Miliardy dolarů směřují každoročně na výzkum palivových článků. Do sériové výroby chybějí ve světě měsíce. A co ČR? republika?
Vodík je benzinem budoucnosti
Palmy, písečné pláže, azurové moře i nebe. Havaj. Byl počátek 80. let a Jiří K. Nor krátce předtím prodal svou elektronickou firmu v Kanadě. Měl vyděláno a do žádných aktivit se nehodlal pouštět. Chtěl si užívat. Tento emigrant z roku 1968 snil o tom, že bude kosmonautem. Nezdařilo se. Přesto byl kosmickému výzkumu stále nablízku. V USA pracoval pro firmu, která do NASA dodávala přístroje k měření znečištění ovzduší . Později na torontské univerzitě pracoval v sekci kosmického výzkumu.
"Domníval jsem se, že to vydržím déle, ale po týdnu válení u moře jsem se sbalil a odletěl domů. Psal se rok 1983," vzpomíná dnes 66letý Nor. Vrátil se a založil nedaleko od Toronta společnost Astris na výzkum alkalických palivových článků. Takových, které pomohly dopravit lidi na Měsíc a běžně je využívali v kosmických raketách Američané i Rusové. Jejich cena ovšem překračovala 10 tisíc dolarů na 1 kW/h výkonu. To si mohl dovolit pouze štědře dotovaný kosmický výzkum. Ostatně podle kusých informací jsou alkalické palivové články zdrojem energie i na čínských raketách.
"Astris je dcerou hvězd a hned na začátku jsem si řekl, že mým posláním je udělat vše pro to, aby se alkalické palivové články vrátily zpět na Zemi. Aby se staly cenově dostupnými. Chci vyrobit levný kompaktní palivový článek pro každodenní použití," říká Nor. Je přesvědčen, že právě tato technologie má oproti membránovým palivovým článkům v nejbližší době šanci na úspěch. Alkalický palivový článek je na rozdíl od drahých membránových, často s platinovými katalyzátory, schopen okamžité dodávky elektrické energie, a to i při teplotách minus 40 °C a s účinností 55 až 60 %.
DVĚ MILIARDY DOLARŮ ROČNĚ. 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 ochotny bezplatně sdílet své výsledky s konkurenty.
Letos v Evropě odstartoval 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.
Zatím jedinou zemí na světě, která již rozhodla o tom, že do 30 let plně přejde na energii získávanou z palivových článků, je Island. Jednou věcí je politické rozhodnutí, k jeho realizaci však ještě povede poměrně trnitá cesta.
SÉRIOVÁ VÝROBA. Nor, jako ostatně všichni, kdo se vydali na cestu výzkumu palivových článků, se zanedlouho dostal do cenové pasti. Palivové články jsou ve srovnání s klasickými zdroji elektrické energie příliš drahé. A drahé jsou proto, že se do ceny promítají mnohdy desetiletí nákladů na výzkum a vývoj. Cenově dostupnými se stanou až ve chvíli, kdy se rozjede jejich sériová výroba. Ta se však nerozjede dříve, dokud jejich cena neklesne. Není divu, že se dnes palivové články točí v tomto začarovaném kruhu.
Jiří Nor se rozhodl bojovat s náklady i tím, že výrobu přenesl do země, která má ve srovnání s Kanadou či USA mnohem lacinější a přitom i kvalifikovanější pracovní sílu. Vzpomněl si na zemi svého mládí a ve chvíli, kdy mu zde již, jak říká, nehořela půda pod nohama, se vrátil a v pronajatých prostorách v Benešově založil dceřinou společnost Astris Energie. "Byli jsme vydáni na milost a nemilost vyděračským požadavkům pronajímatelů. V 90. letech jsme se stěhovali třikrát. Nakonec jsme zakotvili ve vlastním nedaleko Vlašimi," vzpomíná Nor.
Astris do výzkumu již investoval přes 20 milionů dolarů. Podle Nora tyto peníze pocházejí ze tří zdrojů: z grantů (nejmenší položka), z prodeje vlastních výrobků (demonstrativní palivové články, golfové vozíky s palivovými články a generátory) a z peněz soukromých mecenášů. "To jsou naši andělé strážní," říká Nor. Vysoce si cení letošního devítimilionového grantu, který firma dostala od Ministerstva průmyslu a obchodu ČR na podporu dalšího vývoje palivových článků. "Je to největší grant, který jsme za poslední tři roky získali kdekoli ve světě. Chudičká Česká republika tím trumfla bohatou Kanadu," říká hrdě Nor.
