Pozrite si
Vodík v doprave pripomína alchymistické fluidum – veľa sa o ňom hovorí, vyvoláva vzrušenie a emócie oboch polarít, ale len málokto sa s ním v reálnom živote stretol. Jeho zástancovia si (oprávnene) myslia, že budovanie čerpacej infraštruktúry na vodík a rozširovanie vodíkom poháňaných automobilov sú dve časti spojenej nádoby a oboje sa časom rozbehne.
Podobnú dilemu prekonávali, a do značnej miery dodnes prekonávajú, batériové elektromobily, ale analógia tu pokrivkáva. Mnohí potenciálni záujemcovia možno stále váhajú (na Slovensku určite) s nákupom elektromobilu, alebo hybridu do zásuvky, pretože nebývajú v rodinnom dome a nabíjacia infraštruktúra je riedka.
Na druhej strane, tí čo majú takú možnosť doma, alebo vo firme, dokážu si batériu nabíjať pomalou nabíjačkou aj svojpomocne. Pri vodíku takáto alternatíva nie je a sotva niekedy bude.
Názory na užitočnosť vodíkovej energetiky sa rôznia. Jej zástancom sú niektoré automobilky (napríklad Toyota, alebo Hyundai) a, samozrejme, ropné koncerny a rafinérie, ktoré vidia v „hnedom“, prípadne „modrom“ vodíku, vyrábanom z fosílnych palív, svoju únikovú cestu do budúcnosti. Tá je poznačená znižovaním emisií oxidu uhličitého. Osobná individuálna doprava vo vozidlách s vodíkovým pohonom, aj samotný vodík, bez ohľadu na „farbu“, je však do značnej miery kontroverzná a môže pripomínať tak trochu zlý vtip. Ale nič nie je čiernobiele.
Výhody vodíka
Najjednoduchší chemický prvok je spolu s kyslíkom základnou zložkou oxidu vodného (H2O), čiže starej dobrej vody. Pri spaľovaní vodíka, či už v palivových článkoch vodíkových elektromobilov, alebo priamo v spaľovacích motoroch na vodík, alebo v plynových horákoch pri výrobe tepla, teda vzniká len vodná para. To je uvádzané ako príklad ekologickej čistoty spaľovania vodíka.
Vodná para je samozrejme „čistá“, nie je toxická a po kondenzácii sa zmení na kvapalnú vodu. No na druhej strane ide takisto o skleníkový plyn, dokonca silnejší, než oxid uhličitý. Našťastie, jej životnosť v atmosfére je v porovnaní s CO2 krátka a časom spŕchne na zem v podobe dažďa, snehu, alebo rosy.
Autá poháňané vodíkom majú oproti spaľovacím pohonom výhodu v čistej prevádzke, nízkej hlučnosti, môžu mať porovnateľný, prípadne aj dlhší dojazd – závisí to od veľkosti nádrže a tlaku vodíka v nej, a vyrovnajú sa im aj rýchlosťou tankovania. Tá stále prekonáva elektromobily s batériami, aj na tých najvýkonnejších nabíjačkách.
Keďže pri spaľovaní vodíka v palivovom článku vzniká odpadové teplo, vodíkové autá nebudú mať problém s kúrením, ani s klimatizáciou, ktoré nebudú odčerpávať elektrickú energiu potrebnú na jazdu.
Vodík sa dá s výhodou použiť aj ako náhrada zemného plynu pre vykurovanie a za týmto účelom sa dá prepravovať existujúcimi plynovodmi. To by mohlo byť inšpiráciou na zamyslenie pre strategických plánovačov, ktorým sa dnes v hlavách otáčajú ozubené kolieska, ako by sme mohli nahradiť ruský zemný plyn skvapalneným plynom LNG prepravovaným za drahý peniaz v tankeroch cez oceán, aby skončil kdesi v španielskych termináloch bez prepojenia na stredoeurópske plynovody.
Ďalším benefitom „zeleného“ vodíka vyrábaného elektrolýzou pomocou elektriny z nestabilných obnoviteľných zdrojov, ako sú solárne a veterné elektrárne, je jeho využiteľnosť ako energetického úložiska. Elektrolyzéry môžu spotrebovať prebytky špičkovej elektriny, ktorá komplikuje prevádzku rozvodných sietí, a uložiť ju v podobe vodíka. Veľké palivové články by zas mohli počas špičkových odberov dodávať elektrinu späť do siete.
