Tomáš Brestovič získal Cenu Vedec roka SR 2021 v kategórii Inovátor roka za inovácie v oblasti vodíkových technológií.
Vedec roka SR 2021: Kategória Inovátor roka. Prof. Ing. Tomáš Brestovič, PhD.
Meno prof. Ing. Tomáša Brestoviča, PhD., zo Strojníckej fakulty Technickej univerzity v Košiciach sa v poslednom období spájalo najmä s nízkotlakovým vodíkovým autobusom a automobilom, ktoré reprezentovali Slovensko na Expo Dubaj 2020. Obidva dopravné prostriedky vedec skonštruoval spolu so svojím tímom v spolupráci s priemyselným partnerom.
Inováciám v oblasti vodíkových technológií do širokej oblasti automobilového priemyslu a energetiky sa však Tomáš Brestovič venuje už viac ako pätnásť rokov. Zameriava sa pritom na nekonvenčné spôsoby uskladnenia vodíka, ktoré by mohli umožniť masovejší štart využívania tohto plynu v energetike a v doprave.
Na Strojníckej fakulte Technickej univerzity v Košiciach viedol Tomáš Brestovič tím, ktorý navrhol, testoval a overil unikátny systém výroby, uskladnenia a energetického využitia zeleného vodíka, jedinečný v rámci strednej Európy.
V rozhovore pre portál Veda na dosah vedec približuje, ako fungujú jeho inovácie.
Kedysi mali ľudia z vodíkových automobilov strach pre riziko výbušnosti. Vy ste však vytvorili zásobníky na vodík so špeciálnou zliatinou, ktorá ho dokáže absorbovať ako špongia, čím ste uvedené riziko odstránili. Môžete priblížiť, ako fungujú?
V kovovom zásobníku je špeciálna prášková zliatina kovov. Keď doň pustíme vodík, prášková zliatina ho začne absorbovať a spolu vytvoria chemickú väzbu, ktorú nazývame metalhydrid. Názov je odvodený od slov metal, čiže kov, a hydrid, t. j. zlúčenina vodíka. V spolupráci so Slovenskou akadémiou vied (SAV) vyvíjame rôzne typy týchto zliatin, teraz sa orientujeme na vysokoentropické. Znamená to, že obsahujú približne päť rôznych kovov a ich atómy tvoria vysoko neusporiadanú štruktúru. Skrátka, sú medzi nimi rôzne medzery, do ktorých dokáže vodík akoby „zapadnúť“.
A keďže sme strojní inžinieri, vyvíjame aj aplikácie, teda nové zariadenia. Navrhli sme napríklad vlastnú konštrukciu zásobníka vodíka, v ktorom dokážeme vodík pomerne rýchlo nabíjať a vybíjať.
Znamená to, že komplexne riešite, ako napríklad v automobile použiť vodík čo najefektívnejšie?
Áno, vodíkovú problematiku riešime komplexne, a to od výroby zliatiny do zásobníkov cez ich realizáciu. Vytvorili sme rôzne zariadenia, nielen do mobilných, ale aj do energetických aplikácií. Napríklad sme vyvinuli kompresor využívajúci metalhydridy, vďaka ktorým dokážeme veľmi bezpečne zvýšiť tlak vodíka.
Ako ste povedali, ľudia sa obávajú vodíka, čo pramení z udalosti zo začiatku minulého storočia, keď zhorela vzducholoď Hindenburg (pri pristávaní v roku 1937 vybuchla a zhorela, pričom vtedy zomrelo 36 ľudí – pozn. red.). Pôvodne nevodivé kotviace laná vzducholode pri prechode lode cez búrku zvlhli, čím sa stali vodivými a keď sa pri pristávaní dotkli zeme, fyzikálne zákonitosti zapríčinili výbuch. Strachu z vodíka, ktorý sa po tejto udalosti v ľuďoch usadil, hovoríme hindenburský syndróm.
