Vysoké naděje vkládané do vodíku – pohled na technologie budoucnosti

Přeprava a logistika vkládají vysoké naděje do využití vodíku (H2) jako paliva, naděje, které jsou plně oprávněné. Jedná se o nejběžnější chemický prvek ve vesmíru a jediný, který nabízí tři možnosti, jak podpořit ochranu klimatu, i když bude nutné ještě překonat řadu překážek.

Za prvé tento těkavý plyn může být vyráběn zcela bez emisí. V procesu zvaném elektrolýza se do vody přivádí elektrický proud a rozloží ji na kyslík a vodík. Za předpokladu, že elektřina pochází z obnovitelného zdroje, jako je solární, větrná či vodní energie, může být tento proces považovaný za přátelský ke klimatu.

Jelikož elektrolýza spotřebovává téměř o třetinu více energie, než kolik je uloženo v získaném vodíku, základní výzvou, kterou je třeba překonat na cestě k udržitelné vodíkové ekonomice, bude zajistit dostatek dostupné zelené elektřiny. Často opomíjeným aspektem je, že momentálně elektrolýza stále potřebuje čerstvou vodu v kvalitě pitné vody – a to téměř deset litrů na jeden kilogram vodíku.  To znamená, že by se suché oblasti s dostatkem slunečního svitu mohly stát klíčovými centry výroby H2,  pokud budou investovat do odsolování mořské vody.  

Za druhé, tolik nadějí se upíná k vodíku protože je stavebním kamenem pro všechna syntetická paliva, označovaná také jako e-paliva, powerfuels, power-to-liquid nebo power-to-gas. První prvek periodické tabulky může být sloučen s uhlíkem nebo kyslíkem a vytvořit řady uhlovodíkových řetězců včetně metanu, metanolu, nafty nebo kerosinu. Výzvou ale přitom je energetická náročnost těchto procesů.  

Co se často přehlíží, je skutečnost, že tato paliva vyžadují nejen zelený vodík, ale také oxid uhličitý, který musí být nejprve extrahován z atmosféry. Jedině tehdy, pokud se tak stane bez produkce emisí, je výsledné syntetické palivo klimaticky neutrální. V závislosti na pohonných hmotách se přenáší jen 40 až 60 procent energie přítomné v obnovitelné energii použité na začátku procesu. Proto jsou tyto procesy často označované za neekonomické. Ale e-paliva jsou celosvětovou možností všude tam, kde elektřina nebo vodík nemohou být použity pro pohon motoru nebo přenosu energie, například v námořnictví či letectví.

H2 jako “motor” pro palivové články

Třetí a rozhodující důvod, proč je H2 klíčovou součástí řešení:  protože může být přeměněn zpět na elektřinu bez produkování skleníkových plynů nebo polutantů. To je to, co se děje uvnitř palivového článku, a co může být považováno za protiklad elektrolýzy. V takzvané redoxní reakci jsou elektrony přenášeny z vodíku na atmosférický kyslík. Tím se vytváří elektřina, kterou lze použít k pohonu motorů nebo nabíjení baterií. Jediným odpadním produktem je čistá pára a teplo. Užitkové vozy používají palivové články s protonovou membránou (PEM Fuel Cell), které se ukázaly být jako vysoce efektivní. Simulace provedené DACHSEREM naznačují, že PEMFC kamion s výměnnými nástavbami by spotřeboval jen méně než deset kilogramů vodíku na 100 kilometrů.

Navzdory prvotním pozitivním výsledkům s prototypy na palivové PEM články a malosériovými nákladními vozidly, existuje stále ještě řada detailů, které je nutné vyřešit, než se tento způsob paliva skutečně stane praktickým řešením. Například jak vodík tak kyslík nasávaný ze vzduchu musejí být extrémně čisté, aby se zabránilo příliš rychlému znečištění citlivých součástí palivového článku a ohrožení životnosti systému. Spolu s nákladnou technologií filtrace vzduchu to vyžaduje, aby automobilky používaly H2 5.0, což znamená, že vodík musí mít certifikovanou čistotu alespoň 99,999 procenta - což je pro celý systém zásobování vodíkem H2 velmi náročný požadavek.

Další výzvou je určit nejlepší způsob skladování vodíku v kamionech. Měl by být v nádržích stlačený na 350 barů, jak je to běžné v dnešních autobusech? Nebo zkapalněný při extrémně nízkých teplotách, jako je tomu u LNG? Výrobci k tomu přistupují různě, ale očekává se, že všude tam, kde jsou rozhodujícími faktory maximální skladovací kapacita a objem, bude pravděpodobně nejlepším řešením nádrž studeného tekutého H2.

Abychom to shrnuli: vodík má potenciál prosadit se spolu s přímým využitím elektřiny z obnovitelných zdrojů jako rozhodující technologie pro přepravu a logistiku. Zda dokáže uspokojit všechna očekávání, která se k němu upínají, bude jasnější před koncem této dekády. Stále více výrobců užitkových vozidel se snaží, aby se z této technologie budoucnosti stala inovace v oblasti ochrany klimatu a  logistiky.