Zatímco Jules Verne jehož výročí si nyní připomínáme, u většiny svých vynálezů spoléhal hlavně na elektřinu, kterou byl okouzlen svět minulého tisíciletí, poslední století bylo érou rozvoje spalovacích motorů, a to současné by podle všeho mělo být érou vodíku a alternativních energií.
Od elektřiny k vodíku jako "benzínu budoucnosti"
Experti považují vodík za velice perspektivní zdroj energie pro pohon vozidel, ale spíše než jeho přímé spalování v motoru, předpokládají využití vodíku v palivových článcích, které bez emisí produkují elektřinu a zároveň teplo. Z mnoha konstrukčních typů současných palivových článků se pro pohon aut jeví jako nejvhodnější články PEMFC, které místo tekutého elektrolytu obsahují polymerovou membránu. Místo čistého vodíku se však většinou používá metanol, který lze poměrně jednoduše vyrábět synteticky. Ten před vstupem do palivového článek zvláštní zařízení upravuje na plyn s vysokým obsahem vodíku. Z původního ne zrovna kompaktního rozměru se tato malá chemická továrna dostala postupným vývojem až na velikost nevelké krabice, která už nezabírá ve voze mnoho místa. Palivový článek pracuje s 50-80% účinností a elektrický proud zde vzniká reakcí vodíku s kyslíkem. "Odpadem" je pouze vodní pára. Jednu z hlavních technických bariér se tak podařilo překonat, ale vyhrán o zdaleka není.
PERSPEKTIVNÍ, ALE ZATÍM DRAHÉ.
Dočkáme se až za pár let
Ačkoli je vodík nejhojnější látkou ve vesmíru i na naší planetě, na rozdíl od fosilních paliv nejsou nikde na Zemi žádná vodíková ložiska, je vždy vázán v nějaké sloučenině a jeho oddělení vyžaduje energii. Takže vodík je nutné vyrábět - a skladovat. Ve srovnání s ropou však vodík lze vyrábět i z domácích zdrojů, jako jsou zemní plyn, uhlí, biomasa i voda.
USA i EU odhadují, že ke skutečnému zlomu, který by umožnil nasazení vodíkových technologií v širokém měřítku může dojít až v horizontu 15-20 let. Výroba vodíku je zatím zhruba čtyřikrát dražší než benzín či nafta a výroba vodíkových palivových článků je nyní desetkrát dražší než výroba současných spalovacích systémů. Ekonomickou slabinou palivových článků je jejich vysoká cena kvůli používáním katalyzátorů z drahých kovů.
Ale samotná výroba vodíku není jediným problémem: další velké investice si vyžádá skladovací infrastruktura vodíku a vodíkových plnicích zařízení, která by zajistila dostupnost této pohonné látky podobně jako současná síť čerpacích stanic na benzín a naftu. Zde ale zatím vodík v konečném hodnocení prohrává ekonomicky - vysokými náklady v porovnání s tekutými uhlovodíkovými palivy, která vystačí s lehkými nádržemi bez tlaku.
Nicméně pro vodík hraje jeden důležitý faktor: čas, který neúprosně odměřuje dobu, kdy dojde k vyčerpání fosilních uhlovodíkových paliv, což je odhadováno v horizontu 20-50 let. Vyspělé státy jsou k intenzivnímu výzkumu využití vodíkové technologie tlačeny tím, že při současném stavu automobilového pohonu by v příštích dvaceti letech musely dovážet až 70 % (ne-li více) své spotřeby ropy, a to z oblastí, které představují bezpečnostní riziko. Takže panuje obecná shoda, že vodík je palivem budoucnosti.
PODPORUJTE SVÉHO VODÍKA!
Prezident Bush oznámil ve Zprávě o stavu Unie podporu 1,2 mld. dolarů určenou na vývoj vodíkového motoru, také EU vloží miliony do výzkumu vodíkového pohonu, výroby vodíkem poháněných vozidel a budování vodíkové infrastruktury. Loni EU podpořila program mezinárodního partnerství při výzkumu vodíkových technologií, který přijaly USA, Japonsko a další státy, a Evropská komise koncem ledna rozhodla, že věnuje do roku 2006 na výzkum vodíkových technologií 300 mil. eur. Unie vyzvala k těsné spolupráci i podniky, otázkou však je, zda velké automobilky, které do výzkumu tohoto pohonu již řadu let investují nemalé prostředky, budou ochotné bezplatně sdílet své výsledky s konkurenty.
