V nedaleké budoucnosti přejdeme na využívání vodíku. Soudí tak alespoň spousta expertů a do karet jim nahrávají ztenčující se zásoby ropy a zemního plynu a zákaz výroby benzinových a naftových motorů od roku 2035. Klasický benzin a nafta se spotřebuje, a u budoucího paliva zůstává otazník. Jednou z cest je elektrifikace automobilismu. Nic jednoduchého, aut jezdi po světě více než 1 miliarda a představte si spotřebované množství elektřiny, kde vzít její zdroje, kde lithium a jiné vzácné kovy na výrobu baterií, jak a za co vybudovat infrastrukturu nabíjecích stanic a rozvodů atp.
Takže pořád více hlasů podporuje alternativní vodíkovou energetiku a pokud jde o dopravu, tak zejména v těžké dopravě nákladů. Ohromné zásoby vodíku jsou na Zemi ve vodě, která tvoří 98% povrchu. V atmosféře se pro svoji nízkou hustotu vodík neudrží a unikne do kosmu. Vodíkem je tvořeno na 2/3 vesmírné hmoty, ve slunci je ho 71%. Je ho obecně dost. Proč má vodík tolik fandů? Je klimaticky neutrální a jeho spalováním nevznikají žádné škodliviny, které nás tolik v současnosti trápí. Evropská klimatická neutralita by měla být dosažena v roce 2050.
Jejím základním předpokladem je přechod automobilů na bezemisní pohon. V porovnání s bateriemi hovoří pro vodík 126x vyšší energetická hustota v přepočtu na 1 kg. V 1 kg vodíku je skryto 33 kWh energie. Prakticky to znamená, že vodíkový osobák Hyundai Nexo má nádrž na vodík o objemu 156 litrů, který pojme 6,3 kg vodíku. Nádrž váží hodně přes 100 kg a je vyrobená z vyztužených uhlíkových vláken. Obecně jsou vodíkové nádrže aut 4-5x větší než benzinové a neskutečně pevnější.
Elektrolýzou, se kterou se v budoucnu počítá jako se základním zdrojem vodíku, se dnes vyrábí jen 4%, větší zbytek z fosilních paliv, zejména zemního plynu. Při této výrobě se atmosféra nadmíru zatěžuje uhlíkem, protože na 1 kg vodíku vzniká také 9-12 kg CO2. Při elektrolýze potřebujeme na výrobu 1 kg vodíku cca 9 litrů vody a 50 kWh elektřiny. Hodně a není divu, že cena vodíku se odvíjí od ceny elektřiny. Chceme-li rozvinout energetiku vodíku, musíme najít levnější zdroje energie. Zatím je to tak, že výrobní náklady na vodík ze zemního plynu jsou 1-3,5 USD/kg a při elektrolýze 3-7,5 USD/kg. Vysoké! A na plnící stanici v Německu koupíte vodík za 9,5 Euro/kg. Takže vodíková energetika se nepohne z místa bez státních subvencí. Budou potřebná i na výrobní zdroje vodíku, zejména na jaderné reaktory 4. generace s výrobou vysokoteplotní elektrolýzou.
V současnosti má v ČR největší elektrolyzér na výrobu vodíku Spolchemie v Ústí, ovšem primárně slouží k výrobě chloru. Účinnost elektrolýzy je 50-75%. Voda musí být čistá a je-li mořská, musí být předem odsolená. Další náklady. Přepravovat vodík za normálního tlaku by bylo nemístným přepychem a musí se komprimovat. Při stlačení na 350 barů ale spotřebujete asi 1/5 jeho energie a na zkapalnění další pětinu. Skladujete-li zkapalněný a hluboko podchlazený vodík, ztrácí se z nádrže asi 3% denně.
Největší elektrolytickou výrobnu vodíku má v současnosti firma Siemens u Mohuče. Opírá se o nejmodernější výrobní technologii a elektřinu z početných větrných elektráren v okolí. Má spotřebu 6 MW a vyrobí za rok 200 tun vodíku. Vodík se nejelegantněji využije v palivových článcích při oxidaci vzdušným kyslíkem. Z 1 kg vodíku lze vyrobit asi 16 kWh elektřiny. Je možné také přímé spalování v motoru, ale vodík má malou energetickou hustotu jen 10,1 MJ/kg proti benzinu 34,6 MJ/kg. Vhodný motor musí mít velký objem, třeba BMW laborovala s řadou největších aut řady „7“ s objemem motoru 5 972 ccm a 194 kW. Auto mělo nádrže na vodík i benzin.