NESTAČÍ VYRÁBĚT. Na firmu se před časem obrátil i olympijský výbor s dotazem, jestli by mohla vyrobit 600 člunů, poháněných alkalickými palivovými články. Zpočátku měly sloužit v Athénách při veslařských soutěžích a po olympijských hrách si je měly rozebrat jednotlivé členské svazy. Nakonec se tak nestalo, protože termíny na dodání člunů byly doslova šibeniční. Astris sice stojí v čele výzkumu alkalických palivových článků, ale kdyby ho zástupci olympijského výboru osobně navštívili, bylo by jim hned jasné, proč nemohl termíny splnit. V Kanadě firma zaměstnává jen 15 lidí a stejný počet jich je v ČR. K překročení vlastního stínu a k tomu, aby se opravdu rozběhla sériová výroba, její vlastní síly nestačí.
"Hledáme strategického partnera, který by nám pomohl ještě více srazit náklady. Takového, který je v daném oboru zaveden, má přístup na trhy a hledá výrobek, který by zlepšil jeho postavení na trhu. Můžeme mu nabídnout přenosný generátor, golfový vozík či zálohové zdroje," říká Nor. Astris se nechce věnovat obchodu, ale chce si zabezpečit dostatečné zdroje na další výzkum a vývoj. "V žádném případě nechceme obětovat svou samostatnost," je přesvědčen Nor, který odhaduje, že by firma potřebovala zhruba deset milionů dolarů, aby se z poloprovozu dostala na sériovou výrobu.
Náklady na výrobu mezitím klesly z již zmíněných 10 tisíc dolarů na čtyři tisíce. "Mám propočítáno, že pokud se podaří rozjet sériovou výrobu a dostat se na roční produkci 2 MW, pak náklady klesnou na tisíc dolarů na kW/h výkonu," tvrdí Nor a dál předpovídá, že do tří až pěti let se náklady sníží na 500 dolarů a do deseti let klesnou až na sto dolarů.
VZHŮRU DO VLAŠIMI. "Za posledních deset let jsme procesy ve vlašimských laboratořích industrializovali a položili základ výrobního procesu palivových článků a palivových generátorů," říká Claude Rivoire, technologický poradce, který je zodpovědný za výrobu ve Vlašimi. Ta se skutečně letos na sklonku jara rozeběhla.
Kdo by si představoval laboratoře jako v Silicon Valley, byl by poněkud zklamán. Vše se vejde prakticky do tří místností. V první se uhlíková čerň mísí s chemikáliemi a katalyzátory, vypaluje se v pecích a impregnuje. Výsledkem je těstovitá " hmota, která je základem alkalických palivových článků. Ve druhé místnosti se směs válcuje na tenké plátky a také mění svou strukturu. V poslední místnosti jsou tenké uhlíkové plátky založeny do rámů, do anod a elektrod, které tvoří samotný palivový článek. Jejich spojením vznikne generátor Pawersteck, který má parametry 24 V, 100 A a 2400 W a životnost 2000 hodin. Jeho rozměry jsou 21 x 22 x 72 cm a hmotnost 33,2 kg.
"Dnešní průmysl palivových článků trpí tím, že výzkumníci a výrobci membránových palivových článků naslibovali mnoho a dokázali málo. Zvláště nejsou schopni snížit náklady. V 80. a 90. letech se stali miláčky grantových agentur. Jsem realista a nechci se dostat při slibech do stejné pasti. 21. století bude poznamenáno návratem alkalických palivových článků z vesmíru zpět na Zemi," tvrdí Nor.
"Původně se předpokládalo, že nejprve bude existovat průmyslová výroba automobilů poháněných membránovými palivovými články," říká Vladimír Civín, přední český odborník na výzkum membrán pro palivové články, který vedl armádní výzkum ve společnosti Mega a po jeho skončení si založil vlastní firmu. Ministerstvo obrany do výzkumu vložilo 14 milionů korun. Dnes Civín plně spolupracuje se společností Astris a doufá, že se opět k membránám vrátí. Membránové články však stále prohrávají v ceně. A to i přesto, že se firmě Mega podařilo vyrobit membránu až desetkrát lacinější, než jakou má dnes americká a japonská konkurence.
