Co je to vodíková energie?

Vesmír se skládá ze směsi obrovského množství složek. Každá složka hraje ve složení světa zásadní roli. Mezi nejrozšířenější složky ve vesmíru patří vodík, dusík a kyslík. Vodík je nejvíce se vyskytující složkou zabírající 75 % vesmíru a hraje větší roli v udržitelnosti života. Kromě toho, že pomáhá ostatním různým živým druhům přežít, lze vodík využít k výrobě energie.

Vodík se vyskytuje téměř ve všech rostlinách a přirozeně se vyskytuje také ve vodě. Přestože Slunce obsahuje větší procento plynného vodíku, je tento plyn příliš lehký, takže při přenosu slunečních paprsků prakticky mizí z povrchu Země. Aby se tedy plynný vodík efektivně získával, musí se získávat z vody, zemního plynu nebo biomasy.

plynový vodík

Vodík je nejzákladnějším ze všech zemských prvků. Atom vodíku se skládá z jednoho protonu a jednoho elektronu. Jako takový je velmi hojný, ale ve skutečnosti neexistuje jako samostatná forma hmoty. Místo toho je obvykle kombinován s jinými prvky. Oddělit plynný vodík od doprovodných látek vyžaduje velké úsilí, ale vzniká tak silný, téměř čistý zdroj energie. Jako plyn jej lze použít v palivových článcích k pohonu motorů.

Plynný vodík se získává z vody technikou známou jako elektrolýza, která spočívá v průchodu vysokého elektrického proudu vodou za účelem oddělení atomů vodíku a kyslíku. Proces elektrolýzy je poměrně nákladný, protože vyžaduje vysoké energetické výdaje.

Energie používaná k výrobě elektřiny v procesu elektrolýzy se využívá z fosilních paliv, jako je ropa, zemní plyn nebo uhlí. Lze ji také čerpat z obnovitelných zdrojů energie, jako je sluneční, větrná a vodní energie, aby se zajistilo, že nedochází k emisím skleníkových plynů.

Získávání množství vodíku touto metodou je stále předmětem výzkumu, aby se stanovila životaschopná metoda jeho výroby v domácích podmínkách při relativně nízkých nákladech.

Další metodou získávání plynného vodíku je parní reforming metanu neboli extrakce parou, která zahrnuje oddělení atomů vodíku v metanu od atomů uhlíku. Jedná se o současnou techniku používanou k získávání plynného vodíku v obrovských množstvích. Nevýhodou parního reformingu metanu je, že se při něm do atmosféry uvolňuje velké množství skleníkových plynů, jako je oxid uhličitý a oxid uhelnatý, které jsou receptem na globální oteplování.

Aby se z plynného vodíku získala elektřina, dopravuje se do palivových článků, kde se spojí s kyslíkem a výsledkem je chemická reakce, při níž vzniká elektřina a teplo. Plynný vodík lze také jen spalovat k pohonu motorů vozidel. Vedlejšími produkty této chemické reakce jsou voda a uhlík, které se používají k výrobě metanu a uhlí.

Různá použití vodíku

Vodík vzniká jako vedlejší produkt v chlóro – alkalickém průmyslu. Dříve se částečně používal pro neenergetické účely a zbývající část se buď spalovala, nebo vypouštěla do atmosféry. V současné době byl vedlejší vodík využíván pro výrobu chemických látek a pro vlastní (hlavně energetické) aplikace.

Vodík se vyrábí pro neenergetické aplikace, např. v průmyslu hnojiv a v ropných rafineriích. Byly rovněž vyvinuty a předvedeny malé elektrocentrály na vodík, autobusy s palivovými články, tříkolky, dvoukolky (motocykly) a systémy katalytického spalování pro obytný a průmyslový sektor.

Výhody vodíkové energie

Je to obnovitelný zdroj energie a bohaté zásoby

Vodík je bohatým zdrojem energie z mnoha důvodů, z nichž hlavním je, že je ho dostatek. I když je k jeho využití potřeba mnoho zdrojů, žádný jiný zdroj energie není tak nekonečný jako vodík. To v podstatě znamená, že neexistuje možnost jeho vyčerpání jako u jiných zdrojů energie.

Mnoho zdrojů pro lokální výrobu vodíku

Vodík lze vyrábět buď přímo na místě, kde se bude používat, nebo centrálně a poté jej distribuovat. Plynný vodík lze vyrábět z metanu, benzínu, biomasy, uhlí nebo vody. Faktory jako množství znečištění, technické problémy a energetická náročnost se liší v závislosti na použitých zdrojích.

