Vodík v autě - Zázrak, nebo dokonalé placebo?

Princip vodíkového vyvíječe je jednoduchý. Elektrolýzou vody (H₂O) vznikne směs plynného vodíku (H₂) a kyslíku (O₂), jež je následně vpouštěna do sání. Energii dodává alternátor ve vozidle. Pokud se nyní usmíváte, že zas někdo vymyslel perpetuum mobile (vždyť spálením takto vzniklého plynu nemůžete získat víc energie, než spotřeboval alternátor), ještě zadržte. Auto samozřejmě stále jede na své původní palivo a plyn (označovaný jako HHO či též Brownův plyn) zde má sloužit jen coby katalyzátor zlepšující efektivitu spalování nafty či benzinu. Výsledkem má být nižší hluk, vyšší výkon a pokles spotřeby.

Do zetoru i BMW

Když tři písmena HHO vyťukáte na serveru pro sdílení videí Youtube.com, vyskočí na vás několik stránek krátkých i delších klipů. Na jednom z nich klape mohutný čtyřválec Zetoru 7245 s popisem, jak po instalaci zařízení zvládá orat na vyšší převod než před tím. Na druhém zase krok po kroku

sledujete montáž do trochu jiného dieselu: žádný traktor, ale rovnou BMW X5 dostává příměs HHO do sání. Většina komentářů je polsky – slovanští

bratři jsou evidentně vidinou úspor fascinováni víc než Češi.

I u nás funguje již několik (většinou internetových) prodejců vyvíječů HHO plynu a dalších komponent pro zástavbu do vozidla. Navštívili jsme stránky H2shop.cz a dočetli se, že při zapálení směsi bez HHO plynu dochází k zapálení Doplerovým jevem, tedy ve vlnách. Pokud je však zmíněný plyn přidán, vodík se naváže na uhlovodíky paliva a dochází k objemovému zapálení, tedy rychlejšímu a kvalitnímu vyhoření paliva. Přítomný kyslík čistí motor od karbonů a výsledkem je hladší, tišší chod. To citujeme, ač sami víme, že spalování u dieselových motorů probíhá spíš difuzním způsobem (nešíří se z jednoho bodu jako v zážehovém, ale začíná hořet v celém objemu) a že kyslíku je u vznětových motorů bez škrticí klapky k dispozici víc než dost i ze vzduchu – ta trocha ze skromného bublání ve 12V vyvíječi nemůže mít proti tomu zásadnější význam.

Mohlo by to mít logiku

Přesto nám se středoškolskými znalostmi chemie přidávání vodíku do sání jistou logiku dává. Představujeme si, že plynný vodík začne působením kompresního tepla hořet rychleji než kapalná nafta, která se nejdříve musí odpařit. A že tak zkrátí takzvanou tepelnou prodlevu vznícení, tedy čas od počátku vstřiku do počátku spalování. Expanzní tlak tak začne působit dříve a na píst tlačí po větší část jeho pracovního zdvihu. Více energie z paliva se změní na práci a menší díl vylétne výfukem – na podobném principu fungují různé značkové (aditivované) nafty. U nich to nedělá vodík, ale takzvaný 2-etylhexylnitrát (nitráty jsou obvykle výbušné látky).

Dále víme, že třeba v rafineriích se vodík používá k takzvanému hydrokrakování. Tedy že v jeho přítomnosti se dlouhé molekuly hustých těžkých

a pro motory nevhodných uhlovodíků mění na kratší, z palivářského pohledu vhodnější. Tak by si dle chemických znalostí redakce Světa motorů i českých kutilů mohl vodík „předpřipravit“ naftu pro lepší spalování a hlavně pomoci shořet i karbonovým úsadám, které zhoršují funkci starších motorů. Potvrzuje nám to Jan Čížek, majitel H2shopu: „Čím těžší palivo, tím větší benefity mu HHO technologie přináší. Největší výhody má pro diesely, o něco menší pro benzinové motory a nejmenší pro plynové.“

To mimochodem dokládají na Youtube.com někteří z Poláků, kteří šetří opravdu všemi způsoby. Třeba do svých vyběhaných transporterů a sprinterů místo nafty lijí rostlinné, použité hydraulické či transformátorové oleje. Chemiky prosíme, ať nemlátí vztekle časopisem do stolu nad naší naivitou už

nyní, ale laskavě dočtou na konec. Tam si přijdou na své i oni.