Odvrátená strana vodíkovej stratégie
Vodíková mobilita má ale aj celý rad nevýhod, ktoré najzreteľnejšie vystupujú v osobných automobiloch s palivovými článkami. Prečo? Na vysvetlenie netreba použiť vysokú matematiku, ani sofistikované analýzy. V súčasnosti, a tým skôr v aktuálnej situácii, keď kolabujú trhy s energiami, je stávka na vodík pomerne problematickou voľbou.
Pozrime sa najskôr na takzvaný „zelený“ vodík. Na jeho výrobu sa využije elektrina získaná zo solárnych (fotovoltaických, prípadne termálnych), veterných, alebo vodných elektrární.
Elektrina v elektrolyzéroch rozloží vodu na kyslík a vodík. Vznikajú pritom energetické straty a nutné sú investičné a prevádzkové náklady na samotné zariadenia. Následne sa musí vodík stlačiť a uložiť v zásobníkoch, čo generuje ďalšie energetické straty. Zo zásobníkov sa vodík musí distribuovať a prečerpať do zásobníkov v čerpacích staniciach pri vynaložení ďalšej energie. Vodíkové auto načerpá vodík do svojej nádrže, aby ho v palivovom článku s istou účinnosťou premenilo na vodu a elektrinu, spolu so stratami v podobe odpadového tepla.
Ďalej vodíkové auto funguje ako klasický elektromobil – elektrina buď poháňa elektromotory, alebo dobíja batériu. Otázka znie: „Nebolo rozumnejšie vyrobenú elektrinu jednoducho distribuovať priamo do nabíjacích staníc a rovno ňou nabiť batérie elektromobilov?“ Isteže by to bolo rozumnejšie a aj podstatne lacnejšie.
Ak sa dom stavia z tehál, výsledná stavba nikdy nemôže byť lacnejšia, ako tehly, použité na jej výstavbu. Celá stratégia okolo „zeleného“ vodíka je preto ekonomický a aj ekologický humbug. Kvôli vyplytvaným gigawatthodinám elektrickej energie a vysokej uhlíkovej stope spôsobenej dodatočnými výrobnými a skladovacími zariadeniami a dopravou vodíka v cisternách ide o drahú a nelogickú alternatívu. Platí to všade tam, kde vieme elektrinou z batérií efektívne zabezpečiť pohon bez emisií, to znamená v osobných automobiloch a v iných malých dopravných prostriedkoch.
Zaujímavú analýzu efektivity vodíkových pohonov ukazuje nasledujúce video Real Engineering (v nastaveniach si môžete zapnúť CZ titulky).
Iné ekonomické parametre majú „tmavšie“ verzie vodíka. „Hnedý“ vodík vyrábaný z metánu zo zemného plynu (niekde sa označuje ako „sivý“), alebo „modrý“ vodík vyrábaný rovnakým spôsobom, ale so zachytávaním CO2 ( technológia CCUS – carbon capture, utilisation and storage), vznikajúceho pri výrobe, prípadne vyrábaný elektrolýzou pomocou elektriny z tepelných elektrární, je lacnejší, zato ekologické dopady jeho výroby sú oveľa vyššie.
Ekologická čistota vodíkových pohonov teda zďaleka nie je taká priezračná, ako sa prezentuje. Aby sme boli spravodliví, podobný problém vytvárajú aj elektromobily jazdiace na elektrinu z tepelných elektrární spaľujúcich uhlie, mazut, alebo zemný plyn.
Kde vodík dáva zmysel?
Ako sme už spomenuli v úvode, nič nie je čisto čierne, ani biele. Vodík má vďaka energetickej hustote okolo 30 000 Wh/kg nedostižný náskok voči batériám, kde je hodnota 500 Wh/kg zatiaľ métou z ríše snov. To z vodíka robí energetické médium v aplikáciách a dopravných prostriedkoch, kde hrá kľúčovú rolu hmotnosť a (alebo) veľkosť energetickej kapacity.
Lietadlá, námorné lode, stavebné stroje, vlaky na neelektrifikovaných tratiach a alternatívne aj diaľkové kamióny a autobusy sú vhodnými kandidátmi na vodíkový pohon. Ak nebudeme brať do úvahy ekonomiku prevádzky, všade tam môže vodík dobre fungovať a prispieť k znižovaniu emisií škodlivín a skleníkových plynov.
Nezanedbateľný je aj prínos v podobe energetického úložiska a to nielen v súvislosti so solárnymi a veternými zdrojmi, ale dal by sa dobre využiť aj pri jadrovej energetike. Po dostavbe Mochoviec dáva výroba vodíka touto cestou zmysel aj na Slovensku. Namiesto exportu elektriny by sme mohli vyrábať vodík pre domácu potrebu.
Zdroj