Zvětšit obrázek

Tramvaj na amoniak. S myšlenkou pohánět tramvaj motorem na čpavek zřejmě jako první přišel francouzský zubař a vynálezce Emile Lamm.

O amoniak není ve vesmíru nouze. Najdeme ho v atmosférách Neptunu, Uranu, Saturnu, Jupiteru a hodně ho je i za naší Sluneční soustavou. Obsahují jej komety a nachází se i v mezihvězném prostoru. Na Zemi je o něj nouze a to i přesto, že jej „vydechují“ sopky, ryby a mikroorganismy rozkládající organickou hmotu. V zemské atmosféře je jen v stopovém množství. To proto, že se váže ve formě amonných solí.

Zvětšit obrázek

Schema výroby amoniaku Haber-Boschovou metodou – přímou syntézou vodíku s dusíkem. Přestože je tato reakce exotermní, probíhá bez přítomnosti katalyzátorů velmi pomalu. K jejímu urychlení slouží "houbovité" železo nebo ruthenium. (Kredit: Haber-Bosch)

Azan, což je jiný název pro amoniak, je bezbarvý plyn, lehčí než vzduch, s teplotou varu –33,34 °C. Při −77,73 °C se mění na průhledný led. Vlastně je to dobře, že ho v atmosféře není mnoho, protože v podstatě jde o nebezpečný jed, který poškozuje sliznice a plíce. 
Dříve se přivoněním k lahvičce s čpavkovou vodou probírali lidé z mdlob, dnes je to žádaná součást mycích prostředků a surovina k výrobě hnojiv a plastických hmot. Je drahý, protože k výrobě je potřeba hodně energie. Dva Američané nyní přišli s inovací, která má výrobu zlevnit na polovinu. Těžko říci, zda pojem "nová metoda" je pro navržený postup to správné označení, jde totiž jen o modifikaci přímého katalytického slučování dusíku a vodíku za vysokého tlaku a teploty (metodě se říká Haber-Boschova). Dusík a vodík se při ní mísí a stlačuje na 15 – 100 MPa. Poté jde tato směs plynů do konvertoru, v němž jsou rošty z rozžhaveného železa plnící funkci katalyzátoru. Reakce N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃ neproběhne úplně a konvertor opouští směs dusíku, vodíku a amoniaku. Směs se ochlazuje dokud amoniak nezkapalní poté se vodík a dusík odčerpají zpět ke katalyzátoru k další reakci. Stlačený kapalný amoniak se přečerpává do skladovacích nadrží.

Fleming a Maxwel, autoři „nové metody“ jsou na podrobnosti skoupí. Ze zveřejněných údajů si ale lze udělat představu, že i jejich způsob výroby vychází z klasické staré dobré Haber-Boschovy metody katalytické syntézy vodíku s dusíkem. Tajemství nízkých výrobních nákladů pramení v úpravě technologie elektrolýzy a ve snížení počtu kroků, tedy i technologických oddílů celého zařízení.  Ve srovnání s klasickým průmyslovým způsobem výroby je cena výsledného produktu poloviční. V jejich verzi se elektrolýzou vyprodukovaný vodík pumpuje do tlakové komory, kde ho pístový kompresor zahřívá až na teplotu 400 °C. Pak se přepouští do dalšího oddílu, kde dochází ke katalytické oxidační reakci, při níž teplota dál roste a vodík začne tvořit amoniak. Amoniak a vodík, který nezreagoval se přepouští do dekompresní komory, kde se ochladí. V této fázi má jejich řešení zajímavou inovaci – proces rozpínání plynu zužitkovávají v pístovém motoru, čímž získávají energii, kterou využívají k pohonu kompresorů a pokrývají tak značnou část potřeby elektrické energie potřebné ke stlačování vodíku. Jakmile teplota tekutého amoniaku klesne na -75 stupňů Celsia, čili je jenom necelé tři stupně nad teplotou tuhnutí, přečerpává se do cisteren a je k okamžitému použití.