Zkoušelo se to pro kamiony

Že vodík přiváděný do sání může mít nějaký význam, nám potvrzuje i Petr Říha, vedoucí zkušebny Dekra. Vzpomněl si, že před pár lety existovaly

snahy o homologaci podobného zařízení pro nákladní automobily, kde to prý opravdu zvyšovalo účinnost. „Zařízení, o jejichž schválení k provozu

se uvažovalo, si zásobu plynu vyráběla do tlakového zásobníku, což je drahá a potenciálně nebezpečná věc. A poté jej dávkovala do sání podle zátěže motoru,“ říká Říha a naráží tím na fakt, že v současnosti rychle se šířící systémy jsou podstatně jednodušší. Vyvíjejí stále stejné množství plynu, jehož podíl v sání tak kolísá podle otáček a zátěže.

Říhy se samozřejmě ptáme na legálnost provozu auta, pod jehož kapotou bublá elektrolýza. A po nutných frázích typu „montáž neschváleného zařízení není možná“ se dostáváme ke způsobu, kterým s nimi majitelé bez problémů procházejí na STK: Prostě tvrdí, že to nic nedělá, neovlivňuje výkon motoru, emise, elektromagnetické vyzařování ani bezpečnost. Pracovník kontrolní stanice se obvykle vykašle na to, aby vaše tvrzení rozporoval. Kolegové glosující přípravu materiálu trousí vtípky o katastrofě vzducholodi Hindenburg, ale toto riziko můžeme zavrhnout i bez konzultací s odborníky. Pokud se vody na plyn změní jen čtyři deci na 1000 km, je jasné, že jej nikdy nebude tolik, abyste s vozem vylétli do povětří. Navíc u jednoduchých systémů se plyn nikde neskladuje – jak na elektrodách vznikne, probublá přes nádržku a proudí do sání.

Na brzdě: vypadá to slibně

Na základě zmíněných předpokladů jsme se rozhodli dát poněkud pofidérní věci šanci a od nadšence Gustava Havla (viz rozhovor na další straně) si k měření zapůjčili Volkswagen Transporter T4 z roku 1996 v obzvláště charismatickém provedení 2.4 D o výkonu 57 kW. Atmosférický předkomůrkový pětiválec má krásný zvuk a táhne nevýrazně, ale velmi plynule. Spolehlivost tohoto modelu je vyhlášená a majitel si jej nemůže vynachválit – z celkových 240 000 najetých kilometrů sám odkroutil už sto tisíc, posledních deset pak s instalovaným vyvíječem vodíkového plynu.

Jako první jedeme na válcovou zkušebnu výkonu pražského servisu Auto Jarov. Pan Krejsa si během chvíle vzpomíná, jak naměřit otáčky u dieselu bez elektroniky – vytahuje indukční kleště, připojuje je na alternátor a za chvíli už „brzda“ může přepočítat poměr mezi otáčkami kol a motoru. Při prvním brzdění máme vodíkový vyvíječ vypnutý, při druhém zapnutý. Rozdíl? Jeden kilowatt a tři newtonmetry. Že to není žádný zázrak? To bychom se hádali. U atmosférického dieselu, do nějž nemáte jak přivést více vzduchu, se každý koník navíc hledá nesmírně obtížně a je pak při jízdě dost cítit.

To spíš uznáme argument o nejistotě dynamického měření výkonu, i když u dvou těsně za sebou a za stejných podmínek uskutečněných následujících měření bychom se na základě letitých zkušenosti s jarovskou brzdou vsadili, že tam ten kilowatt navíc prostě je.

Emise: a přišlo zklamání

Povzbuzeni úspěchem (ono to opravdu něco dělá!) míříme za předním českým expertem na měření emisí Liborem Fleischhansem z firmy IHR Technika. Ten dělá emisní analýzy i pro mladoboleslavský vývoj a se starým transporterem si určitě poradí. Souká rozložitou dodávku do své laboratoře a připojuje diagnostickou stanici AVL-Ditest. S ní umí měřit nejen škodliviny kontrolované při povinných měřeních emisí (saze, oxid uhelnatý, nespálené uhlovodíky), ale i oxidy dusíku, které se hodnotí jen během homologací.

A zde přichází zklamání: zapnutí vyvíječe nemá na složení spalin žádný okamžitý vliv. Fleischhans si však všímá, že zejména nespálené uhlovodíky jsou zde nižší, než u tak koncepčně starých motorů obvykle bývají. O to víc, když už mají něco najeto. Hodnoty nespálených uhlovodíků zůstaly pod hranicí 4 ppm (parts per million – jedna miliontina). Dokázali bychom tak věřit slovům majitele, že se motor po namontování HHO sady ztišil, jelikož se vyčistil. A teď už funguje velice dobře, i když vodík zrovna do sání neproudí.

Přímý a okamžitý vliv vodíkového plynu na kvalitu spalování nafty jsme však tímto měřením neprokázali. Nicméně technická praxe se pravidelně řídí Murphyho zákony a každé měření napne všechny své nejistoty a tolerance vždy tak, aby popřelo fyzikální předpoklady a zbortilo i sebedokonalejší teorii. S otázkou, zda nám přesto mezi prsty neproklouzává zázrak, který automobilky do svých vozů nemontují v rámci nějakého globálního antiekologického spiknutí, míříme za Vladimírem Matějovským, předním českým odborníkem na automobilová paliva a maziva. Rozzuření chemici si laskavě znovu sednou, teď přijde něco pro ně.