Pro vodíková auta máme zatím v republice jen 3 plnící stanice, v Litvínově, Brně a Praze. V roce 2030 by jich ale mělo být už na 80. Energetická hustota vodíku je závislá na tlaku! Při 10 barech 31,8 Wh/l, při 100 barech 301,5 Wh/l, u kapalného vodíku 2 784 Wh/l. Na plnících stanicích má vodík tlak kolem 900 barů a teplotu hluboko pod bodem mrazu. V nádržích aut má tlak kolem 700 barů. Vodík vstupuje do přímé konkurence s bateriovými elekroautomobily. Jaké má kdo z nich šance? Pro dálkovou kamionovou dopravu určitě vodík. Baterie pro náklaďák s dojezdem kolem 1 000 km by vážila nejméně 3 000-4 000 kg a nedovedu si představit, kolik by stála. Navíc by velká baterie potřebovala velký nabíjecí proud. Představte si parkoviště u dálnice a 20 kamionů nabíjejících v noci velké baterie. To by chtělo již menší elektrárnu.
Baterie se ovšem výtečně hodí do městského provozu, ať pro osobní mobilitu nebo rozvážkovou službu. A sem patří i svoz a rozvoz pro prádelny a čistírny. V Londýně platí už několik let zásada, že do města mohou jen elektromobily a plug-in-hybridy, jinak je poplatek za jednorázový vjezd 10 liber (asi 260 Kč). Pokud nezaplatíte, pokuta 130 liber (3 400 Kč). Auta se v Londýně dají dobíjet i na některých stojanech lamp veřejného osvětlení pomocí zvláštního kabelu s elektroměrem. Podobné plány mají na stole i v Paříži a dokonce i Praze.
S vodíkovým pohonem se počítá nejen u aut, také u autobusů, vlaků a lodí a skladových vozíků, snad i ponorek. Odborné názory nejsou jednotné: zatím co Daimler AG odstoupil od dalšího vývoje vodíkového auta, BMW vyrobil promyšlenou testovací sérii vozů řady „7“. Elektroauta už i závodí. Rychlostní rekord byl ustaven vozidlem Buckey Bullet 4 na 461 km/hod a pro budoucnost se počítá s nasazením vodíkových aut i na světoznámý závod 24 hod. v Le Mans. S vývojem hodně pokročil BMW s modelem iX5 Hydrogen a při vývoji spolupracuje s Toyotou. Crash testy dokázaly odolnost vodíkových nádrží. Ty jsou velmi pevné a mají systém odvětrání přetlaku. Případný požár orientuje plamen (vzhledem na nízkou hustotu vodíku) směrem nad vozidlo, nikoliv pod, jako u benzinu. Experti říkají, že vodíková auta jsou z hlediska bezpečnosti porovnatelná s klasickými benzinovými.
Vodíková auta nejsou vůbec jednoduchá a od konstrukce se odvíjí cena. Ta je reálně 3-4 mil. korun a malé pokusné série jsou automobilkami dotovány. Neprosazují se zrovna nejrychleji, třeba v Kalifornii jezdí na 14 milionů aut a z toho na vodík 12 000 tj. ani ne 0,1%. A do hry vstupuje i spotřeba a cena vodíku. Spotřeba je kolem 1 kg/100 km, cena v USA 2,4 Euro/kg.
