Čo je to vodíkový pohon? Ekológia s otáznikmi

Vodík, ktorého atómové jadro pri najľahšom izotope (prócium) tvorí jediný protón, je najľahším a zároveň najrozšírenejším prvkom vo vesmíre. Na Zemi sa vo forme voľného plynu prakticky nevyskytuje.

Keďže vodík je 14,5x ľahší ako vzduch, stúpa v atmosfére a tam v horných vrstvách jeho ióny časom unikajú do vesmíru. Obrovské zásoby vodíka sú však viazané vo vode a v ďalších zlúčeninách. Keďže vodík je horľavý a v zmesi so vzduchom dokonca výbušný, jeho energetické využitie nie je novinkou. Výhodou navyše je, že pri spaľovaní vodíka (H2) vzniká vodná para (H2O), takže je ekologickým palivom.

Spaľovanie trochu inak

Budúcnosť vodíka však nie je v jeho využití v spaľovacích motoroch, ani v horákoch plynových kotlov. Tá vzdialenejšia možno bude poznamenaná využitím ťažších izotopov vodíka (deutéria a trícia) vo fúznych jadrových elektrárňach, ale o slovo sa hlási vodík v inej forme využitia, ktorú dobre zvládame už dnes – v palivových článkoch.

Pozrite siVodíkový kamión Toyota vyráža na cesty

Ako to funguje? Palivový článok je elektrochemické zariadenie premieňajúce priamo chemickú energiu paliva a okysličovadla na energiu elektrickú. Skladá sa z dvoch elektród oddelených membránou alebo elektrolytom. K anóde sa privádza palivo a ku katóde oxidačné činidlo, ktoré sa katalyticky zlučujú.

V palivovom článku na vodík prebieha opačný proces ako pri elektrolýze vody.ZDROJ | VectorStock

 

Z hľadiska použitého paliva a okysličovadla existuje viacero typov palivových článkov . Najrozšírenejšie sú kyslíkovo-vodíkové palivové články, ktoré nachádzajú uplatnenie, okrem iného, aj v doprave. Ale palivové články môžu používať ako palivo aj uhľovodíky, alebo alkohol. Iné môže byť aj oxidačné činidlo, napríklad chlór, alebo oxid chloričitý.

Pozrite siSlováci a Rusi budú spolu vyrábať vodíkom poháňané drony

Vo vodíkovom palivovom článku prebieha elektrochemická reakcia medzi vodíkom čerpaným zo špeciálnej nádrže a vzdušným kyslíkom, pričom vzniká elektrická energia a exhaláty – v tomto prípade vodná para. Pri spaľovaní uhľovodíkových palív (etanol, metanol a pod.) vzniká hlavne oxid uhličitý.

Aj keď je vodná para takisto skleníkový plyn, po ochladení skondenzuje do kvapalného skupenstva a životnému prostrediu neškodí.

ZDROJ | YouTube

Vyrobená elektrina sa obvykle nevyužíva okamžite, ale ukladá sa do akumulátorov, odkiaľ sa čerpá podľa potreby. Špičkový odber energie spotrebiča (napríklad elektromotora) môže byť potom aj vyšší, než je nominálny výkon palivového článku.

Autá s vodíkovým pohonom sú teda elektromobily, ktoré si elektrinu vyrábajú samé v palivových článkoch.

Priaznivci a skeptici

Vodíkové pohony a ďalšie aplikácie vodíka pri výrobe elektrickej energie – zaujímavé sú aj záložné zdroje – vyzerajú nádejne a majú mnoho fanúšikov. Výhodou je vysoká energetická hustota vodíka v porovnaní s Li-ion batériami čistých elektromobilov, rýchle tankovanie, v podstate totožné s tankovaním fosílneho paliva, a ekologická čistota.