Teoreticky vzato nefunguje

Jako první nám vyvrací teorii, že vodík začne hořet dřív a urychlí tím vznícení nafty: „Vodík má oktanové číslo 60, čemuž odpovídá cetanové 33, takže

určitě nezačne hořet dřív než nafta.“ Pro nechemiky vysvětlíme, že cetanové číslo určuje schopnost paliva vznítit se působením kompresního tepla. Norma pro motorovou naftu požaduje minimálně 51, prémiové nafty mívají až 60 jednotek. „Jediné, co mě napadá a čím mohu částečně potvrdit proklamace prodejců, je fakt, že plamen vodíku se šíří čtyřikrát rychleji než plamen nafty. Proto by skutečně mohl nějakým způsobem zdokonalit

prohořívání nafty ve spalovacích prostorech,“ vysvětluje Matějovský. A kolik že toho vodíku do sání proudí? Nevíme, změřené to zatím nemá ani pan Čížek z H2shopu. Tak udáváme jen spotřebu vody ze zkušeností majitele měřeného volkswagenu – 0,4 l na 1000 km. „To je strašně málo. Z litru vody vznikne zhruba 110 g vodíku, ve vašem případě je to jen 50 g na 1000 km,“ prozrazuje.

A co možnost, že za přítomnosti vodíku díky hydrokrakování shoří karbonové úsady, které u starších motorů mohou třeba narušovat víření (prohoření

směsi) v předkomůrkách či zalepovat pístní kroužky a tím zhoršovat kompresi? „Je hezké, že tušíte něco o hydrokrakování. Měli byste však také vědět, že nefunguje v prostředí, kde je kyslík. A hlavně u látek v tuhém skupenství probíhá obvykle velmi pomalu a jsou k němu potřeba další katalyzátory,“ rozbíjí nám Matějovský i druhou teorii.

Co tak míň šlapat na plyn?

Sečteno a podtrženo nám vychází, že rychlejší šíření plamene vodíku může mít nějaký význam u motorů, které mají už se spalováním problém – třeba proto, že komprese vyběhaných válců je slabá a volné vstřikovače dělají příliš velké kapky. Tím by se vysvětlila sláva HHO v Polsku. Tamní transportery mívají najeto mnohem více než modrý na našich snímcích. Úspora pocítěná českými majiteli však bude spíš placebo efektem, který u zařízení snižujících spotřebu paliva funguje ještě lépe než u léků. Když vynaložíte peníze na koupi a um na montáž HHO vyvíječe, těšíte se samozřejmě na úsporu. Při měření spotřeby se možná snažíte jet normálně, přesto pravou nohu putující k podlaze v mnoha situacích už tak nějak instinktivně tentokráte zadrží rozum: „Přece si nepokazím průměr zběsilou akcelerací.“ Známe to i z redakce: jakmile se vyřkne sousloví měření spotřeby, jedou řidiči okamžitě úsporněji. A k tomu, abyste míň šlapali na plyn, si nemusíte do auta nic montovat.

Jak to funguje

Hlavní součástí zařízení je generátor HHO plynu 1, v němž probíhá elektrolýza vody. Obvykle má čtyři až šest elektrod, mezi něž se dělí napětí 12 V, které je samo o sobě příliš vysoké. Nádrži, v níž je zásoba vody 2, říkají obchodníci bubler. Plyn totiž přes ni probublává zpět. K vedení plynu do sání slouží hadička 3 osazená zpětným ventilem. Nejlepší je silikonová, protože se neroztaví při styku s horkými částmi motoru. Vodu je záhodno používat destilovanou, aby se elektrody nezanášely minerály. Taková však má velmi vysoký odpor a elektrolýza by v ní probíhala jen pomalu. Pro snížení se hodí řada látek, nejpoužívanější je asi hydroxid draselný 4. Použít lze spoustu jiných látek, které neleptají: třeba jedlou sodu či vinný ocet. Při elektrolýze se spotřebovává jen voda, hydroxid zůstává. Problém představují mrazy. Lze přidat alkohol (třeba isopropylalkohol), při jízdě se však vypařuje a při každé odstávce vozidla jej musíte dolít znovu. Nebo vytvořit směs 28 procenty hydroxidu draselného (KOH), která už nezamrzá. Elektrolýza v ní však probíhá až moc snadno a z alternátoru by to bralo 80 A, což leckterý ani nemá. Proto musíte připlatit jeden až dva tisíce za reduktor proudu 5.

technika svetmotoru