Vodíkové autobusy projektu HyFLEET:CUTE

„Po věku ropy a zemního plynu nastane nová doba, pravděpodobně věk vodíku.“ Pozor, nenechte se však podobnými prohlášeními mýlit! Vodík není palivem budoucnosti, ale pouze zajímavým energetickým médiem. Volný vodík, který by bylo možné těžit a čerpat do nádrží, se na Zemi v podstatě nevyskytuje. Musíme proto vodík vyrobit, ať už elektrolýzou z vody, nebo chemickou cestou z vhodných sloučenin. A tento proces spotřebovává energii, která se posléze spálením vodíku opět uvolní. Výhodou je, že mezi tím můžeme vodík skladovat v nádrži a převážet z místa na místo, což třeba s elektrickou energií tak snadno udělat nelze.

Elektrolýza
Průchodem elektrického proudu se voda rozkládá na vodík a kyslík. Ty vznikají v plynném stavu a lze je jímat a použít pro pohon palivových článků nebo vodíkových spalovacích motorů. Tento postup je právě tak drahý a tak ekologicky šetrný, jako byla výroba elektřiny nezbytné k elektrolýze. Využijeme-li elektřinu z uhelných elektráren, získáme vodík sice levně, ale za cestu spálených fosilních paliv a CO₂ uvolněného do ovzduší. Druhou možností je elektrická energie z obnovitelných zdrojů, které životní prostředí tolik nezatěžují. Navíc, tyto zdroje často dodávají energii náhodně a v časech, kdy o ni zrovna nemusí být zájem, zatímco elektrolýza vody může odebírat a uschovávat jejich energii kdykoliv. Pokud budeme chtít získávat velkou část elektřiny z větrných a slunečních elektráren, stane se pravděpodobně výroba vodíku nepostradatelným pomocníkem.

Chemická cesta
Vodík lze rovněž získat chemickou cestou z metanu, hlavní složky zemního plynu, metodou zvanou parní reformování. Metan je nutno na začátku procesu vyčistit a zbavit síry. Poté se smíchá s vodní párou. Směs v přítomnosti katalyzátoru zahřejeme na teploty kolem 900°C, čímž vznikne směs vodíku, CO₂ a CO. Podíl CO dále zmenšíme na minimum. CO₂ z vodíku odstraníme a můžeme ho uložit, použít jako technický plyn nebo vypustit do ovzduší. Teplo potřebné pro reakci se získává spalováním zemního plynu. Tato metoda je ze všech způsobů výroby vodíku nejlevnější, ale na 1 kg vodíku vznikne 7 kg CO₂. V mnoha továrnách vzniká vodík jako vedlejší produkt, např. při výrobě chlóru, alkalických hydroxidů, chlornanů, chlorečnanů nebo peroxidu vodíku.

Projekt vodíkové flotily
Projekt HyFLEET:CUTE podporovaný Evropskou komisí měl ověřit, jak by fungovaly všechny komponenty vodíkového hospodářství; od výroby vodíku přes jeho distribuci, čerpací stanice až po systém vodíkových autobusů. Projekt byl zahájen v roce 2006 a trval čtyři roky. Zapojilo se celkem 10 měst (Amsterdam, Barcelona, Peking, Hamburg, Berlín, Londýn, Luxembourg, Madrid, Perth, Reykjavik) a provozovalo síť městských autobusů na vodíkový pohon. Na palivové články jezdilo 33 strojů a v Berlíně byla testována flotila 14 autobusů s vodíkovým spalovacím motorem.

