Hype o vodíku

Auta na vodík a palivové články jsou mohutně propagována. Americké ministerstvo energetiky je učinilo ústředním bodem svého úsilí o čistou energii. Stát Kalifornie uvedl, že v příštích několika letech postaví vodíkovou dálnici s vodíkovými čerpacími stanicemi každých 20 mil podél hlavních dálnic. General Motors vynakládá více než čtvrtinu svého rozpočtu na výzkum na vozidla s palivovými články a Larry Burns, viceprezident GM pro výzkum, vývoj a plánování, v únoru prohlásil, že společnost bude mít do roku 2010 komerčně životaschopné vozidlo s palivovými články.

Přesto přes všechen tento humbuk zůstanou auta na vodík pravděpodobně horší než nejlepší benzinově-elektrická hybridní vozidla, jako je Toyota Prius, prakticky ve všech ohledech – náklady, dojezd, roční vyúčtování paliva, pohodlí a bezpečnost minimálně do roku 2030. Prius budou mít dokonce nižší celkové emise mnoha znečišťujících látek než auta na vodík, který bude pravděpodobně v dohledné době k dispozici na čerpacích stanicích. A předčasný posun směrem k vodíkovým autům by podkopal úsilí o snížení emisí oxidu uhličitého, které zachycují teplo, které způsobují globální změnu klimatu.

Aby se vodíková auta stala jak praktickými z pohledu spotřebitele, tak žádoucími z hlediska životního prostředí, bude vyžadovat alespoň tři zásadní technologické průlomy. Kromě toho bude muset země dramaticky posunout svou energetickou politiku směrem k obnovitelným zdrojům energie, jako je vítr a slunce.

Nechápejte mě špatně. Jsem velkým zastáncem vodíku jako možného paliva budoucnosti. Ve skutečnosti jsem pomáhal dohlížet na program ministerstva energetiky pro čistou energii, včetně vodíku, po většinu devadesátých let – během této doby jsme desetkrát zvýšili financování vodíkových technologií. Domnívám se, že pokračující výzkum vodíku zůstává důležitý, protože má potenciál poskytnout po roce 2030 náhradu ropy bez znečištění.

Ale překračovat hranice výzkumu a vývoje v tomto bodě a skutečně budovat vodíkovou infrastrukturu – jak mnozí obhajují – je neopodstatněné a nemoudré. Jak Peter Flynn, profesor inženýrství na University of Alberta, uzavřel ve studii z roku 2002 o snaze komercializovat vozidla na zemní plyn: Přehnaná tvrzení poškodila důvěryhodnost alternativních dopravních paliv a zpomalila jejich přijetí, zejména velkými komerčními odběrateli.

Podívejme se stručně na to, proč mají vodíková auta ještě daleko k tomu, aby dávaly smysl.

Je to drahé

Ve vodíkové ekonomice by hlavním nosičem energie byl vodík, který se vyrábí ze zdrojů energie bez znečištění. Tento cíl stojí na dvou pilířích: zdroj vodíku bez znečištění a zařízení pro čistou přeměnu tohoto vodíku na užitečnou energii (palivový článek).

Vodík není snadno dostupným zdrojem energie jako uhlí nebo vítr. Je pevně vázán v molekulách, jako je voda (H20) a zemní plyn (primárně složený z metanu nebo CH4), takže jeho těžba a čištění je drahé a energeticky náročné. Více než 95 procent vodíku v USA se dnes vyrábí ze zemního plynu, protože to je nejlevnější metoda. Dodávka vodíku ze zemního plynu do nádrže auta s palivovými články v použitelné formě stojí čtyřikrát tolik než benzín s ekvivalentním množstvím energie. Vodík ze zdrojů bez znečištění, jako jsou obnovitelné zdroje, je ještě dražší. Vodíková infrastruktura postavená na stávajících nebo téměř komerčních technologiích by podle nejkomplexnějšího stála více než 600 miliard dolarů studie provedla Argonne National Laboratory.

Palivové články jsou malá, modulární, elektrochemická zařízení podobná bateriím, která však mohou být nepřetržitě zásobována palivem. Palivový článek přijímá vodík a kyslík a vydává elektřinu a teplo; jeho jedinými emisemi je voda. Zní to jako energetický všelék – ale dnes, více než 160 let poté, co byl vyroben první palivový článek, a po více než 15 miliardách dolarů ve veřejných a soukromých výdajích, technologie palivových článků stále nedosáhla velkého komerčního úspěchu.

