Jak je vidět, inženýři MIT se v létě nenudí, za což jim náleží nehynoucí sláva. Jeden z jejich týmů, který vede Aly Kombargi, vyvíjí pozoruhodnou technologii, která by mohla změnit rodící se vodíkovou energetiku. Je to chemický reaktor, který slouží jako generátor vodíku na palubě plavidla (a možná i jinde).
Je to geniální nápad. Dosavadní vodíkové aplikace jsou obvykle založené na tom, že spalují vodík, který byl vyrobený někde jinde. S tím se samozřejmě pojí řada problémů. Aby šlo o udržitelnou energetiku, je nutné vyrobit vodík bez emisí uhlíku, což není jen tak. Také je nutné vodík někde skladovat a převážet, což je poněkud třaskavá záležitost. Kromě explozivních choutek vodík rovněž velmi rád uniká do atmosféry, kde je horší než oxid uhličitý (může z něj vznikat metan a vodní pára ve stratosféře, což jsou skleníkové plyny). Vodík může vyvolat 11krát větší skleníkový efekt jak CO2.
Pohon s novým reaktorem MIT jde jinou cestou. Nepoužívá vodík odjinud, který by si vezl v nějaké nádrži. Reaktor vyrobí vodík přímo „na palubě“, podle potřeby. Dělá to pozoruhodným způsobem. Využívá mořskou vodu, lehce zpracované hliníkové plechovky a kávovou sedlinu. Pohon s tímto reaktorem nevozí jako palivo vodík, ale jen hliníkové pelety ze zmíněných plechovek. Oproti vodíku je to pochopitelně mnohonásobně uživatelsky příjemnější náklad.
Jediná hliníková peleta o váze 0,3 gramu umístěná v deionizované vodě vyrobí za 5 minut 400 mililitrů vodíku. Technologie je založená na velmi jednoduché reakci. Hliník brutálně reaguje s kyslíkem. Když se hliník ocitne ve vodě, vyrve z molekul H2O kyslík, čímž vznikne molekulární vodík a probublává ven. Potíž je v tom, že tahle oslava chemické reaktivity netrvá dlouho. Na povrchu hliníku se vytvoří vrstvička oxidu hliníku, která reakci stopne. Jako by hliník zrezivěl.
Dřívější výzkum ukázal, že když se hliník „ochutí“ slitinou india a gallia, problém se zmíněnou vrstvou „rzi“ odpadne. Indium s galliem nejsou právě levné. Kombargi a spol. ale zjistili, že když tohle všechno probíhá v iontovém roztoku, indium a galium se vysráží a je možné tento materiál recyklovat. Šťastnou shodou okolností je iontovým roztokem i mořská voda.
Další háček je v tom, že zmíněná reakce trvá v mořské vodě mnohem déle než uvedených pět minut v deionizované vodě. Asi tak dvě hodiny. Kombargiho tým přišel na to, že když do reaktoru přidají kávovou sedlinu, reakci to opět zrychlí. Pak i v mořské vodě trvá 5 minut.
Generátor vodíku funguje a může se stát součástí pohonu. Fungoval by samozřejmě i na souši, ale pak by potřeboval mořskou vodu. Plavidla na moři, ať už hladinová či podmořská, mají mořskou vodu k dispozici v neomezeném množství. Pilotním projektem s takovým pohonem se stane malý podmořský kluzák, který by podle výpočtů měl s reaktorem naplněným 18 kilogramy hliníkových pelet vystačit až 30 dní plavby. Bude zajímavé sledovat, jak obstojí.
Video: A sustainable way to generate hydrogen fuel
Literatura
Náhodně objevený nanohliník by mohl nastartovat vodíkovou ekonomiku
Autor: Stanislav Mihulka (05.08.2017)
Stane se hydrid hlinitý klíčem k pokladu vodíkové energetiky?
Autor: Stanislav Mihulka (11.09.2019)
Nejúčinnější systém na výrobu vodíku Hysata cílí na průmyslovou produkci
Autor: Stanislav Mihulka (17.05.2024)
Diskuze:
Žádný zázrak
Kamil Kubu,2024-07-30 12:45:29
V původním článku na Physical Science jsou uvedeny rovnice, z nich vyplývá že 16 g hliníku vygeneruje 3g vodíku. To dává suma sumárum 6,25 kWh na kg hliníku za naprosto optimálních podmínek. Nic moc oproti jiným palivům, ale třeba pod mořskou hladinou pak nepotřebujete kyslík na spalování jiného paliva.
Pokud ten kluzák má klouzat 30 dní na 18 kg, bude mít asi motorek jak do zubního kartáčku. Pokud by měl běžet kontinuálně, tak jeho příkon při použití kvalitních vodíkových článků nebude větší než 100 W. To asi fakt žádné torpédo nebude.
