211service.com
Vodíkové hospodářství bez znečištění? Ne tak brzy
Myslete na vodík – čisté palivo budoucnosti. Hoří s kyslíkem a vytváří vodní páru a pouze vodní páru – žádné saze, žádné oxidy dusíku, žádný oxid uhličitý s potenciálním skleníkovým oteplováním. Prezident Bush ve svém lednovém poselství o stavu Unie oznámil významnou novou iniciativu. Navrhl financování výzkumu ve výši 1,2 miliardy dolarů, které by podle něj umožnilo Spojeným státům vést svět ve vývoji čistých automobilů na vodíkový pohon. Podle Bushe, pobídnuti touto novou federální podporou, naši vědci a inženýři překonají překážky při přepravě těchto vozů z laboratoře do showroomu, aby první auto řízené dnes narozeným dítětem mohlo být poháněno vodíkem a bez znečištění. Jeho překvapivé oznámení se setkalo s nadšeným potleskem.
Nyní je zde pesimističtější pohled na vodíkovou ekonomiku: obrovské povrchové doly zasahující do velké části Pensylvánie, Illinois, Utahu a Colorada. Miliardy tun oxidu uhličitého jsou každoročně vypouštěny do atmosféry ze zařízení, která produkují vodík – spalováním fosilních paliv uhlí, ropy a zemního plynu.
kde je pravda? Nepochybně někde mezi – ale pravděpodobně jde o těžké spalování fosilních paliv.
Klíčovým faktem je toto: Vodík není zdrojem energie. Je to pouze způsob skladování a přepravy. Přestože je vodík nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru (a v jeho bezprostředním okolí tvoří 90 procent atomů ve Slunci a Jupiteru), na Zemi prakticky žádný plynný vodík neexistuje. Naše gravitace je tak slabá, že v podstatě veškerý náš prvotní vodík – kromě toho, který se vázal na těžší sloučeniny – před miliardami let utekl do vesmíru. Takže vodíkové palivo musí být vyrobeno jeho extrakcí z vody a metanu. Z vodíkového paliva získáte pouze energii, kterou vložíte do těžby, nebo ze spalování uhlíku v procesu.
Voda může být rozdělena na vodík a kyslík elektrickým proudem, proces známý jako elektrolýza. Poslouží i obyčejné teplo. Nad 2 700 C se voda samovolně rozkládá. Na dostatečně horkém ohni (např. ropný vrt v Kuvajtu) se voda rozkládá a poté se znovu spojuje, když se nad studnou ochladí.
Ale dělení vody je drahé a nepotřebujeme kyslík. Existuje mnohem levnější způsob výroby vodíku: rozprašováním páry na žhavé uhlí vychází většinou plynný vodík (40 procent) a oxid uhelnatý (50 procent), směs známá jako vodní plyn. Je to nejlevnější způsob výroby vodíku. Bohužel spolu s ním produkovaný oxid uhelnatý je prudce jedovatý. K extrakci posledního kousku energie lze oxid uhelnatý spálit a tím se změní na skleníkový plyn oxid uhličitý.
Výroba vodního plynu začala intenzivně v 70. letech 19. století. Dalším běžným vyráběným plynem v té době byl uhelný plyn, extrahovaný z bituminózního uhlí jeho zahříváním v prostředí bez kyslíku. Uhelný plyn šel do pouličních lamp a domů a nebezpečnější vodní plyn využíval průmysl. Vodní plyn se stále rozsáhle používá při výrobě oceli a v takzvaném Fisher-Tropschově procesu, který se používá k výrobě syntetického benzinu a alkoholů.
Ve 20. letech 20. století poskytl objev velkých podzemních zásob metanu levnější alternativu k uhelnému plynu. Protože se nevyráběl, říkalo se mu zemní plyn, tento název se používá dodnes. Metan také nahradil uhlí pro výrobu vodního plynu. Stejně jako u uhlí vzniká při výrobě vodíku z metanu velké množství oxidu uhelnatého, který se při spalování stává oxidem uhličitým.
