Vodíková budoucnost přijede již letos

Vodík nabízí atraktivní ekologické parametry (z výfuku vychází jen čistá vodní pára a malé množství kysličníků dusíku) a lákadlem je i relativně snadná, byť zatím energeticky náročná výroba, což se však může s využitím obnovitelných zdrojů energie změnit.

Do nádrže nebo palivových článků?
Vodík lze tankovat jako čisté palivo do motorů, které jsou k tomu uzpůsobeny. Těžším technologickým oříškem je však zatím jeho skladování (vyžaduje vysokotlaké nádrže a chlazení, ve směsi se vzduchem je silně výbušný), což zatím limituje jeho využití jako paliva přímo spalovaného v motorech - i když takové vozy již existují a byly úspěšně odzkoušeny, jejich provoz vyžaduje nákladnou a technicky náročnou infrastrukturu.
Větší pozornost se proto nyní upírá spíše k využití vodíku v palivových článcích, které vyrábějí energii pro pohon elektromotoru pomocí exotermní elektrochemické reakce vodíku se vzdušným kyslíkem (opak elektrolýzy). Jde v podstatě o jakousi elektrárnu přímo ve vozidle.
Ve srovnání s běžně používanými akumulátory nabízejí palivové články vyšší dojezd, a také menší ekologickou zátěž pro životní prostředí po vyřazení (neobsahují těžké kovy). Technologie jejich využití ve vozidlech je již poměrně dobře zvládnuta a masová výroba by mohla jejich nasazení, omezené dnes spíše na koncepty a experimentální či malosériové vozy, významně zlevnit.
S vozy na vodíkový pohon koketují automobilky již řadu let, objevily s v produkci významných výrobců jako Toyota (Claris), GM, BMW, Hyundai, svou vozy s palivovým články už představil i Mercesdes apod., zatím však šlo o malé série, na nichž si automobilky spíše testovaly možnosti nových technologií - a zájem potenciálních zákazníků. Právě letošní rok by se mohl stát průlomovým mezníkem v nástupu vodíkových technologií na silnice. Na trh by měly přijít vodíkové vozy nové generace - japonský Mirai a jeho korejský konkurent Hyundai ix35 Fuel Cell, a to již jako sériově vyráběné vozy. Toyota Mirai se začala prodávat v Japonsku už těsně před koncem loňského roku a na americký a evropský trh by měly toto vozy dorazit ještě letos, v první etapě do zemí, kde jsou již v provozu vodíkové stanice. V Německu tak bude k mání např. za 66 000 eur.

