Když se vzducholoď Hindenburg 6. května 1937 přiblížila k doku v Lakehurstu v New Jersey, vzducholoď, která držela paluby pro cestující ve vzduchu, byla naplněna vodíkem. Tento prvek, nejjednodušší – a nejhojnější – ve vesmíru, má jeden proton s jediným elektronem obíhajícím kolem něj. Vodík také atomově váží nejméně ze všech prvků. Dokáže zabalit docela ránu a vytvořit obrovské množství energie, když je zaveden kyslík a zdroj vznícení. Když Hindenburg explodoval, svět byl svědkem síly vodíku.
Když Hindenburg toho květnového večera přistával, byla vnější kůže balónu vystavena statické jiskře. Během několika sekund se vzducholoď roztrhly plameny a změnily ji na kouli plamenů a zkroucený kov. Při katastrofě přišlo o život 36 lidí [zdroj:Národní archiv]. A jak rychle hořel Hindenburg, tak rychle rostl i názor veřejnosti na vodík. Po mnoho desetiletí po katastrofě se na vodík pohlíželo skepticky a dokonce s obavami. U tohoto prvku se vyvinul „faktor strachu z vodíku“ [zdroj:Edwards].
Dnes, když rostou obavy z možná zmenšující se celosvětové zásoby ropy – a zvyšující se emise znečišťujících látek z této ropy – vědci v energetice přehodnocují vodík jako zdroj paliva. Je to určitě ohromné množství příslibů:Vodík uvolňuje málo nebo žádné skleníkové plyny (GHG). Jeho hlavními vedlejšími produkty jsou vodní pára a teplo. Vodík má nejvyšší energetický výdej podle hmotnosti ze všech paliv [zdroj:CECA]. A je to hojné; vodík lze vyrábět z mnoha zdrojů, od zemního plynu až po samotnou vodu.
Otázkou ale stále zůstává:Je vodíkové palivo bezpečným zdrojem energie pro naše automobily? Jak lze vůbec využít vodík jako palivo? Na další stránce je stručný základ.
Vodík ve skutečnosti není zdrojem energie – je to přenašeč energie [zdroj:CECA]. Vodík nese energii, která vzniká při jeho výrobě. Je to podobné jako s elektřinou:Nemůžeme spálit elektřinu (která je nositelem energie), ale elektřinu lze vyrobit spalováním zdrojů energie, jako je zemní plyn nebo ropa. Poté elektřina přenese tuto energii do jiných míst, jako jsou zásuvky ve vaší domácnosti.
To znamená, že nosiči energie musí být dána energie, kterou má nést, hrubě řečeno. Musíme tedy vytvořit energii na výrobu vodíku. Je to mnohem jednodušší než konvenční způsob získávání našeho primárního zdroje paliva, ropy. Získání ropy vyžaduje vrtání do zásob, její odčerpání ze země, rafinaci a odeslání na čerpací stanici. Používáním vodíku jako zdroje paliva v podstatě můžeme vyrábět vlastní palivo a eliminovat všechny tyto kroky – a možná i geopolitické spory, které ropa způsobuje.
Vodík vzniká procesem známým jako reformace . Samozřejmě můžeme vyrábět vodík jako prostředek přenosu energie spalováním zemního plynu nebo jiného zdroje paliva na bázi uhlíku. Reformování metanu (oddělování vodíku od uhlovodíků spalováním zemního plynu) je v současnosti nejschůdnější metodou výroby vodíkového paliva. Ale díky této metodě jsme zpátky na začátku, pokud jde o emise skleníkových plynů (GHG). Zatímco proces přenosu energie z vodíku bude čistý, proces vytváření vodíku bude stále spalovat fosilní paliva a vypouštět skleníkové plyny.
Stejně jako existují čistší způsoby výroby elektřiny (jako je vodní elektřina), vodík může být také čistě vytvořen pomocí větrné nebo solární energie - dokonce i prostřednictvím mikrobů, které jedí řasy a produkují vodík jako odpadní produkt [zdroj:NREL]. Vědci hodnotí tyto metody jako spolehlivé způsoby výroby vodíku bez spalování fosilních paliv. A další zjišťují, jak nejlépe využít tento vyrobený vodík k pohonu vašeho auta.
Automobiloví inženýři vymysleli vodík palivové články . Tyto palivové články vytvářejí elektřinu pro pohon vašeho auta prostřednictvím elektrochemické přeměny . Čistý chemický prvek vodík se štěpí na proton a elektron, což je proces, při kterém se vyrábí elektřina. Když se smíchá s kyslíkem, vedlejším produktem procesu je voda. Vzhledem k tomu, že palivový článek nedokáže sám produkovat dostatek elektřiny pro pohon automobilu, je nutné články poskládat dohromady, aby vytvořily hromady palivových článků [zdroj:Fuel Economy.gov]. Jakmile však poskládáte několik hromádek, vaše auto se může přiblížit.
