V Česku vznikají první čerpací stanice na vodík, prodávají se první auta, první autobusy, vyvíjejí se první vlaky.

A jednu velkou vodíkovou budoucnost představuje letectví – věří tomu alespoň Evropská unie a konsorcium vedené společností Honeywell, kteří v Brně rozjeli projekty za téměř 5 miliard korun.

V létě 2021 byl v Hradci Králové na hudebním festivalu Rock for People Hope testován unikátní generátor, na jehož vývoji se od roku 2017 podíleli čeští odborníci z firmy Devinn.

Tato technologická novinka, tzv. vodíkový generátor H2BASE, byla tak zkušebně jediným zdrojem elektřiny jednoho z pódií. „Představte si krabici o velikosti ledničky, minimální konfiguraci systému tvoří tři tyto ledničky.

Jedna lednička má na starosti výstup, dnes jde o energii pro stage, druhá má na starosti výrobu vodíku a třetí slouží jako zásobárna,“ vysvětloval tehdy vedoucí vývoje, Karel Souček. Jediným „odpadem“ z druhé „lednice“ byla destilovaná voda.

Výkonnost generátoru dosáhla 25 rychlovarných konvic najednou, tedy 160 kWh, přičemž v jedné domácnosti je spotřeba přibližně na 50 kWh.

Zářná budoucnost H2?

Využití vodíku má mnoho benefitů – manipulace s ním není nijak komplikovaná, vodík v lahvích snese slunce i pád, neztrácí se v mínus 30 stupních, na druhou stranu jde o silně těkavou a hořlavou látku, která potřebuje hi-tech nádrže.

Zásadní je i cena, a ta je poměrně vysoká. Nicméně se neustále snižuje a navíc je častým vedlejším produktem petrochemického průmyslu, vzniká i obyčejnou elektrolýzou. Je tedy úžasnou ukázkou recyklace a paliva budoucnosti.

Vodík na kolejích

Vlastně zásadním palivem budoucnosti.

Obrovskou revoluci zažívá vodík především v dopravě. Není to tak dlouho, co v Německu začaly zkušebně vozit cestující vlaky poháněné vodíkem. Jedná se o soupravy Alstom Coradia iLint a na jednu nádrž jsou schopny ujet až 1000 kilometrů.

Vůbec poprvé byly tyto stroje nasazeny na pravidelné linky v Dolním Sasku, na 100kilometrovém úseku. Šlo o 14 jednotek nahrazující dieselové předchůdce.

Výrobce, francouzský koncern Alstom, mluví o velkých úsporách nafty – celkem 1,6 milionu litrů ročně, tedy přes 100 tisíc litrů na jednotku.

Německo, třebaže platí za jednu z nejrozvinutějších dopravních infrastruktur v Evropě, má stále dost traťových úseků, které nejsou elektrifikované, takže na většině z nich zajišťují provoz právě vlaky poháněné naftou.

Cekově jde o více než 40 % německých tratí. „Na dopravu připadá jen v Hesensku třetina všech emisí skleníkových plynů. I proto jsme se rozhodli pro tento projekt, který nahradí dieselové vlaky,“ řekl hesenský ministr dopravy Tarek Al-Wazir.

Vodíkové palivové články

Francouzská společnost Alstom jednomu z německých regionálních dopravců poskytla dvě soupravy Coradia iLint, jež byly zkonstruovány v německém Salzgitteru. Nové typy souprav vycházejí ze staršího modelu Coradia Lint 54.

Nicméně vlak primárně vodík nespaluje, ale využívá vodíkové palivové články k výrobě elektrické energie, která se ukládá do lithium-iontového akumulátoru.

Tato poměrně malá baterie slouží k udržování kontinuity napájení a umí zároveň uchovávat ušetřenou energii z regeneračního brzdění.

