Budoucnost – vítr v palivových nádržích dopravních prostředků
Článek hovoří o blízké potřebě náhrady fosilních uhlíkatých paliv pro motorová vozidla. Uvádí možné alternativní pohony s důrazem na pohon vodíkem, získaným z elektrické energie větrných elektráren.
Evropská komise navrhla nový právní předpis, cílem je přispět k vytvoření trhu pro ekologická vozidla, která by umožnila snížení emisí znečišťujících látek v odvětví dopravy. V Evropské unii (EU) představuje silniční doprava asi čtvrtinu spotřeby energie a významně se podílí na tvorbě emisí CO2. Potenciál pro snížení emisí z vozidel a úspory energie je tak značný. Přestože nezbytné technologie jsou doposud dražší než technologie používané při výrobě tradičních vozidel, Evropská komise rozhodla prosazovat vývoj nové generace vozidel, jejichž spotřeba energie je menší a jež vypouštějí do ovzduší méně znečišťujících látek. K těmto vozidlům patří vozidla upravená pro pohon směsí biopaliv, zemním plynem (CNG), zkapalněným plynem (LPG), vodíkem, elektrickými motory nebo hybridy, které kombinují spalovací motor a elektrický motor.
Návrh nového právního předpisu stanoví, že veřejné subjekty (rozuměj - stát, územní samosprávné celky, veřejnoprávní subjekty, veřejné podniky nebo hospodářské subjekty, které jsou na základě smlouvy povinny poskytovat veřejným subjektům dopravní služby) budou povinny přidělit čtvrtinu ročně vynaložených prostředků (nákupy nebo leasing) na pořízení těžkých vozidel (vozidla o hmotnosti větší než 3,5 tuny, např. autobusy, většina užitkových vozidel) na „vozidla šetrnější k životnímu prostředí". Očekává se, že zvýšenou poptávkou po ekologických vozidlech této kategorie dopravních prostředků se tak podpoří jejich vývoj a zvýrazní konkurenceschopnost výrobců. Kromě toho, uvážíme-li skutečnost, že automobilový průmysl patří mezi největší producenty skleníkových plynů, je zřejmé, že se problematika ekologicky šetrných vozidel netýká pouze kategorie těžkých vozidel.
Paliva z ropy se musí nahradit
Důvodů pro hledání alternativních pohonů motorových vozidel je však více. Mezi nimi je, po emisní problematice snad nejdůležitější, existující nebezpečí blízkého dosažení okamžiku „vyčerpání levných zásob ropy". Ropy, jako látky naprosto nezbytné téměř pro každou lidskou činnost - dopravu, průmyslovou výrobu, výrobu elektřiny a plastů, pro produkci potravin a vody, pro výrobu veškerého spotřebního zboží, čištění odpadních vod, likvidaci odpadků, udržování ulic a parků, pro nemocnice a zdravotnické systémy, policii, hasiče a národní obranu.
Při prezentaci autorů studie „Vrchol světové produkce ropy: dopady, zmírnění a rizikové řízení" [1] na konferenci ASPO (Association for the Study of Peak Oil & Gas) v Lisabonu v květnu 2005 odezněly závěry, ke kterým patří i následující:
1) Ropný zlom se dostaví s jistotou, není však jasné, kdy. Někteří odborníci tvrdí, že to bude brzy (citovaná studie říká, že „brzy" znamená do dvaceti let).
2) Problémy spojené s ropným zlomem nebudou krátkodobé a zkušenosti z předchozí „energetické krize" jsou pro jejich řešení nepoužitelné. Ropný zlom vyžaduje okamžitou a vážnou pozornost, jestliže rizika mají být správně
pochopena a opatření přijata včas.
3) Ropný zlom způsobí závažné problémy s dodávkami kapalných paliv pro dopravu.
4) Ropný zlom dramaticky zvýší ceny ropy, což způsobí ekonomické potíže v celém světě.
5) Zmíněná krize si vyžádá nejméně deset let intenzivního a nákladného úsilí.
6) I když je větší efektivnost klasických paliv u koncových spotřebitelů nutná, nebude sama o sobě ani dostatečná ani dost včasná, aby sama problém vyřešila.
Alternativní paliva
Výše uvedené, přitom ne zcela vyčerpávající ekologické a ekonomickosociální důvody lze považovat za natolik závažné, že jistě ospravedlní vynaložené úsilí a především náklady na hledání možných cest, jak řešit již existující, respektive blížící se problémy s palivem pro dopravu. Skutečně existuje řada možností, jak v současnosti běžně používaná paliva pro motorová vozidla nahradit. V úvodu tohoto článku již byla zmíněna biopaliva, zemní plyn, LPG, vodík, elektrické motory nebo hybridy, které kombinují spalovací motor a elektrický motor. V další části bude věnována pozornost jedné z uvedených možností - využití vodíku pro pohon motorových vozidel.
