Bezemisní doprava: Patří budoucnost molekulám vodíku?

O vodíku se v žertu říká, že jde nejen o palivo budoucnosti, ale rovnou všech budoucností. Jeho revoluční nástup do světa energetiky se totiž předpovídal již několikrát, a přesto pomyslný outsider dodnes jen chabě konkuruje klasickým lithiovým bateriím napájeným z elektrické sítě. Za nízkou popularitu může nutnost vyrábět samotný plyn, což vyžaduje energii. Zjednodušeně řečeno: Nejprve potřebujete elektřinu, abyste vodík vůbec dostali do motoru – tak proč zbytečný krok nepřeskočit a nepohánět vozidla a stroje elektřinou přímo? 

Pádný argument hraje do karet skeptikům, kteří v nadvládu vodíku nevěří: Nechybí mezi nimi ani excentrický vizionář Elon Musk, podle nějž jsou vodíkové baterie jednoduše „hloupé“. Rozvoj v oblasti ekologické energetiky však nasvědčuje, že by se zmíněný plyn skutečně mohl coby masově rozšířené palivo v blízké budoucnosti ujmout.

Nejlehčí prvek

Vodík představuje nejrozšířenější a zároveň nejlehčí prvek ve vesmíru. Používá se například jako redukční činidlo v chemickém průmyslu, k produkci amoniaku či kyseliny chlorovodíkové, ale také coby pohonná látka v kosmonautice. Podle statistik analytické společnosti AleaSoft se jeho roční globální spotřeba pohybuje okolo 70 milionů tun. 

Poptávka se od roku 1975 v podstatě ztrojnásobila a daří se ji uspokojovat hlavně díky metodě tzv. reformování parním metanem, kdy se na vodík obvykle přeměňuje zemní plyn. Proces však není ekologický a do ovzduší se při něm uvolňuje asi 830 milionů tun oxidu uhličitého ročně, což odpovídá souhrnné produkci Francie a Velké Británie. 

O vodíku se od začátku mluví coby o ekologické alternativě nejen fosilních paliv, tudíž u něj podobně „nečistá“ výroba znamená zásadní problém. Aby se navíc vodíková energie mohla stát součástí běžného života, musela by pro ni vzniknout infrastruktura, což by bylo zdlouhavé a finančně extrémně náročné. Přes zdánlivě nepřekonatelné obtíže však vodík nabízí jednu ohromnou výhodu: Jediný odpadní produkt jeho „spalování“ v motorech by tvořila vodní pára. Pokud bychom jej tudíž zvládli ekologicky produkovat pro 2,8 miliardy automobilů, které budou dle odhadů křižovat silnice planety v roce 2036, odstartovali bychom skutečnou zelenou revoluci. 

Elektrolýza tam a zpět 

V ideálním světě funguje vodíkové napájení následovně: Vodní, větrná či jiná ekologicky přívětivá elektrárna vyrobí energii. Ta pak pohání proces zvaný elektrolýza, při němž se voda štěpí na vodík a kyslík. Zatímco druhý jmenovaný poslouží v průmyslu nebo se neškodně vypustí do ovzduší, vodík se uskladní do tzv. palivového článku, který lze zapojit například do automobilu. 

Z vodíku se pak energie získává obrácením elektrolýzy: Plyn se mísí s kyslíkem, jejich reakce vytváří elektrický proud a odpadní látku představuje voda. Teoreticky bychom tedy mohli ekologicky vyrobenou energií pohánět vozidla, aniž bychom do ovzduší vypouštěli skleníkové plyny. 

Slunce, voda, vítr

Problém technologie tkví v tom, že závisí na nevyzpytatelných zdrojích. Ať už jde o větrné, či sluneční elektrárny, jejich produkci ovlivňují podmínky, nad nimiž nemáme kontrolu. Uskladnit přemíru energie z větrných a slunečných dnů zatím dobře neumíme a vykrýt deficit ze špatných dnů umožňuje pouze nákup energie z jiných, „špinavějších“ zdrojů. Stabilní produkce jaderných elektráren je pak pro řadu ekologicky smýšlejících zákazníků nepřijatelná. 

