Vodík, palivo motorů příštího desetiletí?

V minulém čísle jsme se zmínili o soutěži ALFA vyhlášené Technologickou agenturou České republiky, kde jsme upozornili na realizací tří projektů, týkajících se výroby a využití vodíku Představili jsme zajímavý experiment – trihybridní autobus. Dnes...

V minulém čísle jsme se zmínili o soutěži ALFA vyhlášené Technologickou agenturou České republiky, kde jsme upozornili na realizací tří projektů, týkajících se výroby a využití vodíku Představili jsme zajímavý experiment – trihybridní autobus. Dnes přinášíme podrobnější informace. Alternativní zdroje energie jsou ovšem v současnosti již neodmyslitelnou součástí přednášek na školách zaměřených na motorová vozidla. V rámci pražské techniky však nejde jen o výuku, ale i o vlastní vývoj a výzkum alternativních pohonů. Osoby nejpovolanější, Prof. Ing. Michala Takatse, CSc. z Ústavu automobilů, spalovacích motorů a kolejových vozidel strojní fakulty ČVUT, jsme se proto zeptali na to, jaké jsou perspektivy vodíkových pohonů.

Náš poslední rozhovor, viz T&B 4/2010, se týkal dalších možností snižování emisí u klasického spalovacího motoru. Konstatovali jsme, že perspektivní konfigurace hybridního uspořádání je taková, která dokáže co nejefektivněji pokrýt režimy jízdy vozidla s malými nároky na výkon odebíraný z hnací jednotky. Který hybridní systém považujete u nákladních vozů za optimální?
Odpověď je naznačená v otázce. V oblasti užitkových vozidel přichází hybridní pohon v úvahu spíše pro lehké dodávkové automobily, zejména pokud jsou provozovány v režimech s častým výskytem běhu motoru v nízkém částečném zatížení. Poměry jsou pak podobné jako u osobních automobilů. V těžkém kamionovém provozu jsou podmínky pro uplatnění předností hybridního uspořádání špatné.

Vraťme se k naznačenému tématu, jímž je vodík, který se ve velkém získává termickým rozkladem methanu (zemního plynu) při 1000 °C. Průmyslově se vyrábí elektrolýzou vody. V přírodě se ovšem vodík tvoří při rozkladu organických látek některými bakteriemi. Genetické inženýrství usiluje o zdokonalení tohoto procesu do míry průmyslově využitelné k produkci vodíku pro vodíkové motory. Zřejmě bychom mohli pokračovat... Jaká je perspektivní technologie výroby vodíku?
Záleží na tom, pro jak vzdálený výhled je míněno adjektivum „perspektivní“. Za proponovaný průmyslový standard se zřejmě v současnosti považuje elektrolýza. Vodík je považován za vhodný akumulátor energie pro sladění aktuálního výkonu elektrifikační soustavy s velkým podílem tzv. obnovitelných zdrojů a aktuálního příkonu do sítě připojených spotřebičů. Obdobná poptávka po akumulaci velkého množství přebytečné energie vzniká u obtížně regulovatelných velkých elektráren v době odběrového sedla. Zvažování dalších alternativ patrně přijde na přetřes, až budou tyto potenciální produkční kapacity na mezi svých výkonových možností.

Při spalování vodíku vzniká vedle značného energetického zisku pouze ekologicky naprosto nezávadná voda. V jakém stádiu je v současné době „vodík v automobilu“?
Pro úplnost nutno poznamenat, že produkty spalování vodíku se vzduchem obsahují nezanedbatelné množství oxidů dusíku. Není tedy pravda, že použití vodíku jako paliva, např. pro pístový spalovací motor, bude automaticky environmentálně absolutně nezávadné. Všechny doposud uskutečněné implementace vodíku jako paliva dopravních prostředků, ať už s využitím spalovacího motoru, nebo palivového článku jako konvertoru energie nepřekročily rozsah pilotních projektů. Významný problém stále představuje i uskladnění dostatečné zásoby energie na vozidle. Příliš se nepokročilo ani v otázce infrastruktury pro doplňování paliva. Patrně jediným realistickým výhledem na využití vodíku jako paliva pro dopravní prostředky v dohledné době je jeho použití v kombinaci s jiným – konvenčním – palivem. Nejvíce se pokročilo v námětu na zavedení paliva tvořeného směsí metanu a vodíku, tzv. „Hythane“. Předpokládá se, že taková plynná směs (pravděpodobně 80 objemových procent CH4 + 20 % H2) se stane obchodní komoditou s určením jako palivo silničních dopravních prostředků. To umožní rozvoj produkční a distribuční vodíkové infrastruktury. V přípravě je předpis pro schvalování vozidel určených pro využívání takového paliva. Předpokládá se, že všechny relevantní komponenty vozidla budou schopné korektní funkce při provozu na zemní plyn v jistém rozsahu jeho složení (testováno čistým metanem a směsí metanu s 15 objemovými procenty dusíku) a na směs zemního plynu (ve stejném rozsahu složení) s vodíkem.
Uživatel vozidla poháněného „hythanem“ se ovšem bude muset smířit s poklesem dojezdu vozidla o cca 15 %. Podíl vodíku na výhřevnosti směsi 80/20 je pouze cca 7 % a tomuto číslu je úměrná úspora zemního plynu (tj. neobnovitelného paliva) a snížení emise CO2. Někde se ale začít musí. Spíše větší užitková vozidla jsou vážným kandidátem na úpravu na využívání „hythanu“. Tam je totiž rozšířené využívání kompozitních tlakových nádob jako palubního zásobníku paliva. U konvenčních ocelových tlakových lahví, často používaných v osobních automobilech, nutno ještě dořešit problém tzv. vodíkové křehkosti.

Celý článek v T&b 4/2012