Jaké.auto Informace o autech podle značky a modelu

Vodík kontra akumulátor: Proč je vodík na ústupu?

Tomáš Dusil Tomáš Dusil 11. 4. 2017
8
152
Zobrazit náhledy (8)
Abarth Abarth Abarth
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.

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.

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.

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.

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.

Související články

Témata
Autorizovaný prodej Servis osobních aut Autobazary Pneuservisy Náhradní díly

Diskuse: Přidat názor

Avatar - Hammunasakra
Pár čísel a k tomu klima
| 15. 4. 2017
:yes: :yes: :-!
Pár čísel a k tomu klima
| 13. 4. 2017
Tak tak.
A jak říkává pan doktor Koukolík:
"Jednoduchá lež je stravitelnější než složitá pravda."
jo tak ekologicke :D
| 13. 4. 2017
:yes: V podstatě je to otázka pravděpodobnosti dosažení potřebného stavu. Při nižších teplotách je nižší, tedy uniká méně molekul. Při vyšších vyšší, tedy uniká více molekul. Když už jsi to vzal takhle ze široka, ještě můžeme zmínit, že voda může být kapalná i pod bodem mrazu (tzv. podchlazená). To je samo o sobě zajímavé téma. A ještě drobnost, u nás se říká, že voda vře, ne vaří (to by bylo se vaří).
Pár čísel a k tomu klima
| 13. 4. 2017
Pre zelených fakty neplatia: [odkaz]
No a to, že sa tam občas odtrhne kus ľadu súvisi hlavne s týmto "Podíváte-li se na tu část Antarktidy, která se ve 20.století nejvíce oteplila, nápadně se to shoduje s rozmístěním sopek, které dýmají pod ledem či pod mořskou hladinou a ohřívají tající ledovce zespodu."
[odkaz]
Ale kto by sa v dnešnej dobe zaoberal faktami, keď demagógia je to čo davy žerú.
Pár čísel a k tomu klima
| 13. 4. 2017
Z vrtů v antarktickém a grónském ledovci je přeci vidět střídání srážkových maxim a minim na jižní a severní polokouli - až statisíce i řádově více let zpátky. Ze spraší rovněž. O dávném podnebí na Zemi se toho ví už hodně. Jen se to nehodí do krámu tzv. ekologistům. Oteplování se seriózně nepopírá, jak jsem už psal.

Bazar

Kupte nebo prodejte auto za nejlepší ceny
Vložit inzerát Zobrazit nabídku