JAKÁ JE DNES SITUACE? Výzkumnými projekty se v resortu Ministerstva obrany zabývá odbor řízení programů, výzkumu a vývoje sekce vyzbrojování MO, který nahradil odbor výzkumu obranných technologií. Ten byl gestorem projektu Membrána ve společnosti Mega. V současné době již tento projekt nepokračuje, protože MO nemá na jeho financování prostředky. Během výzkumu vznikly funkční vzorky kompozitní membrány a elektrody do přenosných palivových článků a funkční model přenosného palivového článku o výkonu 10 W. Závěry z projektu jsou v současné době připraveny pro eventuální budoucí použití, sdělil Ekonomu Jan Pejšek z tiskové a informační služby Ministerstva obrany.
Ministerstvo obrany přestalo financovat výzkum, jehož návratnost není v horizontu deseti let. "V ČR není o palivové články zájem. Návratnost překračuje jedno volební období. Energetická koncepce státu je založena na hnědém uhlí. Žádný pokrok. ČEZ se o to zajímá jen proto, že v tom vidí konkurenci a chtěl by ji v zárodku zadusit," říká bývalý optimista a dnes již pesimista Civín a dodává: "U nás to přijde v úvahu až ve chvíli, kdy to všude ve světě poběží. Co tedy můžeme? Dostat se do světa s přenosnými palivovými články. Ale moc šancí není. Nikdo na to nedá peníze. Sem tam pár korun vyškrábnete na základní výzkum."
Nor je mnohem optimističtější a říká: "Jako předkomerční společnost stále investujeme do výzkumu a vývoje. Náš příjem je pouze částí našich výloh. Žijeme z benevolence našich investorů, kteří věří, že investice do čisté energie a čistého životního prostředí je občansky správná a jednou se tyto investice bohatě vrátí."
AUTOR: Jiří Kučera
Co je palivový článek
Palivový článek můžeme definovat jako elektrochemický zdroj stejnosměrného proudu, který uskutečňuje přímou přeměnu chemické energie vodíkového paliva na energii elektrickou. Tato přeměna se děje katalytickými reakcemi na elektrodách a je v podstatě založena na obráceném principu elektrolýzy vody.
Vodík je přiváděn k anodě, na které se katalyticky oxiduje za vzniku protonu a elektronu. Proton přechází kyselým elektrolytem ke katodě, zatímco uvolněný elektron přechází vnějším vedením. Na katodě reaguje proton s přiváděným kyslíkem a elektronem za vzniku vody. Na obou elektrodách vzniká přitom potenciální rozdíl kolem 1 V, který při zatížení poklesne obyčejně na 0,5-0,8 V.
V případě alkalického elektrolytu probíhá proces obdobně, jen místo protonů od anody ke katodě přechází elektrolytem hydroxylové ionty směrem opačným.
"Domníval jsem se, že to vydržím déle, ale po týdnu válení u moře jsem se sbalil a odletěl domů. Psal se rok 1983," vzpomíná dnes 66letý Nor. Vrátil se a založil nedaleko od Toronta společnost Astris na výzkum alkalických palivových článků. Takových, které pomohly dopravit lidi na Měsíc a běžně je využívali v kosmických raketách Američané i Rusové. Jejich cena ovšem překračovala 10 tisíc dolarů na 1 kW/h výkonu. To si mohl dovolit pouze štědře dotovaný kosmický výzkum. Ostatně podle kusých informací jsou alkalické palivové články zdrojem energie i na čínských raketách.
"Astris je dcerou hvězd a hned na začátku jsem si řekl, že mým posláním je udělat vše pro to, aby se alkalické palivové články vrátily zpět na Zemi. Aby se staly cenově dostupnými. Chci vyrobit levný kompaktní palivový článek pro každodenní použití," říká Nor. Je přesvědčen, že právě tato technologie má oproti membránovým palivovým článkům v nejbližší době šanci na úspěch. Alkalický palivový článek je na rozdíl od drahých membránových, často s platinovými katalyzátory, schopen okamžité dodávky elektrické energie, a to i při teplotách minus 40 °C a s účinností 55 až 60 %.
DVĚ MILIARDY DOLARŮ ROČNĚ. 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 ochotny bezplatně sdílet své výsledky s konkurenty.
Letos v Evropě odstartoval 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.
Zatím jedinou zemí na světě, která již rozhodla o tom, že do 30 let plně přejde na energii získávanou z palivových článků, je Island. Jednou věcí je politické rozhodnutí, k jeho realizaci však ještě povede poměrně trnitá cesta.
