Prosinec 2006

Tankujte raději železo

Luboš Veverka

Američtí vědci navrhují motory poháněné kovovým prachem. Řidič míjí čerpací stanici a jen letmo přehlédne ceník: železo 10 centů, hliník 1,5 euro, bór 2 eura. „Tady je to moc drahé, zkusíme obhlédnout ještě další pumpu,“ řekne své spolucestující a pro jistotu také zkontroluje palivoměr. Přístroj hlásí zásobu 15 kilogramů železného prachu.

Kovy by skutečně mohly v budoucnu sloužit jako palivo pro motory současných typů. Alespoň v to věří Dave Beach, který pracuje v Národní laboratoři v Oak Ridge v Tennessee. Spočítal například, že automobil poháněný kovovým palivem by při stejném objemu nádrže urazil třikrát delší vzdálenost než dnešní typy. Podle závěrů první fáze výzkumu by také neprodukoval téměř žádné zplodiny, a co víc, kovové palivo by se dalo recyklovat. Jenomže k tomuhle zdánlivě bezchybnému a čistému zdroji energie nevede jednoduchá cesta, napsal časopis New Scientist.

Než se z kovu stane palivo, čeká jej komplikovaná technologická úprava. Jednoduše řečeno, musí mít takovou podobu, aby hořel podobně snadno jako benzin, či se vzněcoval za vyšších teplot a tlaků jako nafta. Jak tyto podmínky splnit? Především je nutné umožnit rychlou oxidaci kovu. Lze využít miniaturní kovová zrníčka. Hromádka takových částeček reprezentuje velkou plochu, ke které se snadno dostane kyslík. Čím jsou částečky menší, tím je oxidace snazší. Beachův tým došel až k velikosti 50 nanometrů. Kovová zrníčka (nanočástečky) této velikosti už jsou natolik reaktivní, že se na vzduchu mohou dokonce sama vznítit. Další alternativa k fosilním palivům je tedy na světě.

„Myšlenka spalování tuhých paliv v pístových motorech není nová. Už Diesel zkoušel využít jako palivo ve svém motoru jemný uhelný prach. Pevné částice ale způsobovaly neúnosné opotřebení, takže se nápad neujal,“ upozorňuje na další souvislosti profesor Jan Macek, vedoucí Ústavu vozidel a letadlové techniky Strojní fakulty ČVUT v Praze.

Ukrajinské mikrozačátky

První pokusy s kovovým palivem probíhaly bez větších úspěchů v bývalém Sovětském svazu už v osmdesátých letech minulého století. Podílel se na nich také Solomon Labinov, tehdejší ředitel kyjevské polytechniky, který v současnosti pracuje v Oak Ridge. Rusové neměli k dispozici potřebnou technologii, a tak používali kovy upravené jen do částeček velikosti řádu mikrometrů, tedy tisíckrát větší než při současných pokusech.

Zapálení směsi vyžadovalo teploty přesahující dva tisíce stupňů Celsia. Právě vysoká teplota způsobovala největší problémy. Kovy se „spékaly“ a usazovaly v motorech, které se tím nenávratně poškodily. Další problém připomíná profesor Macek: „Nezanedbatelný je také fakt, že po spálení vzniká oxid železa, který se musí nějakým způsobem z motoru dostat ven. Dřívější pokusy využít nejrůznější sloučeniny železa jako aditiva do benzinu ztroskotaly právě na tom, že se zbytky vzniklé spálením usazovaly v motorech.“

Beachovi a jeho týmu se údajně podařilo hlavní problémy vyřešit právě s použitím kovových nanočástic. Ty jsou mnohem reaktivnější, takže k jejich vznícení postačí teploty kolem 800 stupňů. Beach však tvrdí, že dalším zdokonalováním se mu podaří teplotu ještě snížit. Nanočástice by se také neměly v motoru příliš usazovat.

Podle představ autora nápadu by měl celý cyklus vypadat následovně: Do motoru se nasají kovové nanočástice smíšené se vzduchem, jiskra je zapálí. Uvolněná energie (z rychle oxidujících nanočástic) stlačí píst. Až na palivo tedy nic nového. Právě tento fakt považuje Dave Beach za největší výhodu svého nápadu. Nebude totiž potřeba připravovat nové pohonné jednotky, postačí pouze upravit stávající spalovací motory či turbíny.

