Prosinec 2009

Až z výfuku poteče voda

Josef Matyáš

Auta na vodík měla vyřešit nedostatek fosilních paliv, který za čas opravdu nastane. Ovšem je sen o stoprocentně ekologickém voze reálný? Vědci v zahraničí i v Česku se snaží, ale zároveň uznávají, že využití vodíku brání mnoho problémů. Měla to být odpověď na několik problémů naráz: na dočerpání zásob ropy i na klimatické změny. Jenže vláda Spojených států ji letos oficiálně odsunula na neurčito. Ministr energetiky Steven Chu oznámil, že základní výzkum vodíkových vozů se pozastavuje. Důvod? V příštích deseti až dvaceti letech není reálné k hospodárnému vodíkovému automobilu dospět. Na cestě k automobilové a ekologické idyle stojí totiž několik nepřehlédnutelných překážek: například skladování a tankování.

Experimentální vozy poháněné elektřinou, kterou vyrábí palivový článek z vodíku, mají oproti klasickým autům řadu předností. Dravější akcelerace, až dvakrát efektivnější přeměna energie na mechanický pohyb, protože spalovací motory musí nejdříve pohnout písty ve válcích a pak teprve koly. Ale hlavně auto na vodík vypouští zcela neškodné emise: místo výfukových plynů by odkapávala jen trocha vody. Konstruktéři aut zároveň dostanou volnější ruku při navrhování tvarů a koncepcí, protože elektromotor lze umístit prakticky kamkoliv. Pro silné vozy se nabízí varianta čtyř pohonných agregátů přímo v discích kol, slabším autům postačí jeden. V každém případě bude mnohem menší a lehčí než současné spalovací motory.

A nyní potíže. Většina vodíku, přibližně 94 procent, se dnes vyrábí ze zemního plynu. Zbývajících šest procent rozkladem vody pomocí elektřiny. Tento poměr však nevydrží věčně. Podle Mezinárodní plynárenské unie se prokázané i pravděpodobné zásoby zemního plynu vyčerpají přibližně za 150 až 200 let. Ale přeměna zemního plynu na vodík představuje zátěž pro životní prostředí. Při spalování se uvolňuje nejen oxid uhličitý, ale také uhelnatý, síra a sloučeniny dusíku. Mnohem perspektivnější je proto elektrolýza. Ovšem na rozklad vody je potřeba velmi mnoho elektrické energie.

Podle dosavadních představ odborníků ji mají v České republice dodat voda, vítr, slunce a více než 80 procent má proudit z jaderných elektráren. „Podle našich propočtů by bylo nutné postavit ještě pět dalších Temelínů, aby se dalo vyrobit dost vodíku pro všechny dopravní prostředky,“ říká Luděk Janík z Ústavu jaderného výzkumu Řež. „Pokud to neuděláme, budeme jednou jezdit na šišky,“ dodává s úsměvem. Osobně ale věří, že úplná absence fosilních paliv nebo jejich nedostupnost kvůli rizikovým poměrům v místech současných nalezišť, vyvolají takový tlak, že politici výstavbu pěti dalších Temelínů prosadí. Přílišné závislosti naší jaderné energetiky na Rusku se Luděk Janík neobává. Tyče s palivem pro reaktor vyrábějí kromě východní říše ještě čtyři další země, takže pokud by nám ruské podmínky nevyhovovaly, není problém obrátit se na jiného dodavatele. Navíc máme dostatek vlastních zásob uranu a v nejhorším případě si můžeme potravu pro jaderné reaktory vyrábět sami.

Vytvořit vydatný zdroj energie pro výrobu vodíku ale není jediná překážka. Vědci řeší i další problém – jak plyn v autě skladovat. Patří k nejlehčím, takže při každé vhodné příležitosti rychle unikne do vzduchu, v kombinaci s kyslíkem snadno exploduje. Pokud má být vodíku v nádrži co nejvíce, musí se do ní napumpovat pod tlakem 350 atmosfér, ale může to být i dvakrát tolik. Na pařížském autosalonu už jedna japonská firma vůz s takovými parametry představila. Stlačování vodíku ovšem spotřebuje až třetinu energie z celkového množství plynu vehnaného do nádrže. Tato varianta však skrývá jisté nevýhody i rizika. Vůz ujede maximálně okolo 400 km, pro jízdu v ulicích dostačující vzdálenost, na cestu mimo aglomerace poměrně málo. To je přijatelné jen pro městské autobusy, jeden takový už od září tohoto roku jezdí v Neratovicích.

