11.4. 2017 Tomáš Dusil Tomáš Dusil

Vodík kontra akumulátor: Proč je vodík na ústupu?

 

Ještě před deseti lety byl vodík coby palivo v kurzu. Dnes od této technologie mnozí odstupují, případně její vývoj odsouvají.

Zástupci nejstarší světové automobilky se nechali nedávno slyšet, že končí s vývojem automobilů, jejichž primárním palivem je vodík. Přitom ještě před pár lety tato značka v tuto technologii dost věřila. Už v roce 2009 proto na trh uvedla vůz Mercedes-Benz třídy B s příznačným názvem F-Cell. Podle vyjádření Mercedesu však s léty došlo k dalšímu vývoji klasických akumulátorů, které jsou stále lacinější a současně se zvyšuje jejich kapacita. Naopak vývoj vodíkového pohonu se zdá být stále méně progresivní. Přesto ještě v roce 2018 uvede Mercedes-Benz svůj poslední „vodíkový“ vůz GLC F-Cell. Zajímavé je, že třeba Toyota to vidí přesně obráceně než Mercedes-Benz a s vodíkovými auty chce spojit svoji budoucnost.

Vodík je úvodním prvkem v Mendělejově periodické tabulce prvků. V přírodě je však téměř výhradně vázaný na jiné prvky. Samostatně se tudíž prakticky nevyskytuje. Pokud jej chceme vytěsnit, nejčastěji se tak děje při zpracování zemního plynu. Možností, jak jej získávat, je ale více, přičemž suroviny, v nichž je obsažen, jsou takzvaně obnovitelné. Sem patří biomasa i voda. Z toho vyplývá, že zásoby vodíku jsou v zásadě nevyčerpatelné.

Mercedes-Benz A E-Cell, B F-Cell, Vito E-Cell: První jízdní dojmy

Z pohledu ekologie je navíc vodík žádoucí, neboť jeho spalováním vzniká pouze vodní pára. Pokud se získává z bioethanolu, tak sice vzniká oxid uhličitý, ovšem v takovém množství, které dokáže pohltit biomasa za účelem svého růstu.

Dvě cesty „vodíkové“

Využití vodíku k pohonu automobilů je možné dvěma způsoby. Prvním je jeho spalování přímo ve spalovacím motoru namísto benzínu. Touto cestou jde kupříkladu automobilka BMW, která na této technologii pracuje už několik desetiletí.

Přímé spalování vodíku má však některá úskalí. Předně spalovací motor na vodík dosahuje asi polovičního výkonu oproti stejně objemnému agregátu, který spaluje benzin. Důvodem je hustota energie. Zatímco benzin ji má přibližně 34,6 MJ/l (megajoulů) na jeden litr, vodík v kapalném stavu dosahuje pouhých 10,1 MJ/l. To znamená, že při použití vodíku coby paliva potřebujeme motory o velkém zdvihovém objemu. Proto se vodík u BMW rozšířil pouze v řadě 7 poháněné obřím dvanáctiválcem. Jeho spotřeba se v daném motoru pohybovala na hodnotě 47,6 l na 100 km oproti 13,9 l benzinu na 100 km. Motor spalující vodík tak dosahuje velice nízké účinnosti. Tudy tedy cesta nepovede.

Hyundai FE Fuel Cell Concept přijíždí s novou generací palivových článků

Druhou možností, která se ukazuje jako lepší, je využít vodík k výrobě elektrické energie a to v palivových článcích. Jejich princip je sice známý už od poloviny 19. století, ovšem k jejich praktickému využití to trvalo dalších přibližně sto let. Palivový článek se tak v praxi uplatnil až v 60. letech v souvislosti s kosmickými lety, konkrétně při letech lidí na Měsíc v rámci programu Apollo (vzpomínáte na havárii Apolla 13?).

Při použití palivových článků je vozidlo poháněno elektromotorem. Z palivových článků se tak získává elektrická energie pro jeho napájení. Kromě zmíněného Mercedesu, který ale tuto technologii opouští, se pohonem využívajícím palivové články zabývá již zmíněná Toyota, Hyundai a také Honda.