V letošním roce má v Evropě odstartovat projekt Maják, rozvržený na deset let, který by měl výrazně urychlit přechod ze současné fáze výzkumu k rychlejšímu rozvoji masivního komerčního využití technologie palivových článků a k budování potřebné infrastruktury pro výrobu a distribuci vodíku. V rámci tohoto programu, jehož cílem je mj. koordinovat možnosti průmyslu, výzkumných center a politiků, by ve vybraných světových metropolích měly v ověřovacím a předváděcím provozu začít pracovat vodíkové plnicí stanice a stacionární komplexy, využívající technologii palivových článků, sloužící pro výrobu tepelné a elektrické energie. Výroba, distribuce a užití vodíku ve stacionárních i mobilních systémech, využívajících především technologii palivových článků, prověří všechny aspekty energetického zásobování budoucnosti.
VODÍKOVÉ AUTOMOBILY, VLAKY I STÁTY
Podle plánů EU by po roce 2010 měla díky podpoře speciálních rozvojových fondů začít výroba prvních několik stovek vodíkem poháněných automobilů určených pro běžné využití v dopravě. Automobily poháněné palivovými články v podobě modelu Mercedes F-cell už jezdí ve službách německého Telecomu, také automobilka GM už přislíbila vyrobit 40 vodíkových aut. Na letošním ženevském autosalonu se poprvé v Evropě představila nejnovější verze prvního sériového vodíkového automobilu světa, Hondy FCX.
Dánský region Západní Jutsko získá zase možná primát první evropské vodíkové železnice. Tři města tohoto regionu Vemb, Lemvig and ThyborNn vytvoří fond pro vybudování téměř 60km úseku dráhy vybavené pro nasazení vodíkem poháněné železniční soupravy. Podle dánských úřadů EU a město RingkNbing usilují o financování investice ve výši 66 tisíc eur. Vodíkový vlak je klíčovým projektem nového vodíkového inovačního a výzkumného střediska HIRC (Hydrogen Innovation and Research Centre) v Západním Jutsku. Jak uvedl šéf centra HIRC Jens-Chr. Möller, cílem je vybudovat první komerční projekt vodíkového vlaku v Evropě. Na rozdíl od řady již probíhajících mezinárodních projektů na využití vodíkových automobilů a autobusů a infrastruktury pro jejich provoz jsou projekty vodíkové železnice poměrně vzácné a jsou soustředěny hlavně v USA a v Japonsku. HIR nyní doufá, že se podaří přilákat pozornost hlavních výrobců vlaků a zapojit je do účasti na projektu.
Prvním státem, který se pomocí vodíku a alternativních energií chce zcela osvobodit od nadvlády ropy a zemního plynu, je Island. Pohon automobilů i celé námořní flotily rybářských lodí má v budoucnu (nejpozději do roku 2030) zajišťovat výhradně vodík. V konsorciu Islandská nová energie (Íslensk NýOrka), které si vzalo za cíl realizaci této myšlenky, jsou kromě dalších firem zastoupeni i průmysloví giganti jako DaimlerChrysler a Royal Dutch Shell. První viditelnou známkou naplánované vodíkové revoluce jsou tři autobusy pro veřejnost, financované z prostředků evropského projektu CUTE (Clean Urban Transport in Europe) a nově vybudovaná vodíková čerpací stanice na okraji Reykjavíku.
Rozsáhlý pilotní projekt EQHHP (Euro-Quebec-Hydro-Hydrogen-Project), který připravuje cestu k vodíkovému hospodářství, probíhá od roku 1988 mezi Kanadou a Evropou. Obrovské přebytky elektrických výkonů v Kanadě by bylo možné prodávat Evropě prostřednictvím vodíku. V současné době přepravuje speciální tanker z kanadské zkapalňovací stanice v Sept Iles u ústí řeky Sv. Vavřince kapalný vodík do Hamburku, kde je skladován v kulové nádrži. Postupně by měl dovoz kapalného vodíku vzrůst až na 7 000 m3 ročně a vodíkem má být poháněno 830 městských autobusů v Hamburku.
