Přidat EnviWeb k oblíbeným odkazům
RSS kanályMobilní verze EnviWeb.cz

Tlustá a přetěžká nádrž, ale...

09.01.2006  |  zdroj: EKONOM  |  141× přečteno      vytisknout článek

...z výfuku kape čistá voda, končí každá óda na automobil poháněný vodíkem.

Bude vodíková ekonomika vrcholem ekologie? Ano, ale musíme si počkat.

Vodík a palivové články mají být všelékem na ekologické a energetické neduhy naší planety. Ale zvěstovatelé vodíkové víry tají dvě zásadní informace. Jednak že vodík nemůže sloužit jako primární zdroj energie, ale že se musí energeticky zatraceně náročně vyrábět. A také že palivové články mají hodně daleko do stadia běžné využitelnosti.

Cesta do ráje bude dlouhá, i když drobné vodíkové radosti jsou k mání už teď.

Nedorozumění okolo vodíku vznikají proto, že se směšují dva účely jeho použití: ekologický a energetický. Ke všemu se často míchají dohromady reálně dostupné možnosti se vzdálenými vizemi, které existují zatím jen v laboratoři.

Problém je i ve špatné akustice. Když se řekne "vodík", lidé často slyší "palivové články".

Ale není to totéž - málokdo například ví, že kromě pár experimentálních aut s palivovými články jezdí prototypy vozů s běžnými spalovacími motory, které díky mírným úpravám spalují vodík.

Jaké to má výhody? Zatím pouze ekologické: vodík hoří při nižší teplotě než benzin (o naftě nemluvě), takže vzniká podstatně menší množství oxidů dusíku.

I LETADLA? Snížení emisí oxidů dusíku (NOx) je cílem snahy nahradit vodíkem kerosin, který se spaluje v leteckých proudových motorech. Existuje odborná studie, podle níž se do roku 2010 dočkáme prvního komerčního využití a do roku 2060 budou letadla spalovat výhradně vodík.

Výzkumný projekt Cryoplane, v jehož rámci vznikla zmíněná studie, je sice momentálně u ledu, ale je jen otázka času, kdy ho některý z výrobců letadel opráší. Letecká doprava totiž míří k hranici ekologické udržitelnosti.

Objem osobní letecké přepravy je asi 3,5 bilionu osobokilometrů ročně. Přes 40 % připadá na 4,5 procenta populace (řeč je samozřejmě o USA), takže je jasné, že s rozvojem zbytku světa letecká doprava poroste. I střízlivé odhady počítají s ročním nárůstem 4,5 procenta.

Spotřeba paliva dopravních letadel se z pěti litrů v šedesátých letech dostala pod tři litry na osobu a sto kilometrů. Experti se shodují, že dalším vývojem existujících technologií se dá dlouhodobě dosáhnout nanejvýš dvouprocentního poklesu spotřeby paliva.

Kdyby se podařilo snižování spotřeby urychlit na tempo 2,6 až 3,5 procenta ročně, dostala by se spotřeba okolo roku 2030 na 0,8 litru na sto osobokilometrů. To je podle všeho současná hranice představitelných možností.

Ze studie Cryoplane, kterou vypracovalo konsorcium 35 firem z 11 zemí a na níž přispěla EU, přitom vyplývá, že tak nízké spotřeby by se mělo dosáhnout navzdory využití vodíku. Vodíkový letoun by sice měl o 15 % nižší vzletovou hmotnost, ale o 20 % vyšší hmotnost prázdného letounu a o 8-15 % vyšší celkovou provozní spotřebu energie.

Dražší motor, těžší, větší a dražší nádrže a vyšší spotřeba energie... To všechno konstruktéři budou muset položit na oltář ekologii. Přechod na vodík by totiž měl umožnit zásadní snížení emisí oxidů dusíku. Jeho produkce silně závisí na letové hladině; v deseti tisících metrů je ani ne poloviční, ve 12 km by byla ani ne třetinová.

Na spalování vodíku v motorech běžného typu i na úvahách o jeho využití v letadlech je krásně vidět, jak protichůdné jsou různé zájmy v oblasti energie pro transport. Zdánlivě je to pouze ekologie versus ekonomika: vodík je dražší, ale jako palivo je zato šetrnější k životnímu prostředí. Avšak to, že spalování vodíku probíhá při nižší teplotě, přináší vedle nižších emisí NOx také snížení účinnosti motoru. (Je to dáno principy termodynamiky: účinnost je tím vyšší, čím větší je rozdíl teplot při jednotlivých fázích motorového cyklu.) A vodíková nádrž je násobně větší a těžší. Z obou těchto důvodů vodík sice generuje méně zplodin, ale zase se ho spálí víc.

