Vodík ako palivo

Medzinárodné spoločenstvo si stanovilo za cieľ udržať tempo globálneho otepľovania pod 2 stupňami Celzia oproti hodnotám v predindustriálnom období. To nemusí znieť ako príliš ambiciózny cieľ. Napriek tomu vyžaduje od krajín na celom svete vynaloženie obrovských zdrojov. Kľúčovú rolu tu hrajú celosvetové emisie oxidu uhličitého (CO2), ktoré je potrebné dramaticky znížiť. Sektor dopravy je zodpovedný za 20 percent globálnych emisií CO2. „Pokiaľ chceme dosiahnuť tento dvojpercentný cieľ, potrebujeme na cesty dostať oveľa viac vozidiel s nulovými emisiami,“ vysvetľuje Sebastian Fritz, vedúci vývoja trhu a projektov pre vodíkové riešenia v spoločnosti Linde Gas. V budúcnosti budú musieť absolútne emisie CO2 produkované sektorom dopravy klesnúť o 40 percent, a to navzdory tomu, že dramaticky vzrastie preprava osôb a tovaru. Táto hodnota je výsledkom nedávnej štúdie vypracovanej iniciatívou Hydrogen Council, alianciou 19 spoločností, vrátane spoločnosti Lince, ktorá sa zaviazala propagovať globálnu vodíkovú ekonomiku. Tento cieľ sa nedá dosiahnuť s konvenčnými spaľovacími motormi.

„Jediné, čo do ovzdušia vypúšťajú vozidlá s vodíkovými palivovými článkami, je vodná para“, hovorí odborník spoločnosti Linde Sebastian Fritz. Vodík (H2) je tak prostriedok šetrný ku klíme, ideálna voľba na podporu prechodu k nízkouhlíkovým podobám dopravy. Spoločnosť Linde ponúka všetky technológie, ktoré sú potrebné na produkciu vodíka, jeho efektívnu prepravu do tankovacích staníc a samotné natankovanie vozidiel s palivovými článkami. Spoločnosť je najväčším svetovým producentom zariadení na výrobu H2 a popredným dodávateľom vybavenia pre tankovacie stanice na vodík. „Spoločnosť Linde Engineering ponúka kompletné služby spracovania plynu. A spoločnosť Linde Gas má vo svojej ponuke všetky technológie, ktoré sú potrebné na vytvorenie plne funkčnej vodíkovej ekonomiky,“ dopĺňa Anton Jell, viceprezident pre obchodnú politiku v oblasti zariadení na výrobu a spracovanie vodíka a syntézneho plynu e spoločnosti Linde Engineering.

Cisternové vozidlo na prepravu kvapalného vodíka

V preprave, skladovaní a tankovaní vodíka hrajú veľmi dôležitú úlohu procesy chladenia a stlačenia. Dôvodom je to, že vodík má za normálneho tlaku a za normálnej teploty nízku energetickú hustotu. 3 000 litrov vodíka v plynnej fáze napríklad obsahuje rovnaké množstvo energie ako jeden liter benzínu. „Vodík sa musí stlačiť vysokým tlakom, aby sa zvýšila jeho energetická hustota a mohol sa potom efektívne skladovať a prepravovať,“ vysvetľuje Jell. To znamená, že plynný vodík sa buď musí stlačením zmeniť na CGH2 (stlačený plynný vodík), alebo sa musí kryogénnym spôsobom skvapalniť na LH2 (kvapalný vodík). Spoločnosť Linde ponúka výkonné technológie na premenu vodíka na oba tieto výsledné stavy. „Existuje celý rad faktorov, ktoré určujú, či má zmysel vodík stlačiť alebo skvapalniť vrátane množstva vodíka na prepravu a vzdialenosti, do ktorej sa musí prepraviť,“ vysvetľuje odborník zo spoločnosti Linde.

Nádrže na tlakové skladovanie

Skvapalnený vodík má veľmi vysokú energetickú hustotu. To je veľká výhoda, pretože to znamená, že je možné nákladným vozidlom prepraviť do tankovacích staníc viac vodíka. Do špeciálne navrhnutých prepravných cisterien Linde je možné naplniť až päť ton LH2. „Skvapalňovanie vodíka bohužiaľ vyžaduje veľké množstvo energie,“ hovorí Jell. „Plyn sa musí najskôr ochladiť na teplotu mínus 253 stupňov Celzia.“ Tankovaciu stanicu je tiež potrebné vybaviť špeciálnymi, izolovanými kryogénnymi kontajnermi na LH2, aby sa pri skladovaní vyparilo čo najmenej vodíka. Preprava a tankovanie LH2 sú na druhej strane veľmi efektívne z hľadiska nákladov a prednosti spojené s dodávkami kvapalného vodíka sa ďalej násobia s rastúcim dopytom po H2 na čerpacích staniciach.