Je to prakticky čistý zdroj energie

Při spalování vodíku za účelem výroby paliva jsou vedlejší produkty zcela bezpečné, což znamená, že nemají žádné známé vedlejší účinky. Letecké společnosti skutečně používají vodík jako zdroj pitné vody. Po využití vodíku se obvykle přemění na pitnou vodu pro astronauty na lodích nebo vesmírných stanicích.

Vodíková energie není toxická

Jedná se o netoxickou látku, která je pro zdroj paliva vzácná. To znamená, že je šetrná k životnímu prostředí a nezpůsobuje žádné škody ani destrukci lidského zdraví.

Tento aspekt ji činí výhodnější ve srovnání s jinými zdroji paliva, jako je jaderná energie, zemní plyn, které jsou extrémně nebezpečné nebo náročné na bezpečné využití. Umožňuje také použití vodíku v místech, kde jiné formy paliva nemusí být povoleny.

Používání vodíku výrazně snižuje znečištění

Při spojení vodíku s kyslíkem v palivovém článku vzniká elektřina, kterou lze použít k pohonu vozidel nebo pohonu elektromotoru jako zdroj tepla a k mnoha dalším účelům. Při kombinaci s kyslíkem jsou jedinými vedlejšími produkty voda a teplo, což je výhoda použití vodíku jako nosiče energie.

Při použití vodíkových palivových článků se neuvolňuje oxid uhličitý a další skleníkové plyny ani jiné pevné částice, pokud se při výrobě používají obnovitelné zdroje, jako je voda nebo sluneční energie.

Je mnohem účinnější než jiné zdroje energie

Vodík je účinným typem energie, protože ve srovnání s naftou nebo plynem má schopnost zprostředkovat velké množství energie na každou libru paliva. To kategoricky znamená, že automobil využívající vodíkovou energii ujede více kilometrů než automobil se stejným množstvím benzínu.

Příklad ve srovnání s běžnou spalovací elektrárnou, která obvykle vyrábí elektřinu s účinností 33 až 35 %, jsou vodíkové palivové články schopny vyrábět elektřinu s účinností až 65 %, přičemž jejich kapacita je přibližně třikrát vyšší.

Používá se k pohonu vesmírných lodí

Výkon a účinnost vodíkové energie z ní činí ideální zdroj paliva pro vesmírné lodě. Její výkon je tak vysoký, že je schopna rychle vynést kosmické lodě na průzkumné mise.

Je to také nejbezpečnější forma energie pro plnění tak energeticky náročného úkolu. Vodíková energie je totiž třikrát silnější než benzín a další fosilní zdroje paliva. To v ideálním případě znamená, že ke splnění obrovského úkolu potřebujete méně vodíku.

Nabízí také hnací sílu pro letadla, lodě, automobily a přenosné i stacionární aplikace palivových článků. Nevýhodou používání vodíku v automobilech je, že je prakticky obtížné jej skladovat v kryogenních nebo vysokotlakých nádržích.

Udržitelný výrobní systém

Elektrolýza je metoda, při níž se voda rozděluje na vodík a kyslík. V tomto případě lze k pohonu elektrolyzérů k výrobě vodíku z vody použít obnovitelnou energii, která poskytuje udržitelný systém nezávislý na ropných produktech a zároveň neznečišťuje životní prostředí, neprodukuje žádné emise. Mezi obnovitelné zdroje používané k napájení elektrolyzérů patří větrná, vodní, solární a přílivová energie.

Po výrobě vodíku v elektrolyzéru jej lze použít v palivovém článku k výrobě elektřiny. Vedlejšími produkty vznikajícími při výrobě palivového článku jsou voda a teplo. Pokud palivové články pracují při vysokých teplotách, může být systém nastaven jako kogenerátor, přičemž odpadní energie se používá k vytápění.

Nevýhody vodíkové energie

Přestože má vodíková energie mnoho obdivuhodných výhod, není pro většinu vlád a společností skutečně vyloženě preferovaným, čistým a levným zdrojem energie. V plynném stavu je poměrně těkavý.

