Vodík klepe na dveře

I u nás se technologiemi spojenými s vodíkem zabývá několik výzkumných a vývojových pracovišť. Jedním z nich je Ústav jaderného výzkumu v Řeži u Prahy. Sice se především věnuje výzkumu jaderných technologií nových jaderných reaktorů, ale se zlepšováním jejich parametrů nesouvisejí vodíkové technologie jen zdánlivě.

Kde vyrábět vodík?

„Vodík není zdroj energie, je to energetický nosič. To znamená, že se nedá těžit, musí se vyrábět,“ připomíná Ing. Luděk Janík, vedoucí oddělení vodíkových technologií divize jaderné bezpečnosti a energetiky ÚJV Řež, a dodává: „Pro jeho výrobu potřebujeme energii. Surovina je jednoduchá, do budoucna je voda jasným kandidátem. Nicméně někde potřebujeme energii získat, aby byl celý proces ekonomicky schůdný a bez emisí škodlivých látek. Nemám na mysli jen CO2, ale oxidy dusíku, polycyklické aromatické uhlovodíky a podobně.“

Za perspektivní řešení se považuje spojit výrobu vodíku s jadernými reaktory. Jsou to zejména jaderné reaktory 4. generace, jež pracují na jiných principech než ty dnešní. Jejich vývoj je v plném proudu a existují již prototypy, s jejichž komerčním nasazením se počítá v letech 2020 až 2025.

Dnešní jaderné reaktory pracují při teplotách 300 °C, přičemž budoucí budou mít provozní teplotu třikrát vyšší, čili 800–1000 °C. Vysoké teploty umožňují provozovat takové způsoby výroby vodíku, jež dříve nebyly ekonomicky schůdné.


Prvním je vysokoteplotní elektrolýza vody. Je založena na stejném principu jako klasická elektrolýza, ale probíhá při teplotách okolo 800 °C. Zásadní výhodou je mnohem vyšší účinnost. Zatímco u klasické elektrolýzy hovoříme o 25 % (spolu s výrobou elektřiny), v nejlepším případě o 30 %, tak zde běžně o 45–50 procentech, a to je samozřejmě z ekonomického hlediska obrovský pozitivní posun!
 
Druhým způsobem je termochemické štěpení vody. V podstatě jde o sled několika chemických reakcí, při nichž se produkty a reaktanty vzájemně recyklují. Jako vstup slouží pouze teplo a voda a výstupem jsou vodík a kyslík.

„Tyto možnosti jsou velmi důležité,“ říká Luděk Janík. „Vodík je dnes vyráběn výhradně z ropy a zemního plynu, což vůbec neřeší problémy, které řešit chceme a potřebujeme. Vodík se dosud nepoužívá pro svůj energetický obsah, ale pro své chemické vlastnosti. Tento přístup se bude časem měnit, a to je důvod, proč to děláme. Když chceme prezentovat své názory, hledáme možnost, jak nejlépe široké veřejnosti demonstrovat vodíkové technologie a k tomu se nejlépe hodí doprava. Proto se podílíme na projektu vodíkové lodi a vodíkového autobusu, který sami koordinujeme.“

Vodíková loď v Hamburku

Výletní vodíková loď už od loňského léta vozí turisty po jezeru Alster v centru Hamburku, který se tak podle některých odborníků stal evropským hlavním městem vodíku. Není to přehnané tvrzení, protože zde s velkým úspěchem jezdí také autobusy na vodík.

Projekt, který koordinuje město Hamburk, nese označení Zemships, čili Zero emisssion ships, tedy lodě bez emisí. Finančně je pokryt Evropskou unií a jeho rozpočet činí 2,4 milionu eur. Na jeho realizaci se podílí celá řada firem, mezi nimi i ÚJV v Řeži.

Elegantně řešená výletní loď z oceli a laminátu je dlouhá 25 metrů, široká více než 5 metrů, unese 72 tun nákladu či sto pasažérů, které může vozit rychlostí až 15 km/h. Mezi konstrukční rarity patří hydraulické snižování střechy, když pluje pod nízkými mosty.

„Měli jsme jako hlavní úkol navrhnout model systému pohonu,“ informuje Janík. „Matematicky jsme modelovali a potom také vyzkoušeli velikost palivových článků a hledali jsme optimální řešení tak, aby se spotřebovalo co nejméně vodíku. Výsledek je slibný. Motor má výkon 50 kW a energie je uchována ve dvou olověných klasických akumulátorech. Palivové články jsou dva, každý o rozměrech 1,5 m krát 80 cm. Ten druhý slouží jako rezerva. Kdyby se totiž loď zastavila uprostřed jezera, mohla by se díky této záloze sama dostat ke břehu.“  A kdy bude podobná loď křižovat Vltavu? „Možná za několik let,“ dodává s nadějí v hlase Janík.

Vodíkový autobus už na startu

Při výrobě některých chemických látek ve Spolaně Neratovice vzniká jako odpadní produkt vodík. Jsou ho tuny za den a experti hledají už delší dobu odpověď na otázku: Kam s ním? Zatím se jen v malé míře využívá k vytápění, jinak se pouští do vzduchu.


Jako velmi ekonomické i ekologické se nabízí využití v dopravním prostředku. Samozřejmě při spotřebě 20 kg za den v jednom autobuse by se takový projekt nevyplatil, ale nasazení ve 200 tisících aut na českých silnicích by to již ekonomické bylo.  

Od úvah nebylo daleko k činům a v Neratovicích se už testuje první vodíkový autobus. Jeho základem je běžný autobus vyrobený v roce 2005 ve firmě Iveco ve Vysokém Mýtě. V lahvích na střeše má uloženo 20 kg vodíku a dojezd činí 300 km. Bez větších obtíží by bylo možné zdvojnásobit dojezd pouhou výměnou za jiné tlakové lahve na 700 bar. Jde o běžný městský autobus. Dále se do projektu velmi úspěšně zapojila Škoda Elektric, a. s., která vyrábí mj. trolejbusy. Právě jejich zkušenosti byly zásadní. Je totiž známo, že vodíkové autobusy v Evropě neměly problémy s vodíkem, ale s řídicími systémy, měniči a podobně. Právě tyto úkoly má Škoda dobře zvládnuté.

„Bez nadsázky můžeme konstatovat, že máme technicky nejpokrokovější autobus na světě,“ říká ing. Janík. „Konstrukce je založena na trojitém hybridu, to znamená, že má tři měniče neboli tři zdroje energie. Jeden je palivový článek, druhý akumulátory a třetí ultrakapacitory. Poslední dva přijímají a vydávají elektřinu a rekuperují ji, takže účinnost je trojnásobná v porovnání s klasickými vodíkovými autobusy. Ty spotřebují 25 kg vodíku na100 km, ale náš autobus pouze 7 kilogramů! To je jeho zásadní výhoda.“
                       
Celý článek.