Ale zprávy nejsou všechny špatné. Při stejné dodané energii se při výrobě vodíku z metanu uvolňuje do atmosféry asi polovina oxidu uhličitého než při spalování fosilních paliv. Je to z velké části proto, že palivové články na bázi vodíku jsou účinnější než spalovací motory. Kromě toho probíhají seriózní výzkumné programy, které mají najít způsob, jak izolovat oxid uhličitý, ať už pochází z výroby vodíku nebo jakéhokoli jiného procesu spalování fosilních paliv. Jedním z levných řešení by mohlo být pohřbení ve vyčerpaných plynových a ropných vrtech. Moje pesimistická sázka však je, že sekvestrace bude drahá. Politici se rozhodnou vypustit oxid uhličitý do atmosféry a zaplatit skrytou cenu znečištění, než aby požadovali po veřejnosti, aby zaplatila cenu předem na pumpě.
Vodík však zdaleka není ideálním palivem pro automobily. I ve své nejhustší formě (kapalině) má vodík pouze jednu třetinu energie na litr než benzín. Pokud je skladován jako stlačený plyn při 300 atmosférách (praktičtější možnost), dodává méně než jednu pětinu energie na objem než benzín. Taková nízká hustota energie znamená, že skladování paliva by ve voze na vodíkový pohon zabralo spoustu místa – nebo alternativně skromná palivová nádrž by vážně omezila dojezd vozidla mezi tankováním. Technologie vyvíjená tak, aby umožnila vyšší tlaky, by vodíková auta učinila atraktivnějšími.
Známé americké zásoby zemního plynu budou pryč za několik desetiletí, nebo dříve, pokud jej začneme používat pro automobily. Klíčovým předpokladem za tlakem na vodíkovou ekonomiku se zdá být přesvědčení, že ve Spojených státech a po celém světě existují obrovské, neobjevené zásoby zemního plynu. Ale i když se tato víra ukáže jako mylná, vždy se můžeme vrátit k výrobě vodíku z uhlí; máme toho dost na století, pokud nám nevadí povrchové doly.
Věřím, že vodíková ekonomika je nevyhnutelná. Zřejmě i velcí investoři, kteří zakládají přístavní zařízení pro budoucí dovoz velkého množství zkapalněného zemního plynu.
Také věřím, že vodík bude vyroben jakoukoliv metodou, která bude nejlevnější. Krátkodobě bychom se mohli vrátit k elektrolýze, poháněné elektřinou z jaderných elektráren. Právě teď je jaderná energie drahá, domnívám se, z velké části kvůli regulacím, které se řídí vnímaným rizikem radioaktivity. Přesto si myslím, že oxid uhličitý v atmosféře představuje mnohem větší dlouhodobou hrozbu pro životní prostředí a zdraví než jaderné elektrárny. Zažili jsme nebezpečí jaderné energie v Černobylu. Pro ekonomiku založenou na uhlíku není ekvivalentem Černobylu jen globální oteplování; je to válka. Viděli jsme to v Iráku. Takže po zvážení dávám přednost vodíku vyrobenému z jádra před vodíkem vyrobeným z metanu.
Když se solární energie stane levnější než zemní plyn nebo uhlí, můžeme nechat fosilní paliva v zemi a mít to nejlepší ze všech světů. Levné solární systémy jsou nevyhnutelné a nebudeme muset oblepovat stát Kalifornie solárními články, abychom si mohli užívat jeho výhod. Na kilometr čtvereční slunečního světla je 1000 megawattů solární energie, což je ekvivalent velké jaderné elektrárny. I když se jen 10 nebo 20 procent sluneční energie získá jako elektřina, plocha solárních článků nebude o mnoho větší, než jaká v současnosti věnujeme jaderným, plynovým nebo uhelným elektrárnám. Energie může být uložena v noci (a během zamračených dnů) ve vodíku. Sluneční budoucnost se blíží.
Vytvoření vodíkové ekonomiky je dobrý cíl. Ale v blízké budoucnosti, s výjimkou oživení jaderné energetiky, bude přechod na vodík pravděpodobně znamenat rostoucí závislost na dováženém zemním plynu a pokračující znečišťování atmosféry oxidem uhličitým. Navzdory optimismu prezidenta Bushe je velmi nepravděpodobné, že by první auta dnešních dětí byla poháněna čistě vyrobeným vodíkem. Ale třeba auta jejich dětí budou. A z dlouhodobého hlediska by náš přechod na vodík mohl usnadnit přechod na solární ekonomiku.