SÉRIOVÁ VÝROBA. Nor, jako ostatně všichni, kdo se vydali na cestu výzkumu palivových článků, se zanedlouho dostal do cenové pasti. Palivové články jsou ve srovnání s klasickými zdroji elektrické energie příliš drahé. A drahé jsou proto, že se do ceny promítají mnohdy desetiletí nákladů na výzkum a vývoj. Cenově dostupnými se stanou až ve chvíli, kdy se rozjede jejich sériová výroba. Ta se však nerozjede dříve, dokud jejich cena neklesne. Není divu, že se dnes palivové články točí v tomto začarovaném kruhu.
Jiří Nor se rozhodl bojovat s náklady i tím, že výrobu přenesl do země, která má ve srovnání s Kanadou či USA mnohem lacinější a přitom i kvalifikovanější pracovní sílu. Vzpomněl si na zemi svého mládí a ve chvíli, kdy mu zde již, jak říká, nehořela půda pod nohama, se vrátil a v pronajatých prostorách v Benešově založil dceřinou společnost Astris Energie. "Byli jsme vydáni na milost a nemilost vyděračským požadavkům pronajímatelů. V 90. letech jsme se stěhovali třikrát. Nakonec jsme zakotvili ve vlastním nedaleko Vlašimi," vzpomíná Nor.
Astris do výzkumu již investoval přes 20 milionů dolarů. Podle Nora tyto peníze pocházejí ze tří zdrojů: z grantů (nejmenší položka), z prodeje vlastních výrobků (demonstrativní palivové články, golfové vozíky s palivovými články a generátory) a z peněz soukromých mecenášů. "To jsou naši andělé strážní," říká Nor. Vysoce si cení letošního devítimilionového grantu, který firma dostala od Ministerstva průmyslu a obchodu ČR na podporu dalšího vývoje palivových článků. "Je to největší grant, který jsme za poslední tři roky získali kdekoli ve světě. Chudičká Česká republika tím trumfla bohatou Kanadu," říká hrdě Nor.
NESTAČÍ VYRÁBĚT. Na firmu se před časem obrátil i olympijský výbor s dotazem, jestli by mohla vyrobit 600 člunů, poháněných alkalickými palivovými články. Zpočátku měly sloužit v Athénách při veslařských soutěžích a po olympijských hrách si je měly rozebrat jednotlivé členské svazy. Nakonec se tak nestalo, protože termíny na dodání člunů byly doslova šibeniční. Astris sice stojí v čele výzkumu alkalických palivových článků, ale kdyby ho zástupci olympijského výboru osobně navštívili, bylo by jim hned jasné, proč nemohl termíny splnit. V Kanadě firma zaměstnává jen 15 lidí a stejný počet jich je v ČR. K překročení vlastního stínu a k tomu, aby se opravdu rozběhla sériová výroba, její vlastní síly nestačí.
"Hledáme strategického partnera, který by nám pomohl ještě více srazit náklady. Takového, který je v daném oboru zaveden, má přístup na trhy a hledá výrobek, který by zlepšil jeho postavení na trhu. Můžeme mu nabídnout přenosný generátor, golfový vozík či zálohové zdroje," říká Nor. Astris se nechce věnovat obchodu, ale chce si zabezpečit dostatečné zdroje na další výzkum a vývoj. "V žádném případě nechceme obětovat svou samostatnost," je přesvědčen Nor, který odhaduje, že by firma potřebovala zhruba deset milionů dolarů, aby se z poloprovozu dostala na sériovou výrobu.
Náklady na výrobu mezitím klesly z již zmíněných 10 tisíc dolarů na čtyři tisíce. "Mám propočítáno, že pokud se podaří rozjet sériovou výrobu a dostat se na roční produkci 2 MW, pak náklady klesnou na tisíc dolarů na kW/h výkonu," tvrdí Nor a dál předpovídá, že do tří až pěti let se náklady sníží na 500 dolarů a do deseti let klesnou až na sto dolarů.
VZHŮRU DO VLAŠIMI. "Za posledních deset let jsme procesy ve vlašimských laboratořích industrializovali a položili základ výrobního procesu palivových článků a palivových generátorů," říká Claude Rivoire, technologický poradce, který je zodpovědný za výrobu ve Vlašimi. Ta se skutečně letos na sklonku jara rozeběhla.
