Vodík má nakročeno stát se palivem budoucnosti. V cestě mu stojí levná ropa i technologické problémy

Vodík je základním stavebním prvkem celého vesmíru, vyskytuje se jak ve všech svítících hvězdách, tak v mezigalaktickém prostoru. Podle současných měření se podílí ze 75 procent na hmotě a dokonce z 90 procent na počtu atomů přítomných ve vesmíru. A možná se stane i palivem budoucnosti.

Stane se vodík palivem budoucnosti?
Zdroj: ČTK

Vodík je sice téměř všude kolem nás, ale bohužel na Zemi se téměř nikde nevyskytuje ve volné podobě, tedy jako izolovaný prvek – jen výjimečně v okolí sopek jako sopečný plyn. V podobě sloučenin je zato přítomný skoro všude, především ve vodě. A ta, jak víme, pokrývá dvě třetiny zemského povrchu, je jí tedy dostatek. Na rozdíl od ropy, která je zdrojem omezeným a stále ubývajícím. Vodík však má potenciál částečně ji nahradit.

Video Zprávy ve 12
video

Pohonné hmoty zlevnily. Zdražující ropa ale tenhle trend zřejmě zastaví

Zatím je vodík jen alternativní technologií, ale v jeho budoucnost věří čím dál více nezávislých expertů i korporací.

Proč nahrazovat tradiční zdroje?

Ropa, uhlí, zemní plyn – všechny tyto látky sloužily lidstvu déle než sto let, ale je potřeba je nahradit, shoduje se dnes již většina výrobců automobilů. Hlavní důvody jsou dva: fosilní paliva jsou vyčerpatelná a ze Země mizí a jejich spalování uvolňuje do atmosféry kysličník uhličitý, který urychluje klimatickou změnu.

Vodík obě tyto překážky snadno překonává – jednak je ho i na Zemi prakticky nevyčerpatelné množství, ale navíc se nepodílí na zvyšování emisních plynů.

Vodík se dá pro pohon automobilů použít rovnou dvěma způsoby. Jedním z nich je přímé spalování v motoru, tedy v podstatě stejná cesta pohonu auta, jako je spalování ropných produktů. Brání tomu však několik překážek – jednak nutnost speciálního motoru, ale především to, že vodík by musel být bezpečně uložen v autě v tekutém skupenství, tedy při teplotě minus 253 stupňů Celsia.

Ve hře je navíc mnoho dalších komplikací.  Zatím se s tímto využitím jen experimentuje, v poslední době nedošlo k žádnému zásadnímu průlomu. Možná zajímavější je proto jiná cesta, a to kombinace přímého spalování vodíku s klasickým spalovacím motorem. 

Vodíkový článek má budoucnost

O to rychlejší růst zájmu zaznamenává druhá cesta, tedy využití v rámci vodíkového palivového článku. Palivové články nevyužívají k výrobě energie spalování, ale převádějí energii ukrytou v atomech vodíku přímo na elektrickou energii. K tomu využívají kyslík, který s vodíkem elektrochemicky reaguje za vzniku elektrické energie a vody. Vlastní palivový článek je tedy tvořený elektrodami, které si lze představit jako tenké vrstvy uhlíku, na nichž jsou naneseny částečky platiny nebo slitiny platiny a ruthenia.

Tyto dvě vrstvičky jsou umístěny ze dvou stran membrány schopné vést ionty. Pokud se na elektrody připojí vodivé desky, které umožňují přivádět na jedné straně vodík, na druhé straně kyslík nebo vzduch, lze z nich zároveň odebírat elektrickou energii. Ta vzniká rozdělením atomů vodíku na anodě na protony a elektrony.

Membrána elektrolytu umožňuje průchod uvolněného protonu ke katodě, zatímco volné elektrony procházejí odděleným obvodem a vytvářejí elektrický proud. Kyslík nebo vzduch na katodové straně článku pak reaguje s protony a elektrony vodíku, čímž vzniká voda a teplo – ve výsledku tedy nejčastěji pára.

