Vodík a energie: Porovnání verzí

„Relevantní je pro nás nikoli to, zda jsme s to najít ve stávajících olověných dolech nějaké olovo, nýbrž to, zda můžeme za rozumnou cenu pořídit služby olověných baterií; není pro nás důležité, zda se toho dosáhne recyklací olova, výrobou dlouhověkých baterií nebo nahrazením olověných baterií nějakým jiným vynálezem. Podobně chceme mezikontinentální telefonní a televizní spojení, a pokud je máme, nestaráme se o to, zda vyžaduje 100 000 tun mědi do kabelů, hromadu písku na optická vlákna nebo jediný čtvrttunový satelit ve vesmíru.“<ref name="simon">SIMON, Julian. Největší bohatství. Brno: Centrum pro studium demokracie a kultury, 2006. ISBN 80-7325-082-9.</ref>

Podle zákona o zachování energie není možné energii jen tak čerpat, energii je možné získat pouze přeměnou z jiného druhu. Známe více druhů energie: jaderná, chemická, tepelná, mechanická, atd. Každá změna druhu energie je zatížena určitou účinností. Z pohledu energetiky je toho hledisko více než zásadní, z důvodu omezeného rozsahu práce se však tomuto kritériu nebudu podrobněji věnovat.

Fosilní paliva v sobě váží chemickou energii. Tuto energii je možné při oxidačních reakcích přeměňovat na energii tepelnou. Energie vázaná ve fosilních palivech má svůj původ ve fotosyntézních procesech, jedná se tedy o transformovanou sluneční energii. Samotné Slunce získává energii ze slučování lehkých jader ve svém nitru, tedy z energie jaderné. Tento proces lze považovat za prazdroj většiny energie na Zemi. Nejen energie fosilních paliv, ale i energie uvolnitelná ze dřeva a biomasy, energie větru a dalších mají svůj původ ve sluneční energii. <ref name="jerie">JERIE, Jan. Teorie motorů: Teorie propulse a vnitřní aerotermodymanika turbínových motorů. Praha: Ediční středisko ČVUT, 1981.</ref>

Vodík se na Zemi vyskytuje ve sloučeninách. Pokud chceme získat vodík, který by byl nositelem energie, je nutné jej uvolnit z jeho chemických vazeb dodáním energie. To je možné uskutečnit několika způsoby, záleží na surovině pro výrobu a druhu energie, který budeme dodávat.  

Výrobou vodíku je myšleno získání molekulárního vodíku H2. Následující podkapitoly nabídnou přehled několika způsobů získávání vodíku.

V současné době je nejrozšířenějším způsobem výroby vodíku parní reformace. Surovinou pro tento proces je metan CH4. Pro uskutečnění procesu je nutné metan smísit s vodní párou. Reakce je silně endotermická a je ji možné uskutečnit pouze za zvýšené teploty. Hodnoty mohou dosahovat až 850 °C při 2,5 MPa.

Parní reformací je vyráběna celá polovina světové produkce vodíku. Další způsoby získávání vodíku z fosilních paliv jsou následující: rafinace ropy (30 %), zplynování uhlí (20 %).<ref name="ramad">RAMADHAS, Arumugam. Alternative Fuels For Transportation. Boca Raton: CRC Press, 2011. ISBN 978-1-4398-1957-9.</ref>

Elektrolýza vody je velmi známý proces. Voda je při tomto procesu rozkládána na své komponenty kyslík a vodík. Na rozdíl od předešlého procesu je při elektrolýze dodávána elektrická energie namísto energie tepelné. Proces je nutné uskutečnit za přítomnosti elektrolytu, v průmyslovém měřítku jsou nejrozšířenější KOH nebo NaOH. Samotná výroba není zatížena produkcí skleníkových plynů ani jiných škodlivin, pokud nebudeme brát v potaz emise vzniklé při výrobě elektrické energie z fosilních paliv.

Elektrolýzou je možné získat vodík o vysoké čistotě vhodný pro použití v palivových článcích typu PEM.

