Parní potrubí na geotermální elektrárně Wairakei. Zdá se, že každý den se ve zprávách objeví nové oznámení o automobilech poháněných palivovými články. Sliby jsou vzrušující, protože palivové články mají potenciál velmi rychle zdvojnásobit účinnost automobilů a zároveň výrazně snížit znečištění ovzduší.
Zároveň se po desetiletí objevují zprávy o problémech spojených s ropou. Vše od ropných skvrn po ozónová varování až po globální oteplování je obviňováno z naší závislosti na fosilních palivech.
Tyto dvě síly vedou svět k tomu, co je obecně známé jako vodíková ekonomika . Pokud jsou předpovědi pravdivé, během několika příštích desetiletí všichni začneme pozorovat úžasný posun od současného hospodářství s fosilními palivy směrem k mnohem čistší vodíkové budoucnosti.
Může společnost skutečně provést tento posun, nebo nás technologické, ekonomické a politické bariéry udrží připoutané k ropě a dalším fosilním palivům na další století a dále? V tomto článku se dozvíte o výhodách vodíkové ekonomiky spolu s jejími potenciálními problémy. Prozkoumáme také některé technologie, které by přechod umožnily.
Obsah
V současné době jsou Spojené státy a většina světa uvězněny v tom, co by se dalo nazvat ekonomikou fosilních paliv . Naše automobily, vlaky a letadla jsou poháněny téměř výhradně ropnými produkty, jako je benzín a nafta. Obrovské procento našich elektráren využívá jako palivo ropu, zemní plyn a uhlí.
 |
Pokud by byl tok fosilních paliv do Spojených států někdy přerušen, ekonomika by se zastavila. Neexistoval by způsob, jak přepravit produkty, které továrny vyrábějí. Lidé by neměli možnost jezdit do práce autem. Celá ekonomika a vlastně celá západní společnost v současnosti závisí na fosilních palivech.
I když fosilní paliva hrála důležitou roli v tom, aby společnost dosáhla bodu, v jakém je dnes, existují čtyři velké problémy, které fosilní paliva vytvářejí:
Znečištění ovzduší - Když auta spalují benzín, ideálně by ho spalovala dokonale a ve výfuku by nevytvářela nic jiného než oxid uhličitý a vodu. Bohužel spalovací motor není dokonalý. V procesu spalování benzínu také produkuje:
Katalyzátory eliminují velkou část tohoto znečištění, ale nejsou dokonalé. Znečištění ovzduší auty a elektrárnami je skutečným problémem velkých měst.
 |
Je dost špatné, že v létě má mnoho měst ve vzduchu nebezpečné úrovně ozonu.
Znečištění životního prostředí - Proces přepravy a skladování ropy má velký dopad na životní prostředí, kdykoli se něco pokazí.
 Supertankery nakládané ropou v Saúdské Arábii |
Únik ropy, výbuch potrubí nebo požár vrtu mohou způsobit obrovský nepořádek. Nejznámějším příkladem problému je únik Exxon Valdez, ale k menším únikům dochází neustále.
Globální oteplování - Když v autě spálíte galon plynu, vypustíte do atmosféry asi 5 liber (2,3 kg) uhlíku. Pokud by to byl pevný uhlík, bylo by to extrémně nápadné – bylo by to jako vyhodit z okna auta 5 kilový pytel cukru za každý spálený galon plynu. Ale protože těch 5 liber uhlíku vychází jako neviditelný plyn, oxid uhličitý, většina z nás to zapomíná. Oxid uhličitý vycházející z výfuku každého auta je skleníkový plyn která pomalu zvyšuje teplotu planety. Konečné účinky nejsou známy, ale je velká možnost, že nakonec dojde k dramatickým změnám klimatu, které postihnou každého na planetě. Pokud například roztají ledové čepice, hladina moří výrazně stoupne a zaplaví a zničí všechna dnes existující pobřežní města. To je velký vedlejší efekt.
Závislost - Spojené státy a většina dalších zemí nemohou produkovat dostatek ropy, aby pokryly poptávku, a proto ji dovážejí ze zemí bohatých na ropu. To vytváří ekonomickou závislost. Když se producenti ropy na Blízkém východě rozhodnou zvýšit cenu ropy, zbytek světa nemá jinou možnost, než zaplatit vyšší cenu.
