Je vodíkové palivo nebezpečné?

Hindburská exploze 6. května 1937 v Lakehurst v New Jersey. AFP / Getty Images

Když se hinduistická vzducholoď přiblížila k doku v Lakehurst, New York, 6. května 1937, byl balón, který držel palubu cestujících nahoře, naplněn vodíkem. Tento prvek, nejjednodušší - a nejhojnější - ve vesmíru, má jeden proton a kolem něj se točí jediný elektron. Vodík také váží nejméně ze všech prvků atomově. To může sbalit docela punč, vytvářet obrovské množství energie, když kyslík a zdroj zapálení jsou představeni. Když Hindenburg explodoval, svět byl svědkem síly vodíku.

Když hinduistický večer ukotvil ten květnový večer, vnější kůže kalamáry byla vystavena statické jiskře. Během několika vteřin se vzducholodí roztrhaly plameny a snížily se na kouli plamenů a krouceného kovu. Při katastrofě přišlo o život třicet šest lidí [zdroj: Národní archiv]. A tak rychle, jak Hindenburg hořel, učinil také veřejný názor na vodík. Po mnoho desetiletí po katastrofě byl vodík vnímán skepticky a dokonce i alarm. V souvislosti s prvkem [zdroj: Edwards] byl vyvinut „faktor strachu z vodíku“.

-

V dnešní době, kdy rostou obavy z možného snižování celosvětové nabídky ropy - a zvyšujících se emisí znečišťujících látek z této ropy - výzkumní pracovníci v oblasti energie přehodnocují vodík jako zdroj paliva. Určitě má ohromné ​​množství příslibu: Vodík emituje malé nebo žádné skleníkové plyny (GHG). Hlavními vedlejšími produkty jsou vodní pára a teplo. Vodík má nejvyšší hmotnostní výkon jakéhokoli paliva [zdroj: CECA]. A je to hojné; vodík může být vyráběn mnoha zdroji, od zemního plynu po vodu samotnou.

Otázkou však zůstává: Je vodíkové palivo bezpečným zdrojem energie pro naše automobily? Jak může být vodík dokonce použit jako palivo? Na další stránce je rychlý primer.

-

Technika pro získávání vodíku z vody, průkopnická na University of New South Wales v Austrálii, je demonstrována v roce 2005. Metoda využívá sluneční energii k reakci. Ian Waldie / Getty Images

-Vodík ve skutečnosti není zdroj energie - je to nosič energie [zdroj: CECA]. Vodík nese energii, která se vytváří, když je vyrobena. Je to podobné elektřině: Nemůžeme spalovat elektřinu (což je nosič energie), ale elektřinu lze vyrábět spalováním zdrojů energie, jako je zemní plyn nebo ropa. Poté elektřina přenáší tuto energii na jiná místa, jako jsou zásuvky ve vašem domě.

To znamená, že nositel energie musí dostat energii, kterou má nést, hrubě řečeno. Musíme tedy vytvořit energii k výrobě vodíku. Je to mnohem snazší než konvenční metoda získávání našeho primárního zdroje paliva, oleje. Získání ropy vyžaduje vrtání do zásob, čerpání ze země, její rafinaci a odeslání na čerpací stanici. Používáním vodíku jako zdroje paliva můžeme v podstatě vyrábět vlastní palivo a eliminovat všechny tyto kroky - a možná geopolitický spor, který ropa způsobuje.

Vodík je vytvářen procesem známým jako reformování. Určitě můžeme vyrábět vodík jako prostředek přenosu energie spalováním zemního plynu nebo jiného zdroje paliva na bázi uhlíku. Ve skutečnosti je reformace metanu (oddělování vodíku od uhlovodíků spalováním zemního plynu) v současné době nejvýhodnějším způsobem výroby vodíkových paliv. Ale touto metodou jsme hned na prvním místě, pokud jde o emise skleníkových plynů (GHG). Zatímco proces přenosu energie z vodíku bude čistý, proces vytváření vodíku bude stále spalovat fosilní palivo a emitovat skleníkové plyny..

