Vodík vyrobíme v autě a budeme tankovat vodu

Nová technika uchování sluneční energie nám umožní tankovat do auta vodu. Vodík si z ní vyrobíme přímo v motoru. Čerpací stanice se stanou minulostí a do auta budeme házet zinkové tablety.

Výroba vodíku sluneční energií

Pole zrcadel v Izraeli o výkonu 1 MW
Credit: Weitzman Institute

Technologie výroby vodíku reakcí zinku s vodou je známá již velmi dlouho. Jejím problémem je velká energetická náročnost tvorby čistého zinku. Obvykle se vyrábí tepleným rozkladem oxidu zinečnatého (ZnO) zahřátím na teplotu kolem 1750 °C. Ten se sice v přírodě vyskytuje jen vzácně ve formě minerálu zincitu, ale běžný je minerál sfalerit (ZnS), ze kterého lze nepříliš energeticky náročně (pražením za vzniku oxidu siřičitého) získat oxid zinečnatý. Vědce nedávno napadlo, že místo prostého tepelného rozpadu bude lepší využít jeho reakce s uhlíkem za teploty 1200 °C. Vzhledem k ne zrovna extrémně vysoké teplotě se použití čisté netransformované energie slunečního záření jevilo jako vynikající nápad.

Vědci smísili oxid zinečnatý s uhlím, které sloužilo pouze jako zdroj uhlíku – k jeho hoření nedocházelo. Tuto směs umístili do pece, na kterou soustředilo pole zrcadel sluneční záření o výkonu jednoho megawattu (necelá tisícina tepelného výkonu běžného jaderného reaktoru). Při tomto výkonu produkovali průměrně 50 kg čistého zinku za hodinu. Ovšem současně nutně vzniklo nejméně 21,5 kg oxidu uhelnatého, což je jedovatý plyn.

Chemická reakce pro získání čistého zinku

Jak proměnit zinek na vodík

Proměnit zinek na vodík samozřejmě nelze. Ovšem chemickou reakcí vyčištění zinku jsme do něj vložili energii, kterou si můžeme vzít zpátky. Při reakci zinku s vodou za teploty 350 °C, se zinek naváže na kyslík (vytvoří opět oxid zinečnatý) a uvolní dva atomy vodíku. Ty lze hned použít pro pohon automobilu ať již v palivových článcích nebo jako přímo palivo do motoru. Výhodou je, že zároveň se vznikem vodíku, se vyrábí opět oxid zinečnatý, který lze opět recyklovat.

Chemická reakce pro získání vodíku z vody

Automobily na vodu

Jelikož vodík ze zinku a vody vzniká za přijatelné teploty 350 °C, není problém takovou reakci uskutečnit přímo v automobilu. Běžné teploty ve spalovacích motorech jsou ještě vyšší. U budoucích čerpacích stanic tedy budou k dostání spíše zinkové tablety a stojan s destilovanou vodou, než kapalný vodík. Naplní se tak odvěká přání všech motoristů – ježdění na vodu. Cena čistého zinku se pohybuje něco nad jedním dolarem za kilogram (cena zinku vyráběného klasickým tepelným rozpadem z roku 1998). Na první pohled cena docela příznivá, nemyslíte?

Mimochodem, kapalný vodík se mimořádně obtížně skladuje. Stačí si uvědomit, že jsou to pouhé dva protony a ty velmi snadno proklouznou kolem jakéhokoliv těsnění. Pro výrobce zkapalněných plynů je vodík postrachem. Bomba se dvěmi kilogramy kapalného vodíku váží asi 200 kg.

Pro auta nesmyslné

Důležité pro provoz auta na vodu je, kolik zinku a vody s sebou musíme vézt, abychom ujeli nějakou smysluplnou vzdálenost. Je to hodně. Za pomoci jednoho kilogramu zinku a 270 g vody získáme 30 gramů vodíku. Založíme-li úvahu na výhřevnostech paliv, tak benzín má 40 MJ/kg a vodík 120 MJ/kg. Jeden kilogram vodíku tedy nahradí 3 kg benzínu. Při hustotě benzínu 0,7 kg/l by na nahrazení 60litrové nádrže v autě bylo nutné vézt asi 600 kg vody a zinku. To je samozřejmě nesmysl.