Takže se dostáváme ke složitějšímu pohledu na ekologii. A začíná být zajímavé, jak vlastně získáváme vodík, když ho ve jménu ekologie chceme spálit víc.

VÝROBA VODÍKU stojí na fosilních palivech: 48 % jeho světové výroby připadá na zemní plyn, 30 % na ropu a 18 % na uhlí. Na elektrolýzu zbývají čtyři procenta.

Jinými slovy vůz, který jezdí na ekologický vodík, vlastně jezdí na totéž, jako vůz spalující benzin. Jen se při jeho výrobě spotřebovala spousta fosilního paliva navíc.

Jedině že by zrovna vodík ve vaší nádrži byl vyroben elektrolýzou. Pak je na místě otázka, jak vznikla elektřina pro tuto elektrolýzu. Statistiky hovoří jasně: nejspíš spalováním uhlí.

Vlastník vodíkového vozu by se vlastně měl stát terčem útoků environmentalistů...

Celková účinnost pohonu auta, které místo burácejícího motoru pohání elektřina, generovaná v palivovém článku, je totiž tristní. Při přeměně benzinu nebo nafty na pohyb vozu se ztratí zhruba dvě třetiny energie a při výrobě paliva asi čtvrtina, takže celková účinnost systému vychází na 25 procent. Při použití vodíku to je zhruba 16 procent. Jak je to možné? Jednoduše. Toto číslo vyjde při započtení účinností jednotlivých procesů: 50 % při výrobě proudu pro elektrolýzu, 50 % při výrobě vodíku při samotné elektrolýze, 66 % při přeměně vodíku na elektrickou energii v palivovém článku a 95 % v elektromotoru. (A uvedené účinnosti jsou spíš nadsazené, skutečnost je většinou ještě horší.)

SOUČASNÉ VYUŽITÍ vodíku nemá se smělými vizemi vodíkové ekonomiky téměř nic společného. V roce 2004 bylo ve světě vyrobeno na 50 milionů tun vodíku, což odpovídá energii 200 GW. Na USA z toho připadlo 11 milionů tun; energie obsažená v tomto množství vodíku, 48 GW, odpovídá 11 procentům roční výroby elektrické energie v USA.

Globální výroba vodíku ročně stoupá o deset procent; objem výroby v roce 2005 se odhaduje na 135 miliard dolarů.

Prakticky všechen vyrobený vodík se používá k jednomu ze dvou účelů: zhruba polovina jde na výrobu čpavku (který následně slouží hlavně k produkci hnojiv), druhá polovina pak na úpravu ropných produktů, kdy se dlouhé uhlíkové řetězce štěpí na kratší (z těžkých olejů tedy vznikají paliva jako benzin nebo nafta).

A to se nezmění, dokud se výroba vodíku zásadně nezlevní - aspoň vůči fosilním palivům.

JEDINÁ ŠANCE? Vědci si hodně slibují od termochemické elektrolýzy vody v atomových reaktorech. Již existují prototypy reaktorů, které pracují za teplot blízkých tisíci stupňům Celsia a v laboratořích se podařilo v takovém prostředí provést elektrolýzu vody s celkovou účinností nad 50 procent.

Tento způsob výroby by změnil ekonomiku vodíkového byznysu. Cena tímto způsobem vyráběného vodíku by se pohybovala okolo 1,5 dolaru za kilogram, což je hluboko pod současnou cenou. Ta je totiž přímo závislá na ceně ropy a pohybuje se okolo 2,5 dolaru za kilogram. Před dvěma lety byla 1,4 dolaru.

Nadějně se jeví také metoda, kdy se jako pomocné látky používají kyselina sírová a jód. Stejně jako ostatní metody se zatím testuje pouze v laboratoři, ale vykazuje celkovou účinnost k šedesáti procentům, tedy vyšší než elektrolýza.

V laboratořích vědci pracují na úplně nových metodách výroby vodíku: zplynováním biomasy, fotoelektrolýzou nebo s využitím geneticky modifikovaných organismů. Zvláště se zprávami o mikroorganismech vyrábějících vodík se poslední dobou roztrhl pytel.. Ale abychom se nenechali strhnout: nejde o výrobu vodíku "na poli". Tyto mikroorganismy samozřejmě nesnášejí kyslík a vytvořit jim vhodné prostředí by ve větším měřítku bylo nesmírně složité.

Že se vodík vyrábí především z fosilních paliv a že vodíkové systémy mají malou účinnost, to je jenom začátek řetězce problémů. Dalšími jsou transport a skladování.