Keď sa totiž pozrieme do 50. a 60. rokov minulého storočia, skoro všetky pouličné lampy fungovali na svietiplyn, čo je zmes vodíka a oxidu uhoľnatého, ktorý je dokonca jedovatý, ale z tohto faktu podobná fóbia nevznikla. Áno, vodík v technológiách môže byť nebezpečný, ale len pokiaľ nie sú dobre premyslené. Každá technológia je natoľko bezpečná, nakoľko bezpečnú ju vieme vytvoriť.
Použitie práškovej kovovej zliatiny v zásobníkoch, ktorú ste vyvinuli, by malo bezpečnosť zaručiť. Aj v prípade poškodenia zásobníka, napríklad pri náraze, sa vďaka tejto technológii totiž vodík uvoľňuje len v malom množstve a pomaly a nemôže dôjsť k výbuchu.
Keď tieto zliatiny do seba absorbujú vodík a vznikne metalhydrid, vodík je vlastne uskladnený pri veľmi nízkom tlaku. Keby došlo k nejakej havárii, uvoľňuje sa pomalšie. V autobusoch je tlak vodíka okolo 35 megapascalov (MPa), v autách sa používa tlak až 75 MPa. Aj keď si kúpite vo fľašiach acetylén, bežný technický plyn na zváranie, je v nich tlak 20MPa. Naše zliatiny sa pohybujú na úrovni 1 – 3 MPa.
Čo to znamená vzhľadom na riziko výbuchu vodíka?
Ak unikne vodík do uzatvorenej miestnosti, je jedno, či unikol z vysokotlakovej alebo z nízkotlakovej fľaše. V takom prípade sa totiž zmieša so vzduchom a stačí, že niekto škrtne zapaľovačom a zmes exploduje. Vodíkové autá však nemôžu parkovať v uzatvorených podzemných garážach. Pokiaľ by z nich unikol vodík v otvorenom priestranstve, tým, že je 14-krát ľahší ako vzduch, rozptýlil by sa veľmi rýchlo.
Zo zásobníka, ktorý sme navrhli, by navyše aj pri jeho roztrhnutí po náraze počas autohavárie vodík unikal pomaly a jeho koncentrácia vo vzduchu by neprekročila 4 percentá, pri ktorých je výbušný. Pri vysokotlakovom zásobníku by v takom prípade veľmi rýchlo uniklo veľké množstvo vodíka, takže by sa nedokázal tak rozptýliť vo vzduchu a pravdepodobne by došlo k veľkému požiaru. Aby som to zhrnul, k požiaru môže dôjsť tak či tak, ale pri našej technológii je riziko oveľa menšie.
-
EXPO Dubaj 2020. Zdroj: TUKE
-
Nízkovodíkový autobus v Slovenskom pavilóne na EXPO Dubaj 2020. Zdroj: TUKE
-
Tomáš Brestovič s autorom dizajnu nízkovodíkového automobilu Branislavom Maukšom na EXPO Dubaj 2020. Zdroj: TUKE
-
Pohľad na vodíkovú technológiu v automobile. Zdroj: TUKE
Fotky z akcie EXPO 2020 v Dubaji
V spolupráci s priemyselnými partnermi ste skonštruovali prvý nízkotlakový vodíkový autobus aj športiak, v ktorých sú tieto zásobníky použité. Boli stálymi exponátmi v slovenskom pavilóne na výstave World Expo 2020 v Dubaji. Ako prebiehala ich konštrukcia? Nestávalo sa, ako to už býva, že čo fungovalo v predstavách a pri návrhu, v realite narážalo na problém?
Samozrejme, lenže slovu problém sa vyhýbame. Hovoríme o výzve, ktorú, ako veríme, dokážeme zdolať. Pri konštrukcii nízkotlakového vodíkového autobusu a športiaka bolo takých výziev veľmi veľa, denne niekoľko. Použiť technológiu, ktorú sme predtým testovali len v malom meradle v laboratóriu do veľkého zariadenia, je totiž vzhľadom na zmenu mierky dosť náročné.