Technické výzvy jsou obrovské. V září 2003 panel amerického ministerstva energetiky o potřebách základního výzkumu pro vodíkovou ekonomiku, kterému předsedala profesorka fyziky a elektrotechniky z MIT Mildred Dresselhausová, uvedla, že palivové články pro dopravu jsou 100krát dražší než spalovací motory. Nejvyspělejší systémy skladování vodíku – využívající ultravysoký tlak – obsahují sedm až desetkrát méně energie na jednotku objemu než benzín a vyžadují značné množství kompresní energie. Zrovna minulý měsíc došel prestižní panel Národní akademie věd k závěru, že takové úložiště má jen malý příslib dlouhodobé praktičnosti. A zpráva zveřejněná tento měsíc Americkou fyzickou společností dospěla k závěru, že k vyřešení problému s ukládáním je třeba objevit nový materiál.

Panel ministerstva energetiky poznamenal, že náklady na výrobu vodíku by musely být čtyřikrát sníženy, aby byl vodík ekonomicky konkurenceschopný vůči dnešním fosilním palivům. Zásadní pokrok by byl rovněž zapotřebí v oblasti vodíkové infrastruktury a bezpečnosti. Panel dospěl k závěru, že tyto mezery nelze překlenout postupnými pokroky současného stavu techniky, ale místo toho vyžadují revoluční koncepční průlomy.

Pokud to zní, že to bude trvat dlouho, než uvidíme komerčně životaschopný produkt na trhu, nemělo by to být žádné překvapení. Průlomy, které revolučním způsobem změní energetické technologie, jsou vzácné. Větrné a solární energii trvalo každých asi 20 let, než došlo k desetinásobnému poklesu cen, po velkých vládních a soukromých investicích do výzkumu a vývoje a zavádění – a stále představují méně než jedno procento výroby elektřiny v USA.

Vozidla na alternativní paliva (AFV) jsou větší výzvou, protože musí překonat bilionovou investici do infrastruktury pro benzin. Dva hlavní snahy o komercializaci AFV v posledních dvou desetiletích – elektrická vozidla a vozidla na zemní plyn – selhaly, přestože elektřina a zemní plyn jsou široce dostupné a levné. Naproti tomu vodík není téměř nikde dostupný a je poměrně drahý. Naše auta a naše palivová infrastruktura jsou navrženy pro kapalná paliva, která mají vysokou energetickou hustotu a manipulace s nimi je snazší než s difúzními plyny, jako je vodík.

Na základě mých diskusí s odborníky z celé země si myslím, že je nepravděpodobné, že by vodíková auta dosáhla do roku 2030 byť jen pětiprocentního podílu na trhu. Neměli bychom ale s nasazením vodíkových aut spěchat.

Není to nezbytně čisté

Je populární mylná představa, že vodík je ze své podstaty dobrý pro životní prostředí. Ve skutečnosti však vodík není o nic ekologičtější než zdroje energie používané k jeho výrobě. Jak poznamenal panel Národní akademie, je vysoce pravděpodobné, že fosilní paliva budou hlavními zdroji vodíku po několik desetiletí. Jakýkoli předčasný tlak na vodíková auta by nevyhnutelně znamenala, že by vodík pocházel z dnešního nejlevnějšího zdroje, zemního plynu. Ale vzhledem k omezením dodávek plynu ze Severní Ameriky bychom jen obchodovali dovážený plyn za dováženou ropu.

Ještě důležitější je, že auto s palivovými články poháněné vodíkem získaným ze zemního plynu nenabízí žádné významné úspory skleníkových plynů ve srovnání s provozem pokročilých hybridních vozidel na ropu – jako v roce 2003. studie MIT uzavřel. Nejlepší nové hybridy výrazně snížily spotřebu paliva a tím i emise skleníkových plynů. Při provozu na benzín s nízkým obsahem síry produkuje Prius z roku 2004 o 90 procent méně výfukových emisí než průměrný nový vůz.