Jasná výhoda vodíkových palivových článků je na rozdíl od vlaků poháněných pouze bateriemi vysoká rychlost doplňování paliva, ta je přibližně stejně dlouhá jako u vlaků, které jsou poháněny fosilními palivy.

Vlak zvládne pojmout až 300 cestujících, z toho je 150 míst k sezení, maximální rychlost je až 140 km/h. Oproti naftovým jednotkám vyniká také výrazně tišším chodem.

Revoluce v dopravě

Obecně je železniční doprava považována za ekologičtější variantu oproti autům, autobusům nebo letadlům, o to větší mají potenciál vodíkové soupravy.

Jeden regionální německý dopravce dokonce spočítal, že ročně oproti dieselové lokomotivě provoz vodíkového vlaku sníží emise oxidu uhličitého až o 260 tun.

A to navzdory tomu, že vodík je v tuto chvíli získáván z ne úplně zelených zdrojů – jako je zemní plyn – a na nádraží ho až k vlaku musí dopravit nákladní automobil.

Vše by se však brzy mělo změnit, počítá se přímo s čerpacími stanicemi a značná část vodíku by měla být generována s pomocí větrné energie, v tom ideálním případě by se tak vyráběl veškerý vodík.

„To by znamenalo nejen, že vlak v denním provozu bude zcela bezemisní, ale že i vodík, kterým je poháněn, by byl zelený vodík, protože by pocházel z obnovitelných zdrojů,“ řekl mluvčí LNVG Rainer Peters.

„Zelený vodík“

O benefitech vodíku vědí své také Češi, konkrétně odborníci z Ústeckého materiálového centra Přírodovědecké fakulty Univerzity Jana Evangelisty Purkyně.

Výzkumníci se v roce 2019 pustili do probádání nové metody ohledně navýšení podílu využívání energie z obnovitelných zdrojů. V současnosti cílí na komplexní využití vodíku a na jeho bezpečnější a levnější skladování.

„Naším cílem je vytvářet nové materiály, které nám umožní připravit, skladovat a využít obnovitelný ‚zelený vodík‘, tedy vodík, který získáme pouze štěpením vody pomocí slunce,“ popsala projekt Zdeňka Kolská, docentka Přírodovědecké fakulty UJEP.

Pětimiliardové Brno…

Zatímco se svět zmítá v elektrifikované verzi posledního soudu a v pro/proti-hysterii elektroaut, budoucnost se zdá být čistá, vodíková, „vodnatá“.

Před pár měsíci obří konglomerát Honeywell oznámil, že přivede do Brna na 50 špičkových inženýrů a vědců z celého světa kvůli zelenější letecké přepravě.

Pod hlavičkou unijního programu Clean Aviation čeká vědce práce na dvou velkých projektech snižování uhlíkové stopy leteckého průmyslu.

V prvním projektu (NEWBORN) budou zkoumat a vyvíjet novou generaci vodíkových palivových článků účinných v letectví.

Cíl 18 partnerů z 10 evropských zemí je vyvinout megawattový letecký pohonný systém napájený vodíkem, jehož jedinou emisí po spalování bude čistá vodní pára.

Druhým projektem (TheMa4HERA) 24 různých univerzit, výzkumných center, výrobců letadel a komponent z celkem 10 evropských zemí je pak vývoj dílů a architektury tepelného managementu pro hybridní elektrické letouny velikostí srovnatelné zhruba s Boeingem 737 nebo menšími regionálními letouny.

…a „Dycky Most!“

O 300 km dál na severozápadě připravují jinou vodíkovou budoucnost. Město Most testuje v plném provozu vodíkový autobus značky CaetanoBus, který byl zkonstruován ve spolupráci s Toyotou.

Najet má na „nádrž“ 600 kilometrů a je nasazen na náročnou trasu s řadou převýšení. Z výfuku mu vychází opět pouze vodní pára.

Mostu má přinést data o tom, zda je vodík perspektivním palivem pro vozidla městské hromadné dopravy.

