Tento scénář znáte. Zajedete na čerpací stanici, naplníte nádrž a sledujete, jak hodiny tikají. Pokaždé, když to uděláte, vyčerpáte omezený zdroj. Fosilní paliva jsou jednoduše stlačená prehistorická biomasa. Zásoby se zmenšují. Ceny diktuje hrstka zemí. A pro zemi jako Spojené státy je závislost na zahraniční ropě bolestí hlavy národní bezpečnosti, která se zdá být nikdy nevyřešená. Na toto špinavé palivo jsme spoléhali po staletí. Éra jeho používání se chýlí ke konci.
Řešení se může doslova vznášet přímo nad našimi hlavami.
Vodíkový paradox
Vesmír je většinou tvořen vodíkem. Asi 75 % všeho, co existuje, je vodík (H). Ale co Země? Čisté látky zde není mnoho. Vodík existuje ve formě molekul H2. Jsou tak lehké, že pokud je nedrží, unikají zemské gravitaci a létají do vesmíru. To je důvod, proč jen zřídka vidíte kolem sebe čistý vodík. Obvykle je spojena s dalšími prvky. Nejznámějším příkladem je voda. H2O. Vodík plus kyslík.
Získání čistého vodíku z této směsi dá práci. Existuje několik metod. Nejrozšířenějším způsobem je v současnosti jeho těžba ze zemního plynu. Je také možné štěpit molekuly vody pomocí elektrolýzy. Vědci dokonce zkoumají možnost biologické výroby vodíku z řas nebo některých bakterií. Součástí tohoto procesu je již standardní postup. Některé jsou stále ve fázi laboratorního výzkumu.
Vodíkové hospodářství
V roce 1970 vymyslel chemik John Bockris termín vodíková ekonomika. Myšlenka byla jednoduchá: budoucnost, ve které každé vozidlo jezdí na vodík. To už není dýmka sen. Máme technologii.
Klíčovou součástí je palivový článek. Vyrábí elektřinu pomocí vodíku. Žádné spalování. Pouze chemie.
Výrobci automobilů vytvářejí koncepční vozy již léta. Vzpomeňte si na Volkswagen Tiguan HyMotion nebo Chevrolet Equinox Fuel Cell SUV. Nejsou to jen kresby. V Kalifornii si skutečně můžete koupit sériový model. Honda FCX Clarity je již na silnicích.
Žádné emise?
Slib je čistý. Jedinou emisí z vozidla s palivovými články je vodní pára. To je vše. Bez oxidu uhelnatého. Žádné oxidy dusíku. Pouze vlhký vzduch.
Ale existují překážky. Odkud pochází vodík? Pokud ho vyrábíte ze zemního plynu, stále používáte fosilní paliva. Jednoduše jste přenesli znečištění z výfuku do elektrárny. Je to opravdu lepší? Odpověď závisí na mřížce. Pokud elektřina pro elektrolýzu pochází z uhelných elektráren, jednoduše přesouváte problém. Pokud pochází z větrných nebo solárních elektráren, rovnice se zcela změní.
Pak je tu otázka skladování. Vodík má nízkou objemovou hustotu energie. Potřebujete vysokotlaké lahve. Nebo kryogenní chlazení. To přidává váhu. Složitost. Cena.
Infrastruktura je další nepřekonatelnou bariérou. Veřejné vodíkové čerpací stanice nejsou oproti běžným čerpacím stanicím téměř žádné. Dokud nedorazí řetěz, je Honda FCX Clarity vítanou novinkou pro první uživatele ve slunných státech. Toto ještě není řešení pro masový trh.
Může vodík nahradit benzín? Ano. Měl bych? Možná. Technologie funguje. Fyzika je zvuk. Politika je matoucí. Ekonomika je složitá. Čekáme, až cena klesne a nádrže se zvětší. Do té doby můžete pokračovat v tankování plynu. Nebo můžete jet v Kalifornii a sledovat, jak vám z nárazníku kape voda.