Nejlevnější vodík je však špinavý. Na základě vodíkových čerpacích stanic, které Royal Dutch/Shell navrhla vybudovat, by celkové emise oxidů dusíku z vozidla s palivovými články byly trojnásobný že z nejlepších nových aut.

Neméně důležité je, že taková strategie by odklonila zemní plyn od různých lepších využití. Zatímco vozidla poháněná vodíkem vyrobeným ze zemního plynu nezajistí výrazné snížení emisí skleníkových plynů ve srovnání s nejlepšími hybridy na benzín, přechod na zemní plyn může výrazně snížit emise z elektráren na výrobu elektřiny. Uhelný generátor vypustí do ovzduší více než 1000 kilogramů oxidu uhličitého na každou megawatthodinu elektřiny, kterou vyrobí. Nejlepší plynové elektrárny naproti tomu uvolňují jen asi 350 kilogramů oxidu uhličitého na vyrobenou megawatthodinu.

Podobně by jedna megawatthodina elektřiny z obnovitelných zdrojů, pokud by se použila k výrobě vodíku pro vozidlo s palivovými články, ušetřila přibližně 230 kilogramů oxidu uhličitého ve srovnání s Priusem na benzín. To je asi o 770 kilogramů méně než úspory z vytěsňování uhelné energie – a těchto úspor lze dosáhnout bez utrácení stovek miliard dolarů za vozidla s palivovými články a vodíkovou infrastrukturu. Jak došli k závěru David Keith z Carnegie Mellon a Alexander Farrell z Kalifornské univerzity v Berkeley v analýze z července 2003 Věda magazín: Dokud nebudou emise CO2 z výroby elektřiny prakticky odstraněny, bude mnohem nákladově efektivnější používat novou CO2 neutrální elektřinu (např. větrnou nebo jadernou) ke snížení emisí náhradou elektřiny vyrobené z fosilních paliv.

Kongres USA však neschválí legislativu, která by v roce 2020 vyžadovala, aby i 10 procent elektřiny pocházelo z obnovitelných zdrojů. To znamená, že vodíková auta nebudou mít žádnou skutečnou hodnotu jako strategie globálního oteplování až po roce 2030. Analýza provedená Pacific Northwest National Laboratory z roku 2004 dospěla k závěru, že i přes technologické průlomy a velký tlak na snižování emisí oxidu uhličitého vodík nepronikne do dopravy. odvětví významným způsobem až po roce 2035.

Právě teď je dodávka obnovitelného vodíku do auta v použitelné formě neúměrně drahá – ekvivalentní benzinu za 6 až 10 dolarů za galon. Potřebujeme zásadní průlom v CO2 neutrální výrobě vodíku spolu s významnými skoky vpřed v palivových článcích a skladování vodíku, než budou vodíková auta věrohodnou konkurencí.

Zatímco v příštích dvou desetiletích provádíme výzkum a vývoj, musíme, pokud se máme vyhnout katastrofickému globálnímu oteplování, učinit z nové CO2 neutrální elektřiny naši nejvyšší prioritu. Březen 2003 analýza skupinou vědců vedených Kenem Caldeirou z Lawrence Livermore National Laboratory a publikoval v Věda časopis dospěl k závěru, že pokud je klimatická citlivost uprostřed aktuálně projektovaného rozsahu, i stabilizace na oteplení o 4 °C by vyžadovala instalaci 410 megawattů energetické kapacity bez emisí uhlíku každý den, což je pětkrát více, než je obvyklé předpovědi.

Zatímco vodíková vozidla mohou mít před rokem 2030 omezenou hodnotu nahrazující vozové parky poháněné dieselovými motory ve velmi znečištěných městech, automobily s palivovými články do té doby pravděpodobně nedosáhnou úspěchu na masovém trhu. Ani vládní politika, ani obchodní investice by neměly být založeny na víře, že vodíková auta budou mít v blízkém nebo střednědobém horizontu smysluplný komerční úspěch.

Joseph J. Romm byl za Clintonovy vlády úřadujícím náměstkem ministra energetiky pro energetickou účinnost a obnovitelné zdroje energie. Tento článek je založen na materiálu z jeho knihy Hype o vodíku: Fakta a fikce v závodě o záchranu klimatu , vydané tento měsíc nakladatelstvím Island Press. Další informace o knize naleznete na www.coolcompanies.org .

skrýt