Vodíkový automobil je takový automobil, který využívá pro svůj pohon vodík. Jaké jsou výhody a nevýhody vozidel s pohonem na vodík?
„Automobily na vodík jsou vozidla převádějí chemickou energii vodíku na energii mechanickou a to buď přímým spalováním vodíku v pístovém či rotačním spalovacím motoru nebo reakcí vodíku s kyslíkem v palivovém článku a výrobou elektřiny pro pohon elektromotoru vozidla,“ uvádí k tématu Wikipedia.
Vodíkové palivové články využívají vodík jako palivo v elektrochemickém procesu, který kombinuje vodík a kyslík za vzniku elektrické energie a vody. Reverzní proces elektrolýzy, který vyrábí „zelený“ vodík a kyslík z vody, může využívat řadu obnovitelných zdrojů energie (vítr, vlny, slunce) k výrobě vodíku jako paliva pro výrobu obnovitelné energie. Roste také zájem o vodíkovou energii jako jedinečně čistý zdroj energie, který dokáže produkovat teplo a jehož jedinými vedlejšími produkty je voda.
Nová čerpací stanice na vodík. Zdroj: Adast
Zelený vodík vyrobený elektrolýzou (vysokoenergetický proces) a obnovitelných zdrojů energie je vysoce nákladná varianta, která představuje pouze asi 5 % celkové produkce H2 . V současné době převážná většina celosvětové produkce vodíku pochází ze zdrojů fosilních paliv (reformování metanového plynu) a bude tomu tak i nadále po několik desetiletí. Jak však roste výrobní kapacita pro účinnější a nákladově efektivnější elektrolyzéry, očekává se, že náklady na výrobu výrazně klesnou spolu se zaváděním vyspělých technologií výroby energie z obnovitelných zdrojů a kapacity.
Za účelem výroby bezpečného, odolného a dekarbonizovaného energetického systému bude hrát výroba a hromadné skladování vodíku důležitou roli při vyvažování přerušované dodávky energie z obnovitelných zdrojů energie s požadavky koncových uživatelů (tj. a palivo pro dopravu).
Hyundai Nexo. Zdroj: Alexander Migl / CC BY-SA 4.0
Pokračují debaty o výhodách a nevýhodách vodíkových palivových článků, ale i přes současná omezení je vodík stále ekologickou alternativou fosilních paliv a lze jej použít k poskytování flexibilní energie a pohonu s vysokou hustotou pro širokou škálu průmyslových zařízení a způsobů dopravy využívající technologii vodíkových palivových článků.
Jaké jsou výhody vodíkových palivových článků?
Technologie vodíkových palivových článků představuje několik výhod oproti jiným zdrojům energie, včetně:
1. Obnovitelné a snadno dostupné
Vodík je nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru a navzdory problémům spojeným s jeho získáváním z vody je jedinečně hojným a obnovitelným zdrojem energie, který je ideální pro naše budoucí potřeby bez uhlíku pro kombinované dodávky tepla a elektřiny.
2. Vodík je čistý a flexibilní zdroj energie na podporu energetických strategií s nulovým obsahem uhlíku
Vodíkové palivové články poskytují ze své podstaty čistý zdroj energie bez nepříznivého dopadu na životní prostředí během provozu, protože vedlejšími produkty jsou jednoduše teplo a voda. Na rozdíl od biopaliv nebo vodní energie nepotřebuje vodík k výrobě velké plochy půdy. Ve skutečnosti NASA dokonce pracuje na využití vodíku jako zdroje, přičemž voda vyrobená jako vedlejší produkt se používá jako pitná voda pro astronauty. To ukazuje, že vodíkové palivové články jsou netoxickým palivovým zdrojem, a proto v tomto směru převyšují uhlí, zemní plyn a jadernou energii, které jsou všechny buď potenciálně nebezpečné, nebo obtížně dostupné. Výroba, skladování a používání vodíku bude hrát důležitou roli při dalším rozvoji obnovitelné energie tím, že vyváží jejich přerušované způsoby dodávek s náročnými požadavky koncových uživatelů,
3. Výkonnější a energeticky účinnější než fosilní paliva
Technologie vodíkových palivových článků poskytuje zdroj energie s vysokou hustotou a dobrou energetickou účinností. Vodík má ze všech běžných paliv hmotnostně nejvyšší energetický obsah. Vysokotlaký plynný a kapalný vodík má přibližně trojnásobek gravimetrické hustoty energie (přibližně 120 MJ/kg) nafty a LNG a podobnou objemovou hustotu energie jako zemní plyn. Tyto
4. Vysoce účinný ve srovnání s jinými zdroji energie
Vodíkové palivové články jsou účinnější než mnoho jiných zdrojů energie, včetně mnoha řešení zelené energie. Tato účinnost paliva umožňuje výrobu více energie na libru paliva. Například konvenční elektrárna založená na spalování vyrábí elektřinu s účinností 33–35 % ve srovnání s až 65 % u vodíkových palivových článků. Totéž platí pro vozidla, kde vodíkové palivové články využívají 40–60 % energie paliva a zároveň nabízejí 50% snížení spotřeby paliva.
