Vodík Výbušný plyn ako nosič energie budúcich znalostí BR
Pri spaľovaní vodík nezanecháva prakticky žiadne výfukové plyny. Vďaka tomu je plyn ideálnou náhradou za uhlie, ropu a zemný plyn v priemysle a doprave. Nemecko by malo zaujať vedúce postavenie v oblasti vodíkových technológií.
Podľa vôle veľkej koalície by sa Nemecko malo stať celosvetovým vzorom pri využívaní novej, vodík šetrnej energie, šetrnej k podnebiu. Za týmto účelom federálny kabinet prijal 9. júna 2020 v Berlíne stratégiu, ktorá poskytuje miliardové granty, právne úľavy a konkrétne výrobné ciele.
Okrem prebiehajúcich programov financovania je potrebné dosiahnuť sedem miliárd eur na zabezpečenie toho, aby sa vodík presadil na trhu. Ďalšie dve miliardy sú vyčlenené na medzinárodné partnerstvá. Dôraz sa kladie na takzvaný zelený vodík, ktorý sa získava výlučne z obnoviteľnej energie.
Vodík ako príspevok k prechodu energie
Vodík je zaujímavý ako nosič energie, pretože horí takmer bez emisií. Oddelenie molekuly H2 však vyžaduje veľa energie. Potrebná infraštruktúra pre túto technológiu navyše stále vo veľkej miere chýba. Stále je potrebné objasniť právne otázky týkajúce sa prepravy a skladovania vodíka.
„V konečnom dôsledku záleží na spoločenskej akceptácii, technologickom pokroku a ekonomickej efektívnosti, ako sa vyrovnajú plynové elektrárne, batérie, vodík a možné ďalšie technológie.“
Thomas Fritz, konzultant v oblasti dodávok energie
Vodík vo vesmíre
Bez vodíka by bol let do vesmíru nemysliteľný. Plyn je palivom kozmického cestovania od 60. rokov. Potom v 70. a 80. rokoch začali vedci experimentovať s vodíkom a rozvinuli myšlienku „vodíkovej ekonomiky“. Jeho cieľom bolo vyvinúť vodík ako nosič energie s cieľom osamostatniť sa od fosílnych nosičov energie, uhlia a ropy.
Skladujte a prepravujte elektrinu
Solárny vodíkový systém v Hornom Falcku
Víziou je výroba elektriny v solárnych a veterných elektrárňach, ktorá sa potom používa na výrobu vodíka. Plyn by mal umožňovať ukladanie a prepravu energie, a tým zásobovať priemysel aj spotrebiteľov na celoštátnej úrovni.
Fanúšikovia sa zmenili na kritikov
Od začiatku mala vodíková ekonomika aj svojich kritikov - a nielen to: V priebehu rokov sa z mnohých fanúšikov stal aj odporca. Tak to bolo napríklad v prípade Ulfa Bossela. Na začiatku vycvičený strojný inžinier postavil z nadšenia svoje vlastné palivové články, teraz si však myslí, že vodíková ekonomika už nie je dobrý nápad, pretože nerieši žiadne energetické problémy.
„Ak potom analyzujete a vypočítate všetky straty, rýchlo prídete na to, prečo vodíková ekonomika v minulosti neexistovala, prečo je to dnes ťažké a prečo to pravdepodobne nikdy v budúcnosti nepríde: je to v podstate obrovská hra o stratu energie. A nemáme čo stratiť, musíme vidieť, že získanú energiu využívame múdro. ““
Ulf Bossel, švajčiarsky strojný inžinier a expert na palivové články
Musí sa vyrábať vodík
Palivový článok pre laptop môže byť prevádzkovaný s vodíkom ako palivom.
Vodík je zložkou vody a takmer všetkých organických zlúčenín. Vodík je najbežnejším chemickým prvkom vo vesmíre, a preto je ho dostatok. Má to však nevýhodu, že sa vyskytuje iba vo viazanej forme. Aby bolo možné použiť vodík ako nosič energie, musí sa plyn najskôr získať z vody alebo metánu. Stáva sa to napríklad elektrolýzou: V tomto procese sa elektrina používa na oddelenie vody na jednotlivé zložky, kyslík a vodík, a stúpajúce plyny sa zachytávajú.
Problémy s výrobou vodíka
Ak sa vodík stretne s kyslíkom, môže sa vyvinúť výbušná zmes. Ďalším problémom je, že niektoré technológie na vodíkové hospodárstvo pracujú s fosílnymi palivami, ako je zemný plyn. Počas konverzných procesov môže vznikať oxid uhličitý. Týmto spôsobom sa ekologická surovina stáva malým ekologickým konečným produktom.
Kde sa používa vodík
Letecký a kozmický priemysel
Zeppelíny sú poháňané vodíkom.
Vodík poháňa nielen raketoplány, ale napríklad aj zeppelíny. Od zrútenia vzducholode Hindenburg v roku 1937 sa mnohým ľuďom vodík kvôli chemickej reaktivite znepríjemnil. Ale bez tejto reaktivity by bol vodík zbytočný: nemohol by sa pomocou palivového článku premeniť na elektrinu a teplo. Ale iba u týchto malých elektrární je možný uzavretý vodný cyklus, pri ktorom nevznikajú žiadne škodlivé výfukové plyny.
Auto I: vodíkové autá
V Nemecku je len niekoľko čerpacích staníc na vodík.
