Choć wodór jest najpowszechniejszym pierwiastkiem we Wszechświecie, na Ziemi występuje niemal wyłącznie w formach związanych – przede wszystkim w wodzie oraz w związkach organicznych. W stanie wolnym pojawia się jedynie śladowo, co wymusza jego produkcję w procesach technologicznych.

 Wodór jako paliwo ma kilka istotnych zalet. Podczas spalania w tlenie tworzy jedynie parę wodną i ciepło, a energia chemiczna zawarta w jednym kilogramie wodoru wynosi około 33 kWh. Jednocześnie jego magazynowanie jest znacznie trudniejsze niż w przypadku paliw ciekłych. W warunkach normalnych wodór ma bardzo niską gęstość energii objętościowej – około 3 kWh/m³ – co oznacza, że aby zgromadzić energię równoważną tej z baku benzyny, zbiornik na wodór musi być wielokrotnie większy i cięższy. Konieczne jest także sprężanie gazu do co najmniej 350 barów, co samo w sobie wymaga dodatkowego nakładu energii i odpowiedniej infrastruktury. Mimo tych ograniczeń wodór jest postrzegany jako jedno z kluczowych paliw przyszłości, szczególnie w kontekście transformacji energetycznej i dekarbonizacji transportu. Już dziś znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle – m.in. przy produkcji nawozów, stali, szkła czy żywności – a rozwój technologii magazynowania i konwersji energii sprawia, że jego rola w sektorze mobilności systematycznie rośnie. 

 Pod względem bezpieczeństwa wodór nie stwarza większych zagrożeń niż paliwa konwencjonalne. Zbiorniki wykonane z włókna węglowego przechodzą rygorystyczne testy, w tym próby ostrzału i standardowe testy zderzeniowe. W przypadku rozszczelnienia wodór dzięki bardzo niskiej gęstości szybko unosi się i rozprasza, nie zalegając przy powierzchni. W razie zapłonu tworzy pionowy, skoncentrowany płomień, co ogranicza ryzyko rozprzestrzeniania ognia ^{[1, 5]}. Ponieważ wodór nie występuje naturalnie w stanie wolnym, musi być produkowany. Najpowszechniejszą metodą jest reforming parowy metanu, prowadzony w temperaturze powyżej 800°C i pod ciśnieniem 20–50 barów. Proces ten jest wydajny, lecz generuje emisję CO₂, latego przewiduje się, że jego znaczenie będzie stopniowo maleć. Alternatywą jest pozyskiwanie wodoru z biomasy, a także wykorzystanie mikroorganizmów i alg, które potrafią produkować wodór biologicznie – choć obecnie ich wydajność jest zbyt niska, by mogły znaleźć zastosowanie przemysłowe. Coraz większe znaczenie zyskuje elektroliza wody, w której energia elektryczna rozkłada cząsteczki H₂O na tlen i wodór. Elektrolizery PEM umożliwiają produkcję wodoru o wysokiej czystości i mogą być zasilane energią odnawialną, co czyni tę technologię kluczową dla tzw. zielonego wodoru ^{[1, 2, 3]}.

 W transporcie wodór może być wykorzystywany na dwa główne sposoby: w ogniwach paliwowych oraz w silnikach spalinowych. Ogniwa paliwowe przekształcają energię chemiczną wodoru bezpośrednio w energię elektryczną. W ogniwie wodór doprowadzany do anody rozpada się na protony i elektrony. Protony przechodzą przez membranę PEM do katody, a elektrony płyną przez obwód zewnętrzny, zasilając silnik elektryczny. Technologia ta zapewnia krótki czas tankowania, duży zasięg i stabilne osiągi, także w niskich temperaturach. Ogniwa paliwowe są konstrukcyjnie podobne do elektrolizerów, lecz proces zachodzi w odwrotnym kierunku ^{[2, 3]}. Drugą metodą jest spalanie wodoru w silniku o zapłonie wewnętrznym. Zastąpienie paliw kopalnych wodorem pozwala niemal całkowicie wyeliminować emisję CO₂ oraz większości zanieczyszczeń. Mogą powstawać tlenki azotu, jednak ich emisję można skutecznie ograniczać dzięki odpowiedniemu sterowaniu procesem spalania i stosowaniu systemów oczyszczania spalin. Wodór ma korzystne właściwości spalania – niską energię zapłonu, dużą szybkość spalania i szerokie granice palności – co umożliwia pracę na mieszankach ubogich i poprawiasprawność silnika. Jednocześnie niska energia zapłonu zwiększa ryzyko zapłonu w kolektorze dolotowym, np. wskutek kontaktu z rozgrzanymi elementami ^{[4, 6]}.