Favoritem je vodík
Existují studie [2,3], podle kterých se vodík může stát během krátké doby energetickou jedničkou. Svědčí o tom i skutečnost, že téměř ve všech vyspělých státech se nyní vyvíjejí technologie, které by dokázaly využít přednosti tohoto nejrozšířenějšího prvku jako jsou vysoký energetický potenciál, velká kilogramová výhřevnost a možnost výrazného snížení obsahu škodlivých emisí ve spalinách. Elektrolýzou vody, známou již od roku 1800, může být vodík získáván v téměř neomezeném množství. Přitom možnými zdroji elektřiny pro elektrolýzu jsou vodní, větrné, sluneční nebo atomové elektrárny, jejichž elektřina by rozkládala vodu a vzniklý vodík by se stal jakýmsi akumulátorem energie, schopným distribuce a použitelným jako pohonná látka pro motorová vozidla. Ověřuje se rovněž výroba vodíku ze zemního plynu, který má k vodíku ze všech látek nejblíže. Problémem však zůstává skutečnost, že vodíková technologie je zatím dost nákladná a nejsou plně dořešeny poměrně závažné problémy se skladováním a přepravou vodíku.
Palivové články
Nejelegantnější využití vodíku představují nepochybně výše zmíněné palivové články2, které samy sice nejsou motorem (neprodukují přímo mechanickou práci), ale vyrábějí z paliva (vodíku) elektřinu a ve spojení s elektromotorem mohou vytvořit kvalitní pohon vozidla.
Současné spalovací motory
Vodík však může být také přímým palivem prakticky v kterémkoliv ze současných druhů spalovacích motorů, ať již pístových, proudových nebo raketových, v nichž může nahradit dosud běžná uhlovodíková paliva. Motory pro pohon vodíkem musí být upraveny - přesněji: musí být upraveny jejich spalovací prostory s ohledem na mimořádně vysoké rychlosti hoření a výbušnost směsi vodíku se vzduchem, dodávka paliva do spalovacího prostoru (vhodné dávkování, směšování paliva se vzduchem, časování zážehu), ale také systém zabezpečující skladování paliva (silnostěnné a tepelně izolované palivové nádrže nebo porézní absorbéry). Kromě těchto úprav, tedy mimo vlastní úpravu vozidla na pohon vodíkem, musí být vybudován samostatný systém distribuce příslušné formy vodíkového paliva (stlačené s vysokými tlaky, nebo zkapalněné s mimořádně nízkými teplotami) a jeho plnění - tj. systém dopravy (plynovody nebo rozvoz), cisterny, nádrže, výdejní stojany, apod. Použití vodíku jako paliva pro motorová vozidla představuje rovněž řadu dalších problémů. Patří k nim skutečnost, že vodík je vysoce hořlavý a že tvoří třaskavou směs se vzduchem, což vyvolává nutnost realizace technicky náročných bezpečnostních opatření prostorů pro řidiče a pasažéry dopravních prostředků poháněných vodíkovými motory a opatření souvisejících s větráním garáží, autoservisů apod. Díky malé molekule vodík proniká téměř každým těsněním, šroubením i ventily, připojování k výdejnímu stojanu i vlastní plnění vodíkem je pak dosti nebezpečné a proto je nejlépe, když probíhá bez přímé přítomnosti člověka; stlačování a zkapalňování vodíku vyžaduje značné energetické výdaje navíc a je tedy drahou záležitostí. Přesto je nutné počítat s rozšířenějším používáním vodíku k pohonu motorových vozidel v rámci blížícího se vyčerpání levné těžby fosilních uhlovodíkových paliv.