Testování autobusu se v Mostě probíhá díky zapojení České vodíkové technologické platformy (HYTEP) do celoevropského projektu JIVE 2.

Místo motoru malá elektrárna, z výfuku jen vodní pára

Pohon vodíkového autobusu CaetanoBus funguje opět na principu palivových článků.

V oblasti motoru se nachází palivový článek, zjednodušeně malá mobilní elektrárna, která kombinuje vodík z nádrže se vzduchem z okolí, a při této chemické reakci vzniká elektrická energie pohánějící vozidlo.

„Autobus má zároveň pro potřeby okamžitého výkonu nainstalován malou baterii, která výkon palivového článku dorovnává.

Jedná se tak o jistý hybrid mezi vodíkovým a bateriovým vozidlem,“ popisuje princip fungování pohonu Jan Sochor, analytik České vodíkové technologické platformy (HYTEP).

Snížení tlaku

Standardní dojezd CaetanoBusu je přes 350 km za použití technologie plnění na 350 barů. V Mostě ale testují plnění jen na 200 barů, což by mělo znamenat, že se v nádržích uskladní 21 kg vodíku.

Výrobce udává, že průměrná spotřeba jeho autobusu se pohybuje okolo 6 kilogramů na 100 kilometrů. „Jsme zvědaví, zda testování tento údaj vyvrátí, nebo potvrdí.

O to zajímavější je, že se bude autobus testoval v zimě, kdy je většinou spotřeba kvůli vytápění o něco vyšší, přesto by vodík výrazným zvýšením spotřeby trpět neměl. I to ale musí ještě naše testování potvrdit,“ dodává Jan Sochor.

Vodík ze severu

Aby všechny ty technologie a projekty měly smysl, je potřeba vodík. Hodně vodíku.

Proto německá energetická společnost RWE spolu s norskou státní energetickou firmou Equinor oznámily, že v příštích několika letech v Německu vybudují vodíkové elektrárny a velkokapacitní produktovod pro dodávku paliva.

Elektrárny ve společném vlastnictví firem RWE a Equinor budou zpočátku využívat zemní plyn původem z Norska a následně přejdou na takzvaný modrý vodík taktéž vyráběný v Norsku za použití zemního plynu a dodávaný prostřednictvím podvodního potrubí.

Zároveň přes 95 % CO2 produkovaného při výrobě takového vodíku se bude zachytávat a ukládat pod mořské dno.

Equinor má v plánu do roku 2030 zajistit kapacitu pro výrobu takzvaného modrého vodíku v objemu 2 GW. Nicméně konečným cílem je produkovat takzvaný zelený vodík za použití obnovitelné energie vyráběné v pobřežních větrných farmách.

Evropská unie chce do roku 2030 zajistit prostředky k výrobě obnovitelného vodíku o celkové kapacitě 40 GW.

Nové slovo „vodíkomobilita“

Toyota před lety hodila inženýrům z celého světa rukavici. Svým vodíkovým sedanem druhé generace Mirai posunula předchozí revoluční model ještě o krok dál. Nejenže je jediným vedlejším produktem spotřeby čistá voda, ale zároveň Mirai čistí okolní vzduch.

Pro potřeby palivového článku totiž nasávaný vzduch prochází přes zabudovaný katalyzátorový film.

Během procesu elektrický náboj na filtrační vložce zachytává mikroskopické částice nečistot z okolí, včetně oxidu siřičitého (SO2), oxidu dusného (NOx) a 90–100 % částic o průměru do 2,5 mikrometru.

Vrcholně ekologické

Elektromobily poháněné vodíkovými palivovými články (FCEV) fungují na principu slučování kyslíku, nasávaného kompresory za provozu, s čistým vodíkem. Chemickou reakcí mezi těmito dvěma prvky vzniká voda a elektrická energie, která pohání elektrický motor.