Palivo těžkého kalibru

Řidič už konečně natankoval a pro tentokrát zvolil trochu těžší železné nanočástice. Poskytují sice méně energie, ale zato jsou výrazně levnější. Startuje a rozjíždí se. Kdo by čekal, že se bude z výfuku auta sypat železný prach, bude zklamán. Oxidované nanočástice kovů by se měly v představách autorů nápadu shromažďovat přímo v autě. Palivová nádrž má mít z tohoto důvodu dvě části. V jedné bude čerstvé palivo (nezoxidované nanočástice), ve druhé pak spálené či přesněji oxidované nanočástice. Automobil poháněný kovovým prachem tedy nebude produkovat prakticky žádné zplodiny.

Beach uvedl pro časopis New Scientist, že podobné opatření je nezbytné, protože použitý kovový prach je příliš jemný a mohl by mít negativní vliv na lidské zdraví. Zřejmě by nebyl žádný problém jej vdechnout, mohl by však také pronikat přes kůži přímo do těla.

Pro konstrukci automobilů to znamená menší změnu. Doposud palivo za jízdy vždycky ubývalo a dalo se počítat s tím, že auto bude čím dál tím lehčí. V případě kovového prachu se hmotnost nezmění. Litr benzinu také neváží totéž co litr kovového prachu. Záleží na použitém kovu. Nejméně výhodné je v tomto ohledu železo, které je zase nejlevnější. Pravý opak představuje drahý, ale lehký hliník.

Recyklované nebude levnější

Podle vědců z Oak Ridge by se mělo už jednou použité palivo dále využívat. Budoucí řidiče může těšit, že s sebou nebudou vozit vyjeté palivo nadarmo. Oxidované nanočástice se totiž dají poměrně jednoduchou cestou regenerovat. Stačí je vystavit zcela opačnému procesu, než je oxidace, tedy redukci. Jednou z možností, kterou také američtí výzkumníci experimentálně potvrdili, je redukce pomocí vodíku. Vyčerpané palivo se ohřeje na teplotu přesahující 400 stupňů Celsia a nechá se jím proudit plynný vodík. Výsledkem této technologicky nenáročné operace je palivo připravené k novému použití. Energie nutná k výrobě vodíku a také k vlastnímu ohřevu paliva však může znamenat poměrně velkou druhotnou ekologickou zátěž. „Pokud máme převést oxidované železo do původního stavu práškového železa, pak teoreticky spotřebujeme právě tolik energie, kolik se jí předtím z látky uvolnilo. Ve skutečnosti je ale celý proces zatížený ztrátami, takže bude potřeba dodat ještě větší množství energie,“ upřesňuje Jan Macek.

U čerpacích stanic by se měly vyměňovat celé nádrže. „Dovedu si to představit. Podobně se už dnes vyměňují třeba nádrže LPG,“ dodává profesor Macek. Vznikl by tak určitý palivový cyklus. Za vyčerpané palivo plus nějaký poplatek obdrží řidiči novou náplň a mohou pokračovat v jízdě. Ani takováto recyklace pohonných hmot by však zřejmě neznamenala jejich výrazné zlevnění.

Vědci zvažují také „regeneraci“ paliva přímo v automobilu. V tom případě by se doplňoval pouze vodík a kovové nanočástice by obíhaly v uzavřeném cyklu.

Uvedení pohonu pomocí kovových nanočástic do praxe je zatím otázkou vzdálené budoucnosti. Vědcům se podařilo vyřešit všechny problémy spojené s úpravou nanočástic do podoby paliva vhodného pro spalovací motory. Znají přesně jejich potřebnou velikost, dokáží regulovat jejich fyzikální vlastnosti, jako je například rychlost hoření. Vývoj auta poháněného tímto palivem však zabere ještě roky. Největším problémem bude nepochybně zvýšené opotřebení motoru.

Náš řidič, který se projel automobilem poháněným železným prachem zatím mizí v budoucnosti. Jako palivo představují kovové nanočástice zajímavou alternativu současným fosilním palivům, která, jak se často připomíná, s námi nebudou navěky. Přes všechny dosavadní nedostatky představují kovová paliva zajímavý nápad a alternativu.

(Lidové noviny, www.lidovky.cz)