Doporučujeme, Technologie

Budoucnost patří vodíku — nebo ne?

11 července 2017   Galerie

Jedna z variant, jak pohánět automobily, jsou vodíkové články. Věří jim například Toyota. Víte, jak tato technologie vlastně funguje? Malé zamyšlení nad vodíkem.

Co automobilový expert či nadšenec, to názor. Jedni mají vodík za palivo budoucnosti, jiní neskrývají skepsi. Jeho zastánci argumentují tím, že vodíková auta nevypouštějí žádné spaliny a oproti elektromobilům není nutné je dlouhé hodiny nabíjet: vodíkovou nádrž doplníte za pár minut.

 

Jan Macek: vodík je zajímavý, ale náročný a hodně drahý
Proděkan Fakulty strojní pražského ČVUT Jan Macek považuje vodík za dlouhodobě zajímavý. Přečtěte si první i druhý díl obsáhlého rozhovoru s jedním z našich předních expertů na pohony. Ohledně vodíku vybíráme několik jeho myšlenek: „Existují hlasy, že elektromobily nejsou ani zdaleka všelék a že bychom se měli vrátit právě k vodíku. Zajímavý je proto, že je to jediná cesta akumulace přebytečného výkonu z větrných a solárních elektráren, která zcela zaručeně funguje. Byť to není jednoduché, jsou potřeba obrovské elektrolyzéry, což není věc laciná ani triviální na výrobu. A pak se vyrobený vodík musí skladovat, a to stlačený, jelikož hustota na metr krychlový je u něj mizerná. Je tedy nutné ho vysoce stlačovat zkapalňování je velmi energeticky náročné. Je tu také hodně materiálových problémů, které jsou řešitelné, ale drahé. V oceli vzniká takzvaná vodíková křehkost, takže tlakové lahve na vodík nemohou být stejné jako třeba na CNG. A pak produktovody – právě kvůli té křehkosti například nelze nějak významné množství vodíku přimíchávat do zemního plynu. Jak jsou na tom plastové nízkotlaké rozvody, nevím.A další otázka je, jak vodík využít. Buď jako palivo pro zážehový motor, kde má dobré vlastnosti, ale pořád jsme na účinnosti využití kolem 35, v budoucnosti možná čtyřicet procent, což je poměrně málo. Proti tomu stojí už dnes používaná auta s palivovými články, která dosahují velice zajímavých účinností – při malém zatížení i kolem sedmdesáti procent. To je mimochodem zajímavé a výhodné pro městský provoz osobních aut. Spalovací motor totiž při malém zatížení vykazuje naopak špatnou účinnost. S rostoucím zatížením to jde proti sobě a nakonec se obě alternativy potkávají v jednom bodě právě kolem těch čtyřiceti procent.Palivové články mají ovšem ještě jeden zádrhel. Zatím se neví o žádném jiném principu než o tom, který využívá elektrody sycené platinou pro její katalytický účinek na rozdělování vodíku a kyslíku do aktivních molekul. Například profesor Matolín z Matematicko-fyzikální fakulty UK sice pracuje na snižování sycení elektrod platinou pomocí dalších sloučenin, konkrétně jde o oxid ceru, ale k aplikaci ve výkonových článcích je ještě dlouhá cesta. Palivové články jsou tedy zkrátka velice drahé, na jeden článek o výkonu řekněme padesát kilowattů jsou potřeba velké desítky gramů platiny. Tady opět čekáme na nějaký technologický převrat – pokud to bude záviset na platině, cena dolů půjde těžko.“

 

Vodík přitom není jen vizí budoucnosti, pohání už dnes první auta a autobusy. Na příkladu jednoho z nich, sedanu Mirai od Toyoty, si ukážeme, jak vodíkové auto vlastně funguje.

 

Vodík ve skutečnosti nepohání
Vodík v dopravních prostředcích vlastně není pohonnou látkou. Nespaluje se totiž v motoru, nýbrž se spotřebovává v palivových článcích. O vlastní pohon se stará elektromotor.

 

O pohon kol vodíkové Toyoty se stará elektromotor s výkonem 114 kilowattů (155 koní). Potřebnou elektřinu obstarává právě sestava palivových článků, které však vodík přiváděný z nádrže nespalují spojuje se v nich se vzdušným kyslíkem. Umožňuje to přítomnost vhodných katalyzátorů a speciální membrány, která odděluje vodík a kyslík.

A odpad? Pouze čistá vodní pára.