Účinnost takového článku se může pohybovat až kolem 80 až 90 procent, reálně je to zatím mnohem horší – kolem 40 až 60 procent.

Skladovat a přepravovat vodík je komplikované

Co tedy vlastně stojí vodíku v cestě? Největším problémem je chybějící infrastruktura, například v celé České republice existuje jediná vodíková čerpací stanice – v Neratovicích. Skladování a přeprava vodíku jsou technologicky natolik komplikované, že taková zařízení jsou značně drahá a tedy nedostupná.

Dalším problémem je samotné získávání vodíku. Ten je sice všude, ale dostat ho ze sloučenin není vůbec snadné. Nejčastěji se vodík získává z uhlí nebo zemního plynu, pak ovšem představuje pro životní prostředí stejný problém jako benzin a nafta.

Pokud by se k jeho výrobě používala přímá elektrolýza vody (tedy její rozklad na kyslík a vodík), bylo by to náročné na elektřinu a musely by se kvůli tomu stavět další uhelné elektrárny.

Jediný dosud provozovaný vodíkový vůz v ČR, autobus v Neratovicích, využívá ještě jiného způsobu získávání vodíku – z elektrochemické výroby hydroxidu sodného a chloru. Tato technologie je v Neratovicích založena na bázi tzv. rtuťové, amalgamové elektrolýzy.

Používání dieselových motorů je podle převážné většiny šéfů světových automobilek dlouhodobě neudržitelné kvůli jejich dopadu na životní prostředí. Budoucnost vidí v elektromobilech a vozech na vodíkové palivové články. Vyplývá to z nejnovějšího průzkumu KPMG Global Automotive Executive Survey, jehož se zúčastnilo tisíc výkonných manažerů automobilek ze 42 zemí včetně České republiky.

Kolem 78 procent manažerů se domnívá, že vodíkové palivové články jsou hlavním konkurentem pro baterie. Poukazují především na to, že vodíkový pohon je mnohem životaschopnější s ohledem na existující infrastrukturu a na čas dotankování. Naopak podle 62 procent respondentů baterie jako pohon budoucnosti selžou právě v důsledku nedostatečné infrastruktury.

Další alternativy ropy a nafty

Elektromobily
Problémem rozšíření elektromobilů je hlavně nízká kapacita jejich baterií – případně ceny těch s vysokou výdrží. Na masový příchod elektromobilů ale není připravená ani elektrická síť.

Líh
Toto biopalivo se používá masově především v jihoamerických zemích, například v Brazílii. Líh se vyrábí ze zemědělských plodin, ale díky vyšší výnosnosti je tento proces výnosnější než v Evropě.

Řasy
Velmi slibným zdrojem energie pro auta se jeví biopaliva třetí generace, především řasy. Mají skvělou výnosnost, přitom na pěstování by teoreticky neměly být náročná. Výzkum je však teprve v začátcích.

Geneticky modifikované rostliny
Na biopaliva třetí generace ale možná vůbec nedojde. V některých laboratořích se totiž již nyní pracuje na biopalivech čtvrté generace, která by měla být založena na rostlinách, jež budou díky genetické manipulaci ještě mnohem vhodnější pro lapání oxidu uhličitého a jeho přeměnu na palivo. 

Kuchyňský olej
Vyčištěný kuchyňský olej se pro dopravu používá již řadu let, zda je výhodný, záleží vždy na aktuální ceně ropných produktů. Auta na něj musí mít speciálně upravený motor.

Vzduch
Na konci 20. století se objevila myšlenka automobilů, které mají obrovské nádrže na stlačený vzduch, jehož rozpínání by mělo pohánět motor. Bohužel parametry testovaných vozů byly zatím vždy velmi špatné.

Zemní plyn
Stlačený zemní plyn je v současné době nejpoužívanější alternativou k benzinu a naftě, zejména díky nízké ceně tohoto paliva.