Palivové články dokážou více než jen snížit znečištění. Eliminují ho. Zejména emise uhlíku. Při výrobě elektřiny ve vodíkovém palivovém článku jsou jedinými vedlejšími produkty teplo a voda. Čistá voda. Pokud by tuto technologii přijalo každé vozidlo na silnici, hustý smog, který dusí mnoho amerických měst, by do značné míry zmizel. Velká část tohoto viditelného zákalu pochází z výfuku vozidla. Agentura pro ochranu životního prostředí (EPA) poznamenává, že polovina všech Američanů žije v oblastech, kde úrovně znečištění negativně ovlivňují lidské zdraví. Snížení hladiny smogu není jen záležitostí krásných výhledů. To je zdravotní problém.
Spalovací motory jsou špinavé. Spalují paliva na bázi uhlíku. Mezi vedlejší produkty patří oxid uhličitý, voda a saze. Tyto drobné částečky hmoty jen tak nezmizí. Když je lidé vdechnou, následky mohou být vážné. Astma. Rakovina plic. Jiná onemocnění dýchacích cest. Pak je tu oxid uhličitý. Většina vědců souhlasí s tím, že zvýšené množství CO2 v atmosféře přispívá ke globálnímu oteplování. Hrozba ničivých klimatických změn na celé planetě je reálná.
Přechod na čisté zdroje energie
Přechod od spalovacích motorů k neznečišťujícím zdrojům, jako je vodík, je pro 21. století kritický. Tyto problémy musíme vyřešit. Realita současné flotily je ale krutá. Dnes je na silnicích více než 130 milionů vozidel s benzínovým pohonem. Vozidla na palivové články nebudou v blízké budoucnosti dostatečně významně přispívat k tomu, aby výrazně posunuli jehlu v oblasti zlepšování životního prostředí. Bariérou není jen ideologie. To je ekonomika.
První modely vozidel s palivovými články budou pravděpodobně stát nejméně 100 000 $. Tato cena je činí pro běžného řidiče nedostupnými. Nemůžete si koupit cestu z klimatické krize, pokud auto stojí tolik jako dům. Dalším chybějícím prvkem je infrastruktura. Potřebujeme továrny na výrobu vodíku. Potřebujeme čerpací stanice. Ani jedno ani druhé zatím není k dispozici v požadovaném měřítku. Někteří pozorovatelé tvrdí, že kombinace technologií přinese krátkodobé ekologické výhody. Vodíková auta. Elektromobily na baterie. Další alternativní paliva. Hybridní přístup k energetickým sítím.
Proč znečištění ovzduší přetrvává
Současné znečištění ovzduší v dohledné době nezmizí. Načasování záleží. Saze se během týdnů nebo měsíců usazují z atmosféry. Oxid uhličitý zůstává mnohem déle. desetiletí. I kdybychom dnes úplně odstranili všechny zdroje uhlíkových emisí, trvalo by roky, než by se hladina uhlíku v atmosféře vrátila k normálu. Setrvačnost klimatického systému je velká.
Automobily jsou jen jedním ze zdrojů uhlíkových emisí. Toto je významný zdroj, ale ne jediný. Uhlíkové elektrárny také uvolňují uhlík do atmosféry. Abychom zabránili globálnímu oteplování, musíme snížit i tyto emise. Toto je válka na několika frontách.
Účinnost vodíku oproti benzínu
Další důležitou výhodou vodíkového palivového článku je účinnost. Spalovací motor je plýtvací zařízení. Spotřebovává méně než 20 procent chemické energie benzínu. Odpočinek? Ztraceno jako teplo. Palivový článek je výrazně účinnější. Využívá přibližně 60 procent energie dostupné ve vodíku. Je to obrovský rozdíl. Získáte více mil na jednotku energie. Méně odpadu.
Už žádná závislost na zahraniční ropě?
USA dovážejí více než polovinu ropy, kterou spotřebují. To je ohromující číslo. Dvě třetiny této dovážené ropy putují přímo do nádrží. Doprava ho absorbuje v obrovském množství. Protože velká část tohoto dodavatelského řetězce je v zámoří, nemáme žádnou kontrolu nad cenami. Nekontrolujeme zásobovací kanály. Velká část tohoto paliva pochází z Blízkého východu. Jsou to regiony náchylné k politické nestabilitě.
Spojené státy se snaží této závislosti zbavit už od 70. let minulého století. Strategie selhala. Dovoz se skutečně zvýšil. Útoky z 11. září 2001 učinily závislost ještě nebezpečnější. Už to nebylo jen o penězích. Šlo o bezpečnost.