Toyota Mirai-H2ZDROJ | Motor Trend

Vlády Nemecka, Japonska a ďalších krajín už robia opatrenia na podporu budovania vodíkovej infraštruktúry. Má vzniknúť množstvo čerpacích staníc na vodík a výrobné kapacity na produkciu vodíka. Aktivity pripravujú aj automobilky, ktoré vyvíjajú, prípadne už aj vyrábajú vodíkové autá.

https://www.youtube.com/watch?time_continue=25&v=_ukcvOggtfs

Automobilky Daimler, Ford a Nissan uzatvorili už začiatkom roku 2013 dohodu o spoločnom vývoji systému palivových článkov pre pohon elektromobilov. V Japonsku zas vznikla silná aliancia firiem Toyota, Nissan, Honda, JXTG Nippon Oil & Energy Corporation, Idemitsu Kosan, Iwatani Corporation, Tokyo Gas, Toho Gas, Air Liquide Japan, Toyota Tsusho Corporation a Development Bank of Japan na podporu vodíkových pohonov a infraštruktúry.

ZDROJ | Real Engineering

Na trhu sú nielen osobné autá s palivovými článkami ako Honda Clarity Fuel Cell, Toyota Mirai, alebo vodíkový plug-in hybrid Mercedes-Benz GLC F-CELL, ale aj kamióny, alebo autobusy s vodíkovým pohonom. V Nemecku dokonca testujú vlak s hybridným vodíkovým pohonom, ktorý sa zapína na neelektrifikovaných úsekoch trate.

Pozrite siVodík či batérie? Čo má väčšie šance v elektromobilite?

Aj keď vodík má oproti „čistým“ elektromobilom výhody – natankuje sa rovnako rýchlo ako benzín, teda plnú nádrž máte za jednotky minút a poskytuje dlhý dojazd – autá s palivovými článkami na vodík sa zatiaľ presadzujú len veľmi pomaly. Za elektromobilmi výrazne zaostávajú.

Ekologické otázniky

Ani Elon Musk vodíku nefandí. Šéf Tesly vodíkové palivové články (angl. fuel cells) dokonca v minulosti označil za „hlúpe články“ („fool cells“). Hlavným dôvodom je energetická neefektívnosť v porovnaní s priamym nabíjaním elektriny zo siete do batérie.

ZDROJ | New Scientist

Krajiny s vysokým podielom solárnych a veterných elektrární vidia vo výrobe vodíka cestu, ako stabilizovať nerovnomernú produkciu elektriny z týchto zdrojov. Obidve hlavné metódy priemyselnej výroby vodíka sú totiž energeticky náročné.

Či už elektrolýza vody, alebo parná reformácia metánu, obe technológie vyžadujú veľa energie a, čo je nepríjemné, sú značne energeticky neefektívne. Už pri samotnej výrobe vodíka sa časť vyrobenej elektriny stratí. Slušnú analýzu výhod a nevýhod vodíkových pohonov v porovnaní s batériami si môžete pozrieť v nasledujúcom videu (v nastaveniach sa dajú zapnúť české titulky).

https://www.youtube.com/watch?v=f7MzFfuNOtY

Ďalšie energetické výdaje si vyžaduje stlačenie vodíka do zásobníkov, jeho preprava a tankovanie do nádrží čerpacích staníc a potom následná výroba elektriny v palivovom článku, aby mohla poháňať elektromotory.

Pozrite siBoom elektromobilov vyvoláva aj otázniky

Nezanedbateľným faktom je aj cena vodíka na čerpacích staniciach. Dnes, iste aj kvôli neexistujúcej konkurencii, sa ceny vodíka v prepočte na 1 km jazdy pohybujú niekoľkonásobne vyššie, ako náklady na elektrinu pri batériových elektromobiloch.

ZDROJ | Real Engineering

Na nový kurz „zelenej“ dopravy reagujú aj ropné spoločnosti. Na svojich čerpacích staniciach budujú nielen nabíjačky pre elektromobily, ale mnohé plánujú aj čerpacie stojany na vodík. Výroba vodíka z metánu, ktorý sa zas získava zo zemného plynu, môže byť pre tieto firmy tiež ďalším biznisom, schopným čiastočne kompenzovať budúci útlm benzínových a naftových motorov.

Takto vyrábaný vodík však má značnú uhlíkovú stopu a s ním aj vodíkové autá, ktoré ho budú spaľovať. Pre ekosystém preto nebude veľmi výhodný.

ZdrojWikipedia,Honda

Komentáre k článku