Vodíkové elektromobily se považují za skvělé řešení pro větší osobní automobily, nákladní vozidla a veřejnou dopravu, zatímco například bateriové elektromobily (BEV) nejlépe využijí své přednosti při přepravě na kratší vzdálenosti nebo jízdu po městě.

Oproti elektromobilům s bateriovým pohonem mají ale FCEV několik výhod. V první řadě jsou palivové články lehčí než těžké výkonné baterie. Nabýt běžné BEV trvá hodiny, zatímco natankovat plnou nádrž plynného vodíku si nevyžádá víc než 5 minut.

Krom toho jsou elektromobily na bázi palivových článků velmi hospodárné, nabízejí dlouhý dojezd a jsou šetrné k přírodě.

Podle Canadian Hydrogen and Fuel Cell Association činí uhlíková stopa vodíkových automobilů 2,7 g oxidu uhličitého na kilometr, ve srovnání s 20,9 g u bateriových elektromobilů.

Jak dodal hlavní konstruktér Toyoty Mirai Jošikazu Tanaka, „FCEV mají nesmírný potenciál coby vozidla šetrná k životnímu prostředí, která lze označit za ‚vrcholně ekologické automobily‘.“

Ze starého nový

Vodíkovou technologií se přitom nemusí osazovat jen nová auta. Sportovní divize Toyoty, Toyota Gazoo Racing (TGR), zveřejnila na svém oficiálním kanálu video, které popisuje vývoj konceptu vozu AE86 H2 se spalovacím vodíkovým motorem.

„Záměrem bylo do stávajícího vozu aplikovat v největší možné míře již známé technologie.  Chtěli jsme využít vodíkový pohon ve stávajícím modelu a udělat ho zábavnější.

Pro to jsme použili naši srdeční záležitost AE86,“ řekl nový prezident Gazoo Racing Company Tomoya Takahashi.

Bylo potřeba vůz zcela rozebrat, vyčistit a znovu nalakovat.

Pro přepracování stávajícího motoru na spalování vodíku konstruktéři TGR využili 3D modelování i nejnovější poznatky z moderní jednotky G16E. Ty bylo nutné zakomponovat do klasického mechanického agregátu. Zcela nově bylo nutné vytvořit svody a výfuk. Výsledkem je vůz s výbornou akcelerací a sportovními jízdními výkony.

„Nosiči vody“

Nicméně prvním producentem sériově vyráběných užitkových vozidel na vodíkový pohon není Toyota, nýbrž skupina Stellantis, která v továrně ve francouzském Hordainu rozjede velkosériovou výrobu lehkých užitkových modelů řady „K-Zero“ (Peugeot Expert, Citroën Jumpy, Opel Vivaro) poháněných vodíkovými palivovými články.

Vodíkovými palivovými články poháněné užitkové modely jsou určeny především pro přepravu nákladů na delší vzdálenosti. Jejich akční rádius činí více než 400 km, přičemž nádrže lze doplnit během třech minut.

Velmi pozitivní je, že vodíkový pohon nijak neomezil užitné vlastnosti nových modelů, které uvezou až 1000 kg nákladu.

První vůz řady „K-Zero“ vyjel z Hordainu před rokem.

BMW iX5 Hydrogen vyjíždí

Toyota, Stellantis, Hyundai, Honda, Mazda, Daimler… Vodíkový trh s auty se rozšiřuje o dalšího jméno. Značka BMW vyslala na silnice první stovku vozů pilotní vodíkové flotily BMW iX5 Hydrogen.

Přitom už 10 let spolupracuje na systémech pohonu s palivovými články s Toyotou.

Vodík potřebný k napájení palivového článku je uložen pod tlakem 700 barů ve dvou nádržích vyrobených z plastu vyztuženého uhlíkovými vlákny (CFRP). Dohromady pojmou téměř šest kilogramů H2, což stačí k tomu, aby BMW iX5 Hydrogen v cyklu WLTP ujelo 504 km. Naplnění vodíkových nádrží pak trvá pouhé čtyři minuty.