Výroba vodíku
Výrobu vodíku zajišťovaly elektrolytické a chemické moduly, které bylo možno podle potřeby snadno přemísťovat a zapojovat do větších skupin. Zařízení na elektrolytickou výrobu vodíku může fungovat buď za atmosférického tlaku (potom má nižší spotřebu elektřiny, ale zabírá víc prostoru), nebo pod tlakem 30 barů. Druhou variantu používal projekt HyFLEET:CUTE. Jednotky mají sice vyšší spotřebu, ale zase není třeba vynakládat tolik energie na stlačení vodíku nezbytné pro přepravu a skladování. Moduly mají kapacitu 1–120 m³/h a mohou být zapnuty či vypnuty během jedné minuty, což je skvěle předurčuje pro zpracovávání elektřiny s nízkým tarifem nebo elektřiny z větrných elektráren. Elektrolýzou ssouběžně vznikající kyslík lze rovněž skladovat a dále používat v průmyslu, ale jednotky projektu HyFLEET:CUTE ho vypouštějí do ovzduší.

V Madridu a ve Stuttgartu se nacházejí dvě malé stanice na výrobu vodíku metodou parního reformingu. Stejně jako elektrolytické jsou provedeny jako snadno přepravovatelné moduly. Jsou bezpečné, zcela automatické a dají se řídit na dálku, třeba pomocí internetu.

V případě, že by výrobny vodíku nestačily, je vhodné mít v záloze další způsob zásobování čerpacích stanic. V Evropě je pouhých 1000 km vodíkovodů a žádný nevede poblíž měst, která se zapojila do projektu HyFLEET:CUTE, tudíž bylo třeba vodík vozit auty. V kapalném stavu lze na vůz naložit kolem 3,3 tun vodíku, ale zkapalňování je velmi energeticky náročné. Plynného vodíku (byť pod tlakem) se na auto vejde mezi 300 a 600 kg. Je nutné zvolit optimální strategii, aby se zajistilo plynulé zásobování stanic, které bude energeticky šetrné a zároveň nebude zatěžovat okolí nadměrným provozem.

Čerpací stanice a autobusy
V nádrži autobusu je vodík stlačený pod tlakem 350 barů, aby nezabíral mnoho místa. V čerpací stanici je ovšem vodík pod nižším tlakem a tak jsou stanice vybaveny kompresorem, který palivo do autobusu patřičně nahustí. Londýnská stanice jako jediná z projektu je zařízena na tekutý vodík a má kryogenický tank a zařízení na přeměnu tekutého vodíku na plynný pod tlakem 350 barů.

Malou část flotily vodíkových autobusů tvořily stroje na spalovací motor pracující na stejném principu jako klasický benzinový. V porovnání s palivovými články, které poháněly většinu autobusů, si však spalovací motory nevedly tak dobře, a i jejich výrobce, firma MAN, se holná v budoucnu zaměřit spíše na vývoj palivových článků.

Jak to dopadlo
V rámci právě zakončeného projektu HyFLEET:CUTE podporovaného Evropskou komisí se po dobu delší než čtyři roky v deseti městech na třech kontinentech s úspěchem provozovalo více než 40 vodíkových autobusů. Vodíkové autobusy přepravily přes 8,5 milionu cestujících v pravidelné dopravě, ujely 2,5 milionu kilometrů a spotřebovaly 550 tun vodíku. Celkem tak ušetřily přes milion litrů nafty. Nezaznamenaly žádnou vážnější nehodu nebo problém, kromě občasných poruch čerpací stanice nebo drobných úniků vodíku. Ukazuje se, že vodíková doprava je možná, byť ještě zbývá dořešit mnoho obtíží.

Energetický ekvivalent

O vodíkovém hospodářství jsme psali v Třípólu na:
http://www.3pol.cz/cz/rubriky/obnovitelne-zdroje/1035-vodik-na-silnicich
http://www.3pol.cz/cz/rubriky/reportaze-cestovani/1213-vodik-na-sto-zpusobu
http://www.3pol.cz/cz/rubriky/obnovitelne-zdroje/1041-novy-cesky-vodikovy-autobus-se-predstavi-verejnosti
http://www.3pol.cz/cz/rubriky/obnovitelne-zdroje/1055-vodik-bezpecnejsi-nez-benzin
http://www.3pol.cz/cz/rubriky/navody-na-pokusy/936-vodikova-energetika-nazorne