Veľká nádej vkladaná do vodíku − pohľad na budúce technológie

Dopravný a logistický priemysel vkladá veľké nádeje do využívania vodíka (H2) ako paliva, a to z dobrého dôvodu. Je to najrozšírenejší chemický prvok vo vesmíre a jediný, ktorý ponúka tri priame možnosti, ktoré môžu podporiť ochranu klímy − hoci je ešte stále potrebné prekonať mnohé prekážky.

Po prvé, tento prchavý plyn je možné vyrábať s nulovými emisiami. Pri procese nazývanom elektrolýza sa na vodu (H2O) pôsobí elektrickým prúdom, ktorý ju rozdeľuje na kyslík a vodík. Ak elektrická energia pochádza z obnoviteľných zdrojov, ako je solárna, veterná alebo vodná energia, tento proces je možné považovať za šetrný ku klíme.

Vzhľadom na to, že elektrolýza spotrebuje takmer o tretinu viac energie, ako sa uloží vo vodíku, ktorý sa pri nej vyrobí, bude kľúčovou výzvou na ceste k udržateľnému vodíkovému hospodárstvu zabezpečiť dostatok cenovo dostupnej ekologickej elektrickej energie. Často prehliadaným aspektom je, že elektrolýza v súčasnosti stále vyžaduje čerstvú vodu s čistotou pitnej vody − takmer desať litrov na kilogram vodíka. To znamená, že suché oblasti s dostatkom slnečného svitu, ktoré sú kľúčovými centrami výroby H2, by tiež museli investovať do odsoľovania morskej vody.

Po druhé, vodík je veľkou nádejou, pretože je základným stavebným kameňom všetkých syntetických palív, známych aj ako synfuel, powerfuels, power-to-liquid fuels alebo power-to-gas fuels. Prvý prvok periodickej tabuľky sa môže viazať s uhlíkom a kyslíkom a vytvárať rôzne uhľovodíkové reťazce vrátane metánu, metanolu, nafty a petroleja. Problémom je, že tieto procesy sú energeticky náročné.

Často sa zabúda na to, že tieto palivá si vyžadujú nielen zelený vodík, ale aj oxid uhličitý, ktorý sa musí najprv získať z atmosféry. Len ak sa to dá dosiahnuť bez produkcie emisií, je výsledné syntetické palivo klimaticky neutrálne. V závislosti od typu energetického paliva sa prenáša len 40 až 60 % energie obsiahnutej v obnoviteľnej energii použitej na začiatku technologického reťazca. Preto sa takéto procesy často považujú za nehospodárne. Syntetické palivá sa však oplatí používať všade tam, kde sa elektrina alebo vodík nedajú použiť na priamy pohon motorov alebo na prepravu energie, napríklad v námornej a leteckej doprave.

H2 ako "motor" pre palivové články

Po tretie, a to je najdôležitejšie, H2 je kľúčovou súčasťou riešenia, pretože sa dá premeniť späť na elektrickú energiu bez emisií skleníkových plynov alebo iných látok znečisťujúcich ovzdušie. Konverzia prebieha vo vnútri palivového článku a je možné ju považovať za obdobu elektrolýzy. Pri takzvanej redoxnej reakcii dochádza k prenosu elektrónov z vodíka na atmosférický kyslík. Tým sa vyrába elektrická energia, ktorá sa môže použiť na pohon motorov alebo nabíjanie batérií. Jedinými "odpadovými produktmi" sú čistá para a teplo. Komerčné vozidlá používajú palivové články s protónovou výmennou membránou (PEM), ktoré sa ukázali ako vysoko účinné. Simulácie v DACHSERu ukázali, že nákladné vozidlo s výmennou nadstavbou PEMFC spotrebuje len necelých desať kilogramov H2 na 100 kilometrov. Napriek prvým pozitívnym výsledkom s prototypom PEM a malými sériovými nákladnými vozidlami je ešte potrebné doladiť niekoľko detailov, aby sa tento typ palivového článku stal skutočne praktickou možnosťou. Napríklad nasávaný vodík aj atmosférický kyslík musia byť mimoriadne čisté, aby nedošlo k príliš rýchlej kontaminácii citlivých komponentov palivového článku a k ohrozeniu životnosti systému. Okrem drahej technológie filtrácie vzduchu sa od výrobcov automobilov vyžaduje, aby používali H2 5.0, čo znamená, že vodík musí byť certifikovaný ako minimálne 99,999 % čistý − čo je pre celý systém zásobovania vodíkom veľmi náročná požiadavka.

Ďalšou výzvou je určiť najlepší spôsob skladovania vodíka v nákladnom vozidle. Mala by byť stlačená v nádržiach na 350 barov, ako je to bežné v dnešných autobusoch? Alebo skvapalnený pri extrémne nízkych teplotách ako zemný plyn (LNG)? Výrobcovia používajú rôzne prístupy, ale očakáva sa, že tam, kde je rozhodujúcim faktorom maximálna skladovacia kapacita a dojazd, bude pravdepodobne najlepšou voľbou nádrž obsahujúca studený kvapalný H2.

Zhrnutie na záver: vodík má potenciál stať sa popri priamych obnoviteľných zdrojoch energie rozhodujúcou technológiou pre dopravu a logistiku. Či bude schopný splniť vysoké očakávania, ktoré sa naň kladú, sa ukáže ešte pred koncom tohto desaťročia. Čoraz viac výrobcov úžitkových vozidiel sa snaží premeniť túto technológiu budúcnosti na skutočnú inováciu v oblasti ochrany klímy a logistiky.