Vodíkový pohon a palivové články: ilúzia?

Autá s vodíkovým pohonom mali znížiť závislosť sveta na rope a úplne odstrániť emisie CO2 z dopravy. Skeptické hlasy však upozorňujú – vodík je len nosičom energie, tú treba predtým z niečoho vyrobiť. Vodíkový pohoj je teda „čistý“ len ak je energia vyrobená z obnoviteľných zdrojov.

Vodikovy pohon
vodíkový pohon

Pozadie

Doprava je zodpovedná za asi 71% spotreby ropy v EÚ. Automobilová doprava je od ropy závislá až na 98% – len zvyšné 2% tvoria iné pohony (najmä elektrina, plyn).

Európska komisia sa snaží znížiť závislosť sektoru na rope a preto stanovila cieľ, aby bolo do roku 2020 nahradených 20% tradičných palív alternatívnymi (Zelená kniha: Smerom k európskej stratégii pre bezpečnosť dodávok energie, 2000).

Rok po zverejnení Zelenej knihy predstavila Komisia oznámenie o alternatívnych palivách. Ako najsľubnejšie identifikovala tri z nich: biopalivá, zemný plyn a vodík.

Spomedzi nich má vodík mnoho výhod:

  • je najčastejším prvkom na Zemi,
  • je univerzálnym nosičom energie, ktorú možno vyrobiť z akéhokoľvek zdroja,
  • zníži závislosť na rope a emisie CO2 a znečistenie spôsobené dopravou dostane prakticky na nulu,
  • je ho možné ľahko uchovávať.

Otázky

Vodík bol tak, spolu s biopalivami, Komisiou identifikovaný ako hlavná budúca alternatívna pohonná hmota pre dopravu. Po počiatočnom entuziazme však kritici poukázali na viaceré problémy spojené s vodíkovou ekonomikou:

  • Rovnako ako elektrická energia je vodík iba nosičom energie, nie jej zdrojom. Využívanie vodíka teda bude len tak „čisté“ (neškodlivé pre životné prostredie), ako bude čistý proces výroby energie. Tým sa opäť dostávame k otázke zdrojov – uhlie, jadro, zemný plyn, obnoviteľné zdroje?
  • Dopravný systém založený na vodíku vyžaduje sieť čerpacích staníc, ktorej vytvorenie by si vyžiadalo obrovské investície. Štúdia publikovaná v decembri minulého roku Medzinárodná agentúra pre energiu (IAE) tvrdí, že na rozvoj infraštruktúry by boli pred širším využitím potrebné bilióny dolárov.
  • Palivové články, ktoré dokážu premeniť vodík na elektrickú energiu prostredníctvom chemickej reakcie majú obmedzenú účinnosť a zásobnú kapacitu, počas procesu premeny dochádza k stratám energie.
  • Palivové články sú stále veľmi drahé (asi 10 000 eur pre stredne veľké auto), pretože pri ich výrobe sú využívané drahé materiály – platina a „nafion“ – látka, z ktorej je vyrobená membrána potrebná pre elektrolity palivového článku.

Verejný i súkromný výskum a vývoj sa preto sústreďuje na zníženie ceny palivových článkov, zvýšenie ich zásobnej kapacity a hľadanie spôsobu, ako čo najlacnejšie vybudovať potrebnú podpornú infraštruktúru.

V Európe bola v roku 2004 spustená „Technologická platforma pre vodík a palivové články (HFP)“. Jej cieľom je urýchlenie výskumu a vývoja vodíkových technológií. V platforme má hlavné slovo súkromný sektor, spája však výskumníkov z verejnej i súkromnej sféry, verejné inštitúcie i finančné kruhy.

V marci 2005 predstavila platforma Strategickú výskumnú agendu s cieľom zamerať výskum a podporiť verejné a súkromné investície pre cielené výskumné a vývojové programy. Cieľom programov je uvedenie automobilov s vodíkovým pohonom na trh v roku 2015, podľa mnohých hlasov však nebudú konkurencieschopné prinajmenšom do roku 2020.

Životaschopnosť vodíkových palivových článkov v doprave mali ukázať viaceré pilotné projekty financované EÚ. Program EÚ „Čistá mestská doprava pre Európu“ (CUTE) pomohol uviesť v deviatich európskych mestách (od Amsterdamu po Barcelonu) 27 autobusov využívajúcich vodíkové palivové články. Výsledky projektu, prezentované v máji 2006, jasne ukázali že sú potrebné zlepšenia v oblastiach ako:

  • konštrukcia dizajnu a riadenie bezpečných sietí dodávok a čerpacích staníc vodíka,
  • efektívna výrova a použitie celých ton vodíka pre jeho masové využitie,
  • optimalizácia infraštruktúry.