Stejně jako existují čistší způsoby, jak vyrábět elektřinu (jako je vodní energie), může být vodík také vytvářen čistě větrnou nebo sluneční energií - dokonce i prostřednictvím mikrobů, které jedí řasy a produkují vodík jako odpadní produkt [zdroj: NREL]. Vědci hodnotí tyto metody jako spolehlivé způsoby výroby vodíku bez spalování fosilních paliv. A jiní vymýšlejí nejlepší způsob, jak využít tento vyrobený vodík k pohonu vašeho auta.

-Auto inženýři vymysleli vodík palivové články. Tyto palivové články vytvářejí elektřinu, pomocí které můžete své auto projít elektrochemická konverze. Čistý chemický prvek vodík je rozdělen na proton a elektron, což je proces, který vytváří elektřinu. Když se smísí s kyslíkem, vedlejším produktem procesu je voda. Protože palivový článek nemůže sám vyrobit dostatek elektřiny k pohonu automobilu, musí být články vytvořeny dohromady komíny palivových článků [zdroj: Fuel Economy.gov]. Jakmile dáte dohromady několik hromádek, může se vaše auto přiblížit.

Velkým problémem však zůstává: uložení vodíku na palubu vašeho vozidla. Některé metody se již používají. Vodík může být uložen ve formě vysoce stlačeného plynu nebo extrémně studené kapaliny, jako je kryogenní vodík. Funguje to pro skladování vodíku u palivových čerpadel, ale není to praktické pro přepravu paliva v autě. Kryogenní vodíková kapalina by vyžadovala zvláštní palubní systém, který udržuje palivo v chladu. To by zvýšilo hmotnost, což má vliv na energetickou účinnost vozidla.

Vědci stále zkoumají optimální způsoby skladování a využívání vodíku jako zdroje paliva. Součástí tohoto výzkumu je rozptýlení obav veřejnosti z vodíkových paliv. Věda může být schopna popraskat puzzle s vodíkovým palivem, ale pokud si řidiči stále ještě představí, že budou živí bleskem v kouli bílého plamene po blatníku, kdo by vlastně koupil auto poháněné vodíkem? Možná další stránka zmírní vaše starosti.

Motor elektrického vodíkového článku Fordu na vodíkové články. Auto bylo vystaveno na národní konferenci National Hydrogen Association 2005. Joe Raedle / Getty Images

V mnoha případech je vodík bezpečnější než palivo, které v současné době používáme k pohonu našich aut. Paliva na bázi uhlíku mají tendenci se šířit jako kapaliny (jak víte, pokud jste na pumpu někdy rozlili benzín). Když hoří, konvenční palivo produkuje horký popel a vytváří sálavé teplo. To není případ vodíku. Ve své čisté formě vodík nespaluje žádný uhlík a nevytváří žádný horký popel a velmi malé sálavé teplo [zdroj: RMI]. A co víc, když vodík uniká, rychle stoupá do atmosféry, takže má méně času na spálení [zdroj: Princeton].

A co Hindenburg? Jak zastánci, tak odpůrci vodíkových paliv se ve své debatě zapojili do nešťastného letce. Zatímco odpůrci poukazují na to jako na varovný příběh, zastánci jej považují za osvobození vodíku.

Ačkoli vodík na palubě Hindenburgu určitě hořel neuvěřitelnou silou, katastrofa nezpůsobila vodík - byl to hliníkový prášek. Aby odrážel sluneční světlo, byla v tomto prášku pokryta kůže Hindenburgu, podoba raketového paliva [zdroj: RMI]. A bavlněná tkanina, která tvořila kůži balónku, byla vodotěsná vysoce hořlavým octanem [zdroj: ABC]. Zastáncové vodíku také poukazují na to, že plameny při katastrofě v Hindenburgu spalovaly spíše než ven, protože prvek je tak lehký. To nechávalo cestující v nosiči relativně nerušeně plameny. Třicet pět z 36 Hindenburgových úmrtí bylo výsledkem toho, že cestující vyskočili ze vzducholodi; všichni, kteří zůstali na palubě, přežili [zdroj: RMI].

Úkolem, který představuje skladování vodíkových paliv, je vymyslet způsoby, jak vytvořit skladovací nádrže, které se u budoucích generací nebudou ukázat jako varovný příběh proti vodíku. Jinými slovy, co by vytvořilo nejlepší skladovací nádrž, která by zabránila výbuchu vodíku při dopravní nehodě?