V předchozí části jsme viděli významné celosvětové problémy způsobené fosilními palivy. Vodíková ekonomika slibuje odstranit všechny problémy, které ekonomika fosilních paliv vytváří. Mezi výhody vodíkové ekonomiky proto patří:
Problémy s ekonomikou fosilních paliv jsou tak velké a ekologické výhody vodíkové ekonomiky tak významné, že tlak na vodíkovou ekonomiku je velmi silný.
| Věděli jste? Sensory, které detekují potenciální úniky ve spalovacím motoru na vodíkový pohon, byly vyvinuty NASA k detekci úniků vodíku při startech raketoplánu. |
Velkou otázkou vodíkové ekonomiky je:"Odkud vodík pochází?" Poté přichází otázka dopravy, distribuce a skladování vodíku. Vodík má tendenci být objemný a složitý ve své plynné formě.
Jakmile budou obě tyto otázky zodpovězeny ekonomickým způsobem, vodíková ekonomika bude na místě.
Na každou z těchto otázek se podíváme samostatně v následujících částech.
Z nich
Jedním ze zajímavějších problémů s vodíkovou ekonomikou je samotný vodík. odkud to přijde? S úsporou fosilních paliv jednoduše odčerpáte fosilní palivo ze země (viz Jak funguje těžba ropy) a zušlechtěte je (viz Jak funguje rafinace ropy). Poté jej spálíte jako zdroj energie.
Většina z nás považuje ropu, benzín, uhlí a zemní plyn za samozřejmost, ale ve skutečnosti jsou docela zázračné. Tato fosilní paliva představují akumulovanou sluneční energii z doby před miliony let. Před miliony let rostliny rostly pomocí solární energie. Zemřely a nakonec se proměnily v ropu, uhlí a zemní plyn. Když čerpáme ropu ze země, čerpáme do toho obrovského skladiště solární energie „zdarma“. Kdykoli spálíme galon benzínu, uvolníme uloženou sluneční energii.
Ve vodíkové ekonomice neexistuje žádný sklad, do kterého by se dalo sáhnout. Musíme skutečně vytvářet energii v reálném čase.
Existují dva možné zdroje vodíku:
Druhá možnost je samozřejmě mírně zvrácená. Používáte fosilní paliva jako zdroj vodíku pro vodíkovou ekonomiku. Tento přístup snižuje znečištění ovzduší, ale neřeší ani problém skleníkových plynů (protože uhlík stále proudí do atmosféry) ani problém závislosti (stále potřebujete ropu). Může to však být dobrý dočasný krok během přechodu na vodíkovou ekonomiku. Když slyšíte o „vozidlech poháněných palivovými články“, které právě nyní vyvíjejí automobilky, téměř všechny plánují získat vodík pro palivové články z benzínu pomocí reformátoru. Důvodem je, že benzín je snadno dostupným zdrojem vodíku. Dokud nebudou „vodíkové stanice“ na každém rohu, jako máme čerpací stanice nyní, je to nejjednodušší způsob, jak získat vodík pro pohon palivového článku vozidla.
Zajímavostí první možnosti je, že je jádrem skutečné vodíkové ekonomiky. Mít čistou vodíkovou ekonomiku , vodík musí pocházet z obnovitelných zdrojů spíše než fosilní paliva, abychom přestali uvolňovat uhlík do atmosféry. Mít dostatek elektřiny k oddělení vodíku od vody a vyrábět tuto elektřinu bez použití fosilních paliv bude největší změnou, kterou při vytváření vodíkové ekonomiky vidíme.
 Elektrárna Bayswater (New South Wales, Austrálie) vyrábí elektřinu pomocí tlakového páry pro provoz turbogenerátorů. |
Odkud se bude brát elektřina pro elektrolýzu vody? Právě teď asi 68 procent (referenční) elektřiny vyrobené ve Spojených státech pochází z uhlí nebo zemního plynu. Veškerá tato výrobní kapacita bude muset být v vodíkové ekonomice nahrazena obnovitelnými zdroji. Kromě toho se veškerá energie z fosilních paliv, která se nyní používá pro dopravu (v autech, kamionech, vlacích, lodích, letadlech), bude muset přeměnit na vodík a tento vodík se bude vyrábět také pomocí elektřiny. Jinými slovy, kapacita výroby elektřiny v zemi se bude muset zdvojnásobit, aby pokryla nároky dopravy, a pak se bude muset celá přeměnit z fosilních paliv na obnovitelné zdroje. V tomto bodě a pouze v tomto bodě se tok uhlíku do atmosféry zastaví.
