Ve spolupráci s Českou vodíkovou technologickou platformou připravujeme seriál článků o vodíkovém hospodářství, který by měl poskytnout ucelený rámec informací od výroby vodíku po jeho finální využívání včetně všech výhod a nevýhod plynoucích z jeho využívání.
V úvodním článku přiblížíme, proč je důležité hledat ten nejlepší alternativní energetický koncept založený na nefosilních zdrojích. Dále si osvětlíme rozdíly v médii běžně používaných termínech a stručně probereme něco málo z historie.
| Česká vodíková technologická platforma byla založena koncem roku 2006 jako nástroj k podpoře vzájemné informovanosti všech firem působících v oblasti výroby a využití vodíku. Další funkcí Platformy je pak koordinace aktivit, které souvisí s rozvojem potřebných technologií. Vznik platformy byl iniciován Ministerstvem průmyslu a obchodu ČR. Oficiální web platformy najdete na www.hytep.cz |
Je vývoj alternativních paliv nutný?
V poslední době se čím dál tím více setkáváme s články a komentáři ohledně nadcházející ropné krize a jejího možného řešení. Důvody jsou evidentní; jednoho dne, ať už to bude za 20, 40 či 60 let dosáhneme tzv. Ropného vrcholu (Oil-Peak, nebo také Hubbertův ropný zlom). Ten neoznačuje vyčerpání ropných nalezišť, ale stav, při kterém bude cena ropy neúnosně vysoká a začne tak po ní klesat poptávka a objem její těžby. Je třeba poznamenat, že ke konečnému vytěžení zásob ropy dojde zřejmě až za několik set let, nicméně jako zdroj energie se stane ekonomicky a později i energeticky nezajímavá.
Odhad, kolik ropy ještě zbývá, je velmi složitá vědní disciplína s mnoha proměnnými. Vyžaduje přihlédnutí k velkému množství nejrůznějších vstupních dat s ohledem na ekonomické a politické zájmy jednotlivých států a největších ropných producentů. Podle Colina Campbella (zakladatel International Association for the Study of Peak&Gas) firmy málokdy zveřejňují skutečný stav svých rezerv kvůli komerčním důvodům. Zástupci států ze sdružení OPEC, které dohromady kontroluje přes 78 % světových ropných rezerv, často nemluví pravdu. Princip spočívá v tom, že firmy zpočátku záměrně podcení velikost nově objeveného naleziště, aby mohly do budoucna přicházet s optimistickými zprávami, které mají vliv na růst hodnoty vlastních akcií.
Mnohem vážnějším problémem je však skutečnost, že odhady rezerv zemí OPEC byly koncem osmdesátých let systematicky nadhodnocovány. Ropné rezervy na Blízkém východě stouply během tří let o 43 procent, přestože nebyla objevena žádná větší ropná ložiska. Americký úřad o ropných zásobách vydal zprávu, podle které jsou "vyčerpávány světové zásoby ropy třikrát rychleji, než jsou objevovány nové." Celosvětová poptávka po ropě, resp. ropných produktech roste. Klasickým příkladem je Čína s výrazným nárůstem počtu vozidel, stejně jako Indie.
Nutně tak podle amerických úřadů dojde k dosažení limitu a nebude dostatek ropy na uspokojení poptávky. Zpráva pokračuje: "I když se odborníci neshodují na tom, kdy dojde k vyvrcholení těžby ropy, předpovědi amerických geologů a dalších odborníků očekávají, že k tomu dojde mezi rokem 2003 a 2020. Žádná předpověď nejde dále než je rok 2020."
Využívání ropy má dále vedle svých předností (zatím relativní dostupnost, přijatelná cena) i mnohé nectnosti. Začneme politikou - podíváme-li se, ve kterých státech se ropa nejvíce těží, jistě dospějeme k závěru, že to není z hlediska politické stability pro západní svět zcela optimální.
Pro případy, kdy se energetické zdroje stávají velmi účinným politickým nástrojem, nemusíme chodit daleko do minulosti. Stačí se podívat na nedávné problémy s dodávkou ruského zemního plynu do Polska a Běloruska, které se částečně dotklo i České republiky. Je to právě ona obava z vydíratelnosti, která je hlavním argumentem současných politických rozhodnutí podporujících alternativní paliva.
Všeobecně omílaným strašákem je produkce škodlivých látek ze spalovacích procesů. Spalováním fosilních paliv se do ovzduší uvolňuje obrovské množství CO2 a dalších látek, jako jsou NOx, SOx, PAU, pevné částice a další, které mají prokazatelný negativní vliv na zdraví člověka. To je patrné zejména v oblastech s hustou dopravou, tedy v centrech měst. European Environmental Agency vydala v roce 2005 zprávu, ve které se mj. uvádí, že každoročně zemře v EU v důsledku znečištěného ovzduší přibližně 370 000 lidí.
