Téma měsíce: Vodíkový autobus z Neratovic

Už dnešní mladá generace se zřejmě dočká toho, že lidstvo vyčerpá všechna dosažitelná ložiska ropy. Benzín a nafta už nikdy nebudou levnější než jsou dnes. Naopak tak, jak se budou ložiska ropy vyčerpávat, ceny benzínu a nafty porostou v příštích letech stále strměji. Které z paliv tedy ovládne za třicet čtyřicet let dopravu? Odborníci většinou uvádějí, že vývoj alternativních pohonů, bude postupný, ale nakonec zvítězí vodík. Jiná alternativa pro budoucnost prý není. Mezitím ovšem bude nutné vyřešit několik zásadních technických problémů. Ty už se ostatně řeší. Například v rámci projektu Evropské unie jezdí v devíti evropských městech celkem 27 experimentálních autobusů. Nyní se ale připravuje také česká premiéra vodíkového autobusu. Ten by se měl představit veřejnosti za necelé dva roky.

Palivový článek, foto: VŠCHT

"Ta myšlenka vznikla čistě náhodou při naší spolupráci se Spolanou Neratovice ve zcela jiném oboru. Zjistili jsme, že oni mají poměrně velké množství vodíku, který není nikterak smysluplně využíván. Jelikož jsme se už dlouhodobě věnovali vodíkovým technologiím a přemýšleli jsme o tom, jak je prosadit do praxe, tak se zrodila myšlenka zkonstruovat autobus na vodík, který by využíval právě ten vodík ze Spolany."

Říká Luděk Janík z Ústavu jaderného výzkumu v Řeži u Prahy.

"Dali jsme si v Řeži za cíl ten projekt zkoordinovat, dát dohromady společnosti, které by byly s to uvést projekt do života. Nakonec jsme dali dohromady skupinu firem, kterým by se to mělo podařit."

Myšlenka vyrobit první české vozidlo na vodíkový pohon se setkala s kladným ohlasem u státních orgánů. K financování celého projektu je ale nutné využít více zdrojů.

Luděk Janík, foto: Autor

"Financování, to je vedle technické části nejproblematičtější záležitost. Nakonec se jako nejschůdnější cesta ukázaly strukturální fondy Evropské unie, konkrétně Operační fond infrastruktura, který v jedné své části přímo zahrnuje vodíkové technologie využitelné v dopravě, protože jsou přátelské k životnímu prostředí. Další peníze pocházejí z rozpočtu České republiky, z kapitoly pro rozvoj alternativních paliv, kterou spravuje Ministerstvo dopravy. A konečně využíváme také vlastních zdrojů."

Pokud se tedy nevyskytnou nějaké nepředvídané problémy, měli by v roce 2008 vidět lidé v Neratovicích jezdit po ulici něco dnes nevídaného: autobus, který se pohybuje téměř nehlučně a za kterým nezůstávají oblaka černého dýmu. Jeho jediným ´odpadem´ totiž bude čistá voda. Lidé v Neratovicích ale nebudou na autobus jen zírat. Oni se v něm budou také vozit, protože má být nasazen na jednu místní pravidelnou linku. A kde bude autobus tankovat palivo?

"V rámci projektu bude postavena vodíková čerpací stanice v Neratovicích."

S dopravou vodíku tedy nebudou problémy. Tam, kde se vyrobí, tam se také spotřebuje. Mimochodem, kolik kilometrů ujede autobus na jedno natankování?

"To je důležitá otázka. V současné době ještě neznáme přesné číslo. Předpokládaný dojezd bude zřejmě mezi 400 - 500 kilometry na jedno natankování. Vzhledem k tomu, že se jedná o autobus pro hromadnou městskou dopravu, je to víc než dostatečné."

---

Pojďme se ale nyní podívat na vodíkový autobus z technické stránky. Především je nutné uvést, že vodík nebude využíván jako přímé palivo v nějakém spalovacím motoru, i když i tímto směrem jde vývoj. Příkladem může být německá firma BMW. Český autobus bude poháněn elektromotorem a elektřinu mu budou dodávat ´vodíkové palivové články´. Takový palivový článek pracuje v podstatě na obráceném principu elektrolýzy vody. Více už nám poví profesor Karel Bouzek z Vysoké školy chemicko-technologické v Praze.

Prof. Karel Bouzek, foto: Autor

"Palivový článek má základní výhodu v tom, že obchází proces spalování, proces mechanické práce, rozpínání plynu a pohyb pístu ve válci. Palivový článek nemá žádnou pohyblivou část. Skládá se z jakýchsi dvou elektrod, můžeme si je představit jako tenké vrstvy uhlíku, na kterých jsou naneseny částečky především platiny nebo slitiny platiny a rhutenia. A tyto dvě uhlíkové vrstvičky jsou umístěny z dvou stran polymerní fólie, membrány, která je schopná vést ionty. Když připojíme na uhlíkové elektrody vodivé desky, které umožňují přivádět na jedné straně vodík, na straně kyslík nebo vzduch, můžeme z nich zároveň odebírat elektrickou energii. Ta je následně vedena do spotřebiče, v tomto konkrétním případě do elektromotoru."

Jaká je účinnost takového palivového článku?

"To je složitá otázka. Teoretická účinnost podle typu paliva se může pohybovat kolem 80 - 90 procent, na rozdíl od spalovacího motoru, který z principu nemůže přesáhnout účinnost kolem 40 procent. V praxi pak samozřejmě nevznikají v systému zcela ideální podmínky. V důsledku neideálního chování dochází ke snížení účinnosti. Ta se pak pohybuje mezi 40 až 60 procenty. V každém případě je ale přibližně dvojnásobná oproti klasickému spalovacímu motoru."