Současnost použití vodíku ve světě
První vážnější experimenty se zavedením vodíkového hospodářství již existují. Např. Island se stal „pokusnou vodíkovou laboratoří" a nejpozději do roku 2030 chce, s využitím výzkumu financovaného z prostředků evropského projektu CUTE (Clean Urban Transport in Europe), mít nejen všechny autobusy, automobily, ale i početnou rybářskou flotilu poháněné vodíkem prostřednictvím vodíkových spalovacích motorů či na elektřinu vyrobenou ve vodíko-kyslíkových palivových článcích. Existuje i velký projekt využívající obrovské přebytky elektrických výkonů v Kanadě, které by měly být prodávány do Evropy prostřednictvím zkapalněného vodíku. V Evropě již rovněž existují firmy jako Linde AGA, L´Air Liquide nebo Norsk Hydro, které technologie výroby značných množství vodíku zvládají, avšak takto vyrobený vodík zatím nenachází uplatnění jako energetický nosič. Pro americké ministerstvo energetiky (Department of Energy - DOE) představuje klíčové místo v programu řešení nadcházející či již existující situace ropného zlomu vodíkový program zaměřený na palivové články a jejich spojení se stávajícími spalovacími motory. Tento program je určen především pro osobní a lehká užitková vozidla. Národní výzkumné kolegium USA (National Research Council - NRC) v roce 2004 dospělo k závěrům, že palivové články musí být zlepšeny 1) faktorem 10 až 20 v oblasti ceny, 2) faktorem 5 v oblasti životnosti a 3) zhruba faktorem 2 v oblasti účinnosti. Přitom NRC se nedomnívá, že se těchto zlepšení podaří dosáhnout samotným vývojem technologií; předpokládá, že bude nutno použít nových koncepcí (zásadních objevů). Jinými slovy, současné technologie se nejeví jako dostatečně způsobilé [2].
Současnost použití vodíku v ČR
Dobrou zprávou je, že i v ČR, jmenovitě na pracovištích Technické univerzity Liberec, ČVUT Praha, Státního zdravotního ústavu Praha a Fakulty životního prostředí Univerzity J. E. Purkyně v Ústí n. L., se vyvíjí vodíkový motor a to v rámci projektu Grantové agentury ČR evidovaného pod č. 101/97/K053 a nazvaného „Pístový motor pro spalování vodíku – pohonná jednotka budoucnosti" [4].
Využití energie větru
Vraťme se však k názvu tohoto článku. Název „Budoucnost – vítr v palivových nádržích dopravních prostředků" si kladl za cíl upoutat pozornost čtenářů na možnost, která se díky iniciativě řady lidí nejen v Jihomoravském kraji ukazuje jako jedno z řešení, jak využít síly větru, pohánějící větrné elektrárny a jimi vyrobené elektrické energie pro řešení problémů, souvisejících s nadcházející situací v oblasti cen a zásobování fosilními uhlovodíkovými palivy. Denním tiskem [5] proběhla informace o existenci prvního větrného parku na jihu Moravy. Máme zde tedy první vlašťovku, která, při troše dobré vůle, odvahy a hlavně porozumění a finanční podpory od vyššího územního celku a státních orgánů odpovědných za palivovou situaci, by mohla být zdrojem poznatků o našich možnostech zisku vodíku z elektrické energie, vyrobené větrnými elektrárnami. Nelze však opomenout skutečnost, že od získané elektrické energie k zisku vodíku a jeho využití jako paliva vede dlouhá technologická cesta [6]. Cesta, jejíž součástí jsou transformační stanice elektrické energie, řídící centra, elektrolyzéry jako zdroj vodíku, kompresorovny, nádrže, výdejní stanice, to vše propojené vedením (potrubím) pro dopravu vodíku. Pomineme-li stávající znalosti a výrobní zkušenosti v oblasti transformace elektrické energie a příslušných řídících center (velínů), potom i stručný výčet dalších technologických prvků ukazuje na rozměr činností, které je nutno nejen prozkoumat, ale i zkušebně a potom, v případě příznivého technického i ekonomického výsledku, také provozně realizovat. Vycházíme-li z počtů a zaměření jednotlivých vysokých škol a výzkumných ústavů, jejich vědeckovýzkumného potenciálu i řady výrobců potřebných technologií na území Jihomoravského kraje, bylo by přinejmenším nemoudré nevěnovat příslušnou pozornost problematice výroby vodíku s využitím elektrické energie z větrných elektráren.
Literatura
[1] HIRSCH, R., L, - BEZDEK, R. – WENDLING, R.
Peaking of World Oil Production: Impacts, Mitigation, & Risk Management, http://www.cge.uevora.pt/aspo2005/abscom/Oil_Peaking_NETL.pdf
[2] National Research Council: The Hydrogen Ekonomy, Oportunities, Costs, Barriers and R & D Needs.
National Academie Press. 2004.
[3] „DOE Hydrogen Posture Plan" www.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells
.
March 10. 2004
[4] FARSKÝ, M. - RICHTER, M. Vodík palivem
budoucnosti. Vesmír 80, 568, 2001/10
[5] SMOLA, V. - KUČEROVÁ, L. Břežanští nenadávají a chtějí nahoru. První větrný park na jihu Moravy už pracuje. Místní jsou spokojeni, novinka v kraji jim nevadí.
MF Dnes, 9. ledna 2006, s. D/4
[6] SHERIF, S., A. - BARBIR, F. - VEZIROGLU, T. N.
Wind energy and the hydrogeny ekonomy - review of the technology.www.sciencedirect.com, 2005.