Z těchto důvodů přestává být vývoj technologií pro výrobu vodíku drahým rozmarem. Světové ekonomiky bez alternativního paliva nebudou fungovat a vodík se zdá být v současnosti tím nejlepším řešením.
Vodíkové hospodářství
Vodíkové hospodářství by se dalo definovat jako soubor technologických řešení, která vedou k využití energie získané z vodíku. Hned v úvodu je třeba zdůraznit, že vodík není klasické palivo, ale energetický vektor neboli nosič energie. V praxi to znamená, že jej nelze levně a energeticky efektivně těžit (už proto, že se vodík v elementární formě na Zemi prakticky nevyskytuje) a využívat k produkci primární energie, ale naopak jej musíme pracně a s nemalými ztrátami energie vyrábět. Vodíkové technologie jsou tedy pouze maximálně tak ekologicky čisté, jak čisté jsou zdroje energie a suroviny, které jsou při jeho výrobě využity.
Nejperspektivnější oblastí jejich využití je pravděpodobně doprava, k dalším aplikacím patří především záložní zdroje elektrické energie, kogenerační jednotky a zdroje elektrické energie pro mobilní zařízení (notebook, mobilní telefon). Vodíkové hospodářství tedy neřeší otázku produkce primární energie a je dominantně alternativou k energetickému využívaní fosilních paliv pro menší aplikace.
Historie a současnost
První palivový článek (Fuel Cell - FC) sestrojil roku 1839 anglický vikář a fyzik Sir William Grove. V té době byl FC pokládán spíše za laboratorní kuriozitu (reverzní děj k elektrolýze). V polovině 20. století (1959) oživil zájem o tuto technologii anglický vědec Francis Thomas Bacon. Se svými spolupracovníky sestrojil 5kW alkalický článek (1932), který byl schopen pohánět svářecí stroj.
| Vodík (Hydrogenium - H) |
|
- je nejhojnějším prvkem ve vesmíru a třetím nejhojnějším prvkem na Zemi. Volný vodík se nachází například v obalu hvězd, v pozemských zdrojích je zastoupen téměř výhradně ve formě sloučenin (voda, uhlovodíky, atd.) - je nejjednodušší chemický prvek. Většina vodíkových jader je tvořena pouze z jednoho protonu - procium, existují však další izotopy vodíku
Vodík jako prvek je velmi reaktivní a proto se jeho atomy navzájem spojují a vytvářejí molekuly o dvou atomech. Oproti atomovému vodíku je molekulový vodík poměrně stabilní a díky vysoké energii vazeb také málo reaktivní. |
Jeho úspěch nezůstal bez odezvy - Pratt&Whitney (USA) zakoupil od Bacona licenci na jeho patent a vyrobil palivové články pro mise Apollo, kde sloužily jako zdroj elektrické energie a pitné vody pro astronauty.
Ve stejném roce postavil Harry Ihrig z Allis-Chalmers Manufacturing Company první vozidlo s palivovým článkem, traktor s dvaceti koňskými silami.
Od dob mise Apollo a Gemini nastal rychlý nástup palivových článků v oblasti generace elektrické energie a pohonů vozidel.
V současné době jsou v provozu desítky jednotek stacionárních palivových článků, které slouží jako záložní zdroj elektrické energie pro banky, letiště, hotely apod. Každá větší automobilka má jeden nebo několik prototypů vozidel s palivovými články, které se chystají uvést na trh v blízké budoucnosti. Existují funkční prototypy palivových článků pro mobilní zařízení jako jsou notebooky, kamery apod. Současnost v oblasti palivových článků by se dala charakterizovat jako období intenzivního vývoje a výzkumu, demonstračních projektů a příprav pro uvedení na trh.
Shrnutí a další téma dalšího dílu
V posledních několika letech se oblast vodíkových technologií dostala do popředí zájmu nejen vědců, ale i politiků kvůli svému potenciálu nahradit klasická paliva v mnoha oblastech lidské činnosti, přičemž doprava je na prvním místě. Skutečnost, že vodík lze vyrobit ze širokého spektra surovin a s využitím mnoha energetických zdrojů, znamená, že zde máme slibného kandidáta pro palivo budoucnosti.
O tom, jaká pozitiva a na druhé straně negativa jednotlivé vodíkové technologie i vodíkové hospodářství přináší, si povíme v dalších článcích.
|
Autor Ing. Luděk Janík
je vedoucím oddělení vodíkových technologií - Ústav jaderného výzkumu Řež - a ředitelem České vodíkové technologické platformy. |
