Vedec roka SR 2021 v kategórii Inovátor roka hovorí o vlastnom systéme výroby, uskladnenia a energetického využitia zeleného vodíka.
Vedec roka SR 2021: Kategória Inovátor roka. Prof. Ing. Tomáš Brestovič, PhD. Zdroj: Marián Zelenák, CVTI SR
Laureát ocenenia Vedec roka SR 2021 v kategórii Inovátor roka prof. Ing. Tomáš Brestovič, PhD., sa už viac ako pätnásť rokov zameriava na nekonvenčné spôsoby uskladnenia vodíka, ktoré by mohli umožniť masovejší štart využívania tohto plynu v energetike a doprave.
Na Strojníckej fakulte Technickej univerzity v Košiciach, kde pôsobí ako výskumník aj ako pedagóg, viedol tím, ktorý navrhol, testoval a overil unikátny systém výroby, uskladnenia a energetického využitia zeleného vodíka, jedinečný v rámci strednej Európy.
Jeho meno sa v poslednom období spájalo najmä s nízkotlakovým vodíkovým autobusom a automobilom, ktoré skonštruoval so svojím tímom v spolupráci s priemyselným partnerom. Slovensko reprezentovali na Expo Dubaj 2020. Podrobnejšie ich približuje v rozhovore s názvom Inovátor roka: Slovu problém sa vyhýbame, hovoríme o výzve, ktorú, ako veríme, dokážeme zdolať.
O vodíku sa hovorí ako o možnom ekologickom palive budúcnosti. Avšak zatiaľ až 96 percent všetkého vodíka, ktorý sa vyrobí, pochádza z fosílnych palív a pri jeho výrobe vzniká oxid uhličitý, ktorému sa preto hovorí sivý vodík. Iba 4 percentá vodíka sa vyrábajú pomocou elektrolýzy vody, čo nezanecháva uhlíkovú stopu. Z tohto dôvodu sa mu hovorí zelený a Európska únia by ho chcela do budúcna podporovať. Práve naň sa zameriava Tomáš Brestovič.
So svojím tímom na Strojníckej fakulte TUKE ste vymysleli a skonštruovali ostrovnú prevádzku, ktorá vie zelený vodík vyrobiť, uskladniť aj využiť. Ako funguje?
V roku 2014 sme uviedli do prevádzky laboratórium, ktoré má trojkilowatový fotovoltický systém a vlastný vysokotlakový elektrolyzér. To znamená, že odoberá elektrickú energiu z fotovoltických panelov a štiepením vody produkuje vodík. Keďže elektrolyzér je vysokotlakový a naše zásobníky sú nízkotlakové (fungujú pri 1 – 2 MPa), vieme tlačiť vodík do zásobníkov priamo z elektrolyzéra, čiže bez použitia kompresora. Pri tankovaní bežných vodíkových áut sa minie ekvivalentne až okolo 20 percent energie vodíka len na to, aby došlo k jeho stlačeniu, čo je enormné plytvanie energiou.
Pri našom nízkotlakovom systéme sa tejto energetickej strate vyhneme. Celé laboratórium pracuje v ostrovnej prevádzke, aby sme deklarovali, že ide naozaj o zelenú energiu a nielen to, že je vyrábaná zo slnka. To znamená, že všetky jej komponenty, nielen elektrolyzér, ale aj meracie systémy alebo počítač vieme prevádzkovať bez pripojenia na distribučnú sieť.
Tieto ostrovné prevádzky by mohli fungovať ako vodíkové čerpacie stanice pre motoristov?
Uvažovali sme o tom a navrhli sme systém, pri ktorom by si vodíková čerpacia stanica vyrábala vlastný vodík. V blízkosti by sa nachádzalo fotovoltické pole, ktoré by dodávalo elektrickú energiu elektrolyzérom a tie by následne vyrábali vodík a dočasne by ho uskladňovali v zásobníkoch, z ktorých by sa dal tankovať. Takýto vodík by bol zelený.
Na Slovensku máme zatiaľ len dve – jednu v Bratislave, druhú v Trnave. V nich je už spomínaný sivý vodík. Tretia má pribudnúť v Košickom kraji. Bol by teda u nás o takéto zelené čerpacie vodíkové stanice záujem?
Firmy sa zaujímajú, ako by sa dali stanice na výrobu a tankovanie zeleného vodíka skonštruovať, ale je ešte veľa otázok, ktoré treba vyriešiť. Skôr ich majú záujem riešiť prostredníctvom rôznych projektov, pretože Európska únia tvorbu zeleného vodíka podporuje. Takže ak by o ne bol záujem, použili by sme v nich aj naše metalhydridové zásobníky.
No zatiaľ sa orientujeme skôr na mobilné aplikácie, čiže autá a autobusy. Osobne vidím budúcnosť vodíka v doprave viac v súvislosti s autobusmi, nákladnými autami a loďami.