Chce se mu unikat

Použití vodíku v automobilech je problematické už z pozice jeho skladování. Jelikož má vodík velmi malou atomovou velikost, je současně dost těkavý. To znamená, že má tendenci ze skladovacích nádrží unikat. Aby se tomu zabránilo, musí být skladován stlačený nebo v kapalném stavu při velmi nízké teplotě.

Pokud skladujeme vodík v kapalném skupenství, musíme použít tlakovou nádobu důkladně izolovanou od okolního teplého prostředí. Kapalný vodík se totiž skladuje při teplotě přibližně -253 °C. Tento typ nádrží je navíc dost nestabilní, což zvyšuje riziko v případě nehody.

Pro využití vodíku pro palivové články se používají metalhydridové nádrže v nichž je vodík uložen v kovových pórech. Jejich materiálem je hořčík nebo slitiny titanu, vanadu, chromu železa či kobaltu. Při čerpání vodíku z uvedené nádrže se uvolňuje teplo, neboť k tomu, aby bylo možné vodík čerpat, je třeba nádrž (zásobník) ohřát. Při tom se využívá odpadní teplo z palivových článků. Tento typ nádrže je asi nejvhodnější. Poslední je nádrž na methanol. Ten má však výrazně korozivní účinky, tudíž nádrž vyžaduje dost speciální konstrukci. Navíc výpary z methanolu jsou jedovaté.

Mercedes-Benz odepsal vodík. Budoucnost vidí jinde

Elektřina i snadné tankování

Elektromobily mohou coby zdroj elektrické energie potřebné pro napájení hnacího elektromotoru využívat akumulátor nebo palivový článek, přičemž zde se jako palivo používá právě vodík. Rozdíl mezi oběma koncepcemi je propastný.

Stejně jako akumulátor má i palivový článek ve svých útrobách dvě elektrody. Na zápornou elektrodu (katodu) se přivádí palivo, tedy vodík. Na kladnou, tedy anodu, je přivedeno okysličovadlo. Mezi elektrodami je vložena membrána, jejímž úkolem je zabraňovat pochodu volných elektronů mezi elektrodami. Tím lze pochod elektronů usměrnit přes elektrický obvod, čímž vzniká elektrická energie.

Vodíkový Hyundai ix35 Fuel Cell zamíří k prvním zákazníkům

Elektrody v palivovém článku mají oproti těm v akumulátoru výhodu, že se aktivně neúčastní chemické reakce. Slouží pouze jako katalyzátor, takže nedochází k jejich opotřebení. Palivový článek tedy sám není zásobníkem energie. Jeho rolí je převodník mezi mezi chemickou energií vodíku a elektrickou energií.

Palivových článků existuje několik typů. Bez ohledu na to měly palivový články v minulosti problém s operační teplotou. Při nízkých teplotách tak mohlo dojít k jejich zamrznutí. Způsobovala to voda, jež byla odlučována ze vzduchu vystupujícího z článků, přičemž se následně opět vstřikovala do přívodního vzduchu. U modernějších článků se podařilo snížit nejnižší pracovní teplotu z 0 stupňů až na mínus 25 až 30 stupňům .

Co je tedy hlavní předností palivových článků v porovnání s akumulátory? Kromě mnohem nižšího opotřebení elektrod je to zejména zachování stávajícího způsobu tankování paliva. Prostě vodík natankujete stejně rychle jako benzin, zatímco akumulátor dobíjíte i při použití rychlonabíjení se stejnosměrným proudem desítky minut. Při použití konvenčního nabíjení, tedy z klasické sítové zásuvky 230V/50 Hz střídavých, to trvá několik hodin.

Další výhodou je nižší hmotnost vozidla, neboť článek spolu s vodíkovou nádrží váží méně než sestava akumulátorů. Další výhodou je dojezd auta na jedno tankování, který je srovnatelný se spalovacím motorem. Faktem je, že v této oblasti dochází u elektromobilů s bateriemi k neustálému zlepšování.

Obrovskou nevýhodou palivových článků však zůstává jejich vysoká cena. Na rozdíl od baterek se totiž nijak výrazně nezlevňují. Důvodem je použití nákladných materiálů k jejich výrobě. Navíc jich je málo, takže zde nelze uplatnit cenový efekt hromadné výroby. Nákladná zůstává rovněž výroba vodíku.

