Septembrová Vedecká cukráreň priblíži palivo budúcnosti

25. sep. 2020 • Environmentálne inžinierstvo

Septembrová Vedecká cukráreň priblíži palivo budúcnosti

Ing. Lukáš Tóth z košickej TUKE už čoskoro vo Vedeckej cukrárni porozpráva o vodíku ako o palive, ktoré môže byť absolútne „zelené“. V našom rozhovore vysvetľuje aj to, ako sa dá vodík získať pri spracovaní komunálneho odpadu a následne použiť napríklad v automobiloch.

Prednáška sa pre pandémiu koronavírusu uskutoční bez účasti verejnosti a výnimočne v stredu 30. septembra 2020. Videozáznam z nej bude v ten istý deň zverejnený na YouTube CVTI SR.

Ing. Lukáš Tóth v súčasnosti pôsobí ako doktorand na Katedre energetickej techniky Strojníckej fakulty Technickej univerzity v Košiciach (TUKE). Je riešiteľom niekoľkých projektov spojených s vodíkovými technológiami aj s technológiou spracovania odpadov v plazmových reaktoroch.

O vodíku sa hovorí ako o palive budúcnosti najmä v súvislosti s autami, ale momentálne sa viacej kupujú autá na elektrobatérie. Prečo je tomu tak?

V súčasnosti existujú vodíkové autá s lepším dojazdom než elektromobily, ktoré im konkurujú aj cenou, ale kým pre ne na Slovensku nemáme vybudovanú infraštruktúru a najbližšie vodíkové čerpacie stanice sú v zahraničí, neoplatí sa nám ich kupovať. Aby v tomto smere došlo k zmene, musel by sa zaangažovať súkromný investor alebo skôr štát. V krajinách, v ktorých sa tak deje, sa môžeme stretnúť s bežným používaním vodíkových áut. Napríklad v Japonsku a Južnej Kórei, kde ich tiež vyrábajú (Hyundai a Toyota), v niektorých severských krajinách alebo v Nemecku, kde sa infraštruktúra pre vodíkové autá už rozširuje.

Pred pár dňami bolo podpísané memorandum o vzniku Centra výskumu vodíkových technológií, kde sa UPJŠ, SAV a TUKE zaviazali k spolupráci na poli výskumu a implementácie vodíkových technológií. Viete o ňom povedať niečo bližšie?

Na Katedre energetickej techniky Strojníckej fakulty TUKE spoločne so SAV už dlhšie pracujeme na vývoji zliatin, ktoré sú schopné do seba absorbovať vodík. Čiže namiesto toho, aby sme mali v zásobníku tlak 70 MPa, ako je to u dnešných vodíkových áut bežné, pracujeme s tlakmi do 3 MPa. S využitím takýchto zliatin a oveľa nižšieho tlaku klesajú nároky na pevnostnú odolnosť zásobníkov, čo vplýva aj na bezpečnosť cestujúcich. V súčasnej dobe sú tieto materiály stále vo vývoji, avšak už pripravujeme prvý prototyp, ktorý by mal jednu z takýchto zliatin využívať.

Na nedávnej konferencii Vodíková budúcnosť Slovenska hovoril Richard Sulík, minister hospodárstva SR, že vodík má z dlhodobého hľadiska pre Slovensko obrovský potenciál. Dokonca vyzval súkromný sektor k vývoju vodíkových technológií a povedal, že jeho ministerstvo bude dotovať aj nákup vodíkových áut. Dá sa o výrobe vodíka hovoriť aj ako o dobrom biznise?

Áno, zo všetkého sa dá urobiť dobrý biznis. Záleží však aj na tom, ako sa k tomu súkromný sektor postaví. V prípade, že z toho bude chcieť vyťažiť maximum, nepovedie to zrejme k ničomu a i napriek snahám nedôjde ani k väčšiemu rozšíreniu vodíkových áut. Bolo by vhodné, aby sa preferovala výroba zeleného vodíka pred sivým vodíkom, ktorý je neekologický. Vzhľadom na komplikácie s prevozom väčšieho množstva vodíka by sa tiež mohli otvoriť dvere pre jeho lokálnu výrobu aj menším spoločnostiam alebo prevádzkam, ktoré už napríklad v súčasnej dobe vyrábajú vodík pre svoje použitie napríklad v chemickom priemysle pri výrobe amoniaku alebo spracovaní tukov. Vzhľadom na to, že spoločností, ktoré si samé vyrábajú vodík pre svoju potrebu, máme na Slovensku niekoľko, mohli by prvé vodíkové čerpacie stanice vznikať v ich blízkosti.

Ilustračný obrázok: Cisterny na skladovania vodíkovej energie z obnoviteľných zdrojov, slnečné kolektory. Zdroj: iStockIlustračný obrázok: Koncepcia skladovania vodíkovej energie z obnoviteľných zdrojov. Zdroj: iStock

Nepretrváva v ľuďoch strach z výbušnosti vodíka?

