Podľa nedávneho prieskumu spoločnosti KPMG medzi vrcholnými predstaviteľmi spoločností, naftovým vozidlám viac-menej odzvonilo. Elektromobily sú prechodným riešením a budúcnosť patrí vodíku.

Vzhľadom na ešte stále tlejúcu aféru Dieselgate, ktorou koncern Volkswagen de facto odštartoval postupné spoločensko-politické (a výrazne predčasné) zatracovanie naftových vozidiel, majú automobilky zvýšenú potrebu prichádzať s víziami čistej mobility. Ich pozornosť sa teda zamerala na elektromobily. Polovica všetkých manažérov zo 42 štátov sveta sa pre spoločnosť KPMG vyjadrila, že táto problematika je pre nich číslom jedna. A štyri pätiny manažérov sa dokonca domnievajú, že budúcnosťou sú palivové články a nie elektromobily s akumulátorovými batériami. To je určite zaujímavý názor. Čo k nemu ale manažérov vedie? Majú dostatočné vedomosti o tom, čo všetko problematika masového využitia vodíka v doprave predstavuje? Podľa nich je vodíkový pohon oveľa životaschopnejší vzhľadom na čas „dočerpania“. Pravdou je, že vodíkové palivové články riešia problém rýchlosti dopĺňania energie, čo je dnes pri dobíjacích elektromobiloch jeden z hlavných problémov. Existuje však jedna humorná hláška: „Vodík je palivom budúcnosti. A taktiež ním navždy zostane.“ Tento vtip sa traduje už roky a naznačuje, že to s vodíkom rozhodne nie je jednoduché...

Nosič energie
Vodík nie je surovinou, ako sú uhlie, ropa alebo zemný plyn. V prírode sa samostatne v čistej forme nevyskytuje, treba ho teda vyrobiť a to je energeticky náročné. V podstate sa mení iba základná surovina a na získavanie vodíka sa využíva elektrická alebo tepelná energia, ten sa za prispenia kyslíka v palivovom článku premení na elektrickú energiu. Pýtate sa na celkovú efektivitu takejto premeny? Nie je príliš vysoká, ale líši sa podľa spôsobu výroby vodíka. Drvivá väčšina (95 %) sa dnes vyrába z fosílnych zdrojov, a to parným reformingom zo zemného plynu, ktorý sa podieľa na 48 % produkcie. Ďalších 30 % pripadá na výrobu parciálnou oxidáciou z ropy a 18 % na splyňovanie uhlia. Väčšina vodíka vzniká pri týchto procesoch ako vedľajší produkt výroby iných látok a uplatňuje sa v celom rade odvetví. Iba štyri percentá svetovej produkcie vodíka (toho najčistejšieho) sa dnes získavajú elektrolýzou. Pri nej môžeme taktiež najľahšie ilustrovať efektivitu.

Energetická katastrofa
Moderné priemyselné zariadenie na elektrolýzu potrebuje na výrobu jedného kilogramu vodíka asi 50 kWh elektrickej energie, ďalších 15 kWh je potrebných na stlačenie vodíka na tlak 700 barov, ktorým sa plní vodíková Toyota Mirai. A tento jeden kilogram, pri zisku ktorého bolo potrebných 65 kWh elektrickej energie, následne vystačí na absolvovanie vzdialenosti 100 km. Elektromobil využívajúci akumulátorové batérie potrebuje (aj so započítaním strát v prenosovej sústave a pri procese dobíjania) iba asi 23 kWh. Inými slovami, vodíkový Mirai potrebuje na absolvovanie rovnakej vzdialenosti takmer trojnásobok elektrickej energie! Pozrime sa teda radšej na súčasný dominantný spôsob výroby vodíka, teda parný reforming zemného plynu. Na výrobu jedného metra kubického vodíka touto metódou treba okrem zdrojovej suroviny ešte 1,5 kWh elektrickej energie. Na jeden kilogram potrebujeme 11 m³, čo predstavuje spotrebu 16,5 kWh elektrickej energie. K nej treba ešte pripočítať 15 kWh na stlačenie vodíka a máme výsledok: 31,5 kWh. Je to síce lepšie ako pri elektrolýze, ale stále o približne 8,5 kWh na 100 km horšie ako v prípade elektromobilu s akumulátorovými batériami. Je to obdobný rozdiel, ako by ste s rovnakým automobilom s rovnakým výkonom a pri rovnakom štýle jazdy mohli jazdiť so spotrebou 5,0 l/100 km, alebo 6,8 l/100 km... Vodík nás teda rozhodne nezbaví nutnosti vyrábať elektrickú energiu pre elektrifikovanú cestnú dopravu. Pri súčasných technológiách výroby by jej bolo treba ešte viac a k tomu treba ešte taktiež započítať zemný plyn, uhlie alebo ropu. Proces parného reformingu nepatrí navyše medzi najčistejšie, emisie CO₂ zodpovedajú asi 75 g CO₂ na kilometer jazdy. Áno, je to oveľa menej ako dosahujú súčasné automobily so spaľovacími motormi (120 g CO₂/km), ale bezemisné to ani z tohto hľadiska zďaleka nie je. Žiaľ, zástancovia vodíka v doprave uvedené skutočnosti radi prehliadajú, keď poukazujú na neekologické dobíjanie elektromobilov kvôli „nečistej“ energii. Je evidentné, že elektrolýza nepredstavuje cestu vpred, išlo by totiž o zbytočné mrhanie elektrickou energiou pre palivové články. Mimochodom, pre tie má Elon Musk (šéf automobilky Tesla) nelichotivú slovnú hračku – hovorí im Fool Cell namiesto Fuel Cell (v preklade niečo ako článok bláznov). Nijaký dnes známy a v praxi (nie iba laboratórne) vyskúšaný spôsob výroby vodíka nepredstavuje efektívnu cestu k vodíkovej cestnej doprave. Išlo by vlastne iba o komplikovanejší systém, aký poskytuje infraštruktúra dobíjacích elektromobilov, rozširovanie energetických strát a zvyšovanie emisií z výroby elektrickej energie (z tej časti energetického mixu, ktorá je emisná).