Nebo jako surovina pro e-paliva?
Vodík je však rovněž stěžejním prvkem u dalších technologií používaných pro výrobu alternativních paliv, hraje klíčovou roli např. při výrobě nové generace tzv. e-paliv, s nimiž experimentuje automobilka Audi, a které chce využít pro pohon rovněž nových generací svých vozů (psali jsme již v TM 07/2013).
Prvním z nich byl tzv. e-gas. Jde v podstatě o syntetický zemní plyn vyrobený uměle v průmyslovém měřítku pomocí technologie power-to gas CO2 neutrálním způsobem, jak charakterizuje výrobce tuto speciální technologii. Na výrobu tohoto paliva byla vybudována hi-tech továrna v německém Werlte, která zahájila provoz loni. A jejímiž produkty jsou vodík a syntetický zemní plyn Audi e-gas. Výroba probíhá pomocí elektrolýzy (elektřina pochází samozřejmě z obnovitelných zdrojů) štěpící vodu na vodík a kyslík, ve druhé fázi je pak vodík kombinován s CO2 a pomocí chemické reakce získáván obnovitelný syntetický metan (CH4), označovaný jako e-gas. Toto palivo by měly využívat např. vozy Audi A3 Sportback g-tron. Automobilka uvádí, že vyráběný e-gas by mohl pohánět flotilu 1500 těchto modelů s předpokládaným nájezdem 15 000 km ročně a spotřebou 3,2 - 3,3 kg na 100 km a možným dojezdem přes 400 km.
Kromě projektu e-gas zahrnuje e-palivový koncept audi i další typy alternativních paliv tohoto typu, mj. e-ethanol a e-diesel - oba typy jsou již experimentálně vyráběny ve výzkumném středisku v Novém Mexiku pomocí mikroorganismů.
Na jaře letošního roku po úspěšném ověření testovacího provozu již začala vyrábět drážďanská společnost Sunfire, která je projektovým partnerem Audi, nový druh syntetické nafty e-diesel. Průmyslový provoz na její výrobu byl vybudován vloni a k výrobě již není zapotřebí ropa. Jejími klíčovými surovinami jsou v podstatě voda a vzduch - oxid uhličitý (CO2) a elektřina, přičemž hlavními odpadními produkty (které představují zhruba pětinu z výstupu výrobního procesu) jsou kyslík, voda a metan, který se dá rovněž využít jako palivo. Továrna - což je v podstatě velká speciální laboratoř - má výrobní kapacitu zhruba 3500 l čisté syntetické nafty měsíčně.
Výrobní proces, který vykazuje ca 70% účinnost, funguje tak, že voda zahřátá na teplotu více než 800 °C se pomocí elektrolýzy (opět s využitím energie z obnovitelných zdrojů) rozkládá na kyslík a vodík, který pak ve speciálním reaktoru za vysokých teplot a tlaku reaguje s oxidem uhličitým obsaženým ve vzduchu, a vytváří syntetickou kapalinu podobnou ropě. Kyslík, který lze samozřejmě rovněž dále využít pro jiné účely, je v tomto případě odpadním produktem zmíněného procesu. Syntetická nafta může být smíchána s běžnou naftou, nebo může být použita samostatně jako palivo. Oproti klasické naftě má několik výhod - např. vyšší cetanové číslo, neobsahuje síru a aromatické uhlovodíky - a také jednu zásadní slabinu: cenu.
Nejnovějším přírůstkem do rodiny e-paliv Audi je pak také e-benzín, jehož první vzorky byly vyrobeny na jaře letošního roku, a nyní se staví závod na jeho průmyslovou výrobu. Je vyráběn obdobně jako zmíněné předchozí typy e-paliv s využitím elektrolytické reakce, zatím ale s pomocí mikrobů z biomasy. Audi ale již pracuje na technologii, která by nevyžadovala biomasu a umožnila tak výrobu syntetického benzínu pouze z vody, CO2 a elektřiny. Také e-benzín nabízí oproti své klasické fosilní alternativě vysoké oktanové číslo 100, a navíc neobsahuje síru ani benzeny, takže při jeho spalování nevzniká tolik škodlivých látek.

Jízda na vodu a vzduch
Audi mimochodem není první, kdo se pokusy o výrobu syntetického benzínu ze vzduchu a vody pokouší. Britský deník The Telegraph informoval už před třemi lety o projektu britské firmy Air Fuel Synthesis (AFS), která „našla revoluční způsob, jak z vody a vzduchu vytvořit benzin“. „Naše metoda spočívá v získávání oxidu uhličitého ze vzduchu a vodíku z vody. Jejich sloučením a dalším zpracováním vzniká metanol, který je pak přeměněn v benzin,“ uvedl šéf společnosti Peter Harrison. Firma technologii prezentovala v experimentální laboratoři, v malé rafinérii v Stockton-on-Tees vyrobila i několik litrů tohoto paliva, ale původní záměr zahájit jeho komerční výrobu během 2 - 3 let se jim uvést do života zatím zřejmě nepodařilo, vzhledem k tomu, že web firmy s informacemi o tomto projektu, je již dlouhou dobu beze změn.
Na Novém Zélandu vyrobili inženýři společnosti Mobil Corp. syntetický benzín z metanu už v 90. letech minulého století s využitím zemního plynu. AFS i Audi využívají ekologickou energii,”recyklovaný” CO2 a elektrolytický vodík.

1. Ekologická výroba energie
Elektřina využívaná pro výrobu e-nafty je získávána výhradně z obnovitelných zdrojů (větrná a solární energie).
2. Elektrolýza
Vysokoteplotní elektrolýza rozděluje vodu zahřátou na skupenství páry na vodík a kyslík. Kyslík je uvolňován do atmosféry, zatímco vodík je plněn do reaktoru.
3. Konverze
Z kysličníku uhličitého a vodíku je během dvoustupňového procesu vytvořena „modrá ropa” (ekvivalent surové ropy):
- z vodíku a CO2 vznikají monoxid uhlíku, vodík a voda,
- syntetický plyn (tvořený vodíkem a CO2) reaguje do formy kapalného nosiče energie srovnatelného s běžnou ropou.
4. Zpracování
V závislosti na aplikaci může být „modrá ropa” zpracovávána např. v rafinérii, kde výsledným produktem bude e-nafta.
Přímé odebírání vzduchu
Továrna kooperačního partnera Audi Climeworks filtruje CO2 ze vzdušného prostředí a plní jím konverzní reaktor.

 

Publikováno: 31. 8. 2015 | Počet zobrazení: 2864 599