Ak áno, nie je na mieste, pretože ochranná technológia vodíkových nádrží v autách je v súčasnosti bezpečnejšia ako pri benzínových a naftových nádržiach. Tlakové nádoby, ktoré slúžia na uskladnenie vodíka, patria k najpevnejším častiam vozidla. Aj pri veľkých automobilových nehodách je menšie riziko, že budú prerazené ako pri bežných benzínových a naftových nádržiach z tenkého plechu. Napreduje tiež vývoj technológií, ktoré používajú rôzne kvapaliny s vysokým podielom vodíka. Prostredníctvom katalyzátorov dokážu tento vodík zo seba uvoľňovať, čo znamená, že k jeho úniku nedôjde ani pri poškodení nádrže. Keď dôjde k poškodeniu za katalyzátorom, reakciou zlúčeniny na katalyzátore sa síce určité množstvo vodíka uvoľní, ale v porovnaní s množstvom vodíka, ktorý by sa uvoľnil z prerazenej tlakovej nádoby, ide o relatívne zanedbateľné množstvo. A ak sa aj uvoľnia takéto zlúčeniny do prostredia, vďaka tomu, že sú často biologicky odbúrateľné, nezamoria ho a ani nedôjde k samovoľnému uvoľneniu vodíka bez prítomnosti katalyzátora.

Kritici vodíkových automobilov tiež tvrdia, že pri vodíkovom pohone sú väčšie energetické straty ako pri pohone na elektrobatériu.

To by bolo na dlhšiu debatu. Záleží totiž od toho, akým spôsobom sa vodík vyrába. Keď pomocou elektrolyzérov, je to energeticky náročné. Ale ak napríklad pomocou vysokoteplotného rozkladu odpadov, kedy sa zbavujeme odpadu a zároveň získavame vodík, ktorý môžeme použiť na niečo iné, napríklad ako pohon do automobilov, je to o niečom inom.

Vývoju takýchto strojov – plazmových reaktorov na spracovanie komunálneho odpadu sa ako vedec venujete. Môžete o nich niečo prezradiť?

Témou mojej dizertačnej práce je prepojenie plazmového reaktora s metalhydridovým kompresorom — čiže medzikrok, pomocou ktorého získame vodík zo syntézneho plynu, ktorý vznikol v plazmovom reaktore a je bohatý na vodík. Ten môžeme následne použiť napríklad ako pohon do automobilov. Nepredstavujte si však, že sa podobá zariadeniu TOKAMAK, v ktorom sa vyrába elektrická energia vďaka plazmovému výboju. Naše zariadenia sú menšie a hlavne chladnejšie, v rozsahu tisícov stupňov Celzia. Fungujú na takom princípe, že v reaktore je pomocou 2 elektród vytvorený elektrický oblúk, ku ktorému padá odpad. Následne je teplom a žiarením, ktoré elektrický oblúk generuje, rozložený na jednoduchšie molekuly (napríklad vodík, metán, oxid uhoľnatý a vyššie uhľovodíky, v prípade nerozložiteľných látok na sklenú trosku, čo je zlúčenina roztavených kovov a oxidov). Tým sa dokážeme efektívne zbaviť nerecyklovateľného odpadu oveľa lepšie než napríklad skládkovaním. Získame syntézny plyn, ktorý môžeme využiť v kogeneračných jednotkách (čo sú upravené spaľovacie motory) na výrobu elektrickej energie a tepla, napríklad na ohrev teplej úžitkovej vody. Okrem toho môžeme z tohto plynu oddeliť vodík na ďalšie využitie.

Sú podobné technológie už v zahraničí bežné?

V zahraničí sa používajú reaktory na spracovanie odpadu, ale vyrábajú z neho iba syntézny plyn. Ten sa následne používa napríklad v kogeneračných jednotkách, ktoré z neho vyrábajú elektrickú energiu a teplo napríklad na ohrev vody. Takéto spracovanie vodíka však nie je až také efektívne ako napríklad v palivových článkoch. Preto chceme prísť na to, ako v tomto procese odobrať zvyšné zložky, ako sú oxid uhoľnatý, metán a vyššie uhľovodíky, spáliť ich a pritom využiť na výrobu energie a tepla.

Vodík zanecháva nulovú uhlíkovú stopu, čo je jeho výhodou. Dá sa použiť aj v iných odvetviach ako v doprave?

Poznáme viaceré druhy vodíka – sivý, zelený, modrý. Sivý sa vyrába z fosílnych palív a pri jeho výrobe vzniká aj oxid uhličitý, takže uhlíkovú stopu zanecháva. Nulovú uhlíkovú stopu zanecháva zelený vodík, ktorý sa primárne vyrába elektrolýzou z vody, pričom sa na to využíva elektrická energia z obnoviteľných zdrojov.

O čom ešte budete vo svojej prednáške vo Vedeckej cukrárni hovoriť?

Napríklad aj o vlastnostiach vodíka, histórii jeho využitia počas vesmírnych letov, v zbrojárskom priemysle aj v doprave, ale ešte podrobnejšie aj o metódach jeho výroby v súčasnosti a budúcnosti. Bližšie budem tiež hovoriť o systéme fungovania palivových článkov a ich využití najmä v doprave, či už lodnej, pozemnej, leteckej, alebo vesmírnej. Na prednáške ukážem aj model vodíkového automobilu.

Galina Lišháková

Foto: iStock

Súvisiace:

Hore
Vedecká cukráreň 10/2020
Veda v CENTRE 10/2020
sutaz FB TVT 2020
Noc výskumníkov 2020
Veda v CENTRE / Vedecká kaviareň 9/2020
Quark_10/2020
TVT2020 prihlasovanie
Agrofilm
Aurelium - centrum vedy
Quark 25 rokov
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Ľudské srdce váži 300 gramov a má unikátnu štrukturálnu organizáciu.
Zistite viac