TRANSPORT ENERGIE je obecně větší problém, než se zdá. Jediným způsobem, kde cena představuje jen zanedbatelnou položku v celkových nákladech na provoz systému, je převoz kontejnerů s jaderným palivem. Druhým nejlevnějším způsobem je doprava ropy, ať už ropovodem nebo v tankerech. Převoz uhlí je už dražší - a ještě dražší je doprava zemního plynu, ať plynovody nebo v zkapalněném stavu pomocí tankerů. To vysvětluje, proč se při těžbě ropy na Aljašce zemní plyn vhání zpět pod zem.

Elektrická vedení vycházejí - možná překvapivě - jako ještě dražší. Elektrárny se proto stavějí tak, aby se většina vyrobené elektřiny spotřebovala v okruhu nějakých 150 kilometrů a dálková vedení slouží pouze k vykrývání dočasné nerovnováhy mezi výrobou a spotřebou. (Mimochodem, drahá doprava do velké míry vysvětluje místní rozdíly v ceně elektřiny.)

Doprava vodíku je ještě dražší. Důvodem je hlavně to, že vodík má asi jen třetinový obsah energie (výhřevnost) na jednotku objemu oproti zemnímu plynu. Jinými slovy, k přesunu stejného množství energie je třeba dopravit trojnásobně víc vodíku než zemního plynu. Celý dopravní systém tudíž musí být pod tlakem - což přináší další komplikace kvůli schopnosti malých molekul vodíku pronikat i jinak neprostupným materiálem. A aby problémů nebylo málo, vodík má ne zcela prozkoumaný destruktivní vliv na nejběžnější konstrukční materiál - ocel. Ta totiž jeho působením jakoby koroduje, což zhoršuje její mechanické vlastnosti.

Bohužel, na obzoru není žádná technologie, která by cenu dopravy vodíku významně snížila.

SKLADOVÁNÍ VODÍKU je možné buď v tlakových lahvích, nebo může být vodík ve formě chemické sloučeniny. V úvahu přichází například čpavek nebo hydridy lehkých kovů (bór, lithium). Některé hydridy jsou kapalné, některé jsou i za normálních podmínek dokonce v pevném skupenství.

Právě pevný lithium hydrid je nejvážnějším kandidátem na náhradu tlakové nádrže na vodík v automobilech. Problém však je, že místo šedesátilitrové nádrže, která i s palivem váží 70 kilogramů, je zapotřebí trojnásobně větší a čtyřnásobně těžší zásobník, nemluvě o vysoké ceně lithia a nutnosti jeho regenerace (opětovné nasycení vodíkem). Dosavadní praktické zkušenosti s tímto způsobem skladování vodíku pocházejí většinou z kosmických programů.

UKLÁDÁNÍ ENERGIE. Jedním ze zamýšlených způsobů využití vodíku je ukládání energie. Skvělé možnosti bude dávat (v případě plného komerčního nasazení) již zmíněná výroba vodíku v jaderných reaktorech. Kombinovaná výroba elektřiny a vodíku by byla řešením nerovnoměrného zatížení elektrické sítě. Odpadl by problém vytěžování elektráren v době sníženého odběru proudu. Ukládání energie do vyrobeného vodíku by bylo efektivnější než nejúčinnější známý způsob v podobě přečerpávacích elektráren.

Skladování energie v podobě vodíku zkoušejí v pilotním provozu na norském ostrově Utsira. Větrná elektrárna vyrábí 2 x 600 kW elektrické energie, z níž část se využívá k elektrolytické výrobě vodíku. Za bezvětří pak generují proud palivové články. Pilotní projekt měl běžet od roku 2003 do konce roku 2005, ale byl o tři roky prodloužen.

Pozoruhodným příkladem využití vodíku je výroba čpavku na Islandu. Tato země se nejspíš stane první vodíkovou ekonomikou světa. Má k tomu oba základní předpoklady: fosilní paliva jsou tam drahá (musí je dovážet) a elektrická energie (z geotermálních a vodních elektráren) je naopak velmi levná. Výroba čpavku je pro Island nástrojem k exportu přebývající elektrické energie. Čpavek je totiž komodita, jejíž cenu z 90 % tvoří cena energie.

ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ. Chování vodíku v prostředí není přesně prozkoumané. Molekula vodíku je totiž velmi lehká, takže pokud se dostane do ovzduší, okamžitě vystřelí vzhůru. Je tak lehká, že se může vymanit zemské přitažlivosti a uniknout do kosmu. To některé futuristy inspirovalo k obavám, že by se na Zemi časem mohlo vodíku (potažmo vody) nedostávat. Nenechme se však strašit: ztráty vodíku se pohybují v řádu desetin procenta - a i kdyby do vesmíru unikl veškerý vodík vyrobený v roce 2004, hladina světového oceánu by poklesla o pouhou tisícinu milimetru.