Pak je tu ekonomický hit. Když ceny ropy rostou, všechno zdražuje. Každý produkt, který využívá ropu k výrobě nebo přepravě, se stává dražším. Benzín a nafta stály v roce 2008 mezi 4 a 5 dolary za galon. Je to drahé. To táhne dolů celou ekonomiku.
Je vodík levnější než benzín?
Matematika je zde složitá. Americké ministerstvo energetiky odhaduje cenu palivových článků současné generace na zhruba 225 dolarů za kilowatt. Není to soutěživé. Ceny vodíku musí klesnout na přibližně 30 dolarů za kilowatt, aby se reálně postavil benzín jako primární zdroj paliva.
“Náklady na kilometr a kilometr samotného vodíku by mohly být brzy o 50 % nižší než současné náklady na benzín.”
Národní rada pro výzkum říká, že cena paliva by mohla být poloviční než cena benzínu. Tato výhoda se zvyšuje s rostoucími cenami benzínu. Vodík se navíc s vysokou účinností přeměňuje na elektřinu. To je velký rozdíl.
Mohou vodíková auta prolomit naši závislost na ropě?
Mohou pomoci. Rychlou opravu ale nečekejte. Pravděpodobně bude trvat deset let, než bude na silnicích dostatek vodíkových aut k výraznému snížení dovozu. Přechod probíhá pomalu. Infrastruktura je řídká. Ale dlouhodobý dopad může být obrovský.
Nejsou to jen pojmy. Několik vozidel s vodíkovými palivovými články (FCV) již jezdí po veřejných komunikacích.
Honda FCX Clarity
Toto je jediné FCV dostupné pro soukromý pronájem. A i tak jste omezeni na části Kalifornie, kde existují vodíkové stanice. Nájemné stojí 600 $ měsíčně. První vůz byl dodán rodině v Kalifornii 25. července 2008. Jedná se o specializovaný produkt. Je drahý. Ale je skutečný.
SUV Chevrolet Equinox Fuel Cell
Chevrolet postavil flotily těchto vozidel. Křižovali kolem Kalifornie, New Yorku a Washingtonu, DC, aby tuto technologii předvedli. Takové auto si koupit nemůžete. Nemůžete si to pronajmout. Toto je předváděcí vůz. Dokazuje, že karoserie SUV je kompatibilní s palivovými články. To je vše.
Volkswagen Tiguan HyMotion
Volkswagen tento model také neprodával. HyMotion se připojil k National Hydrogen Rally. Cestoval z Portlandu ve státě Maine do Los Angeles. To byl důkaz běhu konceptu. Žádný prodejce to nenabízí.
BMW vodík 7
BMW dalo toto auto celebritám. Will Ferrell dostal jeden z prvních. Následovali další. Není určeno pro širokou veřejnost. Toto je PR krok. Známé osobnosti jej dostaly k dlouhodobému užívání. To ukazuje, že technologie funguje. Neznamená to, že si ho budete moci zítra objednat z Bavorska.
Je vodíková ekonomika udržitelná?
Otázka infrastruktury je velmi aktuální. Bez náplní zůstávají FCV v showroomech nebo testovacích flotilách. Ekonomika se mění, ale náklady na vybavení zůstávají vysoké. Čekáme, až se cena za kilowatt zhroutí. Čekáme, až se na předměstí objeví čerpací stanice. Je to dlouhá hra. Závislost na ropě se nevyléčí za jeden modelový rok.
Mezera udržitelnosti vodíkové energie
Pokud má vodíková ekonomika zajistit Spojeným státům budoucnost bez znečištění a závislosti na zahraniční ropě, musí být udržitelná. To znamená, že se musí umět vyrovnat s populačním růstem, zvýšeným používáním energeticky náročných technologií, změnami politik a změnami v postoji lidí k životnímu prostředí a k blahobytu budoucích generací. Odhaduje se, že globální poptávka po energii se do roku 2050 zdvojnásobí. Je nepravděpodobné, že rychle se vyčerpávající zásoby fosilních paliv budou schopny tuto poptávku pokrýt, takže nové zdroje energie budou kritické.