 Wodór charakteryzuje się wysoką temperaturą samozapłonu, co pozwala zwiększać stopień sprężania, ale utrudnia jego wykorzystanie w silnikach o zapłonie samoczynnym. Ze względu na bardzo małą gęstość musi być magazynowany pod wysokim ciśnieniem lub w postaci ciekłej, co wymaga temperatur rzędu –253°C i wiąże się ze stratami energii. Wysoka dyfuzyjność wodoru sprzyja szybkiemu tworzeniu jednorodnej mieszanki, ale może prowadzić do kruchości wodorowej metali – wodór dyfunduje do przestrzeni międzyatomowych, osłabiając strukturę materiału. Największą odporność wykazują stopy aluminium, miedzi i mosiądzu. Istotnym wyzwaniem jest brak właściwości smarujących wodoru. Wpływa to na pracę wtryskiwaczy, zaworów i gniazd zaworowych, dlatego silniki wodorowe wymagają modyfikacji konstrukcyjnych: lepszego chłodzenia głowicy, zmniejszenia luzów między tłokiem a tuleją czy ograniczenia ryzyka powstawania płomienia przyściennego. Konieczny jest także wydajny system odpowietrzania skrzyni korbowej, ponieważ niespalony wodór może się do niej przedostawać, zwiększać ciśnienie i ulegać zapłonowi. Wysoka zawartość pary wodnej w spalinach może rozcieńczać olej silnikowy, dlatego musi on być odpowiednio dobrany ^{[7, 8, 9]}. Podsumowując, wodór posiada szereg właściwości czyniących go jednym z najbardziej obiecujących paliw alternatywnych. Może znacząco ograniczyć emisję zanieczyszczeń zarówno w ogniwach paliwowych, jak i w silnikach spalinowych. Aby jednak w pełni wykorzystać jego potencjał, konieczny jest dalszy rozwój technologii produkcji, magazynowania i dystrybucji oraz dostosowanie konstrukcji układów napędowych do specyfiki tego paliwa. Wraz z postępem badań i spadkiem kosztów technologii wodorowych wodór może stać się jednym z kluczowych elementów przyszłego systemu transportowego i energetycznego.

•  Mgr inż. Ksawery Żbik
Centrum Ochrony Środowiska,
Instytut Transportu Samochodowego

Bibliografia

1. Ahad, M. T., Bhuiyan, M. M. H., Sakib, A. N., Corral, A. B., & Siddique, Z. (2023). An Overview of Challenges for the Future of Hydrogen. Materials, 16(20), 6680.

2. Hauch, A., Küngas, R., Blennow, P., Hansen, A. B., Hansen, J. B., Mathiesen, B. V., & Mogensen, M. B. (2020). Recent advances in solid oxide cell technology for electrolysis. Science, 370(6513), eaba6118.

3. Jureczka, S., Jendrzejczyk, D., & Szydełko, G. (2023). WODÓR – INFORMACJE I WŁAŚCIWOŚCI PALIWA PRZYSZŁOŚCI. Eunomia-Rozwój Zrównoważony-Sustainable Development, 104(1), 121–133.

4. Nagareddy, S., Rejeswaran S, S., Jaganathan, D., Bala Subramanian, V. P., & Neelakandan, V. (2025). Turbocharged six-cylinder direct injection hydrogen fueled spark ignition engine combustion and NOx control model. Engineering Perspective, 5(3), 100–110.

5. Nastasi, V., Grillone, G., Tonti, A., & Muratore, A. (2025). Pressure Risk Management in Accumulation and Transport Phases of Tanks Containing Hydrogen. Chemical Engineering Transactions, 119, 79–84.

6. Rrustemi, D. N., Ganippa, L. C., & Axon, C. J. (2023). Investigation of boost pressure and spark timing on combustion and NO emissions under lean mixture operation in hydrogen engines. Fuel, 353, 129192.

7. Abebe, B. A., & Altuncu, E. (2024). A Review on hydrogen embrittlement behavior of steel structures and measurement methods. International Advanced Researches and Engineering Journal, 08(02), 091–101.

8. Stępień, Z., & Urzędowska, W. (2021). Tłokowe silniki spalinowe zasilane wodorem–wyzwania. Nafta-Gaz, 77(12), 830–840.

9. Vogt, E., Niethammer, B., Mayer, C., & Poletti, M. (2025). Application & experience of a pilot controlled DI Gas-& Hydrogen injector– on marine engine. W: 31st CIMAC World Congress, Zurich.