Nazeleno.cz – úspory energie, izolace, zdravý životní styl, biopotraviny, ekologie [logo]

DOPORUČUJEME:

Ceny Energie

Najdeme nejlevnějšího dodavatele!

Vodíkový pohon: Perspektivní alternativa ropy nebo utopie?

Vodíkové automobily by v budoucnu mohly nahradit benzínové nebo naftové vozy. Nejdříve ale bude nutné vyřešit malý zádrhel v podobě skladování vodíku, který zatím brání jeho masovějšímu využití. Jak fungují automobily na vodík? Jaký je jejich dojezd a jak jsme na tom s technologiemi skladování vodíku?

04. 01. 2010 | Alternativní energie

Ve zkratce:

Těžba ropy dosáhla podle některých odborníků svého vrcholu a proto je třeba intenzivně pracovat na alternativních pohonech. Elektromobily jsou poháněny akumulátorem nebo palivovými články, v nichž se využívá vodík a kyslík. Stejně jako obnovitelné zdroje energie bojují také alternativní pohony automobilů s nejrůznějšími limity. U vodíku je to především problém s jeho skladováním.

Svět je stále z velké části závislý na fosilních palivech, zejména ropě, zemním plynu a uhlí. V poslední době se stále častěji objevují analýzy dokazující, že se právě nacházíme v bodě zvaném Peak Oil. To znamená, že bylo dosaženo vrcholu v objemu těžby ropy a produkční kapacita se bude postupně snižovat. Důvodem budoucího poklesu je vytěženost snadno dostupných ložisek a současně malé investice do hledání ložisek nových. S nejistotou ohledně reálné dostupnosti ropy souvisí i prudké výkyvy její ceny v minulých letech. Zatímco v minulosti stačila pro udržení těžby cena ropy kolem 30 USD za barel, pro nová ložiska bude hranice rentability pravděpodobně od 80 USD výše.

„Pro modelový automobil na vodík by nádrž zajišťující dojezd 600 km vážila přes 130 kilogramů a zabrala by 282 litrů.“

Světové zásoby zemního plynu podle současných odhadů vydrží při aktuální spotřebě minimálně 100 let a více. Zde je však potřeba zdůraznit, že se jedná o zásoby světové, což nic nevypovídá o budoucí situaci v Evropě. Podstatnou závislost dodávek zemního plynu na Rusku se snaží omezit nové kapacity projektovaných plynovodů ve středomoří. V budoucnu se ovšem může ukázat, že hlavním parametrem není kapacita plynovodů, ale hlavně ochota zemí vlastnící ložiska plyn dále prodávat.

Elektromobily a hybridní vozy

   – Opel HydroGen4: Budoucnost patří vodíku

   – Autosalon v Detroitu: hybridní vozy vedou

   – 7 alternativ benzínu: Na co budeme jezdit?

   – První vodíková čerpací stanice v ČR

Energetické úspory a alternativní zdroje energie

Je tedy pouze otázkou času, kdy bude potřeba začít reálně řešit nedostatek fosilních surovin pro fungování průmyslu a společnosti a hledat nové úspory a alternativní zdroje. V některých oblastech, jako například ve stavebnictví, máme vysoký potenciál technicky snadno dosažitelných úspor (nová výstavba v nízkoenergetickém standardu, energetické sanace budov). Ve výrobní sféře, kde je velký konkurenční tlak se nějaké úspory sice najdou, ale na rozdíl od stavebnictví se nebude jednat o standardizovaná a hromadně řešení, ale úsporná opatření se logicky budou odvíjet od individuality daného provozu. Největší výzva ale pravděpodobně čeká na dopravní sektor. Kolejovou dopravu je možné pohánět elektrickou energií z jádra či obnovitelných zdrojů, ale budoucnost silniční dopravy není tak jednoznačná.

V okamžiku dalšího růstu cen ropy se začnou ještě více prosazovat úsporné naftové a hybridní vozy, jejichž nasazení však pouze snižuje spotřebu ropy. Pravděpodobně se budou ještě více prosazovat vozidla na zkapalněný ropný plyn (LPG) a stlačený zemní plyn (CNG). Další možnou cestou jsou buď automobily poháněné spalovacími motory na vodík, nebo elektromobily. Auta poháněná elektromotorem získávají energii buď z akumulátorů, nebo z palivového článku – ten vyrábí elektrickou energii chemickou reakcí většinou vodíku a kyslíku. Současným limitem pro další rozvoj elektromobilů je právě skladování energie: akumulátory ani nádrže na vodík dosud nenabízejí za rozumnou cenu dostatečnou kapacitu pro delší dojezd. Akumulace elektrické energie je hlavní otázkou pro budoucnost dopravy, ale i pro budoucnost energetiky jako takové.

Budeme v budoucnu u čerpacích stanic tankovat místo benzínu vodík
Budeme v budoucnu u čerpacích stanic tankovat místo benzínu vodík?