Jednou z hlavních překážek udržitelné vodíkové ekonomiky je to, že metody, které se v současnosti používají k extrakci vodíku z větších molekul, spoléhají na elektřinu a že elektřina se z velké části vyrábí znečišťujícími metodami. Pokud se těžba vodíku provádí pomocí elektřiny z uhelné elektrárny, nevadí, že palivový článek neznečišťuje životní prostředí, protože ke znečištění došlo při těžbě vodíku. Má-li se vodík stát skutečným zdrojem energie bez znečištění, pak elektřina použitá k extrakci vodíku musí být vyráběna metodou bez znečištění, jako je solární energie. To v současnosti obecně neplatí, takže skutečně udržitelné vodíkové hospodářství bude vyžadovat výrazné změny ve výrobě elektřiny.
Problémem je také skladování. Vodíkové palivo je skladováno ve stlačené kapalné formě a část se časem odpaří. Pokud se vodíkové auto nepoužívá pravidelně, ztráty odpařováním výrazně zvýší celkové náklady na palivo. A stlačování kapalného vodíku do objemu, který lze převážet v autě, také vyžaduje hodně energie a tato energie by mohla být vyrobena metodami, které způsobují znečištění.
Někteří odborníci se domnívají, že zlepšení výroby a skladování vodíku povede k udržitelné vodíkové ekonomice za 15 až 30 let. Myšlenka vodíkové ekonomiky má však své odpůrce, z nichž mnozí věří, že taková ekonomika nebude nikdy udržitelná a že naše zdroje by bylo lepší využít k prozkoumání jiných forem výroby energie. Bude trvat mnoho let, než se ukáže, zda je vodík skutečně palivem budoucnosti.
Další informace
Související články HowStuffWorks
-
Jak fungují palivové články?
-
Jak funguje vodíková ekonomika?
-
Jaký je rozdíl mezi vozem na palivové články a vodíkovým vozem na vyžádání?
-
Jak fungují ceny benzínu
-
Jaká jsou nebezpečí automobilů na vodíkový pohon?
-
Jak fungují hybridní vozy?
-
Jak funguje globální oteplování
-
Jak fungují motory automobilů?
Další skvělé odkazy
-
fueleconomy.gov
-
Palivové články 2000
-Nova
-
Honda FCX Clarity
-
Ministerstvo energetiky USA
Zdroje
-
Bossel, Ulf a Eliasson, Baldur. “Energie a vodíková ekonomika.” 8. ledna 2003. http://www.methanol.org/pdf/HydrogenEconomyReport2003.pdf
-
Carseek. “Technologie vozidel s vodíkovými palivovými články.” http://www.carseek.com/articles/hydrogen-fuel-cell-car.html
-
Claytone, Marku. “Rostoucí volání: Snižte dovoz ropy z USA.” The Christian Science Monitor. 5. května 2005. http://www.csmonitor.com/2005/0505/p01s04-usfp.html
-
Friedemann, Alice. “Vodíková ekonomika je energetická a ekonomická černá díra.” Změna kultury. září 2004. (22. srpna 2008) http://www.culturechange.org/alt_energy.htm
-
Gizmag. “Honda je připravena vydat auto na vodíkové palivové články a domácí čerpací stanici.” (22. srpna 2008) http://www.gizmag.com/honda-fuel-cell-fcx/8394/
-
Hall, Kevin G. “Ropná nezávislost je možná, ale opravdu ji USA chtějí?” Milwaukee Journal Sentinel. 4. března 2006. http://www.jsonline.com/story/index.aspx?id=40957
-
Huffmane, Marku. “Vozidla s vodíkovými palivovými články přinášejí naději, ne-li úlevu.” spotřebitelské záležitosti. 25. června 2008. http://www.consumeraffairs.com/news04/2008/06/fuel_cell.html
-
Llanos, Migueli. “Vodíkové vozy jsou připraveny k jízdě – za cenu.” MSNBC. 23. června 2004. http://www.msnbc.msn.com/id/453676/
-
Sinha, Vandano. “Volkswagen vyráží na silnici s vozem na vodíkové palivové články.” Washington Business Journal. 11. srpna 2008. http://www.bizjournals.com/washington/stories/2008/08/11/daily14.html? ana=from_rss
-
Vergano, Dane. “Prozatím jsou vodíková vozidla palivem budoucnosti.” USA DNES. 21. července 2008. http://www.usatoday.com/tech/science/columnist/vergano/2008-07-20-hydrogen-cars_N.htm