Malé auto na vodík

Můžete namítnout, že využití vodíku v palivových článcích by bylo efektivnější. Já nesouhlasím. Tepelná účinnost spalovacích motorů je asi 25 %. U palivových článků je to různé, ale vyjděme z hodnoty 70% účinnosti výroby elektřiny a 70% účinnosti elektromotoru. Už jsme na 49 %. Elektromotor nikdy nebude napájen přímo z palivového článku, ale prostřednictvím akumulátoru. Nehledě na jeho velkou váhu, je obvyklá účinnost asi 80 %. To nám dohromady dá necelých 40 %. A to je také velmi málo. Hmotnost by ještě zvýšily těžké akumulátory na zcela nepoužitelnou hodnotu.

Efektivita výroby vodíku

Ještě jsme si nevyjasnili, jak efektivní je výroba vodíku sluneční energií výše zmíněným způsobem. Nejdříve musíme vzít do úvahy energie na výrobu oxidu zinečnatého ze sfaleritu, potom účinnost získání čistého zinku a následně účinnost reakce zinku s vodou. Konkrétní hodnoty bohužel neznám. Ale při optimistickém odhadu 80 % na reakci vychází celková účinnost 50 %. To není vůbec špatné. Elektrolýza má sice 60 až 70 %, ale elektřinu pro ní musíme vyrobit například ze solárních článků se 30procentní účinností, takže dohromady to dá pouhých 20 %.

Pohroma pro životní prostředí

Zatím jsme však zanedbali oněch 21 kg jedovatého oxidu uhelnatého vznikajících na každých 50 kg zinku a tedy na každých 1,5 kg vodíku. Ekologicky by taková výroba byla pohromou. Spálením 4,5 kg benzínu ekvivalentní 1,5 kg vodíku, jistě nevyprodukujeme 21 kg oxidu uhelnatého. Při výrobě by se tento plyn musel zneškodňovat na (skleníkový plyn) oxid uhličitý (CO₂) a z toho by plynuly další náklady a vznikalo by tak mnohem více zplodin než při používání fosilních paliv.

Jsou vědci zcela nekompetentní?

Nechápu, jak se mohou vědci zabývat již inženýrským řešením takové výroby vodíku, když je po několika jednoduchých výpočtech zřejmé, že praktické využití je vyloučené z mnoha důvodů. Nedělá se takto pouze "věda pro vědu"? Když je při teoretických optimálních podmínkách nemožné, aby takové řešení bylo efektivní, proč se vůbec realizuje? Vědci jen zneužijí toho, že lidé na odpovědných místech nevědí, o co běží. Vydávají optimistické tiskové zprávy a zajišťují si tak popularitu a vysoké platy. Mnohem lepší by bylo investovat peníze do základního výzkumu a aplikované nanotechnologie, když je zřejmé, že současná technologie není schopna vytvořit efektivní způsob výroby vodíku. Takto je to pouze obdoba Cimrmanovského zjištění, že vyfukováním kouře do vody zlato nevzniká.

Další články speciálu Energetická krize:

• Úsporné žárovky – 9. 1. 2006
• Vstřikování vody do motoru – 7. 1. 2006
• Plastové solární články s vyšší účinností – 17. 10. 2005
• Vodík vyrobíme v autě a budeme tankovat vodu – 13. 9. 2005
• Palivové články pro přenosná zařízení – 30. 8. 2005
• Solární články ze špinavého křemíku – 22. 8. 2005
• Těžba ropy na Aljašce asi projde – 15. 8. 2005
• Kanada je nová ropná velmoc – 3. 8. 2005
• Slunečnicový olej pro výrobu vodíku – 25. 8. 2004