Spolupracujeme s TipCars.com
Budujme stát pro 40 milionů lidí: přečtěte si, u koho se inspiruje Babiš Budujme stát pro 40 milionů lidí: přečtěte si, u koho se inspiruje Babiš

Vize Jana Antonína Bati i po desítkách let inspirují…

Reportáž: Z Černobylu se stala turistická atrakce, agentury ho dojí, jak to jen jde Reportáž: Z Černobylu se stala turistická atrakce, agentury ho dojí, jak to jen jde

Havárie černobylské elektrárny před 31 lety znamenala…

Evropská centrální banka zavře dvě problémové italské banky Evropská centrální banka zavře dvě problémové italské banky

Evropská centrální banka (ECB) oznámila, že dvě…

 

Štítky Technika

 

Přidat názorDiskuse: Vodík kontra akumulátor: Proč je vodík na ústupu?







Doporučujeme
Když policista řídí provoz na křižovatce. Víte, co znamenají jeho gesta? Když policista řídí provoz na křižovatce. Víte, co znamenají jeho gesta?

Policista řídící provoz na křižovatce mnohé řidiče mate.…

Nejlevnější auta s dvanáctiválcovým motorem: Ve znamení německých sedanů Nejlevnější auta s dvanáctiválcovým motorem: Ve znamení německých sedanů

Dvanáctiválcový motor představuje jakousi magickou…

 

AutoRevue
Poprvé s vodíkovou Toyotou na našich silnicích. (A také jsme pili její odpad) Poprvé s vodíkovou Toyotou na našich silnicích. (A také jsme pili její odpad)

Tuzemské zastoupení Toyoty, která letos slaví dvacetileté…

Pneumatikáři zklamali. Kvůli nim nemůže jet Bugatti Chiron 300 mil za hodinu Pneumatikáři zklamali. Kvůli nim nemůže jet Bugatti Chiron 300 mil za hodinu

Chiron měl nelehký úkol – překonat Veyron. Prozatím však…

 






 
Zázračné přípravky do paliva: Opravdu snižují spotřebu a zvyšují výkon?

Zázračné přípravky do paliva: Opravdu snižují spotřebu a zvyšují výkon?

Dnes 08:00

Náš speciální přípravek nahradí až čtyři běžné přípravky, sníží spotřebu na polovinu, zvýší výkon o 300 % a prodlouží život motoru o deset let. Samozřejmě jen když tomu uvěříte.




Blesk.cz

Žena s obřími airbagy: Třináctky ukazuje na požádání

Žena s obřími airbagy: Třináctky ukazuje na požádání

Trojnásobná mamka Sharon Perkins (51) se pyšní titulem největší kozatice ve Velké Británii. Její umělé třináctky…

Ministerstvo „sedí“ na bankovním trezoru. Bohatí majitelé sbírali kompro

Ministerstvo „sedí“ na bankovním trezoru. Bohatí…

Jako bankovní dům byl původně postaven Petschkův palác, který neslavně proslul během druhé světové války…

 

iSport.cz

MATEMATIKA: Češi, nebo Slováci? O postupu rozhodne skóre, možná i karty

MATEMATIKA: Češi, nebo Slováci? O postupu rozhodne…

Tak to se nečekalo! Portugalci porazili na EURO do 21 let v Polsku Makedonce jen 4:2 a jsou ze hry o postup do…

Brémy dál chtějí Pavlenku! Zvýšily nabídku, Slavii dávají 80 milionů

Brémy dál chtějí Pavlenku! Zvýšily nabídku, Slavii…

Zájem bundesligového klubu Werderu Brémy o slávistického brankáře Jiřího Pavlenku neutuchá, podle informací…

 

Reflex.cz

Nakrmit ovce, podojit kozu, posekat louku... Na den farmářem? Proč ne

Nakrmit ovce, podojit kozu, posekat louku... Na den…

Zážitková agroturistika je fenomén, který existuje už nějaký ten pátek, ale masově nijak nepropukl. Nabízí totiž…

Štýrský dýňový olej: Rakouský polní léčitel

Štýrský dýňový olej: Rakouský polní léčitel

Štýrský dýňový olej má tak blahodárné účinky na tělo i duši, že se mu přezdívá černé zlato.