Kdo by si představoval laboratoře jako v Silicon Valley, byl by poněkud zklamán. Vše se vejde prakticky do tří místností. V první se uhlíková čerň mísí s chemikáliemi a katalyzátory, vypaluje se v pecích a impregnuje. Výsledkem je těstovitá " hmota, která je základem alkalických palivových článků. Ve druhé místnosti se směs válcuje na tenké plátky a také mění svou strukturu. V poslední místnosti jsou tenké uhlíkové plátky založeny do rámů, do anod a elektrod, které tvoří samotný palivový článek. Jejich spojením vznikne generátor Pawersteck, který má parametry 24 V, 100 A a 2400 W a životnost 2000 hodin. Jeho rozměry jsou 21 x 22 x 72 cm a hmotnost 33,2 kg.
"Dnešní průmysl palivových článků trpí tím, že výzkumníci a výrobci membránových palivových článků naslibovali mnoho a dokázali málo. Zvláště nejsou schopni snížit náklady. V 80. a 90. letech se stali miláčky grantových agentur. Jsem realista a nechci se dostat při slibech do stejné pasti. 21. století bude poznamenáno návratem alkalických palivových článků z vesmíru zpět na Zemi," tvrdí Nor.
"Původně se předpokládalo, že nejprve bude existovat průmyslová výroba automobilů poháněných membránovými palivovými články," říká Vladimír Civín, přední český odborník na výzkum membrán pro palivové články, který vedl armádní výzkum ve společnosti Mega a po jeho skončení si založil vlastní firmu. Ministerstvo obrany do výzkumu vložilo 14 milionů korun. Dnes Civín plně spolupracuje se společností Astris a doufá, že se opět k membránám vrátí. Membránové články však stále prohrávají v ceně. A to i přesto, že se firmě Mega podařilo vyrobit membránu až desetkrát lacinější, než jakou má dnes americká a japonská konkurence.
JAKÁ JE DNES SITUACE? Výzkumnými projekty se v resortu Ministerstva obrany zabývá odbor řízení programů, výzkumu a vývoje sekce vyzbrojování MO, který nahradil odbor výzkumu obranných technologií. Ten byl gestorem projektu Membrána ve společnosti Mega. V současné době již tento projekt nepokračuje, protože MO nemá na jeho financování prostředky. Během výzkumu vznikly funkční vzorky kompozitní membrány a elektrody do přenosných palivových článků a funkční model přenosného palivového článku o výkonu 10 W. Závěry z projektu jsou v současné době připraveny pro eventuální budoucí použití, sdělil Ekonomu Jan Pejšek z tiskové a informační služby Ministerstva obrany.
Ministerstvo obrany přestalo financovat výzkum, jehož návratnost není v horizontu deseti let. "V ČR není o palivové články zájem. Návratnost překračuje jedno volební období. Energetická koncepce státu je založena na hnědém uhlí. Žádný pokrok. ČEZ se o to zajímá jen proto, že v tom vidí konkurenci a chtěl by ji v zárodku zadusit," říká bývalý optimista a dnes již pesimista Civín a dodává: "U nás to přijde v úvahu až ve chvíli, kdy to všude ve světě poběží. Co tedy můžeme? Dostat se do světa s přenosnými palivovými články. Ale moc šancí není. Nikdo na to nedá peníze. Sem tam pár korun vyškrábnete na základní výzkum."
Nor je mnohem optimističtější a říká: "Jako předkomerční společnost stále investujeme do výzkumu a vývoje. Náš příjem je pouze částí našich výloh. Žijeme z benevolence našich investorů, kteří věří, že investice do čisté energie a čistého životního prostředí je občansky správná a jednou se tyto investice bohatě vrátí."
AUTOR: Jiří Kučera
Co je palivový článek
Palivový článek můžeme definovat jako elektrochemický zdroj stejnosměrného proudu, který uskutečňuje přímou přeměnu chemické energie vodíkového paliva na energii elektrickou. Tato přeměna se děje katalytickými reakcemi na elektrodách a je v podstatě založena na obráceném principu elektrolýzy vody.
Vodík je přiváděn k anodě, na které se katalyticky oxiduje za vzniku protonu a elektronu. Proton přechází kyselým elektrolytem ke katodě, zatímco uvolněný elektron přechází vnějším vedením. Na katodě reaguje proton s přiváděným kyslíkem a elektronem za vzniku vody. Na obou elektrodách vzniká přitom potenciální rozdíl kolem 1 V, který při zatížení poklesne obyčejně na 0,5-0,8 V.
V případě alkalického elektrolytu probíhá proces obdobně, jen místo protonů od anody ke katodě přechází elektrolytem hydroxylové ionty směrem opačným.
Zdroj:EKONOM
Sdílet článek na sociálních sítích