Kde vziať a nedrancovať?
Z momentálnej produkcie vodíka ho pre využitie v cestnej doprave veľa nezostáva (používa sa na príklad na výrobu amoniaku a pre ďalšie technické i chemické účely). Na získanie dostatočného množstva vodíka pre masový rozvoj automobilov s palivovými článkami by bolo treba súčasných necelých 60 miliónov ton podstatne navýšiť. A otázkou je, akým spôsobom. Iba kvôli predstave: ak by sme chceli, aby všetky automobily na svete jazdili na vodíkové palivové články, k súčasne produkovaným množstvám vodíka by bolo nutné vyrobiť ďalších asi 230 miliónov ton, teda takmer štvornásobok súčasnej celosvetovej produkcie. Z fosílnych zdrojov to nie je možné, nielen pre ich obmedzené množstvá, ale taktiež preto, že by sa ťažko hľadalo uplatnenie pre obrovské množstvo súbežne vznikajúcich chemikálií. Odhliadnuc od toho, že tieto spôsoby výroby nie sú dvakrát ekologické a vyžadujú, ako sme ilustrovali, ešte viac elektrickej energie ako jednoduché nabíjanie akumulátorových batérií. Teda vraciame sa na začiatok – bez kvalitatívne nových spôsobov veľkovýroby vodíka nedáva masový rozvoj automobilov s palivovými článkami zmysel. Samozrejme, dnes už existujú sľubné a pokrokové metódy výroby. Ide najmä o termochemické cykly štiepenia vody, najmä o takzvaný S-I cyklus, avšak ten je viazaný na zdroje vysokokapacitného tepla, ktorého najlepším dodávateľom sú jadrové elektrárne. Teda bez jadrových elektrární, ideálne s reaktormi štvrtej generácie, ktorých uvedenie sa očakáva niekedy o 20 rokov, nemá zmysel o hromadnom rozšírení automobilovej dopravy na vodík vôbec uvažovať. A musíme iba dúfať, že sa za spomenutých 20 rokov podarí spomenutý S-I cyklus dotiahnuť z čisto laboratórnych testov do podoby masovej produkcie...

Lepšie niečo ako nič
Vodík ale nemožno zatracovať, svoju rolu určite v budúcom energetickom hospodárstve zohrá. Ak ľudstvo nevymyslí nič lepšie, môže ho využívať na uskladňovanie prebytočnej energie zo solárnych alebo veterných elektrární v čase ich špičkového výkonu. Efektivita premeny elektrickej energie elektrolýzou na vodík môže dosahovať až 80 % a ak by sa vodík skladoval namiesto energeticky náročného stláčania viazaním na kovové hydridy vo forme mikročastíc v špeciálnych nádržiach, potom by celý proces určite dával zmysel. Následne by sa mohol vodík v stacionárnych palivových článkoch, ktorých efektivita môže byť výrazne vyššia ako efektivita článkov vhodných pre montáž do automobilov (u tej činí iba asi 50 %), premieňať na elektrickú energiu. Tá by sa potom dodávala do rozvodnej alebo priamo do lokálnej distribučnej siete. Spojenie veľkých solárnych elektrární s takými vodíkovými zásobníkmi energie by bolo zaujímavým riešením, hoci ani tu by celková efektivita (bez započítania efektivity samotného solárneho panelu) výrazne nepresiahla 60 %. Ale stále by to bolo lepšie, ako keby sa nadbytočná energia zo solárnych zdrojov zmarila alebo sa preťažovala distribučná sieť. Pretože ako povedal indický fyzik Homi J. Bhabha: „Žiadna energia nie je drahšia ako žiadna energia.“