Pelety zaberou určitě větší prostor než bulk hliník, takže těch 18 kg zabere tak deset litrů. Něco zabere článek, elektronika a další vybavení. To už bude pořádný šíf. Se 100 W šidítkem na ocase bude rád, že klouže.
Ale vůbec si to nedovedu představit jako pohon velké lodě. Dnešní kontejnerovky mají na palubě mastodonty o výkonu 60-80 MW. Na 15 denní plavbu z Čín do Evropy by potřebovaly cca 7 000 tun hliníkových pelet v zásobníku o objemu cca 3 000 m3. To už jsou docela významná čísla z pohledu kapacity takové lodě.
Re: Žádný zázrak
Josef Hrncirik,2024-07-30 15:07:06
Degenerátoři z Physical Science namol vyrobí z 27 g Al 5,0625 g H2,
tj. M.v. khaki H = 5,0625/3 = 1,6875 g/mol.
Kropí tedy Al směsí D2O : H2O morálně 0,687/(1-0,687); tj. x D2O = 68,7% = W D2O = ,687*20/(,687*20+(1-,687)*18) = 71,% hm. těžkou vodou D2O.
Namol khaki vodíku při vzniku žíravé alum miny Al(OH)3 promrhají 2 moly vod, tj. 2*(2*1,6875+16)= 38,75 g 71% hm těžké vody ke spláchnutí Metropolis podvodným kluzákem i s metrem.
O2 do palivového čl. budou brát peri skopem.
Rozpuštění Metropolis za to stojí.
Re: Re: Žádný zázrak
Kamil Kubu,2024-07-30 15:47:56
Pravda, tohle mi naprosto ulítlo. I ten pitomej článek potřebuje kyslík. Takže pro ponorku je takové řešení úplný nesmysl.
Re: Žádný zázrak
Jarda Ticháček,2024-08-01 14:59:42
Jestli jste dobře počítal, tal ta hmotnost a objem hliníkovým pelet nebude pro kontejnerovou loď až tak velký problém.
Tak jako tak ty lodě vozí v nádrži dost velké množství paliva, které má měrnou hmotnost podstatně nižší, nežli ty pelety. Takže nějakých 6000 tun, které ty lodě mají v tanku (ono to bude spíše více) by asi nebylo těžké vyměnit za mleté ešusy.
Robroi Štěpán,2024-07-29 01:28:05
Tak jenom mimochodem jestli jsem to dobře pochopil tak by jedno plavidlo za třicet dní uvolnilo 18kg hliníku do mořské vody?
Re:
Igor Druhý,2024-07-29 04:24:44
Laicky si myslím, že nie.
Plavidlo vyrazí s nezoxidovaným hliníkom a vráti sa s tým istým hliníkom, len vo forme oxidu.
A rozdiel v chemickej energii je energia minutá na pohon plavidla a straty.
Takže ide o akúsi elektrobatériu, či batériu na výrobu vodíka, s možnosťou využitia slanej morskej vody.
Proč?
Martin Jahoda,2024-07-28 01:04:10
Co mi uniká? Proč mi to připomíná návrh paní Schillerové na zvýšení příjmu do státního rozpočtu tak, že přidá na platech státním zaměstnancům...
Kde sakra vzali ten hliník a kolik spotřebovala jeho výroba? To už se zaleně zbláznili i na MIT?
Re: Proč?
Jitka Chmelová,2024-07-28 22:43:03
Tohle všechno najdete u článku z 5.8.2017, který je tu odkazován. Prostě místo sloučeniny rtuti se použije indium s galiem, jinak je to pokus z časů, kdy se ještě ve škole mohly dělat pokusy.
Připomíná mi to podpalování ohně 9v baterkou a železnou vlnou, to jsou věci, které do divočiny nosím vždycky.
Re: Re: Proč?
D@1imi1 Hrušk@,2024-07-29 00:18:16
Offtopic: Oheň můžete zapálit pomocí pozlátka (papír s Al folií) a dvou tužkových článků. Opačnými póly postavíte na tu fólii a na druhé straně něčím kovovým (třeba nožem) také spojíte póly k uzavření obvodu. Pozlátko chytne skoro hned. Asi jde pravděpodobnější výbavu v nouzové situaci.
Re: Proč?
Martyn Moser,2024-07-29 16:21:34
Uniká vám to, že ten hliník slouží jako akumulátor energie. Ta v něm je uložena při jeho výrobě. Evidentně s ne špatnou hustotou.
Re: Re: Proč?