Provozní náklady se u vodíkového auta uvádějí jako dvojnásobné proti elektromobilu. Přechod na vodíkovou mobilitu by stál docela dost peněz, Odhad pro EU mluví o 4,6 mld. Euro. Nedivte se, síť plnících stanic, zásobníky, trubní rozvody, auta na přepravu, kompresní stanice, zdroje stlačeného vodíku a jiná infrastruktura. Navíc nevelká účinnost procesu: vložíme-li do výroby vodíku 100 W, na vyrobený vodík připadne 75 W, do stlačeného už jen 65 W, konverze v palivovém článku dá 40 W a na kola auta se převede jen 38 W. Nic moc. Navíc rozhodování o nákupu ovlivňuje i dostupnost plnících stanic, kterých je málo. V Česku 3, v USA veřejných 330 proti 103 000 nabíjecím stanicím pro elektroauta. Kalifornie má 14 milionů aut a vodíkových plnících stanic 12 000. Takže vodíková energetika má před sebou k dořešení celou řadu problémů. Jak se jí zhostí, uvidíme. Zatím převládající názory říkají, že u osobních vozů převládnou elektromobily a těžká vozba, také vlaky a lodní doprava se bude orientovat na vodíkový pohon. Výrobci jsou optimističtí a třeba Hyundai věří, že v roce 2030 vyrobí 700 000 vodíkových aut. Jejich cena půjde mnohem níž než dnes, sériová výroba bude levnější, najdou se levnější katalyzátory, zlevní se produkce vodíku a elektromobilita se dostane do problémů s nedostatečnou kapacitou sítě, nedostatkem materiálů pro výrobu baterií a monopolním postavením Číny atd. V ČR jsme v roce 2009 vyrobili experimentální vodíkový autobus TriHyBus a do provozu uvedli plnící stanici v Neratovicích. Na projekt navazuje současný záměr města Ústí nad Labem na provoz 15 vodíkových autobusů MHD. Palivem by se plnily ve Spolchemii, kde vodík odpadá při primární výrobě chloru. Plnící stanice bude veřejná. Podobný záměr má i MHD v Ostravě a poptává 10 autobusů na vodík pro městskou dopravu. Vodíkové autobusy už jezdí v mnoha evropských městech (Madrid, Londýn, Hamburg aj.). Nic levného to není, cena autobusu je 15-20 mil. korun. Motivace je ekologická, autobusy jsou zodpovědné za 25% emisi z dopravy. Ve vodíkových Toyotách Mirai jezdí už londýnská policie a s provozem začínají pařížské taxíky.
Vodík nikdo nezpochybňuje ani u nás a v roce 2030 by mělo jezdit 60-90 000 aut. Základním předpokladem je ale síť čerpacích stanic. Nic levného, Američané mluví o nákladu 1-3 mil. USD na 1 stanici. Německo už do vodíkové infrastruktury investovalo 1,4 mld. Euro. Jedničkou v této mobilitě je ovšem Asie, Co do počtu aut i připravenosti. Těžká nákladní auta s vodíkovými články jsou již připravena. V Kalifornii čeká flotila vozidel vyrobených s vládní podporou. Jde o typ Kenworth T880 vyrobený s podporou Toyoty. Sektor nákladní dopravy je hodně zajímavý, v Evropě flotila 6,2 milionů náklaďáků převáží 77% nákladů. Do Evropy míří i vodíkový nákladní vůz Hyundai XCIENT, s výkonem 190kW a 32 kg vodíku v 7 nádržích. Má dojezd 400 km a primárně je určen pro Švýcarsko, kde mají podobné vozy nemalé daňové výhody. Švýcarsko je také ochotno investovat do plnící infrastruktury, 350 barů pro vozy nákladní a 700 barů pro osobní. První vodíkový náklaďák byl zásluhou spediční firmy Gebrueder Weiss testován úspěšně i v Česku s dojezdem 400 km a spotřebou 7,7 kg vodíku/100 km. Předpoklad pro ČR je 50 000 vodíkových aut v roce 2030. A v Německu už také jezdí 20 lokálních vodíkových vlaků. Zkoušel se i u nás. Ve Stuttgartu vyrobili 4. místné vodíkové letadlo, skladových vodíkových vozíků jezdí na tisíce. Největší palivočlánkový park má korejský Hwasung. Na ploše 2 ha je 21 palivových jednotek s výkonem 59 MW. V současnosti do vodíkového businessu vstupují velké petrochemické společnosti a při jejich obrovských investičních možnostech mohou vskutku s trhem zahýbat. A poněkud exotické užití vodíkových článků slouží k pohonu ponorek. Německo-izraelské ponorky MTU mají elektrický motor pod vodou poháněný z článků vodík+kyslík s výkonem 300 kW a rychlostí pod vodou 37 km/hod. Vydrží bez vynoření až 30 dní. Vodík je skladován ve formě kovových hydridů uložených mezi vnějším a vnitřním trupem ponorky. Tato malá ale technicky hodně dokonalá ponorka je hodnocena nadmíru kladně.
IZK-