Nebezpečný? Áno, ale...
Samostatnou kapitolou je vysoká reaktivita vodíka, ktorý sa ľahko dostáva po zmiešaní so vzduchom do horľavého alebo traskavého stavu. Pri prudkom rozpínaní (rýchly únik z tlakovej fľaše) sa na rozdiel od iných plynov navyše silne zohrieva, teda hrozí jeho explózia. Ak má dnes väčšina motoristov strach z automobilov na CNG, čo by hovorili na vozidlo s nádržou naplnenou vodíkom s tlakom 700 barov? A ako by reagovali napríklad prevádzkovatelia krytých garáží? Realita by nemusela byť až tak desivá, ako katastrofa vzducholode L129 Hindenburg v roku 1937, no nebezpečenstvo veľkého množstva automobilov pohromade s nádržami naplnenými vodíkom pod tlakom 700 barov nemožno rozhodne zľahčovať. A ešte jedno veľké „ale“: Vodík má najmenší atóm zo všetkých prvkov vo vesmíre, teda dosť problematicky sa utesňuje. Pri tlakových nádržiach preto treba vždy rátať s pomalým únikom a teda so stratami pohonnej látky...

Cui bono?
Ako vidno, vodíkový pohon prináša minimálne rovnaké množstvo nových otázok, ako odpovedí na tie súčasné. Prečo teda existuje taká náhla náklonnosť autopriemyslu voči palivovým článkom? Prečo, keď dnes prakticky všetky automobilky intenzívne investujú do elektromobilov s akumulátorovými batériami a do vývoja lacnejších akumulátorových článkov? O prechod na vodík sa zasadzujú vcelku logicky spoločnosti ako Linde, Shell, ÖMV alebo Total. V Nemecku už podpísali s vládou memorandum o výstavbe siete vodíkových plniacich staníc – aj keď ešte pre ne nie sú zatiaľ automobily. Elektromobily s akumulátorovými batériami sú v úplne inej situácii, automobily sú už tu, ich rozvoj brzdí slabá infraštruktúra s vysokovýkonnými nabíjacími stanicami. Akonáhle bude k dispozícii, potom si bežne vystačíme s elektromobilmi ponúkajúcimi reálny dojazd na jedno nabitie 350 km, ktoré dobijeme na vysokovýkonnej stanici počas približne 20 minút. A výrazne nižšie prevádzkové náklady ospravedlnia aj vyššiu nadobúdaciu cenu elektromobilov. Mimochodom, mnoho ľudí kritizuje ceny akumulátorových batérií. Viete, koľko stoja palivové články? Viac ako akumulátorové batérie do Tesly S a neobmedzenú životnosť taktiež nemajú... Ak sa nepodarí nájsť iný spôsob ako „lapať“ nadmernú elektrickú energiu zo solárnych zdrojov, potom môže vodík, ako bolo už spomenuté, poslúžiť ako nosič energie. Ale vodíkové palivové články do osobných automobilov? Zmysel dávajú pri veľkých vozidlách, najmä kamiónoch diaľkovej dopravy, kde sa však už začínajú onjavovať prvé lastovičky v podobe vozidiel s akumulátorovými batériami (rovnako ako pri autobusoch). V prípade osobných automobilov sú však skôr príkladom známeho výroku: „Prečo to robiť jednoducho, keď to ide zložito?“

Trochu histórie
Predchodcovia dnešných palivových článkov sa svetu predstavili už začiatkom devätnásteho storočia. Úplne prvým automobilom poháňaným palivovými článkami sa stal v roku 1966 Chevrolet Electrovan. Masívnejší záujem o tento spôsob pohonu sa strhol v druhej polovici deväťdesiatych rokov. Jedným z predstaviteľov tejto vlny bola aj Honda FCX.

Text: Richard Plos