Vodík je reaktivní plyn a to se mu při cestě do kosmu stane osudným. Již malá dávka ultrafialového záření ho přinutí reagovat s kyslíkem. Nebo se jeho molekula rozštěpí za vzniku volných radikálů. A to přestává legrace, protože volné radikály jsou strašlivým nepřítelem ozonové vrstvy.

Obavy z úniku vodíku jsou na cestě k vodíkové ekonomice pouze okrajovým problémem. Jednak není přesně známo, jak se volný vodík vlastně chová, a jednak se předpokládá, že než se používání vodíku rozvine, podaří se vyvinout nástroje k jeho lepší kontrole.

To, že vodík neohrožuje životní prostředí, však samo o sobě neznamená, že by jeho používání představovalo snížení ekologické zátěže. Je tomu naopak: násilný "vodíkový mezikrok" znamená zvýšení celkové spotřeby energie. Přesto má vodík již teď své opodstatnění: umožňuje koncentrovat ekologickou zátěž na jedno místo (elektrárna nebo rafinerie), což je pro řešení následků pro životní prostředí jednodušší než v případě milionů mobilních zdrojů znečistění, třeba vašich automobilů.

AUTOR: Petr Blažek


Překvapivě bezpečný

Od zkázy vzducholodi Hindenburg v roce 1936 je vodík považován za extrémně nebezpečný plyn. Ano, vodík je vysoce hořlavý, ale má také jednu obrovskou výhodu: díky své minimální měrné hmotnosti (hustotě) bleskově mizí do atmosféry. Přesné simulace ukazují, že únik 3,3 m3 vodíku (při větru o rychlosti 4,5 m/s) ohrožuje zónu o rozloze 1000 m2, zatímco metan za stejných podmínek ohrozí 5000 m2 a propan již 13 500 metrů čtverečních.

Vlastnosti vodíku dobře ilustruje zmíněná katastrofa Hindenburgu. Těsně před přistáním, ve výšce 60 metrů, došlo z neznámých důvodů ke vznícení jeho vodíkové náplně. 200 tisíc m3 vodíku (18 tun) shořelo během jediné minuty. Vzducholoď spadla na zem - ale z 97 osob na palubě jich 62 přežilo!


Související články


Poslední diskuse k článku - 2 příspěvků celkem

přidej nový příspěvek
Re: Nepůjde využití vodíku k pohonu aut přes hliníko-galliové pelety?
To asi nepůjde, gallium je extrémě drahé a vzácné, a je taky potřeba v elektronice. Světové zásoby jsou pár desítek tun, na tohle použití by ho bylo potřeba tisíce (možná miliony) tun.
vloženo: 28.03.2008 11:27     vložil:  Bikkhu Reagovat 
Nepůjde využití vodíku k pohonu aut přes hliníko-galliové pelety?
Doprava vodíku nemusí být problémem při pužití hliníko-galliových pelet. Viz: http://www.petrol.cz/alternativa/clanek.asp?id=8500
vloženo: 27.03.2008 08:31     vložil:  mapr Reagovat 
zobrazit všechny příspěvky

EnviWeb s.r.o. neručí a nenese zodpovědnost za obsah diskusních příspěvků, diskuse nemoderuje ani nerediguje. Diskusní příspěvky vyjadřují názor jejich autorů. EnviWeb s.r.o. si vyhrazuje právo odstraňovat diskusní příspěvky, a to zejména takové, které odporují dobrým mravům, porušují platné zákony ČR, poškozují dobré jméno serveru nebo obsahují neplacenou reklamu. Diskuse NEJSOU určeny pro dotazy na autory článků nebo redaktory EnviWebu.



Search
Partneři
ZmapujTo.cz
Fandíme EnviWebu
Výrobky a služby pro životní prostředí
Výrobky a služby pro životní prostředí
Partnerské časopisy
<< Předchozí Následující >>



Doporučujeme: Ekologove.cz - ekologie v každodenní praxi, EnviMarket.cz - nabídka výrobků a služeb, ZmapujTo.cz - hlášení podnětů od občanů, Nazeleno.cz - úspory energie, Inspirace v bydlení, Cena elektřiny, Dřevěné brikety, Palivové dřevo, Palivové dřevo, Palivové dřevo, Palivové dřevo, Palivové dřevo, Palivové dřevo


Enviweb s.r.o. využívá zpravodajství ČTK, jehož obsah je chráněn autorským zákonem.
Přepis, šíření či další zpřístupňování tohoto obsahu či jeho části veřejnosti,a to jakýmkoliv způsobem, je bez předchozího souhlasu ČTK výslovně zakázáno.
Copyright (2008) The Associated Press (AP) - všechna práva vyhrazena. Materiály agentury AP nesmí být dále publikovány, vysílány, přepisovány nebo redistribuovány.
Toplist