Prečo práve vodík?

 

Základným predpokladom pre uplatnenie vodíka vo všetkých dotknutých sektoroch je prechod na nízkoemisnú, prípadne bezemisnú ekonomiku. Európska únia samotná si vytýčila pre rok 2050 cieľ dosiahnuť kompletnú klimatickú neutralitu, teda zachytávať a ukladať rovnaké množstvo emisií skleníkových plynov, aké sa bude do atmosféry vypúšťať.

Samotný fakt rozvoja obnoviteľných zdrojov energie vo všetkých členských štátoch potom vytvára priestor na stabilizáciu ich nepredvídateľnej produkcie elektriny. Vodík v tomto prípade zohrá rolu energetického nosiča, ktorý je vhodný najmä na sezónnu akumuláciu a niektoré aplikácie mobility.


Čo je to vodík?

Vodík je najľahší plynný chemický prvok, ktorý tvorí až dve tretiny celej vesmírnej hmoty. Odhaduje sa, že tvorí viac ako 30 % celkovej hmotnosti Slnka. Ide o tretí najrozšírenejší prvok na Zemi, napriek tomu sa nevyskytuje takmer vôbec ako samostatná molekula, pretože je vysoko reaktívny a okamžite tvorí zlúčeniny.

Vodík je všadeprítomný, či už vo forme vody, zemného plynu, alebo metanolu. Tým, že je najjednoduchším a najľahším prvkom, sa veľmi rýchlo pri úniku rozptyľuje do vzduchu. Vodík pri úniku neznečisťuje životné prostredie žiadnym spôsobom. Ide o bezemisnú látku, ktorá nie je toxická a nemá žiadny zápach. Vodík je horľavý, ale horenie nepodporuje, pričom horí bezfarebným plameňom.

Aké energetické vlastnosti má vodík?

Vodík je energeticky veľmi bohaté palivo (33 kWh/kg) a ide tak v súčasnosti o priameho konkurenta najmä batériovým technológiám. V priamom porovnaní vodíka s batériami je dnes lídrom v odbore batériových technológií automobilová spoločnosť Tesla, ktorej batérie dosahujú energetickú hustotu 250 – 260 Wh/kg. Čítať viac

Aká je história využívania vodíka?

Vodík je svetu dlho známy plyn, objavil ho v roku 1776 britský vedec Henry Cavendish. Bohužiaľ však vodík v dobe svojho objavu nenašiel v priemysle širšie uplatnenie, a to najmä kvôli nástupu lacnejších fosílnych palív v 19. a 20. storočí. Pri vyslovení slova „vodík“ si zákonite každý spomenie na katastrofu vzducholode Hindenburg. Napriek tomu, že sa dodnes za vinníka popisuje práve „vybuchujúci“ vodík, katastrofu spôsobil elektrický výboj, ktorý zapálil vysoko horľavý materiál, z ktorého bol vyrobený trup lode. Čítať viac

 

Aké využitie má vodík?


Vodík je nosič (úschovňa) energie. Má široké uplatnenie v doprave, energetike aj priemysle. Vodík má do budúcna slúžiť ako jeden z nosičov energie na uplatnenie tzv. sector coupling, alebo konceptu integrácie sektorov. Čítať viac

Ako sa vodík vyrába?

96 % všetkého vyrobeného vodíka v súčasnosti pochádza z fosílnych palív. Iba 4 % sa vyrábajú pomocou elektrolýzy vody. Tento pomer by sa ale mal v nasledujúcom desaťročí meniť v prospech bezemisnej výroby práve pomocou vyššie spomínanej elektrolýzy vody.

V súčasnosti sa udáva, že 96 % všetkej svetovej výroby vodíka pochádza z fosílnych palív, a to najmä spôsobom z tzv. parného reformingu zemného plynu. Ide o najlacnejšiu súčasnú technológiu výroby vodíka. Parný reforming je chemický proces, pri ktorom sa vodná para s teplotou 750 – 950 °C privádza k metánu. Čítať viac

Ako sa vodík vyrába v SR a aký je u nás potenciál výroby zeleného vodíka?

