Palivá budúcnosti
Vodík -
Čistý zdroj
energie
Vodík je prirodzene sa vyskytujúci chemický prvok. Je to kľúčový stavebný prvok pre dodávky energie v budúcnosti, ktoré sú šetrné ku klíme.
Technológie zajtrajška majú vplyv už dnes
Krajiny na celom svete čelia globálnej klimatickej kríze a prijímajú rozsiahle opatrenia na splnenie svojich klimatických cieľov a obmedzenie globálneho otepľovania na 1,5 stupňa Celzia, ako sa uvádza v Parížskej dohode. Ústrednú úlohu zohráva vývoj alternatívnych energetických systémov, pričom vodíku ako čistému zdroju energie sa venuje osobitná pozornosť.
Vodík je obrovským prísľubom ako zdroj energie budúcnosti. A už dnes má potenciál znížiť vplyv na životné prostredie, ak sa používa ako palivo. Preto sa spoločnosť DEUTZ už mnoho rokov intenzívne zaoberá priekopníckou technológiou spaľovacích vodíkových motorov. Tak intenzívne, že ich už máme v komerčnej výrobe.
ČASTO KLADENÉ OTÁZKY
Vodík je prirodzene sa vyskytujúci chemický prvok a kľúčová zložka budúcnosti energetických zdrojov šetrných k životnému prostrediu. Vodík sa zvyčajne vyskytuje vo forme molekuly a môže byť skladovaný, prepravovaný a používaný ako nosič energie v plynnej alebo kvapalnej forme na konverziu energie (premenu na elektrinu). Vodík sa v prírode zvyčajne vyskytuje vo forme zlúčenín, a preto musí byť oddelený od východiskovej suroviny bohatej na vodík za použitia energie. Medzi tieto suroviny patria
- zemný plyn
- iné uhľovodíky, ako napríklad ropa
- biomasa
- voda
iné zlúčeniny obsahujúce vodík (napr. amoniak NH3) Na oddelenie týchto látok a výrobu čistého, nekombinovaného vodíka sa môže použiť chemická, elektrická, tepelná alebo solárna energia. V závislosti od výrobného procesu sa vyrobený vodík bežne opisuje rôznymi farbami.
Vodík je veľmi horľavý plyn. V závislosti od svojho pôvodu sa mu však priraďujú rôzne farby.
Zelený vodík sa vyrába elektrolýzou vody. Využívajú sa pri tom elektrická energia z obnoviteľných zdrojov, ktoré neuvoľňujú CO2 do atmosféry. Pri výrobe zeleného vodíka sa neuvoľňuje žiadny CO2.
Sivý vodík sa zvyčajne vyrába z fosílneho zemného plynu parnou reformou. Pri tomto procese vzniká približne 10 ton CO2 na tonu vodíka. CO2 sa uvoľňuje do atmosféry. Tento vodík je potrebné nahradiť vodíkom šetrným k životnému prostrediu.
Modrý vodík je sivý vodík vyrobený skladovaním CO2 namiesto jeho uvoľňovania do atmosféry (CCS, zachytávanie a skladovanie uhlíka). Týmto procesom je možné uskladniť až 90 % CO2.
Oranžový vodík je vodík vyrobený z odpadu a zvyškových materiálov. Považuje sa za CO2 neutrálny.
Tyrkysový vodík je vodík vyrobený tepelným rozkladom metánu (pyrolýza metánu). Namiesto CO2 produkuje pevný uhlík, ktorý neuniká do atmosféry. Proces pyrolýzy metánu je stále vo vývoji.
Biely vodík sa nachádza v prírodných ložiskách. Nie je zatiaľ jasné, či bude možné ho v budúcnosti využívať. Vznik bieleho vodíka a jeho transport v zemskej kôre sú stále málo známe.
V čistej forme sa vodík môže skladovať ako stlačený plyn v tlakových nádržiach alebo ako kryogénna kvapalina v izolovaných nádržiach. Môže sa tiež chemicky viazať a skladovať vo forme syntetických palív alebo LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier). Týmto spôsobom sa viazaný vodík môže skladovať aj za normálnych podmienok v bežných nádržiach na ropu a ropné produkty.
Existujúce podzemné skladovacie zariadenia s pórovitou štruktúrou alebo soľné jaskyne možno tiež považovať za stacionárne skladovacie zariadenia pre plynný a chemicky viazaný vodík. V súčasnosti sa používajú na skladovanie zemného plynu a ropy.
Vodíkový motor je v podstate plynový motor. To znamená, že funguje na rovnakom princípe ako bežný spaľovací motor. Inými slovami, na klasickom Ottovom alebo štvorfázovom cykle. Rozdiel je v tom, že namiesto benzínu alebo nafty sa spaľuje vodík – a výsledkom je voda.
Tlakový regulačný ventil na motore privádza vodík prichádzajúci zo zásobníka na stabilný prevádzkový tlak a reguluje množstvo prúdiaceho paliva. Plynný vodík sa spolu so sacím vzduchom nasáva do piestovej komory cez potrubie preplňovaného vzduchu. Piest stláča zmes v tejto komore, čím zvyšuje teplotu a tlak. Zapaľovacia sviečka potom zapáli stlačenú zmes vodíka a vzduchu, čo spôsobuje rýchle rozpínanie plynov a tlačí piest nadol. Tento pohyb premieňa chemickú energiu na mechanickú prácu a poháňa motor. Piest sa potom opäť zdvihne a vytlačí spaliny – v tomto prípade hlavne vodnú paru – z valca do výfukového potrubia.
Napriek rozdielom medzi vodíkom a konvenčnými palivami, ako sú benzín, plyn (napr. LPF, CNG) a nafta, sú kľúčové komponenty, ako sú valcová skriňa, hlava valca a olejová vaňa, z veľkej časti rovnaké. Na zabezpečenie optimálneho spaľovania vodíka je potrebné upraviť len doplnkové časti, napríklad vedenie paliva a potrubie čerstvého vzduchu a výfukových plynov, vrátane turbodúchadla, senzorov a softvéru. Tieto potrubia môžu byť o niečo väčšie vďaka vyššiemu prietoku vzduchu pri chudobnej zmesi. Veľkosť a hmotnosť motora však zostávajú prakticky nezmenené.