V současné době jsou v ČR provozovány reaktory II. generace (JE Temelín, JE Dukovany), Pro dostavbu JE Temelín jsou zvažovány reaktory III. a III.+ generace.<ref name="cez">ČEZ. Dostavba elektrárny Temelín: Technologie [online]. [cit. 2013-05-20]. Dostupné z: http://www.cez.cz/cs/vyroba-elektriny/zvazovana-dostavba-elektrarny-temelin/technologie.html.</ref> Reaktory IV. generace jsou nové typy reaktorů, u kterých se plánuje uvedení do provozu mezi léty 2020 a 2030. Pro vývoj IV. generace bylo vybráno 6 nejperspektivnějších reaktorových technologií. Jednou z podmínek při výběru byla schopnost sloužit kromě výroby elektrické energie také k výrobě vodíku. Ze 7 konceptů reaktorů mají 4 sloužit k výrobě elektrické energie a vodíku. Jeden z typů je dokonce určen pouze pro výrobu vodíku.<ref name="world">WORLD NUCLEAR ASSOCIATION. Generation IV Nuclear Reactors [online]. 2010 [cit. 2013-05-20]. Dostupné z: http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Power-Reactors/Generation-IV-Nuclear-Reactors/#.UZo_BKItwnp</ref>

Výroba vodíku ve vysokoteplotních reaktorech IV. generace je založena na chemických reakcích kyseliny sírové (H2SO4), jódu (I2) a vody. Jód a kyselinu sírovou je možné recyklovat a mohou tvořit stálou náplň výrobního systému. Do systému by vstupovala pouze voda a produktem by pak byl kyslík a vodík. Tento způsob není primárně vázán na jadernou energii, vyžaduje velký přísun tepelné energie (teplota přes 830 °C), a proto je vhodné, aby tepelná energie pro tento proces byla získávána z energie jaderné.<ref name="soren">SORENSEN, Bent. Hydrogen and Fuel Cells: Emerging technologies and applications. Burlington: Elsevier Academic Press, 2005. ISBN 0-12-655281-9.</ref>

Z pohledu dopravy je možné využít vodík dvěma způsoby. První způsob je spalování v upravených spalovacích motorech podobně jako jiná plynná paliva. Tento způsob využití však není ideální, při spalování vodíku a vzduchu vznikají oxidy dusíku NOx.

Pokud budeme dále uvažovat ekologické způsoby výroby vodíku spojené s rozšířením palivových článků, můžeme získat několik konceptů hospodářství, kdy celý proces od výroby po spotřebu je uzavřený a vstupem do systému je pouze energie a voda a výstupem je též energie a voda.

V současné době je vodík považován za ekologické a čisté palivo (z výfuku vozidla s palivovými články vychází pouze voda). Pokud se však na provoz vodíkových vozidel podíváme z širšího hlediska, zjistíme, že jako surovina pro jeho výrobu slouží fosilní palivo, oproti přímému spalování fosilních paliv je toto příznivější varianta. V případě, že surovinou pro výrobu vodíku je voda, je pravděpodobné, že elektrická energie pro výrobu vodíku pochází z fosilních paliv. Současný stav není ideální, ale je to první krok k vytvoření celé bezemisní energetické infrastruktury. Dosažení tohoto stavu je však velice komplikované a bude trvat desítky let.

Pokud by podobný systém fungoval, nehrálo by roli to, zda by samotné automobily byly vybaveny bateriemi nebo palivovými články. Buď by se nabíjely elektrickou energií, nebo by tankovaly vodík, který by byl ve vozidle přeměněn na elektrickou energii.  V obou případech by se jednalo o elektromobily.  

Těžko si představit, že vítr bude foukat a slunce svítit přesně ve chvíli, kdy obyvatelé města po návratu z práce zapojí své elektromobily do sítě. Nestabilita obnovitelných zdrojů a zároveň extrémní odběrové špičky způsobené rozšířením elektromobilů není možné zvládnout bez prvku akumulace energie. Tímto prvkem může být vodík, ať už v podobě pohonné látky pro vozidla, či jako akumulátor elektrické energie.

==Odkazy==

<references />

[[Kategorie:Energetika]]