Aby ještě víc snížili spotřebu vodíku, sestavili inženýři Toyoty systém, který při brzdění rekuperuje energii elektromotor při brzdění funguje jako generátor, který takto vyrobenou elektřinu posílá zpátky do vysokokapacitního akumulátoru. Energie je pak k dispozici při rozjezdu a zrychlování podobně jako u hybridních vozů.

Trumfem je dojezd

Jedním z argumentů hrajících do karet vodíkovým autům je dojezd. V současné době poskytují tyto vozy větší akční rádius než dostupné elektromobily nabíjené ze zásuvky. Další výhodou je, že vodíkový vůz nemusíte přes noc dobíjet odpadá tak úprava elektroinstalace v domě.

Přes tyto výhody zatím vodíkové automobily rozhodně nejsou masovou záležitostí. Ví to i Toyota, která při objednávání Miraie nechává zákazníky vyplnit dotazník, který zjišťuje, jestli budoucí majitel bude mít přístup k vodíkovým čerpacím stanicím (bude se jim po vzoru benzinek říkat vodinky nebo snad vodíkovky?).

Tankování auta na vodík probíhá podobně jako těch se spalovacími motory, Mirai naplníte zhruba za tři minuty. To je proti elektromobilům výhoda když přijedete k rychlonabíječce, na níž před vámi už nějaké to auto čeká, znamená to hodně velké zdržení, při jízdě na dlouhé trasy klidně i několik hodin navíc.

Toyota udává průměrný dojezd kolem 550 kilometrů, reálná hodnota samozřejmě závisí na jízdním stylu. Když budete plynový pedál lechtat hodně zlehýnka, je údajně možné dostat se až na 700 kilometrů.

 

Zdání klame: bídná účinnost
Lukáš Snopek z hořické společnosti Swell k vodíkovému tématu přidává další pohled: „Chápu-li současnou situaci dobře, vodíkový pohon je dnes představován jako jakási alternativa ke klasickému elektromobilu – s tím, že přináší výhody v podobě většího dojezdu a rychlejšího dotankování v porovnání s dobíjením akumulátorů elektromobilu. To zní fajn.V čem je ale rozdíl mezi oběma vozy? Ony jsou totiž prakticky stejné, rozdíl je v tom, že u vozu s vodíkovým pohonem akumulátor nahrazují palivové články, které produkují elektrickou energii pro jeho pohon. I když ani to není přesné: i ve vodíkovém autě akumulátor je, aby bylo možné využívat rekuperaci. Takže je to prakticky elektromobil, který „nabiju“ za pár minut. To je naprostá nádhera.Ovšem je tu tahle věc: kolik bude vodík stát? Porovnejme oba systémy včetně celé výrobní a distribuční soustavy. Zjistíme, že účinnost elektromobilu – od elektrárny až ke kolům auta – je zhruba šedesát procent. U vodíkového vozu je to ale jen okolo dvaceti procent, což je laicky řečeno právě dáno přeměnou energie na vodík a zpět.Vyplatí se to? Bude vůbec dost energie na výrobu vodíku?“

 

Na vodík i stříleli

Možná vás napadne, jak je to s bezpečností vodíkového systému. Během vývoje Toyoty Mirai pamatovali i na tuto oblast a auto testovali skutečně důkladně: do vodíkové nádrže dokonce stříleli z palných zbraní. Nikdy nevybuchly.

Velmi dobře vypadá vodík i z ekologického hlediska. Lze ho získat z odpadních vod, z domácího nebo zemědělského odpadu nebo i z vody. Samozřejmě se k jeho výrobě nabízí i energie z obnovitelných zdrojů. Jak v rozhovoru zmiňuje i Jan Macek z ČVUT (viz box), spojení solární nebo větrné elektrárny se zařízením na výrobu vodíku umožní lépe využít potenciál těchto zdrojů a přebytky energie kumulovat právě ve formě vodíku.

Zastánci vodíku v něm vidí velkou budoucnost motorismu. Může totiž být odpovědí na řadu komplikací, které provázejí „auta do zásuvky“. Ne každý má dům s garáží pohodlné nabíjení na ulici přes noc je zatím realitou hodně vzdálenou. Také zásahy spojené s rekonstrukcí elektrických rozvodů a instalací domácí nabíječky mohou leckoho odrazovat. Vodík tohle všechno řeší. Navíc je tu pro mnoho lidí ono ekologické plus.

Co si o tom myslíte vy? Je vodík trumfem do budoucna? Nebo je to slepá ulička? Napište svůj pohled do diskuse.

 

, , , ,



Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Anti SPAM *

Buďme v kontaktu

Sledujte VVAutomotive na síti LinkedIn a na Facebooku – buďte v kontaktu s profesionály z oboru. Odebírejte aktuální informace a rozšiřte komunitu odborníků.