D@1imi1 Hrušk@,2024-07-29 22:10:47
https://www.mmspektrum.com/clanek/jak-na-hlinik
Cituji: "Při výrobě hliníku se spotřebovává příliš mnoho energie (uvádí se, že až třikrát více než při výrobě plastu a až 25krát více než při výrobě skla) a je mnohem náročnější na spotřebu vody než druhé dvě uvedené komodity. Na výrobu hliníkové plechovky se spotřebuje energie odpovídající ropě, která tuto plechovku zaplní do poloviny. Při výrobě hliníku vznikají emise znečišťujících látek, například sloučeniny fluoru, které mohou být příčinou vzniku alergií."
Re: Re: Re: Proč?
F M,2024-07-30 23:36:00
Koruna k tomu z https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(24)00399-0
Toto jediné díky, hliník "Výroba jednoho kilogramu hliníku vyžaduje 7 kilogramů energetického ekvivalentu ropy"
"Pro srovnání, hliník má dvojnásobnou hustotu energie na jednotku objemu než nafta"
"Přibližně polovina energie obsažené v AWR se uvolňuje jako chemická energie ve formě plynného vodíku, zatímco zbývající polovina se projevuje jako tepelná energie v rozmezí od 400 do 450 kJ na mol hliníku"
No a teprve ta polovina se dá spálit/použít ve vodíkovém článku.
To indium a gallium se recykluje z více než 90%, tedy až 10 i v laboratorních podmínkách ne.
O hledání roztoku, který má dobrý poměr té reakce a výtěžnosti těch vzácných kovů je ten článek primárně. Bonus je, že ty sloučeniny hliníku jsou prý velice žádané, ale netuším v čem je problém je vyrobit, kromě toho, že se při té výrobě zničí náročně vyrobené aluminium, jde o boehmit a bayerit/gibbsit (pro případné zájemce).
"Včetně vodného roztoku se objemová hustota energie kombinovaného systému paliva a roztoku snižuje na 9,9 MJ/L (nebo 5,8 MJ/kg pro gravimetrickou hustotu energie), což je přibližně 8,6krát méně než u čistého hliníku" a z toho důvodu to chtějí montovat na ty lodě, kde si nemusí vést ten roztok, ale doufám, že se to nechystají vypouštět :-(
K tomu kofeinu: "Nejvyšší výtěžnost u kofeinu, dosahující přibližně 33 %, byla dosažena při nejnižší testované koncentraci 0,001 M. Naproti tomu u imidazolu byly pozorovány výrazně lepší poměry výtěžnosti. Když byla koncentrace imidazolu snížena na výrazně nízkou úroveň 0,02 M, poměry obnovy konzistentně dosahovaly kolem 90 % napříč různými slanými roztoky." Takže z hlediska té recirkulace kofein naprd.
Testy se prováděly na úrovni desítek gramů.
Pro zajímavost jsem si vzpomněl na toto: https://www.osel.cz/12465-hlinik-by-se-mohl-stat-levnym-resenim-pro-sezonni-ukladani-energie.html
Re: Re: Proč?
Libor Zak,2024-07-30 14:24:18
No a to je přesně ten problém, jak se píše v druhém komentáři. Jsou to jen oddálené emise. Samozřejmě to obhájí tím, že ten hliník lze přece vyrábět obnovitelnými zdroji na pevnině. Jenže nelze, tolik obnovitelných zdrojů na světě není. Nebo možná je (energie vln, vítr, slunce), ale není dost zařízení na jeho těžbu a tam kde se to vyplatí se zase nevyplatí přetvářed oxid hliníku na hliník. Proto jsou hliníkové plechovky a další hliníkový "odpad" cenější jako surovina než jako palivo. Takže to funguje, ale zase to spíš pojede na dotace než na převratnou technologii.
Kippův přístroj
Pavel Nedbal,2024-07-27 14:08:50
Není třeba dalšího vysvětlení.
Příště to můžete udělat se sodíkem.
Re: Kippův přístroj
Florian Stanislav,2024-07-28 11:44:51
To opravdu nepotřebuje vysvětlení, sodík v Kippově přístroji, to by nevymyslel ani nepřítel.
Re: Re: Kippův přístroj
Martin Novák2,2024-07-28 16:40:24
Už kapitán Nemo to tak dělal :-)))
Tedy Verne si to přestavoval jako baterii sodík-mořská voda, ne jako vyvíječ vodíku, ale proč ne, s dostatečně přesným dávkováním vody...
Reakce je sice trochu exotermická, takže další ztráty, ale u vodíku nic nového, stačí kombinovat s parním strojem :-))
Zeleným pokrokem hurá zpět na stromy.
hliník
Vinkler Slavomil,2024-07-27 10:36:33
Ten se sice odstěhoval do Humpolce, ale na ten rozklad někdo musel hliník udělat eletrikou. Takže akumulace EE pomocí hliníku? Jaká je účinnost?
Rtuť
Milan Jánský,2024-07-27 09:09:21
A co kdyby místo slitiny india a gallia použili rtuť? Ta by se navíc nespotřebovávala a reakce by byla svižnější ...
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