Další potíž spočívá v masovém přechodu na nový pohon. Neexistují kapacity, které by ze dne na den zajistily ohromné množství elektřiny k výrobě vodíku. Už dnes se některé americké státy potýkají s nárůstem odběru ze sítě kvůli elektromobilům napájeným lithiovými bateriemi. Například Seattle má třetí nejvyšší počet elektrických vozů na hlavu v USA a radnice plánuje, že do roku 2030 bude podobné vozidlo řídit třetina obyvatel města. Jenže když se lidé večer vrátí z práce, rozsvítí, pustí televizor, pračku a klimatizaci a navíc dají auto na nabíječku, ocitá se elektrická síť na hraně kolapsu. 

Kalifornie se pro změnu stala největším americkým producentem „zelené“ energie. Do deseti let tam však elektromobily budou spotřebovávat 6 % veškeré elektřiny, a nejspíš tedy nezbude, než aby si ukously z koláče určeného pro průmysl. 

Pomalý přechod

Aby se mohlo vyrábění vodíku rozjet ve velkém za reálných podmínek, musela by podle odborníků přijít přechodová fáze a naplno využít existující kapacity. Například vodní elektrárny by přes noc neomezovaly produkci, ale přebytky proudu by pomáhaly právě k výrobě plynu. 

Cestu do budoucnosti by mohl vodíku vydláždit i fakt, že jde o mnohem výhodnější uložiště energie než lithiové baterie, které dnes najdeme takřka v každém přenosném zařízení a elektromobilu. V palivových článcích se totiž plyn stlačí 700 bary, a na malém prostoru se tak koncentruje spousta paliva, jehož potenciál časem neklesá. Ohromný pokrok ve zpracování nanomateriálů umožnil také vznik prvních funkčních prototypů jakési „houby“, jež na nevelké ploše zahrnuje obrovské množství pórů. Testy ukázaly, že vodík lze v této „kleci“ skladovat pod ještě vyšším tlakem, než dovolují klasické nádoby, čímž se dosáhne významnějších zásob, a tudíž i delšího dojezdu. 

Konkurence s Teslou

I kdybychom zatím zůstali u ověřených technologií, nabídne skladovaný vodík úctyhodné parametry. Stlačený vodík o hmotnosti pouhých 4 kg se vyrovná více než 15 litrům benzinu a jeho dobíjení je otázkou 3–5 minut. Na druhou stranu baterie vozu Tesla Model 3 váží 480 kg, zajišťuje dojezd 354 km a k plnému nabití, od 10 % k 90 %, potřebuje zhruba šest hodin. 

Zatímco nabíjení lze logisticky řešit tím, že vůz zůstane ke zdroji připojený přes noc, hmotnost baterií komplikuje jejich nasazení mimo osobní automobily. Podle britské společnosti JCB, jež vyrábí stavební a dopravní techniku, by například baterie pro bagr musela vážit zhruba 5 tun a tentýž problém se týká třeba autobusů. Navzdory mnoha tvrzením tak vodík potenciálně znamená nejen ekologičtější, ale také efektivnější variantu oproti lithiovým bateriím.  

Navíc se lithium, podobně jako jiné vzácné kovy, vyskytuje pouze na několika místech planety. Největší zásoby ukrývá rovníková Afrika, obvykle je však kontrolují zkorumpované režimy a těží se za nelidských podmínek. Kromě toho se látka musí distribuovat po celém světě, zatímco vodík lze vyrábět téměř kdekoliv. 

Hindenburg dál děsí

Vedle neekologické produkce skeptici rádi argumentují (ne)bezpečností vodíkových článků a na pomoc si berou vzducholoď Hindenburg, nadnášenou právě vodíkem. Její nechvalně proslulá havárie totiž navždy změnila podobu vzdušné dopravy. Od zmíněné katastrofy ovšem uplynulo víc než osmdesát let a v podání současných technologií je vodíkový článek v autě bezpečnostně srovnatelný s nádrží benzinu. 

