Nový způsob získávání vodíku z vody by měl nahradit v autech benzín

Inženýři Purdue University vyvinuli způsob, který využívá slitiny hliníku k získávání vodíku z vody. Někteří odborníci již označují nový druh palivového článku za palivo budoucnosti. Možná jde o techniku, která nahradí stávající závislost na ropě.

Na universitě v Purdue vyvinuli způsob získávání vodíku, který odstraňuje nutnost jej složitě skladovat a převážet. Vyřešili tak dva body, které dosud bránily širšímu uplatnění vodíku v praxi. Novou metodou lze uvolnit jen tolik vodíku, kolik je ho třeba.

Podle objevitelů je tento způsob využitelný k pohonu malých spalovacích motorů, jako například řetězových pil, rezervních generátorů el. proudu, stejně jako k uspokojení žíznivých motorů osobních a nákladních automobilů.

Vodík je generován z vody. K reakci dochází spontánně, když se k hliníkovému prášku přidá voda. Fintou procesu je, že v reakční směsi jsou kovy dva - hliník a gallium. Na symposiu, které se nyní konalo na Purdue University, vědci již předvedli sekačku na trávu, která místo nádrže měla vyvíječ vodíku s „hliníkovými tabletkami“, k nimž se přidávala voda.
Když se k vylisovaným hliníko-galliovým peletám přidá voda, hliník začne reagovat s kyslíkem obsaženým ve vodě. Dochází ke štěpení molekuly vody, přičemž se uvolňuje vodík. Gallium zde plní důležitou úlohu, zabraňuje totiž tvorbě povrchové vrstvy, která by se bez jeho přítomnosti na povrchu hliníku vytvořila a která by zabránila aby reakce kyslíku s hliníkem trvala delší dobu. Přítomnost galia zajistí, že reakce se nezastaví, dokud není všechen hliník v reakci spotřebován. Gallium je měkký kov, vodič tepla a elektrického proudu, na vzduchu stálý. Objeven byl v roce 1875. Průmyslově se gallium vyrábí z odpadních kalů při zpracování zinkových rud. Protože tento kov taje při 29,79 stupních Celsia, je pro zpracování s hliníkem do pelet ideální.

Zvětšit obrázek

Galium, na obrázku ve fázi tání. Bez tohoto kovu by se reakce hliníku s kyslíkem brzo zastavila.

Jerry Woodall objevil, že slitina hliníku a gallia spontánně produkuje při styku s vodou vodík v době, když v roce 1967 pracoval jako výzkumný pracovník v oblasti polovodičů. Woodall byl již dříve úspěšným výzkumníkem na poli elektronických zařízení. Byl prakticky u zrodu optických vláken, světlo emitujících diod, vylepšování tranzistorů pro mobilní telefony a při výrobě součástek pro vesmírné moduly, které brázdily povrch Marsu. Woodall je úspěšný inovátor v řadě směrů a za své objevy obdržel už v roce 2001 od presidenta George W. Bushe národní vyznamenání za přispění k pokroku v oblasti technologie.

K novému objevu došlo při umývání nádobí
Woodall popisuje okamžik kdy k tomu došlo následovně: „Čistil jsem kelímek obsahující tekutou slitinu galia a hliníku. Když jsem do něj nalil vodu, prudce se zahřál. Nechal jsem toho a šel hned do kanceláře, kde jsem za několik hodin zjistil, že za to mohou atomy hliníku. Bylo to jediné vysvětlení. Když hliník přijde do kontaktu s vodou reaguje a štěpí její molekuly. Hliník oxiduje a přitom se vyvíjí teplo. Samozřejmě se při tom musí uvolňovat vodík.“
Rozhodující na objevu je přítomnost galia. Tento kov taje při nízké teplotě a ochotně rozpouští hliník. To umožňuje slitině, aby se snadno tvarovala do pelet. Je to velké překvapení, protože hliníkové hrnce a příbory nás zatím usvědčovaly v tom, že pevný hliník s vodou reaguje jen velmi neochotně.

Odpadními produkty při této reakci jsou oxid hliníku, galium a vodík. Pokud se vodík spálí, je jediným odpadním produktem voda. Při reakci nevznikají žádné toxické výpary. A protože galium při tomto procesu s ničím nereaguje, je možné jej znovu a znovu recyklovat.