Slovenská republika má kvôli svojmu špecifickému postaveniu v srdci Európy relatívne malý potenciál na výrobu tzv. zeleného vodíka.

Koeficient využitia (cca mierne nad 20 %) veterných elektrární je u nás nižší ako v susedných prímorských štátoch, kde na pobrežiach morí vanú silné a stabilné vetry (cca nad 30 %). V súčasnosti v SR neexistuje žiadny veľký elektrolyzér, ktorý by bol určený na výrobu zeleného vodíka na komerčnej báze. Čítať viac

 

Elektrolýza je proces, pri ktorom jednosmerný elektrický prúd štiepi chemickú väzbu medzi vodíkom a kyslíkom vo vodnom roztoku. 

2 H2O → 2 H2 + O2

Koľko vody sa pri elektrolýze spotrebuje?


Na výrobu 1 kg vodíka a 8 kg kyslíka je potreba 8,92 litra demineralizovanej vody tzn. vody zbavenej všetkých prítomných minerálov (ešte čistejšia ako destilovaná voda). Čítať viac

Aké máme typy elektrolyzérov?


V súčasnosti sa hovorí najčastejšie spolu o troch typoch elektrolyzérov, ktoré sú natoľko vyspelé, aby mohli saturovať dopyt na trhu. Ide o elektrolyzéry využívajúce alkalickú elektrolýzu, PEM elektrolýzu a vysokoteplotnú elektrolýzu prebiehajúcu v palivových článkoch s pevnými oxidmi. Čítať viac

Akú vodu je možné pri elektrolýze použiť?


Voda potrebná na produkciu veľmi čistého vodíka musí byť demineralizovaná, teda zbavená všetkých rozpustených látok a nečistôt. Je možné ju ale získať z prakticky akéhokoľvek vodného zdroja. Čítať viac

 

 

 

Skladovanie vodíka

 

 

Ako je možné skladovať vodík?


V súčasnosti sa ako najsľubnejšia a tiež ako komerčne najvyspelejšia technológia na skladovanie vodíka uvádza stláčanie vodíka v plynnom skupenstve. Takto uchovaný vodík má tendenciu unikať vzhľadom na veľmi malé veľkosti molekuly. Čítať viac

Aplikácia vodíka v mobilite


Čo sú to palivové články?

Palivové články v elektromobiloch sú v zásade malé generátory elektriny, ktoré získavajú energiu z priamej elektrochemickej reakcie medzi kyslíkom a vodíkom. Vodík sa uchováva v nádrži, z ktorej sa privádza do palivového článku. Tam reaguje s kyslíkom a vyrába tak elektrinu. Produktom tejto elektrochemickej reakcie je iba destilovaná voda. Čítať viac

Koľko máme plniacich staníc na Slovensku?

18. februára 2022 otvorili pre verejnosť zástupcovia spoločnosti Messer Tatragas prvú čerpaciu stanicu na vodík. Čerpacia stanica je prevádzkovaná v prenajatých priestoroch spoločnosti Slovnaft. Kapacita nádrže je 5 až 6 kg vodíka. 1kg sa predáva za približne 15 eur a osobné auto sa natankuje za približne 2 až 3 minúty. Toto zariadenie tým, že je prvé na Slovensku, tak zatiaľ čerpá na relatívne nízky tlak na 200 barov. Osobné vozidlá sa dajú plniť až na 700 barov, kde je dojazd okolo 600 až 700 km. Čítať viac

Ako funguje vodíkový elektromobil v chladnom počasí?

Výhodou je spoľahlivosť celého systému v chladnom počasí. Palivové články nepodliehajú v porovnaní s batériovými akumulátormi degradácii počas chladného počasia. Čítať viac

Nemôže odpadová voda v systéme vodíkového elektromobilu zamrznúť?