V laboratóriu používame na testovanie niekoľko gramov, kým pri realizácii autobusu sme zrazu potrebovali nasypať do zásobníkov niekoľko desiatok kilogramov našej zliatiny. Vo veľkom meradle sa však taká zliatina správa trošku inak. Keď do nej vtlačíte vodík, vytvára teplo. Museli sme preto riešiť, ako dané obrovské množstvo vznikajúceho tepla odtiaľ odviesť. A nielen to, ako ho odviesť, ale aj to, ako oň neprísť a ako ho využiť.
Aké riešenie ste našli?
Napadlo nám, že v zimných mesiacoch by sa dal ráno týmto teplom predhriať autobus pre cestujúcich. V lete je odvádzané do chladiča, ktorý je umiestnený v prednej časti autobusu. Takto „za behu“ sme riešili veľa vecí.
Koľko času ste mali na realizáciu výstavných exponátov pre World Expo 2020?
Viac ako pol roka. Aby boli naše zásobníky na vodík certifikované na použitie, či už v stacionárnych, alebo v mobilných aplikáciách, museli sme ich navrhnúť v súlade s príslušnými normami a museli prejsť všetkými potrebnými testami. Boli sme v kontakte nielen s firmami, ktoré konštruovali autobus a auto, ale aj so subdodávateľmi, napríklad s jednou košickou spoločnosťou, ktorá nám ich zvárala a taktiež testovala. Na Strojníckej fakulte však máme s priemyselnými partnermi dlhoročné skúsenosti.
Čo všetko môže divák cez sklenené časti podlahy tohto vodíkového autobusu vidieť?
Rozvody vodíka, snímače, palivový článok, zásobníky, elektromotor. Kvôli pevnosti nemohla byť sklenená celá podlaha, iba štyri jej časti.
Športiak, ktorý spomíname, je len model, ale autobus je plne funkčný. Previezli ste sa v ňom?
Áno, zo skúšobnej jazdy sme sa tešili spolu s kolegami, ktorí na autobuse pracovali. Po tej namáhavej práci bolo príjemné vidieť, že funguje. Eufória bola násobená tým, že sme ho konštruovali v šibeničnom termíne a aj napriek tomu sa nám to podarilo. Jazda je veľmi tichá, ako keby išlo o elektrobus. V podstate ním aj je, pretože vodík, ktorý sa spáli v palivovom článku, vyrába elektrickú energiu a tá poháňa elektromotor.
Sú vodíkové autobusy ekologickejšie ako klasické elektrobusy s lítiovými batériami, ktorých recyklácia ešte nie je vyriešená?
Z pohľadu recyklácie určite áno. Vysokotlakový zásobník a aj naša nízkotlaková metalhydridová technológia je recyklovateľná bez výraznejších problémov. Práškový kov, ktorý v zásobníkoch používame, je možné vyvákuovať, následne presypať a pretaviť v inertnej atmosfére (chemicky neaktívnej – pozn. red.). Potom ho zase môžeme pomlieť a využiť do ďalších zásobníkov. Áno, lítiová batéria je problém. Navyše keď začne horieť, je veľmi náročné ju uhasiť, treba ju nechať dohorieť.
Na druhej strane aj vodík môže horieť a z ekologického hľadiska môže byť riziko, ak by sa pritom zapálili nejaké okolité materiály. No pokiaľ ide o spaľovanie vodíka v palivovom článku, je to ekologické. V ňom sa totiž zlučuje vodík s kyslíkom, ktorý produkuje elektrickú energiu, teplo a vodnú paru, ktorú vieme odvádzať. Preto sa aj o vodíku hovorí ako o palive budúcnosti. Musíme len doriešiť jeho ekologickú výrobu.
O unikátnom systéme výroby, uskladnenia a energetického využitia zeleného vodíka, jedinečnom v rámci strednej Európy, ktorý navrhol Tomáš Brestovič so svojím tímom, si prečítate v ďalšom rozhovore, ktorý uverejníme v priebehu najbližších dní.