PROBLÉMEM JE SKLADOVÁNÍ A LOGISTIKA
Optimálním řešením, jak vodík po rozlehlém území přepravovat do dostatečně husté sítě čerpacích stanic, je stlačovat jej a zkapalňovat, což však prodražuje jeho použití. Uchovávání, vodíku jak ve stlačené, tak ve zkapalněné formě přináší značné technické problémy. Protože se zde pracuje s vysokými tlaky a při zkapalnění i extrémně nízkými teplotami (jen 20 K, tj. - 253 °C), musejí být zařízení pro skladování a přečerpávání - např. výdejní stojan - pro vodíkové palivo konstruována jinak, než je tomu u standardních pohonných hmot. Např. koncovku plnicího potrubí připojuje k ventilu na automobilu robotizovaná ruka, protože připojování i plnění je dosti nebezpečné a je lepší pokud probíhá bez přímé účasti člověka. Takové zařízení je např. ve zkušebním provozu na letišti v Mnichově, kde na vodík pokusně jezdí upravené osobní automobily a autobusy.
Také skladování vodíku ve velkém je jak se zdá vyřešeno. Např. pro americký kosmický program jsou velká množství kapalného vodíku uskladněna ve vakuových mrazicích nádržích; kde jedna nádrž pojme 3 400 m3 vodíku. Pro skladováni lze využít i podzemní zásobníky, které nyní slouží pro uskladnění směsi methanu a vodíku. Vodík lze převádět potrubím o velkém průměru - v USA a Jižní Africe byl např. vodík převáděn potrubím až do vzdálenosti 80 km a v Evropě do vzdálenosti 200 km. Na skladování menšího množství (např. pro domácnosti a automobily) byly navrženy zásobníky obsahující slitiny kovů. Kapalný vodík může být přepravován rovněž po moři, po silnicích nebo po dráze ve speciálních nádržích. Jako další nosiče energie lze uvažovat také sloučeniny obsahující vodík: v úvahu přicházejí hlavně metan, metanol a peroxid vodíku (ten se mj. používal jako nosič energie už ve 2. světové válce). Zajímavou variantou je zejména metanol.
Nabízejí se také alternativní technologie distribuce vodíku. K neslibnějším patří slitiny některých kovů, které mohou pojmout až tisíckrát více vodíku, než činí jejich objem. Jsou však těžké a opakovaným používáním křehnou.
Nicméně přes nadějný rozvoj a zlepšování vodíkových technologií má tento trend i problémové aspekty. Nebezpečí úniku a exploze vodíku při jeho dopravě obecně je jen o málo vyšší než u zemního plynu nebo ropy, ale jedním z možných problémů přímého využití vodíku, na který poukazují některé poslední studie, je právě to, že vodík uniklý při výrobě, dopravě nebo přečerpávání, může způsobovat poškození ozónové vrstvy.
PERSPEKTIVNÍ, ALE ZATÍM DRAHÉ.
Dočkáme se až za pár let
Ačkoli je vodík nejhojnější látkou ve vesmíru i na naší planetě, na rozdíl od fosilních paliv nejsou nikde na Zemi žádná vodíková ložiska, je vždy vázán v nějaké sloučenině a jeho oddělení vyžaduje energii. Takže vodík je nutné vyrábět - a skladovat. Ve srovnání s ropou však vodík lze vyrábět i z domácích zdrojů, jako jsou zemní plyn, uhlí, biomasa i voda.
USA i EU odhadují, že ke skutečnému zlomu, který by umožnil nasazení vodíkových technologií v širokém měřítku může dojít až v horizontu 15-20 let. Výroba vodíku je zatím zhruba čtyřikrát dražší než benzín či nafta a výroba vodíkových palivových článků je nyní desetkrát dražší než výroba současných spalovacích systémů. Ekonomickou slabinou palivových článků je jejich vysoká cena kvůli používáním katalyzátorů z drahých kovů.
Ale samotná výroba vodíku není jediným problémem: další velké investice si vyžádá skladovací infrastruktura vodíku a vodíkových plnicích zařízení, která by zajistila dostupnost této pohonné látky podobně jako současná síť čerpacích stanic na benzín a naftu. Zde ale zatím vodík v konečném hodnocení prohrává ekonomicky - vysokými náklady v porovnání s tekutými uhlovodíkovými palivy, která vystačí s lehkými nádržemi bez tlaku.