Systémy palivových článkov a odvod vody je v súčasnosti navrhnutý tak, aby k zamrznutiu vody v celomsystéme auta nemohlo dôjsť. Čítať viac

Je batériová elektromobilita lepším riešením pre dopravu ako palivové články?



Záleží na tom, koho sa pýtate a o akom type dopravy sa bavíme. Vodík a batérie sú dve komplementárne technológie, ktoré sa navzájom doplňujú. Prečo?

1Diaľková nákladná doprava:
Vodík ponúka v súčasnosti väčší potenciál pre prepravu tovaru na dlhšie vzdialenosti. Aj napriek hypotetickej technologickej evolúcii batérií (batérie s pevným elektrolytom) je nepravdepodobné, že do desiatich rokov bude možné do batérií dobiť také množstvo energie, aby bolo možné bez väčších problémov využiť zvýšenú kapacitu na dojazd nad 1000 km. Súčasné batérie sú navyše veľmi ťažké a aj pri dvojnásobnom zvýšení energetickej hustoty zo súčasných 260 Wh na 1 kg batérie na 500 Wh na 1 kg, by ste stále potrebovali na vzdialenú prepravu nad 1000 km batériu s minimálnou kapacitou 1,5 MW batériu s hmotnosťou 3 tony. Problémom je tiež dobíjanie takto markantného množstva elektrickej energie. Aký príkon by potrebovali dobíjačky na dobitie 1,5 MW cez noc medzi jednotlivými zmenami? Pri hypotetickej predstave 20 takýchtokamiónov stojacich na parkovisku v rade sa dostávame do čísel, kvôli ktorým už nie je možné postaviť iba silnejšiu trafostanicu, ale rovno malú elektráreň v blízkosti takýchto dobíjačiek. Už len z toho dôvodu je namieste uvažovaťnad tým, aby sme elektrinu zmenili na iný, jednoducho skladovateľný energetický nosič, ktorý môžeme vyrábať kontinuálne z obnoviteľných energetických zdrojov. Vodík môžeme do nákladného auta dopraviť aj výrazne rýchlejšie a neohrozovali by sme tým stabilitu prenosovej sústavy v čase dobíjania/tankovania. Vodík tak ponúka v súčasnosti väčší potenciál na prepravu tovaru na dlhšie vzdialenosti.
2Nákladná doprava v mestách:
V mestách môže naopak batériová elektromobilita hrať výraznejšiu rolu pre svoju vysokú účinnosť a nízke náklady. Batérie sa skvelo hodia do mestskej premávky, kde operátori nepotrebujú vysoký dojazd. Výhoda celého riešenia je navyše podporená nízkymi prevádzkovými nákladmi a vysokou účinnosťou vďaka rekuperácii energie a nízkym rýchlostiam prepravy.
3Osobná automobilová doprava:
Trh s BEV (batériové elektrické vozidlá) je v súčasnosti už relatívne rozvinutým trhom. Každý rok v ňom navyše prebieha výrazný pokrok smerom k dosiahnutiu jazdných vlastností spaľovacích áut (dojazd, rýchlosť dobíjania). BEV sú ideálnym riešením na štandardné denné jazdenie a nabíjanie doma zozásuvky. BEV ponúkajú dnes už slušný dojazd v rádoch 400 km, sú vysoko účinné a lokálne bezemisné. Najmä premestskú dopravu v súčasnosti ani v blízkej budúcnosti nebude pre BEV existovať rovnocenný konkurent. Osobné vozidlá s palivovými článkami (FCEV) oproti tomu nemôžu v niektorých oblastiach BEV konkurovať, napriek tomu je ich uplatnenie možné, a to najmä s prihliadnutím na ich špecifické vlastnosti. Ponúkajú vyšší a stabilnejší dojazd, a to aj pri vyšších rýchlostiach, najmä na diaľniciach sú svojimi vlastnosťami podobné spaľovacím motorom z hľadiska dojazdu. FCEV môžu byť tiež vhodnou alternatívou pre vodičov, ktorí žijú v husto osídlenej zástavbe bez adekvátnych možností dobíjania doma zo zásuvky. Rozvoju FCEV však zatiaľ bránia veľké obstarávacie náklady a nedostatočná infraštruktúra plniacich staníc, ktoré sú navyše v porovnaní s výstavbou dobíjacích miest výraznedrahšie.
4Autobusová doprava:
Pre mestskú dopravu s najazdenými vzdialenosťami v rádoch desiatok kilometrov je najúčinnejším riešením batériový autobus, podobne ako v prípade mestskej nákladnej dopravy. Vodíkové autobusy majú väčší potenciál najmä v medzimestskej a diaľkovej doprave, pretože ponúkajú stabilnejší a vyšší dojazd.
5Vlaková doprava:
Vodík má potenciál nahradiť dieselovú vlakovú dopravu v častiach krajín, kde neexistuje elektrifikovaná železnica. Pilotné projekty už dnes fungujú po celom svete, menovite napríklad vo Francúzsku, ktorá plánuje od roku 2023 testovať vlaky na vodík. Podobne ako na Slovensku, kde by mohli vodíkové vlaky jazdiť najmä na trati Nové Zámky – Prievidza.