5. Téměř nulové emise
Vodíkové palivové články neprodukují emise skleníkových plynů jako u zdrojů fosilních paliv, čímž se snižuje znečištění a v důsledku toho se zlepšuje kvalita ovzduší.
6. Snižuje uhlíkovou stopu
Vodíkové palivové články téměř bez emisí neuvolňují skleníkové plyny, což znamená, že při používání nezanechávají uhlíkovou stopu.
7. Rychlé nabíjení
Doba nabíjení u pohonných jednotek s vodíkovými palivovými články je extrémně rychlá, podobně jako u vozidel s konvenčním spalovacím motorem (ICE) a výrazně rychlejší ve srovnání s elektromobily na baterie. Tam, kde elektrická vozidla potřebují k nabití 30 minut až několik hodin, lze vodíkové palivové články dobít za méně než pět minut. Tato rychlá doba nabíjení znamená, že vozidla na vodíkový pohon poskytují stejnou flexibilitu jako konvenční automobily.
8. Žádné znečištění hlukem
Vodíkové palivové články neprodukují hluk jako jiné zdroje obnovitelné energie, jako je větrná energie. To také znamená, že podobně jako elektromobily jsou vozidla na vodíkový pohon mnohem tišší než ta, která používají konvenční spalovací motory.
9. Žádné vizuální znečištění
Některé nízkouhlíkové zdroje energie, včetně větrné energie a elektráren na biopaliva, mohou být bolestí očí, nicméně vodíkové palivové články nemají stejné nároky na prostor, což znamená, že je zde také menší vizuální znečištění.
10. Dlouhá doba používání
Vodíkové palivové články nabízejí vyšší účinnost s ohledem na dobu používání. Vozidlo na vodík má stejný dojezd jako vozidla využívající fosilní paliva (asi 300 mil). To je lepší než v současnosti nabízené elektromobily (EV), které jsou stále častěji vyvíjeny s pohonnými jednotkami s palivovými články jako „prodlužovači dojezdu“. Vodíkové palivové články také nejsou výrazně ovlivněny venkovní teplotou a v chladném počasí se na rozdíl od elektromobilů nezhoršují. Tato výhoda se dále zvyšuje ve spojení s krátkými časy nabíjení.
11. Ideální pro použití ve vzdálených oblastech
Tam, kde to místní podmínky dovolují, by se dostupnost vodíku prostřednictvím místní výroby a skladování mohla ukázat jako alternativa k naftové energii a vytápění v odlehlých oblastech. Nejenže to sníží potřebu přepravy paliv, ale také zlepší životy lidí žijících ve vzdálených regionech tím, že nabídne neznečišťující palivo získané ze snadno dostupného přírodního zdroje.
12. Všestrannost použití
Jak technologie postupuje, vodíkové palivové články budou schopny poskytovat energii pro řadu stacionárních i mobilních aplikací. Vozidla na vodíkový pohon jsou jen jedním příkladem, ale mohla by být také použita v menších aplikacích, jako jsou domácí výrobky, stejně jako ve větších topných systémech. Podobně jako u ICE pohonných jednotek jsou funkce kapacity akumulace energie (tj. palivové nádrže) a velikosti motoru odděleny, na rozdíl od napájení na baterie (tj. u kterého výkon lineárně roste s hmotností), což poskytuje velkou flexibilitu v konstrukci.