Na konci sedemdesiatych rokov bol v nemeckom leteckom stredisku vyrobený ručne jeden z prvých vodíkových automobilov v Nemecku. Takmer všetci veľkí výrobcovia automobilov v súčasnosti skúmajú vodíkový pohon. Mnoho z nich teraz vyvinulo motory poháňané elektrinou z vodíka. Funguje to takto: Ak vodič akceleruje, palivový článok premieňa vodík na elektrinu, ktorá sa potom používa na pohon elektromotora. Vo vodíkových automobiloch namiesto výfukových plynov kvapká voda z výfukového potrubia. Okrem toho sa pri brzdení nabíja batéria - technológia od Formuly 1. Dodáva energiu na naštartovanie motora a jazdu na krátke vzdialenosti. Elektromotor je zvyčajne umiestnený pod kapotou, palivovými článkami a nádržami na vodík v podlahe vozidla. Nádrže sú pod vysokým tlakom okolo 700 barov. Kritici sa sťažujú, že pri tankovaní do vodíkových automobilov sa stráca veľa energie. V Nemecku je zatiaľ iba niekoľko zodpovedajúcich čerpacích staníc.
Auto II: elektrické autá
V súčasnosti sa s elektromobilmi obchoduje ako s alternatívou k vodíkovým automobilom. Vďaka tejto technológii už nie je nutná obchádzka výroby vodíka a elektrina sa nabíja priamo do automobilu - batériou. Aj keď sa to v posledných rokoch stalo efektívnejším a lacnejším, elektromobily dokázali prekonať iba krátke vzdialenosti. Ak je batéria prázdna, musí byť zapojená do elektrickej siete a nemôže byť použitá najmenej tri hodiny. Dobíjať môžete ale aj doma v garáži. Zatiaľ čo elektromobily sú vhodné iba na relatívne krátke vzdialenosti a stoja podstatne viac ako bežné autá, vodíkové autá môžu jazdiť dlhšie, ale potrebujú špeciálne čerpacie stanice na vodík a ešte nie sú pripravené na sériovú výrobu.
ohrievač
Ohrievače palivových článkov na vodík boli testované v poľnej skúške. Testu sa zúčastnilo okolo 100 domácností v Nemecku. Požiadavka na vodíkové kúrenie je, aby ste mali v dome prípojku na zemný plyn. Pretože namiesto vodíka prichádza cez potrubie zemný plyn. Ale predtým, ako sa dá použiť v palivovom článku, musí sa najskôr premeniť na vodík, napríklad reformovaním parou. Vodík sa oddeľuje pomocou pary. Takto sa však vytvára oxid uhličitý, ktorý je škodlivý pre podnebie!
Ohrev palivových článkov dodáva elektrinu a teplo, ale pri vykurovaní vytvára iba 1,7 kilowattov. Pretože to v zime nestačí na vykurovanie, obsahuje prístroj aj klasický horák na zemný plyn s výkonom 20 kilowattov. Výhodou pre majiteľov domov však je, že môžu vyrábať elektrinu aj pomocou kúrenia, ktoré ešte nie je pripravené na sériovú výrobu.
elektráreň
Existuje problém s mnohými obnoviteľnými energiami: vyrobená elektrina sa nemôže dlhodobo skladovať. Jedným z východísk môžu byť vodíkové hybridné elektrárne, v ktorých sa má prebytočná energia ukladať vo forme vodíka. V prípade potreby sa môže vodík premeniť späť na elektrinu. Ak by prevládala technológia vodíkových automobilov, mohol by sa vodík vyrobený v elektrárňach prepravovať aj do čerpacích staníc. Správna infraštruktúra však stále chýba.
Nevýhodou vodíkových hybridných elektrární je ich nízka účinnosť: najskôr sa musí na výrobu vodíka použiť energia. Asi tri štvrtiny energie sa stratia z výroby na spotrebu.
Elektrina namiesto vodíkového hospodárstva?
Alternatívne energie by sa mali dodávať priamo do elektrickej siete. Pri výrobe vodíka sa stráca veľa energie.
Energetickí odborníci ako Ulf Bossel vidia obchádzku vodíkovej ekonomiky. Z dôvodu vysokých strát energie pri výrobe vodíka naznačujú, že je lepšie okamžite prejsť na elektrinu. Keby sa rozšírila elektrická sieť a autá a elektrické spotrebiče by boli vybavené batériami, mohlo by sa viac energie ukladať priamo do elektrickej siete a mohli by sa kompenzovať výkyvy energie.
Vodík v automobilovom priemysle
V Nemecku je asi 100 verejných čerpacích staníc na vodík.
Ako nosič energie sa zdá, že vodík bude mať s najväčšou pravdepodobnosťou budúcnosť v automobilovom priemysle. Sieť čerpacích staníc pre vodíkové automobily v Nemecku sa však zatiaľ nerozšírila. V porovnaní s klasickými elektromobilmi sú autá s palivovými článkami stále v režime spánku. Sektor dopravy má dnes podiel 30% na konečnej spotrebe energie a stále je 95% na základe fosílnych palív. Dôsledné prehodnocovanie mobility je v čase globálneho otepľovania čoraz naliehavejšie. В
Vodík pri výrobe ocele
Vodík by mohol spôsobiť, že výroba ocele bude šetrnejšia k životnému prostrediu.
Využitie vodíka pri výrobe ocele ponúka veľký potenciál. Podľa Nemeckej energetickej agentúry by to ušetrilo asi 95 percent emisií CO2 v porovnaní s konvenčnou metódou vysokých pecí.Na uspokojenie dopytu po zelenom vodíku sa Nemecko bude musieť spoliehať na dovoz zo zahraničia. Nemecko mohlo nájsť to, čo hľadalo, napríklad v Holandsku, ktoré sa chce etablovať ako vývozca vodíka na svetovom trhu.