Palivové články mohou spolehlivě fungovat a dodávat energii pro elektromotor jen tehdy, když je vodík náležitě čistý, bez příměsí jiných látek. A to je právě úkol, na kterém profesor Karel Bouzek a jeho kolektiv pracují. Ve světě je při hodnocení čistoty vodíku sledován především obsah uhlíkatých látek, zejména oxidu uhelnatého. Ten je podle profesora Bouzka známý jako tzv. katalytický jed, protože dokáže zastavit žádoucí proces v palivovém článku. V případě vodíku ze Spolany Neratovice jde ale o jiný úkol.

"Zdrojem vodíku pro daný vodíkový autobus není klasický způsob výroby z fosilních paliv, z uhlovodíků, ale je to vodík, který prochází z elektrochemické výroby hydroxydu sodného a chloru. A tato technologie je založena na bázi tzv. rtuťové, amalgamové elektrolýzy. Z toho vyplývá, že po ukončení celého procesu obsahuje vodík nezanedbatelné množství rtuti ve formě par. Rtuť je sice odstraňována v několika technologických krocích, nicméně stopová množství této látky ve vodíku zůstávají. Vyvstává tedy otázka, zda při vlastním provozu autobusu na principu palivových článků, fungujících na základě tohoto vodíku, nemůže dojít ke znehodnocení elektrod palivového článku tímto prvkem."

Profesor Karel Bouzek upozorňuje, že tímto problémem se rtutí se kupodivu ještě nikdo ve světě nezabýval. Dá se tedy říci, že výzkum českých vědců má dosah daleko překračující hranice naší země.

"Za tímto účelem bylo vybudováno pracoviště na Vysoké škole chemicko-technologické v Praze, které umožňuje dlouhodobě sledovat charakteristiky palivových článků v závislosti na jejich zátěži, to znamená na množství odebírané energie, a zároveň na množství vnášených par rtuti do daného systému."

---

Prof. Karel Bouzek, foto: Autor

Jak už uvedl Luděk Janík z Ústavu jaderného výzkumu v Řeži, na vývoji českého vodíkového autobusu se podílí konsorcium firem. Je ale třeba dodat, že například samotné palivové články dodá jedna firma z Německa. Nemělo by totiž smysl takříkajíc objevovat Ameriku, když už je tady někdo, kdo s tím má letité zkušenosti. Jinak ale půjde podle profesora Karla Bouzka skutečně o český autobus.

"Český vklad bude především v tom vlastním autobusu, který vyrobí Škoda Plzeň. Ta příslušnou technologii zvládla už před lety na trolejbusech. Díky novému projektu mají možnost uzpůsobit své technologie z klasického sbírání energie trolejemi palivovým článkem. To v konečném důsledku, v případě, že technologicky budou dostatečně konkurenceschopní, může znamenat významný přínos pro rozvoj firmy a pro rozšíření uplatnění jejich výrobků."

Projekt vodíkového autobusu si samozřejmě neklade za cíl demonstrovat jen dovednost vědců a techniků. Měl by v Česku nastartovat daleko širší aktivity spojené s využíváním vodíku. Vždyť už dnes třeba miniaturní vodíkové palivové články dokáží nahradit klasické baterie v přenosných počítačích či mobilních telefonech. Využití vodíku v dopravě je ale asi nejlákavější. Předpokládá to ovšem také informovanost veřejnosti, ostatně jako u většiny nových technologií. Jen tak je možné překonat případnou nedůvěru. Autobus v Neratovicích tedy bude nejen vozit lidi jako každý jiný městský autobus. On bude zároveň i takovým pojízdným agitačním střediskem v dobrém slova smyslu, i když Luděk Janík bere toto označení s úsměvem.

"Pojízdné agitační středisko - to je možná malinko nadnesené. Našim cílem je především seznámení co nejširšího okruhu s problematikou vodíku a s jeho možnostmi. Kromě samotného provozu autobusu plánujeme nějakou PR kampaň, která občany upozorní na možnosti dopravy s využitím vodíku. Máme tady zkušenosti se souvisejícími projekty ze zahraničí, kdy největším problém bylo připravit se na velký zájem veřejnosti. Když najednou vyjel nový autobus, začali jim tam jezdit tisíce lidí. Lidé, kteří ten projekt provozovali, pak museli provádět veřejnost a neustále něco vysvětlovat."

V tom autobusu má být také LCD monitor. K čemu bude sloužit?

"Ano, součástí autobusu bude displej, který bude veřejnosti během jízdy ukazovat, jaké momentálně probíhají v autobusu energetické toky, kolik se například ušetří v daném momentu ušetřilo klasických fosilních paliv, co to znamená pro snížení emisí skleníkových plynů, oxidu uhličitého, oxidu dusíku a dalších škodlivin."

A ještě jeden moment je třeba zmínit. Oproti západní Evropě má Česko ve využívání vodíkových aplikací v dopravě několikaleté zpoždění. Mezi novými členskými zeměmi Evropské unie je ale průkopníkem.

"My už máme projekt, který bude realizován. Ostatní státy v tomto směru nevyvíjí nějakou intenzivnější činnost. Možná maximálně Polsko se zabývá - protože má velké zásoby uhlí - získávání vodíku z uhlí, ale je to opět ve fází získávání možného paliva, ale ne aplikace pro toto palivo."