Vodíkové automobily? Předpokladem je efektivní skladování paliva

V současnosti jsou známy tři hlavní varianty skladování vodíku. První je skladování v plynném stavu pod tlakem kolem 350 barů v bezešvých nádobách z oceli s nízkým obsahem uhlíku nebo pod vyššími tlaky do 700 barů v uhlíkových nádobách. Druhou variantou je skladování vodíku v kapalném skupenství, které je ovšem technicky i energeticky náročné, protože vyžaduje stlačení a podchlazení na teploty blízké absolutní nule. Poslední variantou je skladování v pevných látkách, kterým se budeme podrobněji zabývat níže.

Pro použití vodíkových nádrží do každodenního provozu je kromě ekonomické rentability nutné splnit základní technická kritéria: hmotnostní poměr, objemový poměr, opakovatelnost plnicích cyklů a rychlost plnění. Pro porovnání parametrů použijeme příklad malého automobilu, podobného například výše zmíněnému Fiatu Panda HyTRAN, který má spotřebu přibližně 1,2 kg vodíku na 100 km a kapacitu nádrže 2 kg H2. Pokud ovšem budeme požadovat dojezd automobilu na jedno naplnění nádrže 500 km, potřebujeme uskladnit alespoň 6 kg vodíku. Hmotnostní poměr vyjadřuje vztah mezi hmotností uskladněného vodíku a hmotností nádrže samotné. Objemový poměr udává, kolik gramů vodíku se vejde do jednoho litru objemu nádrže.

Současný stav a cíle pro technologie skladování vodíku podle U.S. Department of Energy
Graf: Současný stav a cíle pro technologie skladování vodíku podle U.S. Department of Energy. Zdroj: http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/storage/tech_status.html

Současné hodnoty pro vysokotlaké nádrže pro skladování v plynném stavu dosahují maximálních hodnot hmotnostního poměru kolem 4,5% a objemového poměru 21 g/l. To znamená, že systém pro uskladnění jednoho kilogramu stlačeného plynného vodíku váží přes 22 kilogramů a má objem 47 litrů. Pro náš modelový automobil by tedy nádrž zajišťující dojezd 600 km vážila přes 130 kilogramů a zabrala by 282 litrů. V případě systému o tlaku 350 barů by hmotnost nádrže dokonce přesáhla 150 kg a objem 360 litrů. S tekutým vodíkem se sice dostáváme na přijatelnější hodnoty kolem 6,5% a 33 g/l (pro náš fiktivní automobil 92 kg, 181 litrů), ale zase je tu obrovská energetická ztráta při zkapalňování vodíku a jeho udržení na nízkých teplotách. Pro konkurenceschopné hromadné nasazení je potřeba dosáhnout 5,5% hmotnostního poměru a zároveň minimálně 40 g/l objemového poměru.

Hledá se vhodná látka pro skladování vodíku…

Bjørn C. Hauback z norského Institute for Energy Technology (IFE) uvádí, že velké naděje jsou vkládány do skladování vodíku v pevných látkách. Ty se dále dělí dvě podskupiny – na materiály, které fungují na fyzikálních principech (adsorbují vodík do svého povrchu) a materiály, které fungují na bázi chemických vazeb vodíku do hmoty materiálu. Do první skupiny spadají grafeny (forma uhlíku podobná grafitu), uhlíkové nanostruktury, skleněné mikrokapsle, kovoorganické soustavy (metal-organic framework, MOF) a zeolity. Do druhé skupiny patří hydridy kovů a alkalických zemin a komplexní hydridy. Zde dochází při styku s vodíkem k reakci, při které se uvolňuje teplo a vodík se váže do chemických vazeb daného materiálu. Opětovného uvolnění vodíku z nosné látky dosáhneme jejím zahřátím.

V této oblasti je ještě spousta neprozkoumaného prostoru a velké množství nadějných sloučenin. Některé ze zatím objevených látek mají schopnost absorbovat velké množství vodíku, jiné jsou schopné pracovat při nízkých teplotách, další mají téměř neomezený počet „dobíjecích“ cyklů a vynikají rychlou regenerací. Teď se hledá sloučenina, která bude v rozumné míře splňovat všechny tyto čtyři parametry a zároveň budou mít výhodný hmotnostní a objemový poměr.

Hledání vhodné látky pro skladování vodíku je podobně dobrodružné jako hledání nových typů akumulátorů a teprve čas ukáže, ve které z těchto oblastí dojde k zásadnímu průlomu, který určí další směřování automobilového průmyslu.

Tento článek vzniknul za podpory Finančních mechanizmů EHP a Norska a státního rozpočtu České republiky prostřednictvím Fondu pro podporu výzkumu.

Článek vyšel v časopise Alternativní energie 6/09.

Související články

Tagy: Technologie, LPG a CNG, Hybridy a elektromobily,

Nazeleno.cz - vše o úsporách energií