Právě teď existuje několik různých způsobů, jak vyrábět elektřinu, které nepoužívají fosilní paliva:
 Zprava nahoře ve směru hodinových ručiček:Solární elektrárna; jaderná elektrárna; vodní přehrada; větrná turbína |
Ve Spojených státech v současnosti pochází asi 20 procent energie z jádra a 7 procent z vodních elektráren. Solární, větrné, geotermální a další zdroje generují pouze 5 procent energie – stěží dost na to, aby na tom záleželo.
V budoucnu, pokud nedojde k nějakému technologickému průlomu, se zdá pravděpodobné, že k vytvoření vodíkové ekonomiky dojde k jedné ze dvou věcí:dramaticky se zvýší kapacita výroby jaderné energie nebo solární energie. Pamatujte, že v čistě vodíkové ekonomice se kapacita výroby elektřiny bude muset přibližně zdvojnásobit, protože veškerá energie pro dopravu, která v současnosti pochází z ropy, bude muset být nahrazena elektricky vyráběným vodíkem. Počet elektráren se tedy zdvojnásobí a všechny elektrárny na fosilní paliva budou nahrazeny.
Problém výroby elektřiny je pravděpodobně největší překážkou vodíkové ekonomiky. Jakmile bude technologie zdokonalena a stane se levnou, mohla by vozidla s palivovými články poháněná vodíkem v průběhu desetiletí nebo dvou nahradit benzinové spalovací motory. Ale změnit elektrárny na jaderné a solární nemusí být tak snadné. Jaderná energie má politické a ekologické problémy a solární energie má v současnosti problémy s cenou a umístěním.
| Otevřeno pro podnikání Vodíkové čerpací stanice jsou již otevřeny v několika zemích včetně Spojených států, Islandu, Japonska a Německa. Na stránce FuelCells.org – Worldwide Hydrogen Fueling Stations najdete vodíkovou stanici ve svém okolí. |
V tuto chvíli je problémem uvádění vozidel na čistý vodík na silnice problém skladování/přepravy. Vodík je objemný plyn a práce s ním není zdaleka tak snadná jako s benzínem. Stlačování plynu vyžaduje energii a stlačený vodík obsahuje mnohem méně energie než stejný objem benzínu. Nicméně řešení problému skladování vodíku se objevují.
Například vodík může být uložen v pevné formě v chemikálii zvané borohydrid sodný a tato technologie se nedávno objevila ve zprávách, protože ji zkouší Chrysler. Tato chemikálie se vyrábí z boraxu (běžná složka některých detergentů). Jak borohydrid sodný uvolňuje svůj vodík, mění se zpět na borax, takže jej lze recyklovat.
Jakmile bude problém skladování vyřešen a standardizován, bude se kolem něj muset vyvinout síť vodíkových stanic a dopravní infrastruktura. Hlavní překážkou může být proces technologického třídění. Stanice se nebudou rychle rozvíjet, dokud nebude existovat technologie úložiště, která jasně dominuje trhu. Pokud by například všechna auta na vodíkový pohon od všech výrobců používala borohydrid sodný, pak by se síť stanic mohla rychle rozvinout; tento druh standardizace je nepravděpodobné, že se to stane rychle, pokud je historie nějakým vodítkem.
Může také dojít k technologickému průlomu, který by mohl rychle změnit herní pole. Například, pokud by někdo dokázal vyvinout levnou dobíjecí baterii s vysokou kapacitou a rychlou dobou nabíjení, elektromobily by nepotřebovaly palivové články a na silnici by nebyl potřeba vodík. Auta by se dobíjela přímo pomocí elektřiny.
O vodíkové ekonomice v příštích měsících uslyšíte ve zprávách stále více, protože bubnování je stále hlasitější. Ekologické problémy ekonomiky fosilních paliv se kombinují s průlomy v technologii palivových článků a spárování nám umožní podniknout první kroky.
Nejviditelnějším krokem, který uvidíme, je marketing vozidel poháněných palivovými články . Přestože budou zpočátku poháněny benzínem a reformátory, palivové články ztělesňují dvě hlavní vylepšení oproti spalovacímu motoru:
Vozidla s palivovými články na benzínový pohon jsou díky těmto výhodám vynikajícím přechodným krokem.
Přechod na ekonomiku čistého vodíku bude těžší. Elektrárny budou muset přejít na obnovitelné zdroje energie a trh se bude muset dohodnout na způsobech skladování a přepravy vodíku. Tyto překážky pravděpodobně způsobí, že přechod na vodíkovou ekonomiku bude poměrně dlouhý proces.
Související články
Další skvělé odkazy