Pozície

„Otázkou už nie je, či táto technológia funguje, ale kedy bude konkurencieschopná“, povedal komisár pre energetiku Andris Piebalgs pri oznamovaní výsledkov projektu CUTE.

Približne pred rokom predstavila skupina europoslancov „Zelenú vodíkovú chartu“ – iniciatívu, v ktorej žiadali, aby EÚ mobilizovala všetky sily a do roku 2025 prešla na vodíkovú ekonomiku. Europoslanci sa vyslovili v prospech vodíkovej ekonomiky postavenej na využití obnoviteľných zdrojov.

V Spojených štátoch určila Bushova administratíva 1,8 miliardy dolárov počas piatich rokov pre Iniciatívu vodíkového pohonu a komplementárny projekt FreedomCAR. USA a EÚ spolupracujú aj v rámci „Medzinárodného partnerstva pre vodíkovú ekonomiku“.

Ulf Bossel z európskeho Fóra pre palivové články, organizácie podporujúcej technické a vedecké pokroky pri vývoji využitia palivových článkov, spochybňuje „vodíkovú ilúziu“:

„Vodík je čistý len vtedy, ak využíva obnoviteľnú energiu“, tvrdí Bossel. Dodáva, že ak by sa vodíková ekonomika stala realitou, sprevádzal by ju masívny nárast dopytu po elektrickej energii, pričom je nepravdepodobné, že by sa ho podarilo vykryť z obnoviteľných zdrojov.

Podľa Bossela by podstatnú časť nárastu vykryli uhoľné, či atómové elektrárne, so všetkými známymi dôsledkami pre životné prostredie a bezpečnosť.

Ďalším negatívom je, že podstatná časť energie sa stráca počas konverzie elektrickej energie na vodík (pre jej uchovanie) v palivových článkoch a pri spätnej premene na elektrickú energiu.

Vo vyhlásení Fóra pre palivové články sa píše: „Asi tri štvrtiny pôvodnej energie sa stratia pri elektrolýze, kompresii alebo skvapalňovaní, doprave, uchovávaní, transfere a spätnej konverzii na elektrickú energiu v palivových článkoch.“

Dôvodom podľa Bossela je, že „syntetické nosiče energie nemôžu byť efektívnejšie ako energia, z ktorej je vyrobená. Obnoviteľnú energiu lepšie prenášajú elektróny, než vodík.“

Podporovatelia vodíka však tvrdia, že autá s palivovými článkami sú rovnako efektívne, ak nie efektívnejšie, ako konvenčné. „Motory s vnútorným spaľovaním v dnešných automobiloch premieňajú menej ako 30% energie v benzíne na silu, ktorá pohybuje autom“, tvrdí Shell Hydrogen.

„Autá využívajúce elektromotory poháňané vodíkovými palivovými článkami sú omnoho efektívnejšie, využívajú 40-60% z energie pohonnej hmoty.“

Podľa Shell Hydrogen, divízie nadnárodnej korporácie Shell, zaoberajúcej sa vývojom hydrogénového pohonu, sú najväčšie výzvy vo finančnej, nie technickej oblasti. „Z pohľadu vozidla je kľúčovou záležitosťou financovanie premeny z nákladných prototypov na dostupnú masovú produkciu.“

Shell odhaduje, že autá s palivovými článkami sa stanú konkurencieschopné, keď ich ročná produkcia dosiahne celosvetovo milión kusov. „Veríme, že kombináciou technického a výrobného pokroku predpokladaného v najbližších piatich rokoch, s nárastom zmysluplnej globálnej produkcie počas nasledujúcich piatich, či desiatich rokov, sa stanú atraktívne a dostupné autá s palivovými článkami komerčnou realitou.“

Kritika sa však zameriava aj na environmentálne aspekty využitia vodíka v dopravnom sektore. V najnovšom prehľade vedeckých štúdií britskí vedci zistili, že na rozdiel od väčšiny očakávaní je vodík nepriamym skleníkovým plynom s potenciálom zhoršiť globálne otepľovanie.

Výskumníci vedení Richardom Derwentom z Centra pre environmentálnu politiku na londýnskej Imperial College tvrdia, že emisie vodíka vedú k zvýšeniu množstva metánu a ozónu a teda zhoršeniu globálneho otepľovania. Klimatické dopady by podľa nich však boli stále menšie, než v ekonomike fosílnych palív.

Ďalšie kroky

  • Koncom roku 2006: Technologická platforma pre vodík a palivové články predstaví implementačný plán návrhov.
  • December 2006: EÚ prijme 7. rámcový výskumný program s dopravou ako jednou z priorít.
  • Druhá polovica 2007: Technologická platforma pre vodík a palivové články by mala predložiť európsky program priemyselného výskumu, technologického vývoja a demonštrácie vodíkových a palivových článkov (Spoločná technologická iniciatíva – JTI).

REKLAMA

REKLAMA