Aby tato technologie byla schopná konkurovat té, která získává energii z ropy, musel by se zlevnit proces recyklace hliníku. Nyní stojí kilogram hliníku na americkém trhu zhruba dva dolary. Při této cenové relaci nemůže poskytnout takovou službu, jakou nabízejí čerpací stanice, které si za litr paliva účtují zhruba jeden a čtvrt dolaru.
Podle vědců by se to ale mělo otočit při širokém využití této metody, při kterém by se hliník z použitých článků recykloval. Cena palivových článků by tak rapidně klesla. K recyklaci hliníku elektrolýzou je sice potřeba značné množství energie, ale pokud by se k ní využila energie atomových elektráren, nebo větrných elektráren, začal by tento systém konkurovat klasickým zdrojům pohonu automobilů.

Zvětšit obrázek

Pracovníci Purdue University předvádí produkci vodíku přidáním vody ke směsi hliníku s galiem. Reakci objevil Jerry Woodall (na obrázku vpravo). Zkumavku drží profesor elektrotechniky Charles Allen. (Foto: David Umberger)

Podle autora by dokonce již dnes mohly tyto palivové články ekonomicky soutěžit v dopravě s benzínem. Nový palivový článek totiž pracuje s účinností 75%. Pokud se používá k pohonu čistý vodík (technologie kterou zavádí například čerpací stanice v Kalifornii), který je vyráběn z klasických fosilních zdrojů a čerpá se do aut u „stojanu s vodíkem“, dosahuje se účinnosti okolo 40%. U klasických spalovacích motorů je to ještě mnohem horší, tam se udává účinnost jen okolo 25%.

Woodall z toho vyvozuje, že pokud by se zahájil provoz palivových článků ve velkém, bude již za současných světových cen nafty a hliníku tento systém, konkurenceschopný. Úprava aut je přitom minimální. Jediné, co je třeba udělat, je nahradit nádrž palivovým článkem a čerpadlo na palivo zaměnit čerpadlem na vodík. Pokud má Woodall pravdu, potom mají odzvoněno také všechny projekty, které předpokládají rozvoj pohonu pomocí těžkých klasických nabíjecích baterií, jejichž nevýhodou je postupná ztráta jejich počáteční kapacity.

Ekonomika
Hliníkové palivové články poskytují na každý kilogram hmotnosti více než 4,4 kilowat hodin energie ve formě energie vodíku a zhruba stejné množství energie ve formě tepla, které se uvolňuje při styku hliníku s vodou.
Na palivový článek o hmotnosti sto šedesát kilogramů by osobní auto ujelo okolo 560 km. Náklady na jeden kilometr by za stávajících cen činily 2,25 Kč!

Když provedeme srovnání s benzínem, zjistíme, že kg paliva nám poskytne zhruba 13 kilowat hodin. Tedy zhruba dvaapůlkrát tolik, než kolik vyprodukuje kg palivového článku. Na stejnou energii potřebujeme tedy dvaapůlkrát větší hmotnost „nádrže“. Její velikost by ale byla srovnatelná, to znamená, že by nezabírala v autě větší prostor, než jaký potřebují stávající nádrže na kapalná paliva. Hlavní výhodou by ale bylo zcela ekologické palivo. Zanedbatelné také nejsou bezpečnostní rizika s plánovaným využíváním plynného vodíku u „čerpacích stanic“. Nová technologie nepracuje se skladovacími zásobníky na vodík, kterým Kaliforňané neřeknou jinak než "Hindenburg". Zcela odpadá také riziková přeprava vodíku cisternami z míst výroby do míst spotřeby. To, že vodík není k přepravě a uchování zcela ideální plyn, zatím bránilo jeho širšímu uplatnění. Proto nás asi nepřekvapí, že patentování nové technologie výroby vodíku z vody, za použití pevného hliníku, je už v běhu.

Pramen: Purdue University

Komentář osla: Jerry Woodall možná opravdu objevil perspektivní a bezpečný zdroj vodíku. Doufejme, že černá páska přes jeho levé oko s tím nemá žádnou souvislost.

Autor: Josef Pazdera

Datum: 20.05.2007 21:33

Tisk článku

Související články:

Podle analýzy kup galaxií náš vesmír obsahuje celkem 31 procent hmoty Autor: Stanislav Mihulka (14.09.2023)
Držíme v rukou klíč k „vodíkové“ dopravě? Autor: Ota Beran (11.07.2008)

Diskuze:

Palivem není vodík nýbrž hliník, pane kolego.

Ondřej Miňovský,2013-07-08 17:17:44

Palivem, neboli spotřebním zbožím je v navrženém systému hliník. Přečtěte si článek raději ještě jednou.