Aké ťažké sú nádrže na uchovanie vodíka v automobiloch?

Pri hypotetickom uchovaní 4,2 kg stlačeného vodíka pri tlaku 700 barov potrebujeme v automobiloch nádrž, ktorá váži okolo 135 kg. Čítať viac

Nemohol by sa vodík skvapalniť a následne natankovať ako štandardný benzín?

Toto riešenie je mimoriadne energeticky neefektívne. Kvapalný vodík je potrebné udržiavať pri teplote -253 °C a pri nedodržaní týchto podmienok sa vodík vyparuje. Čítať viac

Je vodík bezpečný?

Všetky palivá obsahujú vysokú koncentráciu energie a môžu tak byť za určitých podmienok nebezpečné. Vodík je možné však považovať ako podobne bezpečný alebo dokonca bezpečnejší ako každé iné palivo. Čítať viac

 

 

 

Ekonomika vodíka

 

 

Cena sa odvíja najmä v závislosti od spôsobu výroby. Na výrobu zeleného vodíka je navyše nevyhnutné ešte počítať s rozdielnou cenou v jednotlivých častiach sveta podľa toho, koľko stojí výroba elektriny z obnoviteľných zdrojov energie. Podľa Medzinárodnej agentúry pre energiu sa cena výroby vodíka pohybuje v týchto číslach:

Parný reforming zemného plynu 1 - 3,5 $/kg
Splyňovanie uhlia 1,2 - 2,2 $/kg
Elektrolýza vody 3 - 7,5 $/kg

Koľko stojí 1 kg vodíka na plniacich staniciach?

Pre koncového používateľa je v súčasnosti v Nemecku (kde sa nachádza najviac plniacich staníc) cena vodíka za 1 kg stanovená na 9,5 eura. Pri prepočte na kilometre a priemernú spotrebou 1 kg na 100 km vás 1 km vo vodíkovom elektromobile vyjde na ~ 0,094 EUR. Čítať viac

Ako sa docieli zníženie ceny v nasledujúcich 10 rokoch?

Vodíková ekonomika nebude dostatočne rozvinutá bez pomoci štátnych subvencií. Aby došlo k zníženiu ceny, je potrebné investovať do výroby. V nasledujúcich rokoch bude v Európe prevažovať podpora nízkoemisného a bezemisného (zeleného vodíka), cieľom je do roku 2030 postaviť 40 GW elektrolyzérov vnútri EÚ a podporiť výstavbu ďalších 40 GW elektrolyzérov za hranicami pre zvýšenie importu. Čítať viac