Prečo?
Vodík má vyššiu energetickú hustotu na jednotku objemu v porovnaní s batériami. Pri malých výkonoch a dojazdoch v osobných automobiloch, kde sa využíva na jedno dobitie približne 5 kg vodíka, je z pohľadu investičných nákladov a hmotnosti systému výhodné využívať batérie na uskladnenie energie. Problém nastáva pri veľkých energetických požiadavkách v nákladnej a hromadnej doprave. Tam by bola hmotnosť batérií v porovnaní s vodíkovým pohonom už neúmerne vysoká, hlavne pri požiadavke veľkého dojazdu.
Na čo by teda mali slúžiť stacionárne aplikácie vodíka, ktoré vyvíjate?
Napríklad separátor vodíka, ktorým separujeme vodík zo syntetických plynov, by sa dal použiť pri zhodnocovaní odpadov v priemysle, čiže z odpadu by sme vedeli získať vodík, ktorý by sa dal následne využiť aj na tankovanie vozidiel. Takýto separátor by bol stacionárny, bol by teda umiestnený napríklad v nejakej veľkopriemyselnej hale alebo v miestnosti.
Ako ste sa dostali k štúdiu energetických strojov a zariadení? Ťahalo vás k tomu od detstva alebo vás k nemu priviedli iné okolnosti?
Už ako chlapec som potreboval rozobrať každé zariadenie, ktorému som nerozumel, ale k strojom som nemal taký hlboký vzťah ako k elektrotechnike. Rozoberal som rádiá či vysielačky a vytváral som si vlastné plošné spoje. Táto fascinácia ma priviedla na elektrotechnickú priemyslovku, no na konci jej štúdia prišiel zlomový okamih. Uvedomil som si, že už takmer každé zariadenie má v sebe zabudovanú elektroniku. A vtedy som pocítil potrebu získať väčšie poznatky o strojoch.
Takže ste sa prihlásili na strojnícku fakultu TUKE. Ako ste sa napokon dostali k vodíkovým technológiám?
K vodíku ma priviedol profesor Ivan Imriš, ktorý sa mu už vtedy venoval a bol mojím školiteľom, keď som si robil diplomovú prácu. K vodíku som teda prišiel okľukou, ale teraz je mojou veľkou záľubou.
Aké metódy ste používali pri učení? Pomáhalo vám to isté čo v detstve, čiže rozoberať zariadenia, prípadne si ich zostrojovať?
Štúdium technických smerov nie je o poučkách, ktoré mi, mimochodom, nikdy príliš nešli. Je o matematických a fyzikálnych zákonitostiach, ktoré sú reprezentované grafmi, vzťahmi a schémami, ktoré som vedel počas štúdia absorbovať. Veľa ľudí nemá k matematike, fyzike alebo chémii dobrý vzťah, ale osobne si myslím, že bez ich poznania by sme to ako ľudstvo ďaleko nedotiahli. Výsledky týchto odborov sú súčasťou nášho každodenného života.
Aký vzťah majú študenti k vodíkovým technológiám?
Vodík ich zaujíma. Pôsobím na Strojníckej fakulte a pozorujem, že pokiaľ sa vyučujú rôzne energetické stroje a zariadenia, napríklad čerpadlá a turbíny, nezaujmú ich až natoľko ako vodíkový automobil. Predsa len ide o nové, pokrokové a veľmi zaujímavé technológie.
Môže v tom zohrávať svoju rolu aj skutočnosť, že podliehame klimatickej kríze? Všimla som si, že mnohí mladí ľudia sa správajú oveľa zodpovednejšie voči životnému prostrediu ako dnešní päťdesiatnici.
Nie sú ovplyvnení stereotypnou predstavou, že nafta a benzín tu stále boli aj budú. Napokon, pre rusko-ukrajinský konflikt sme si posledné mesiace všetci mohli uvedomiť, že alternatíva za fosílne palivá je nevyhnutná. O tom, ako sa zvyšuje priemerná teplota vzduchu na zemi a aký to bude pre ľudstvo čoraz väčší problém, počúvame veľa rokov. Mladí ľudia si už uvedomujú, že všetko, čo produkujeme, musí byť udržateľné a udržateľné je to, čo je obnoviteľné. No a implementovanie takýchto moderných technológií nám veľmi pomáha pri výučbe. My pedagógovia študentov tiež vedieme k tomu, že budúcnosť majú len zelené technológie. Ako energetik im stále hovorím, že zariadenia musia mať čo najnižšiu spotrebu a čo najvyššiu účinnosť, aby sme energiou neplytvali, ale aby sme ju využili na maximum. A pokiaľ je to možné, mali by sme ju čerpať zo slnka, vetra, vody a geotermálnych zdrojov.