Ovšem osobním autům vodík uskladněný pod tlakem nesedí. Nejenže poskytuje rádius o nemnoha kilometrech, ale u řidiče i spolujezdců vyvolává nepříznivý psychologický efekt. „Málokoho uklidní vědomí, že má v autě nádrž natlakovanou vysoce hořlavým plynem. „Pokud bouchne benzin, oheň zachvátí během chvilky všechno – když začne hořet vodík, šlehá přímo vzhůru úzký a intenzivní plamen. Kdo sedí v kabině poblíž, nemá šanci přežít,“ říká profesor Karel Bouzek z Vysoké školy chemickotechnologické v Praze, jehož tým se zabývá vývojem palivových článků.

Vodík pod tlakem má ještě jednu nevýhodu. Musí se tankovat a čerpacích stanic je zatím zoufale málo. Vytvořit dostatečně hustou síť bude stát miliardy. Nedávná zpráva americké Národní rady pro výzkum odhaduje náklady na výstavbu plynovodů a vodíkových čerpacích stanic v USA až na 200 miliard dolarů. A lze důvodně pochybovat, že jejich stavba v jakékoliv zemi se pod tlakem silné naftařské lobby stane prioritou.

Další možností, jak uložit v autě vodík, je kovová „houba“. Na jejím vývoji pracují vědecké týmy na celém světě už několik desetiletí. Jde o slitinu několika kovů, do které se plyn pod tlakem napumpuje, vodík pronikne až do krystalické mřížky materiálu a pevně tam zakotví. Když auto jede, houbu ohřívá elektřina z akumulátoru a vodík se uvolňuje. Kovová houba, odborníky nazývaná hydrid, v sobě udrží vodík při pokojové teplotě, takže ji lze bez rizika skladovat a převážet. Přitom pojme tolik plynu, že hustota vodíku je větší, než když je v plynném stavu. Auta tak mohou jezdit na mnohem delší vzdálenosti než při použití tlakových nádrží. Nebylo by ani nutné stavět čerpací stanice, vyprázdněná houba by se měnila za naplněnou, podobně jako se nyní vyměňují lahve s propan-butanem.

Přesto i toto na první pohled elegantní řešení má háčky. Vyrobit vhodný materiál pro kovovou houbu je velmi obtížné. „Musí mít schopnost vstřebat co nejvíce vodíku a v okamžiku potřeby ho zase snadno, to znamená za přijatelně nízké teploty, rychle uvolnit,“ říká Jiří Čermák z Ústavu fyziky materiálu AV ČR v Brně, který letos dostal cenu Akademie věd za vývoj jednoho typu kovové houby. Důležitá je také možnost materiál mnohokrát opakovaně naplňovat. „Navíc by měl být levný a bonusem je pak jeho nízká toxicita. Doposud žádný materiál nesplňuje všechny tyto požadavky najednou,“ dodává Jiří Čermák. Zatím proto nedokáže odhadnout, za kolik let bude prakticky využitelná kovová houba k dispozici.

Zatímco Spojené státy výzkum zastavily ostatní země o takovém kroku neuvažují. O perspektivách a dalším osudu ekologicky nezávadného vozu pravděpodobně rozhodne rok 2015. Tehdy výzkumné týmy několika japonských automobilek představí výsledky svého vývoje. Prototypy jejich aut pak napovědí, zda lze sériově vyrábět modely schopné obstát v konkurenci se stále úspornějšími benzinovými a naftovými vozy. Americké ministerstvo energetiky nicméně ohlásilo, že se zaměří na technologie, které přinesou výsledek dříve. Třeba auto s elektrickým pohonem dobíjené ze zásuvky.

(Lidové noviny, www.lidovky.cz)