13. Demokratizace zásobování energií
Vodíkové palivové články mají potenciál snížit závislost národa na fosilních palivech, což pomůže demokratizovat dodávky energie a energie po celém světě. Tato zvýšená nezávislost bude přínosem pro mnoho zemí, které jsou v současnosti závislé na dodávkách fosilních paliv. Samozřejmě se tím také vyhneme problému s rostoucími cenami fosilních paliv při snižování zásob.
Honda FCX Clarity. Zdroj: Soji Hitotose / Honda FCX Clarity – CC BY-SA 4.0
Z historie
„François Isaac de Rivaz sestrojil roku 1806 pístový spalovací motor s elektrickým zapalováním. Palivem pro tento motor byla směs plynného vodíku a vzduchu. Roku 1807 motor namontoval na vozidlo se čtyřmi koly vzdáleně podobné dnešním automobilům. Tento motor, s takzvaným volným pístem, je považován za první spalovací motor na světě. Roku 1808 si nechal motor patentovat. Tento motor postavil roku 1813 ještě na jedno vozidlo dlouhé šest metrů,“ píše k tématu Wikipedia.
Wartburg legenda z NDR
V roce 1820 vydal reverend W.Cecil knihu On the application of hydrogen gas to produce a moving power in machinery. V knize je popsán vakuový motor, který je poháněn pomocí atmosférického tlaku a podtlaku vzniklého explozí po smíchání vodíku a vzduchu.
„Konstruktér a vynálezce Nicolaus August Otto kolem roku 1880 použil pro svůj motor jako palivo syntetický plyn tvořený z 50 % vodíkem. Hydroelektrárenská společnost v Norsku v roce 1933 upravila nákladní vozidlo pro pohon na vodík. Vodík se vyráběl přímo na vozidle. Boris Schelishch v letech 1941 až 1944 za druhé světové války při obléhání Leningradu přestavěl 200 nákladních vozidel GAZ AA na pohon vodíkem,“ dodává k historii otevřená encyklopedie.
Vodík jako poměrně komplexní budoucnost
Společnost Adast (Výrobce čerpacích stojanů Adast) přitom vnímá vodík nejen jako alternativu pro dopravu. „Vidíme v něm poměrně komplexní budoucnost, ke které nám chybí vývoj pouze některých komponent. Ve finále tak může sloužit jak pro průmysl, tak domácnosti,“ uvedl jednatel společnosti Adast Daniel Struž. Jako vhodný zdroj energie ho mohou využívat například odlehlá horská střediska, u nichž je připojení ke klasickým zdrojům buď komplikované, nebo příliš nákladné. Spousta těchto lokalit navíc leží v místech s podprůměrnou dobou slunečního svitu, tudíž zde není možné využít fotovoltaické panely.
„Odlehlá místa v nížinách se zase nemohou spolehnout ani na silnější vítr, a tak pro ně nepřipadá v úvahu ani větrná alternativa,“ doplnil jednatel společnosti Adast. Podle něj je tak řešením pro tyto lokality zásobník vodíku spolu s článkem přeměňujícím energii na elektřinu. Vodík by sem přitom v pravidelných intervalech vozil plnič. Adast se i proto chce v následujících pěti letech zaměřit na vývoj komplexního vodíkového řešení, aby domácnosti či řadoví uživatelé měli veškeré komponenty k dispozici od jednoho dodavatele.
Jednatel společnosti Adast zároveň považuje za nutné vnímat vodík pouze jen jako jedno z možných řešení. Do kontrastu to dává s elektromobilitou, která byla donedávna obecně chápána jako jediná cesta do budoucna. „Řada aktérů už ale od tohoto pohledu upouští. Monotematická řešení jsou špatnou strategií, neboť jsou velmi náchylná na systémové výpadky,“ uzavřel Daniel Struž.
