Pokud jde o hledání zdroje energie, který nahradí fosilní paliva, není nouze o možnosti. Solární energie, větrná energie, etanol a biopaliva jsou obvykle nejčastěji uváděnými uchazeči o nahrazení spalovacích motorů na bázi ropy a uhelných elektráren.
Ale vodík stojí stranou jako slibný alternativní zdroj energie. Přestože myšlenka vodíku jako široce používaného zdroje paliva pro pohon automobilů a výrobu elektřiny je relativně nový koncept v reakci na hledání alternativy k ropě, vodíkové palivové články ve skutečnosti předcházejí spalovacímu motoru, který byl vynalezen v polovině 19. století, asi o 20 let.
Vzhledem k tomu, že nejzákladnější forma této technologie existuje již téměř 150 let, proč najednou přišel její čas?
- Proč vodík?
- Jak vodík vyrábí použitelnou energii?
- Jaké jsou nevýhody vodíku?
Vodík je nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru, takže není šance, že by lidští spotřebitelé vyčerpali zásoby. Podle zprávy Ars Technica je jistě dostatek zdrojů ropy na pokrytí celosvětové poptávky, ale mnoho energetických expertů předpovídá, že světové zásoby ropy se do 60 let vyčerpají. Jeho výroba je tak snadná, že proces lze dokončit doma se správným vybavením.
Vyčerpání světových zásob ropy nebo dokonce přiblížení se nevyhnutelnému nedostatku, který přichází s rostoucí populací – planeta nyní ke konci října hostí 7 miliard lidí – a hospodářský růst nejenže způsobí velkou energetickou krizi, která si vyžádá rychlé zavedení alternativní zdroje energie; spalování takového množství paliva také znamená obrovskou zátěž pro atmosféru v procesu. A to ani nezohledňuje potenciální environmentální důsledky těžby ropy ze Země.
Naproti tomu vodík hoří čistě. Jediným vedlejším produktem vodíkové energie je voda a teplo, které lze recyklovat. To v podstatě znamená přeměnu procesu spotřebovávajícího energii na proces produkující energii.
Vodík však není hotovým zdrojem energie jako ropa a zemní plyn. Je to spíše prostředek k ukládání energie, protože čistý vodík není na Zemi k dispozici v množstvích nezbytných k podpoře celé energetické ekonomiky. Získání vodíku ve formě použitelného paliva vyžaduje energii. Vodík lze vyrobit buď jeho oddělením od molekul kyslíku ve vodě procesem elektrolýzy, nebo jeho odštěpením uhlovodíkových řetězců ve fosilních palivech, což je proces, který sám vytváří emise skleníkových plynů, jak je podrobně popsáno v tomto článku.
Jak vodík vyrábí použitelnou energii?
Vodíkové palivové články nefungují úplně jako spalovací motory na bázi ropy, které při výrobě energie spoléhají na teplo a energii.
Palivový článek se skládá ze zásobníku, „sendviče anod, katod a dalších high-tech materiálů“, jak vysvětluje Ed Grabianowski z HowStuffWorks.com. Kapalné vodíkové palivo vstupuje kolem anod, kde jsou elektrony připojené k vodíku odděleny od samotných atomů. Elektrolyt v palivovém článku umožňuje průchod vodíkových protonů, ale ne elektronů. Když atomy vodíku dosáhnou druhé strany palivového článku, katody, váže se s kyslíkem a vytváří teplo a vodní páru.
Jaké jsou nevýhody vodíku?
Skladování vodíku je drahé.
Pokud nežijete v Kalifornii, která převzala určitou iniciativu při budování infrastruktury na podporu vodíkového pohonu, je pravděpodobné, že jste nikdy neviděli možnost naplnit své auto vodíkem, když jste byli naposledy na čerpací stanici.
Na druhou stranu, pokud jste nedávno byli v autosalonu, je pravděpodobné, že jste viděli vozidla s běžnými benzínovými motory, diesely a pravděpodobně i několika hybridy. Ale auta na vodíkový pohon? Nepravděpodobně.
A to je jedna z největších překážek zavádění nové energetické technologie: Výrobci a distributoři energie potřebují infrastrukturu, aby mohli uspokojit poptávku po jejich palivu. Ale poptávka nemůže skutečně existovat bez infrastruktury, která ji podporuje. Je to jako problém „slepice a vejce“, ale rozdíl je v tom, že řešení má pravděpodobně hodnotu miliard.
Další významnou nevýhodou vodíku je to, že i když je ho dostatek, skladování vodíkového paliva může být obtížné a nákladné. Při normální pokojové teplotě existuje vodík jako plyn. Aby se vodík dostal do kapalného stavu, který lze skladovat, přenášet a případně používat jako palivo, vyžaduje teplotu -423 stupňů Fahrenheita (-253 stupňů Celsia). Udržování vodíkového paliva v chladu vyžaduje specializované nádoby, jako je ta na fotografii vlevo.
A konečně, auta na vodíkový pohon jsou v současnosti pro běžného spotřebitele příliš drahá. V loňském roce Toyota oznámila, že do roku 2015 má výrobce automobilů v úmyslu vyrobit vozidlo na vodíkový pohon, které bude stát kolem 50,000 90 dolarů, což je 1procentní snížení současné ceny stejných vozidel, podle zprávy Bloomberg News. V jednu chvíli dosahovaly výrobní náklady každého vozidla až XNUMX milion dolarů.