-

Jednou z možností jsou ocelové nádrže. Jsou dostatečně silné, aby sloužily jako spolehlivé nosiče plynného vodíku v automobilech. Pokud dojde k nehodě, ocelová nádrž bude pravděpodobně schopna odolat nárazu, aniž by došlo k propíchnutí nebo prasknutí. Jedním z problémů s ocelí je však to, že vodík je tak lehký a proto méně hustý než benzín. Jakákoli nádrž, která obsahuje natlakované vodíkové palivo, by musela být mnohem větší než konvenční plynová nádrž na vašem autě. Ocelová nádrž by byla docela těžká a snížila by energetickou účinnost.

Zdá se, že kompozitní materiály nabízejí ještě slibnější než ocel. Nádrže vyrobené z polyethylenu jsou lehké, mohou být tvarovány tak, aby se vešly do auta a jsou navrženy tak, aby prášek -- absorbovat energii nárazu, redukovat nádrž na prach a zdánlivě uvolňovat vodík bezpečně do atmosféry [zdroj: Princeton].

Vodík může být nakonec uložen v materiálech, které mohou prvek zadržet a v případě potřeby jej uvolnit. Některé druhy kovů, jako hydrid kovu, mohou zachytit molekuly vodíku ve své skladbě struktury. Zde je vodík bezpečně uložen a uvolňován při zahřívání kovu. Tato technologie je ještě přitažlivější v tom, že teplo potřebné pro uvolňování molekul vodíku z jejich kovových nádrží může pocházet z odpadního tepla produkovaného vodíkovým palivovým článkem [zdroj: DOE].

Nezdá se, že by se „faktor strachu z vodíku“ snažil odrazovat pokračující výzkum jeho životaschopnosti jako zdroje paliva. A pokud svět skutečně vyčerpá ropu, možná budeme muset tyto obavy jednou provždy odložit.

Další informace o vodíkovém palivu a dalších souvisejících tématech naleznete na následující stránce.

Související články

• Kvíz s palivovými články
• Funguje ekonomika vodíku
• Jak fungují palivové články
• Jak fungují Blimps
• Jak elektrická auta fungují
• Alternativní palivo

Další skvělé odkazy

• US DOE Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE) Domovská stránka
• Rocky Mountain Institute
• Hindenburg katastrofické rozhlasové vysílání v národním archivu

Prameny

• Edwards, Peter P. "Náš strach z vodíkových čerpacích stanic." Časy. 21. dubna 2008. http://www.timesonline.co.uk/tol/comment/letters/article3784369.ece
• Kruszelnicki, Karl S. "Hindenburg a vodík." Australská vysílací společnost. 2004. http://www.abc.net.au/science/k2/moments/s1052864.htm
• Murphy, Christian. "Rozlišování zdrojů energie a nosičů." Rada Ameriky pro spotřební energii. 30. července 2003. http://www.cecarf.org/Programs/Fuels/SourcesCarriers.html
• "Vozidla s palivovými články." Kalifornská energetická komise. http://www.consumerenergycenter.org/transportation/fuelcell/index.html
• "Skladování paliva." Princton University. http://www.princeton.edu/~chm333/2002/spring/FuelCells/H_storage.shtml
• "Jak to funguje: palivové články PEM." Fuel Economy.gov. http://www.fueleconomy.gov/feg/fcv_PEM.shtml
• "Fakta o vodíku." Rada Ameriky pro spotřební energii. 2003. http://www.cecarf.org/Programs/Fuels/Fuelfacts/HydrogenFacts.html
• "Výroba a dodávka vodíku." Národní laboratoř pro obnovitelné zdroje energie. 1. června 2007. http://www.nrel.gov/hydrogen/proj_production_delivery.html
• "Je vodík nebezpečný?" Rocky Mountain Institute. http://www.rmi.org/sitepages/pid205.php
• "Kovové hydridy." Ministerstvo energetiky USA. 6. listopadu 2006. http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/storage/metal_hydrides.html
• "Scény z pekla: Herb Morrison - katastrofa v Hindenburgu, 1937." Národní archiv. http://www.archives.gov/exhibits/eyewitness/html.php?section=5