Spustit animaci

Modifikovaná Haber-Boschova metoda výroby amoniaku (aminace)

Největší úsporu nákladů ale přináší zjednodušení výroby vstupní suroviny – vodíku. Běžně se k elektrolýze vody používá série více než sta "dvou voltových" článků (z důvodů napojení na síť o 220 V). Fleming-Maxwellova jednotka také využívá síť o napětí 240 V, ale pomocí zařízení podobnému transformátoru snižuje voltáž na 1,75 V. Tím se počer prvků z více než stovky smrskl na pouhých osm. To zlevňuje zařízení i jeho provoz natolik, že se výrobní náklady 5,20 USD na kilogram tekutého čpavku snížily až k hodnotě 2,80 dolarů. 

Celou výrobnu čpavku se vynálezcům podařilo vtěsnat do rozměrů odpovídajícím klasickému kontejneru, takže ji lze snadno přepravit po silnici na podvozku za tahačem. Zařízení stačí připojit ke zdroji elektrického proudu a za den je schopno vyrobit až 40 000 litrů amoniaku. Tato autonomní jednotka tedy prakticky vyrábí palivo ze vzduchu a vody. Její tvůrci navrhují osadit jimi klasické čerpací stanice. Podle expertů na dopravu má jejich nápad šanci uspět, například i proto, že ceny benzínu se v USA vyšplhaly na nejvyšší hodnoty od léta 2008. V polovině letošního roku Američané platili v průměru 3,81 dolaru za galon a na některých místech, především na západním pobřeží, ceny přesahovaly hranici čtyř dolarů za galon, tedy přibližně 17 korun za litr. Výhodou je, že by se takovému způsobu uspokojování žízně našich aut nebráníly ani dnes vyráběné motory. Bez úprav jsou totiž schopny konzumovat směs benzínu v němž je 10 % amoniaku. K pohonu motorů na směs, například etanolu s metanem, kde by metan tvořil 85 %, by rovněž stačily jen menší úpravy karburátorů a u aut se vstřikováním přeštelování čerpadla, aby dodávalo do válců o něco více paliva.

Na amoniak jezdil po úpravě kanadskou firmou i Chevrolet Impala (1981):

Nevýhodou amoniaku je, že nemá tak vysokou výhřevnost jako jiná paliva a že nádrže aut by na stejný dojezd vozidla musely být o poznání větší. Spalné teplo je 22,5 MJ/kg a to je ve srovnání s naftou zhruba polovina. Rovnice hoření je následující: 4 NH₃ + 7 O₂ → 4 NO₂ + 6 H₂O. Z toho zase plyne jedna z mála výhod - nezanechává v motorech usazeniny a saze.
Někteří experti na automobilovou dopravu jsou k této novince skeptičtí a tvrdí, že to zatím nikdo neověřil. Zřejmě se jim nechtělo probírat se zaprášenými regály technických knihoven, protože jinak by zjistili, že v minulosti, v dobách nouze, se na amoniak již jezdilo. Za války se ním v Belgii "krmily" dokonce i autobusy.

Úpravy dieselů na pohon amoniakem firma Hydrofuel Inc.

V kombinaci s levnou elektrickou energií vyráběnou z jádra je amoniak možná zajímavější alternativou k pohonu našich přibližovadel, než za jakou jsou vydávána biopaliva produkovaná rostlinami na polnostech, která lze využít k výrobě chleba a zeleniny. Jediné, co se v materiálech nezmiňuje, ale za zvážení stojí, je prověřit, zda bychom si tím neudělali ze života ještě větší slzavé údolí, než je. Ne nadarmo se totiž amoniaku lidově říká čpavek. Kvůli zápachu již zkrachoval čpavkový motor pro lokomotivy. Bylo to sice v 1886, ale smrad je smrad bez ohledu na století.