Jeho těkavost mu sice dává výhodu oproti jiným zdrojům energie, pokud jde o plnění četných úkolů, ale stejně tak ho činí rizikovým pro použití a zpracování. Mezi nevýhody vodíkové energie patří:

Vodíková energie je drahá

Elektrolýza a parní reforming, dva hlavní procesy získávání vodíku, jsou velmi drahé. To je skutečný důvod, proč není ve velké míře využíván po celém světě. Vodíková energie se dnes používá hlavně k pohonu většiny hybridních vozidel.

K objevení levných a udržitelných způsobů využití této formy energie je zapotřebí mnoho výzkumu a inovací. Do té doby zůstane vodíková energie výhradně pro bohaté.

Komplikované skladování

Jednou z vlastností vodíku je, že má nižší hustotu. Ve skutečnosti má mnohem menší hustotu než benzín. To znamená, že musí být stlačen do kapalného stavu a skladován stejným způsobem při nižších teplotách, aby byla zaručena jeho účinnost a efektivita jako zdroje energie.

Tento důvod také vysvětluje, proč musí být vodík po celou dobu skladován a přepravován pod vysokým tlakem, což je důvod, proč je přeprava a běžné použití zdaleka nereálné.

Není to nejbezpečnější zdroj energie

Sílu vodíku bychom neměli vůbec podceňovat. I když je benzín o něco nebezpečnější než vodík, vodík je vysoce hořlavá a těkavá látka, která se často dostává na titulní stránky novin kvůli svému potenciálnímu nebezpečí. Ve srovnání s plynem postrádá vodík zápach, což téměř znemožňuje jakékoli odhalení úniku. K odhalení úniků je třeba instalovat senzory.

Tricky to Move Around

Přepravovat vodík brilantně je vzhledem k jeho lehkosti nelehký úkol. Ropu lze přepravovat bezpečně, protože se většinou tlačí potrubím.

Uhlí lze pohodlně přepravovat ve sklápěčkách. Vodík také představuje problém, pokud uvažujeme o jeho přepravě ve velkém množství, proto se většinou přepravuje pouze v malých dávkách.

Je závislý na fosilních palivech

Vodíková energie je obnovitelná a má minimální dopad na životní prostředí, ale její separace z kyslíku vyžaduje další neobnovitelné zdroje, jako je uhlí, ropa a zemní plyn. K výrobě vodíkového paliva jsou stále zapotřebí fosilní paliva.

Vodíková energie nemůže uživit populaci

Přestože je vodíku dostatek, náklady na jeho využití omezují jeho rozsáhlé využití. Jak si uvědomujete, je poměrně náročné narušit stávající stav.

Energie z fosilních paliv stále vládne světu. Není také zaveden žádný rámec, který by v budoucnu zajistil levnou a udržitelnou energii z vodíku pro běžné majitele automobilů.

I kdyby se vodík stal levným hned teď, trvalo by roky, než by se stal nejpoužívanějším zdrojem energie, protože samotná vozidla a čerpací stanice by musely být přizpůsobeny požadavkům na vodík. To by vyžadovalo obrovské kapitálové výdaje.

Je fakt, že vodíková energie je obnovitelným zdrojem, protože je hojně dostupná, a její dopady jsou nesmírně zanedbatelné. Společnosti vyrábějící vodík však budou v reálném smyslu potřebovat jiné formy neobnovitelné energie, například fosilní (uhlí, zemní plyn a ropa), aby jej mohly oddělit od kyslíku. Možná se nám podaří minimalizovat nadměrnou závislost na fosilních palivech, když přijmeme vodíkovou energii, ale bude skličující se jí ze systému zbavit.

U.S. DoE
U.S. EPA
  • Autor
  • Nejnovější příspěvky
Pravý ekolog srdcem ❤️. Založil Conserve Energy Future s jediným mottem – poskytovat užitečné informace týkající se našeho rychle se vyčerpávajícího životního prostředí. Pokud pevně nevěříte v nápad Elona Muska vytvořit z Marsu další obyvatelnou planetu, nezapomeňte, že v celém vesmíru opravdu neexistuje žádná „planeta B“.

Nejnovější příspěvky od Rinkesh (zobrazit všechny)
  • Dají se golfové míčky recyklovat? (A jsou biologicky rozložitelné?) – 2. března 2021
  • Jsou hůlky recyklovatelné? (A jsou kompostovatelné nebo biologicky rozložitelné) – 2. března 2021
  • Je prodejní páska recyklovatelná? (A jsou kompostovatelné nebo biologicky rozložitelné?) – 2. března 2021

vodíkový plyn

Leave a Reply

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.