Jinými slovy, zatímco vodík je slibný a má značnou pozornost a investice ze strany energetických společností i výrobců automobilů, ještě nenastal čas. Takže ano, vodík může být palivovým zdrojem budoucnosti, ale zítra budete pravděpodobně muset natankovat své auto běžným starým benzínem.
Zastánci říkají, že vodíkové projekty by měly být první v řadě za téměř 26 miliard dolarů z peněz amerických daňových poplatníků – ale měli bychom věřit humbuku?
Út 7. března 2023 09.30:8 CET Poslední úprava ve středu 2023. března 02.04 XNUMX:XNUMX CET
Těžba vodíku je energeticky náročná, tedy zdroj a jak se to dělá, záleží na obou. V současné době asi 96 % světového vodíku pochází z uhlí (hnědý) a plyn (šedá), přičemž zbytek byl vytvořen z jaderné (růžový) a obnovitelné zdroje jako vodní, větrné a solární. Výroba šedého i hnědého vodíku uvolňuje oxid uhličitý (CO2) a nespálený fugitivní metan do atmosféry. Tento superznečišťující vodík je to, co se v současnosti používá jako chemická základna pro syntetická dusíkatá hnojiva, plasty a ocel, mimo jiné.
Modrý vodík je to, do čeho se nejvíce investuje průmysl fosilních paliv, protože stále pochází z plynu, ale zdánlivě CO2 bude zachycen a uložen v podzemí. Průmysl tvrdí, že má technologii k zachycení 80–90 % CO2, ale ve skutečnosti je to při hodnocení každé fáze energeticky náročného procesu blíže k 12 %, podle recenzované studie vědců z Cornell University zveřejněné v roce 2021. Určitě lepší než nic, ale emise metanu, které zahřívají planeta rychlejší než CO2, by byla ve skutečnosti vyšší než u šedého vodíku kvůli dodatečnému plynu potřebnému k pohonu zachycování uhlíku a pravděpodobnému úniku proti proudu. Zejména termín čistý vodík byl vytvořen průmyslem fosilních paliv několik měsíců poté, co klíčová Cornellova studie zjistila, že modrý vodík má podstatně větší skleníkovou stopu než spalování plynu, uhlí nebo nafty pro vytápění.
Zelená vodík se získává z vody elektrolýzou – pomocí elektřiny vyrobené z obnovitelných zdrojů energie (vítr, slunce, voda). Klimatičtí experti (bez spojení s fosilními palivy) tvrdí, že zelený vodík může být zelený pouze tehdy, budou-li konstruovány nové obnovitelné zdroje pro výrobu vodíku – spíše než čerpání ze současné sítě a sporných schémat uhlíkového účtování. Průmysl nesouhlasí: „Přísná pravidla adicionality vyžadující, aby byl elektrolytický vodík poháněn novou obnovitelnou energií, nejsou praktické, zejména v prvních letech, a výrazně omezí rozvoj vodíkových projektů,“ uvedl. BP Amerika.
“V dekarbonizované budoucnosti může hrát skutečně zelený vodík nějakou malou roli, ale toto je z velké části marketingový výtvor ropného a plynárenského průmyslu, který byl velmi přeháněn,” řekl. Robert Howarth, profesor ekologie a environmentální biologie na Cornell University, spoluautor článku o modrém vodíku.
„Jedná se o příležitost jednou za generaci investovat do skutečných řešení s nulovými emisemi, ale mohla by to být katastrofa, pokud by federální vláda nalila omezené zdroje do infrastruktury a technologií, které by mohly klimatickou krizi zhoršit a způsobit další škody na veřejném zdraví. ,” řekl Sara Gersenová, právník pro čistou energii ve společnosti Earthjustice. “Rozsévat zmatek ohledně vodíku je zdržovací taktika a zdržování je nové popírání.”
Má vodík v dekarbonizované budoucnosti nějakou roli?
Ano, ale omezeně – vzhledem k tomu, že k výrobě, skladování a přepravě vodíku je zapotřebí více energie, než kolik poskytuje při přeměně na užitečnou energii, takže použití čehokoli kromě nových obnovitelných zdrojů (skutečného zeleného vodíku) bude vyžadovat spalování více fosilních paliv.
Podle žebříčku zásluh vodíku navrženého Michael Liebreich, hostitel podcastu Cleaning Up, výměna čistého vodíku za šedou a hnědou hmotu na bázi fosilních paliv, která se v současnosti používá pro syntetická hnojiva, petrochemické produkty a ocel, je bez rozmyslu. Uhlíková stopa globální produkce vodíku dnes odpovídá německým ročním emisím skleníkových plynů, takže čím dříve přejdeme na zelený vodík (vytvořený z nových obnovitelných zdrojů), tím lépe. To by mohlo být užitečné také pro některé druhy dopravy, jako jsou lety na dlouhé vzdálenosti a těžké stroje, a možná i pro skladování přebytečné větrné a solární energie – i když žádná z nich není šmejd pro vodík, protože o tyto trhy soupeří alternativní technologie, řekl. Liebreich.
Ale pro většinu forem dopravy (auta, kola, autobusy a vlaky) a vytápění již existují bezpečnější, čistší a levnější technologie, jako jsou elektrická vozidla na baterie a tepelná čerpadla, takže investovat čas nebo peníze do vodíku má jen malou nebo žádnou hodnotu. . Howarth řekl: „Obnovitelná elektřina je vzácným zdrojem. Přímá elektrifikace a baterie nabízejí mnohem více a mnohem rychleji. Hovořit o vytápění domácností a osobních vozidel vodíkem je obrovské rozptýlení a plýtvání zdroji.“