Velký problém však zůstává:skladování vodíku na palubě vašeho vozidla. Některé metody se již používají. Vodík může být skladován ve formě vysoce stlačeného plynu nebo extrémně studené kapaliny, jako je kryogenní vodík. Funguje to pro skladování vodíku u palivových čerpadel, ale není to praktické pro přenášení paliva v autě. Kapalný kryogenní vodík by vyžadoval další palubní systém, který by udržoval palivo studené. To by zvýšilo hmotnost, což ovlivňuje energetickou účinnost vozidla.
Vědci stále zkoumají optimální způsoby skladování a využití vodíku jako zdroje paliva. Součástí tohoto výzkumu je rozptýlit obavy veřejnosti z vodíkového paliva. Věda možná dokáže rozluštit hádanku s vodíkovým palivem, ale pokud si řidiči stále představují, že budou zaživa spáleni zaživa v kouli do běla rozžhaveného plamene po ohnutí blatníku, pak kdo by si stejně koupil auto na vodík? Možná, že další stránka rozptýlí vaše obavy.
V mnoha případech je vodík bezpečnější než palivo, které v současnosti používáme k pohonu našich aut. Paliva na bázi uhlíku mají tendenci se šířit jako kapaliny (jak dobře víte, pokud jste na sebe někdy u pumpy polili benzín). Při hoření konvenční palivo produkuje horký popel a vytváří sálavé teplo. To není případ vodíku. Ve své čisté formě vodík nespaluje žádný uhlík a neprodukuje žádný horký popel a velmi málo sálavého tepla [zdroj:RMI]. A co víc, když vodík uniká, rychle stoupá do atmosféry, takže má méně času na spálení [zdroj:Princeton].
Tak co Hindenburg? Oba zastánci i odpůrci vodíkového paliva se ve své debatě chytili nešťastného balónu. Zatímco odpůrci na to poukazují jako na varovný příběh, zastánci to považují za zproštění viny za vodík.
Přestože vodík na palubě Hindenburgu určitě hořel neuvěřitelnou silou, katastrofu nezpůsobil vodík – byl to hliníkový prášek. Aby se odráželo sluneční světlo, byla kůže Hindenburga pokryta tímto práškem, což je forma ekvivalentní raketovému palivu [zdroj:RMI]. A bavlněná látka, která tvořila kůži balónu, byla voděodolná vysoce hořlavým acetátem [zdroj:ABC]. Zastánci vodíku také poukazují na to, že plameny při katastrofě v Hindenburgu hořely spíše nahoru než ven, protože prvek je tak lehký. Díky tomu zůstali cestující v nosiči pod ním relativně nerušeni plameny. Třicet pět z 36 úmrtí Hindenburga bylo výsledkem skoku cestujících ze vzducholodě; všichni ti, kteří zůstali na palubě, přežili [zdroj:RMI].
Výzvou, kterou představuje skladování vodíkového paliva, je přijít na způsoby, jak vytvořit skladovací nádrže, které se neukážou jako varovný příběh před vodíkem pro budoucí generace. Jinými slovy, jaká by byla nejlepší skladovací nádrž, která zabrání explozi vodíku při autonehodě?
Jednou z možností jsou ocelové nádrže. Jsou dostatečně silné, aby sloužily jako spolehlivé nosiče plynného vodíku v automobilech. Pokud dojde k nehodě, ocelová nádrž bude pravděpodobně schopna odolat nárazu, aniž by utrpěla propíchnutí nebo prasknutí. Jedním z problémů oceli však je, že vodík je tak lehký, a tudíž méně hustý než benzín. Jakákoli nádrž, která pojme stlačené vodíkové palivo, by musela být mnohem větší než běžná nádrž na plyn ve vašem autě. Ocelová nádrž by byla pěkně těžká a snížila by energetickou účinnost.
Zdá se, že kompozitní materiály nabízejí ještě větší příslib než ocel. Nádrže vyrobené z polyetylenu jsou lehké, lze je tvarovat tak, aby se vešly do auta a jsou určeny k práškování -- absorbovat energii nárazu, přeměnit nádrž na prach a údajně bezpečně uvolnit vodík do atmosféry [zdroj:Princeton].
Vodík může být nakonec uložen v materiálech, které dokážou zadržet prvek a v případě potřeby jej uvolnit. Některé typy kovů, jako je hydrid kovu , může zachytit molekuly vodíku v jejich kompoziční struktuře. Zde se vodík bezpečně skladuje a uvolňuje se při zahřívání kovu. Co dělá tuto technologii ještě atraktivnější je to, že teplo potřebné k uvolnění molekul vodíku z jejich kovových nádrží může pocházet z odpadního tepla produkovaného vodíkovým palivovým článkem [zdroj:DOE].
Nezdá se, že by „faktor strachu z vodíku“ příliš odradil pokračující výzkum jeho životaschopnosti jako zdroje paliva. A pokud světu skutečně dochází ropa, možná budeme muset tyto obavy jednou provždy odložit.
Další informace o vodíkovém palivu a dalších souvisejících tématech naleznete na další stránce.