Ve prospěch vodíku mimo jiné hovoří, že v případě úniku velice rychle vyprchá. Již v současných „vodíkomobilech“ se navíc nachází řada bezpečnostních čidel a nádrže, v nichž se plyn skladuje, se samozřejmě zátěžově testují – nasazují se v simulovaných nehodách, a dokonce se do nich střílí. Ukládání vodíku pod tlakem 700 barů navíc znamená, že musejí být mnohem „bytelnější“ než u standardních automobilů. 

Čína kráčí kupředu

Zatímco tedy současnému pokrokovému trhu dominují stroje a zařízení s klasickými bateriemi, o vodíkových alternativách se mluví stále častěji. K nejhlasitějším zastáncům palivových článků s vodíkem patří někdejší čínský ministr pro vědu a technologii Wan Kang. Podle něj pomohou asijské velmoci nejen vyhnat ekonomiku do vyšších obrátek, ale také snížit znečištění ovzduší. 

Vláda lidové republiky proto vodíkovou revoluci podporuje a investuje do vývoje vozidel i dobíjecích stanic. V důsledku vysoké pořizovací ceny a teprve vznikající infrastruktury však zatím po Číně jezdí pouhých 1 500 vozů na vodík v porovnání s více než dvěma miliony klasických elektromobilů. Na vodíkovou budoucnost vsadila také vláda Japonska – v zemi vycházejícího slunce již v roce 2019 fungovalo 109 vodíkových čerpacích stanic, které sloužily 3 400 vozidel poháněných palivovými články. 

Vodíkové železnice

V Evropě se vodíkový pohon neinstaluje pouze do autobusů – například Británie s Německem pomyslně soupeří ve vývoji „plynových železnic“. Druhá jmenovaná země už do tratí s novými čerpacími stanicemi investovala v přepočtu 189 miliard korun. V Británii jezdí testovací vodíkový vlak od roku 2019 a má natolik dobré výsledky, že by se měl v příštím roce zařadit do běžného provozu. Do roku 2040 má pak vodíková verze nahradit všechny dieselové vlaky, jež tvoří čtvrtinu tamního vozového parku.

V ostrovním království se podařilo dosáhnout i dalšího rekordu: Z cranfieldského letiště opakovaně vzlétlo největší evropské bezemisní letadlo. Model Piper Malibu pojme až šest osob a pohání jej elektromotor napájený vodíkem. Také jeho vývoj britská vláda finančně podporuje a mateřská společnost ZeroAvia by chtěla do konce roku představit variantu pro 50–100 pasažérů.  

České přešlapování 

Zatímco evropské velmoci se předhánějí v bezemisním závodě, Česko tiše přešlapuje na místě, a to nejen na poli vodíku. K listopadu 2019 u nás fungovalo zhruba 400 dobíjecích stanic pro elektromobily, kdežto například v Německu jich existovalo přes 20 tisíc. Vodíkové stanice na tom byly ještě hůř: Loni vznikla v České republice první, a veřejnost k ní navíc neměla přístup. Ještě před pandemií Ministerstvo dopravy tvrdilo, že do roku 2023 u nás vyroste 6–8 stanic na vodík – první tři v Praze, Litvínově a Brně. Těžko říct, jak je realizace plánu v současnosti vzdálená. 

TIP: Elon Musk exkluzivně: Jak vypadaly začátky Tesly a co plánuje do budoucna?

Každopádně bez čerpacích stanic u nás zatím Toyota ani nespustila prodej modelu Mirai, který se stal prvním komerčním vodíkovým vozem světa a v zahraničí ho lze koupit v přepočtu za 1,4 milionu korun. Ani po zřízení čerpacích stanic však vodík v Česku nezažije překotný rozmach. Podle předběžných studií by u nás v roce 2030 mohlo jezdit 60–90 tisíc aut s vodíkovými články.