„Tankovacie stanice je možné zavážať tiež stlačeným vodíkom v plynnej fáze,“ pokračuje Fritz. V týchto prípadoch sa vodík prepravuje za odlišných tlakových podmienok. Napríklad pri tlaku 500 barov je možné prepraviť asi jednu tonu vodíka. Aby jednotlivé prvky na skladovanie H2 odolali aj tým najväčším tlakom, sú vybavené špičkovými plastmi a škrupinou z uhlíkového vlákna.

Cisternové vozidlo CcH2 vo vodíkovom centre spoločnosti Linde, Unterschleissheim

Na čerpacích staniciach sa následne H2 uskladní v nádržiach na skladovanie plynov pri tlaku 45 barov, trubiciach s tlakom 200 barov s možnosťou podzemnej inštalácie alebo v nádržiach na skladovanie kvapalín. Vodík sa následne musí na účely tankovania na čerpacích staniciach stlačiť predpísaným tlakom, pretože sa do vozidiel s palivovými článkami vstrekuje vo forme stlačeného plynu. Medzi kľúčové prvky vybavenia tankovacích staníc na H2 tak patrí kompresná jednotka. „Kompresor plyn stlačí požadovaným tlakom, ktorý môže mať hodnotu 350 barov alebo hodnotu 700 barov, podľa toho, aké vozidlo je potreba natankovať,“ dodáva Fritz. „Spoločnosť Linde ponúka na tankovanie dve výkonné, inovatívne technológie: kryogénne čerpadlo na kvapalný vodík a iontový kompresor na stlačený vodík.“ S obomi technológiami je natankovanie vodíka na staniciach otázkou maximálne troch minút. Áno, taký krátky čas stačí na plné natankovanie vozidla H2 pod vysokým tlakom. S plnou nádržou takéto vozidlo prejde k ďalšej zastávke pri vodíkovom stojane až o 600 kilometrov. „Vodíkové vozidlá majú podobný dojazd ako vozidlá so spaľovacími motormi,“ uvádza Jell. Do tejto chvíle spoločnosť Linde uskutočnila viac než milión tankovaní H2. „Tankovania prebehli na viac než 100 tankovacích staniciach celého sveta, ktoré sú vybavené našimi technológiami,“ vysvetľuje Fritz.

Stále viac automobiliek dnes predstavuje vozidlá s pohonom na vodík alebo ich už vyrába v menších sériách. V roku 2016 dcérska spoločnosť Linde Hydrogen Concept spustila projekt BeeZero v Mníchove, prvú službu zdieľania automobilov na svete, ktorá sa spoliehala výlučne na vozidlá s palivovými článkami s pohonom na vodík. Táto flotila automobilov s palivovými článkami je v prevádzke už takmer dva roky a za ten čas skupina získala cenné poznatky, ktoré jej pomôžu pri ďalšom vývoji vodíkových technológií a rozšírení H2 infraštruktúry.

Tankovacia stanice OMV na vodík vo Viedni, Rakúsko

Vodík významným spôsobom preniká aj do železničnej dopravy. Od roku 2021 nahradí staré dieselové lokomotívy v nemeckej spolkovej zemi Dolné Sasko štrnásť vlakov s palivovými článkami. Tieto vlaky Coradia iLint vyrobí výrobca železničných vozidiel Alstom. Vlaky zvládnu na jednu nádrž okolo 1 000 kilometrov s maximálnou rýchlosťou až 140 kilometrov za hodinu. „Spoločnosť Linde bola požiadaná o dodávky vodíka,“ nadšene vysvetľuje odborník spoločnosti Linde Jell. Spoločnosť v rámci tohto projektu vybuduje a bude prevádzkovať prvý systém tankovania vodíka na svete pre vlaky. Toto palivo šetrné ku klíme vyvoláva záujem aj v ďalších oblastiach. „Často sa nás pýtajú na to, či je možné použiť H2 aj ako palivo na pohon nákladných automobilov, lodí a dokonca lietadiel,“ uvádza Fritz.

Vodík môže byť kľúčovým faktorom úspešného dosiahnutia dvojstupňového cieľa na zmiernenie vplyvov našej aktivity na svetovú klímu. Tento pohľad podporuje ďalšie zistenie nedávnej štúdie iniciatívy Hydrogen Council, podľa ktorej vozidlá s pohonom na vodík, ktorý sa vyrába tradičným spôsobom zo zemného plynu, ktoré teraz emitujú o 30 percent menej emisií CO2 než automobily so vznetovými motormi. „Ešte lepším variantom je použitie vodíka vyrábaného s použitím obnoviteľných zdrojov energie, ako sú veterná, vodná a solárna energia,“ zhŕňa Jell. Odborníci spoločnosti Linde na technické riešenia a plyny úzko spolupracujú na vývoji technológií a koncepcií udržateľnej výroby vodíka. Napokon každý spôsob dopravy a každý kilometer jazdy, na ktorom ušetríme CO2 – či už pri cestovaní na zemi, vo vode alebo vo vzduchu – nás približuje k nášmu dvojpercentnému cieľu na zmiernenie vplyvu našej aktivity na klímu.