Nicméně pro vodík hraje jeden důležitý faktor: čas, který neúprosně odměřuje dobu, kdy dojde k vyčerpání fosilních uhlovodíkových paliv, což je odhadováno v horizontu 20-50 let. Vyspělé státy jsou k intenzivnímu výzkumu využití vodíkové technologie tlačeny tím, že při současném stavu automobilového pohonu by v příštích dvaceti letech musely dovážet až 70 % (ne-li více) své spotřeby ropy, a to z oblastí, které představují bezpečnostní riziko. Takže panuje obecná shoda, že vodík je palivem budoucnosti.
PODPORUJTE SVÉHO VODÍKA!
Prezident Bush oznámil ve Zprávě o stavu Unie podporu 1,2 mld. dolarů určenou na vývoj vodíkového motoru, také EU vloží miliony do výzkumu vodíkového pohonu, výroby vodíkem poháněných vozidel a budování vodíkové infrastruktury. Loni EU podpořila program mezinárodního partnerství při výzkumu vodíkových technologií, který přijaly USA, Japonsko a další státy, a Evropská komise koncem ledna rozhodla, že věnuje do roku 2006 na výzkum vodíkových technologií 300 mil. eur. Unie vyzvala k těsné spolupráci i podniky, otázkou však je, zda velké automobilky, které do výzkumu tohoto pohonu již řadu let investují nemalé prostředky, budou ochotné bezplatně sdílet své výsledky s konkurenty.
V letošním roce má v Evropě odstartovat projekt Maják, rozvržený na deset let, který by měl výrazně urychlit přechod ze současné fáze výzkumu k rychlejšímu rozvoji masivního komerčního využití technologie palivových článků a k budování potřebné infrastruktury pro výrobu a distribuci vodíku. V rámci tohoto programu, jehož cílem je mj. koordinovat možnosti průmyslu, výzkumných center a politiků, by ve vybraných světových metropolích měly v ověřovacím a předváděcím provozu začít pracovat vodíkové plnicí stanice a stacionární komplexy, využívající technologii palivových článků, sloužící pro výrobu tepelné a elektrické energie. Výroba, distribuce a užití vodíku ve stacionárních i mobilních systémech, využívajících především technologii palivových článků, prověří všechny aspekty energetického zásobování budoucnosti.
VODÍKOVÉ AUTOMOBILY, VLAKY I STÁTY
Podle plánů EU by po roce 2010 měla díky podpoře speciálních rozvojových fondů začít výroba prvních několik stovek vodíkem poháněných automobilů určených pro běžné využití v dopravě. Automobily poháněné palivovými články v podobě modelu Mercedes F-cell už jezdí ve službách německého Telecomu, také automobilka GM už přislíbila vyrobit 40 vodíkových aut. Na letošním ženevském autosalonu se poprvé v Evropě představila nejnovější verze prvního sériového vodíkového automobilu světa, Hondy FCX.
Dánský region Západní Jutsko získá zase možná primát první evropské vodíkové železnice. Tři města tohoto regionu Vemb, Lemvig and ThyborNn vytvoří fond pro vybudování téměř 60km úseku dráhy vybavené pro nasazení vodíkem poháněné železniční soupravy. Podle dánských úřadů EU a město RingkNbing usilují o financování investice ve výši 66 tisíc eur. Vodíkový vlak je klíčovým projektem nového vodíkového inovačního a výzkumného střediska HIRC (Hydrogen Innovation and Research Centre) v Západním Jutsku. Jak uvedl šéf centra HIRC Jens-Chr. Möller, cílem je vybudovat první komerční projekt vodíkového vlaku v Evropě. Na rozdíl od řady již probíhajících mezinárodních projektů na využití vodíkových automobilů a autobusů a infrastruktury pro jejich provoz jsou projekty vodíkové železnice poměrně vzácné a jsou soustředěny hlavně v USA a v Japonsku. HIR nyní doufá, že se podaří přilákat pozornost hlavních výrobců vlaků a zapojit je do účasti na projektu.
Prvním státem, který se pomocí vodíku a alternativních energií chce zcela osvobodit od nadvlády ropy a zemního plynu, je Island. Pohon automobilů i celé námořní flotily rybářských lodí má v budoucnu (nejpozději do roku 2030) zajišťovat výhradně vodík. V konsorciu Islandská nová energie (Íslensk NýOrka), které si vzalo za cíl realizaci této myšlenky, jsou kromě dalších firem zastoupeni i průmysloví giganti jako DaimlerChrysler a Royal Dutch Shell. První viditelnou známkou naplánované vodíkové revoluce jsou tři autobusy pro veřejnost, financované z prostředků evropského projektu CUTE (Clean Urban Transport in Europe) a nově vybudovaná vodíková čerpací stanice na okraji Reykjavíku.
Rozsáhlý pilotní projekt EQHHP (Euro-Quebec-Hydro-Hydrogen-Project), který připravuje cestu k vodíkovému hospodářství, probíhá od roku 1988 mezi Kanadou a Evropou. Obrovské přebytky elektrických výkonů v Kanadě by bylo možné prodávat Evropě prostřednictvím vodíku. V současné době přepravuje speciální tanker z kanadské zkapalňovací stanice v Sept Iles u ústí řeky Sv. Vavřince kapalný vodík do Hamburku, kde je skladován v kulové nádrži. Postupně by měl dovoz kapalného vodíku vzrůst až na 7 000 m3 ročně a vodíkem má být poháněno 830 městských autobusů v Hamburku.
PROBLÉMEM JE SKLADOVÁNÍ A LOGISTIKA
Optimálním řešením, jak vodík po rozlehlém území přepravovat do dostatečně husté sítě čerpacích stanic, je stlačovat jej a zkapalňovat, což však prodražuje jeho použití. Uchovávání, vodíku jak ve stlačené, tak ve zkapalněné formě přináší značné technické problémy. Protože se zde pracuje s vysokými tlaky a při zkapalnění i extrémně nízkými teplotami (jen 20 K, tj. - 253 °C), musejí být zařízení pro skladování a přečerpávání - např. výdejní stojan - pro vodíkové palivo konstruována jinak, než je tomu u standardních pohonných hmot. Např. koncovku plnicího potrubí připojuje k ventilu na automobilu robotizovaná ruka, protože připojování i plnění je dosti nebezpečné a je lepší pokud probíhá bez přímé účasti člověka. Takové zařízení je např. ve zkušebním provozu na letišti v Mnichově, kde na vodík pokusně jezdí upravené osobní automobily a autobusy.
Také skladování vodíku ve velkém je jak se zdá vyřešeno. Např. pro americký kosmický program jsou velká množství kapalného vodíku uskladněna ve vakuových mrazicích nádržích; kde jedna nádrž pojme 3 400 m3 vodíku. Pro skladováni lze využít i podzemní zásobníky, které nyní slouží pro uskladnění směsi methanu a vodíku. Vodík lze převádět potrubím o velkém průměru - v USA a Jižní Africe byl např. vodík převáděn potrubím až do vzdálenosti 80 km a v Evropě do vzdálenosti 200 km. Na skladování menšího množství (např. pro domácnosti a automobily) byly navrženy zásobníky obsahující slitiny kovů. Kapalný vodík může být přepravován rovněž po moři, po silnicích nebo po dráze ve speciálních nádržích. Jako další nosiče energie lze uvažovat také sloučeniny obsahující vodík: v úvahu přicházejí hlavně metan, metanol a peroxid vodíku (ten se mj. používal jako nosič energie už ve 2. světové válce). Zajímavou variantou je zejména metanol.
Nabízejí se také alternativní technologie distribuce vodíku. K neslibnějším patří slitiny některých kovů, které mohou pojmout až tisíckrát více vodíku, než činí jejich objem. Jsou však těžké a opakovaným používáním křehnou.
Nicméně přes nadějný rozvoj a zlepšování vodíkových technologií má tento trend i problémové aspekty. Nebezpečí úniku a exploze vodíku při jeho dopravě obecně je jen o málo vyšší než u zemního plynu nebo ropy, ale jedním z možných problémů přímého využití vodíku, na který poukazují některé poslední studie, je právě to, že vodík uniklý při výrobě, dopravě nebo přečerpávání, může způsobovat poškození ozónové vrstvy.
Zdroj:Technik
Sdílet článek na sociálních sítích
