Daňové prostředí pro alternativní pohonné systémy se změnilo 1. ledna 2023. Společnosti nyní mohou uplatnit daňové úlevy na nákup nových elektrických vozidel (EV) a elektrických vozidel s palivovými články (FCEV). Jde o hmatatelný podnět, který signalizuje, kam se politika v této oblasti ubírá.
Nejedná se však o nové peníze za nový nápad. Pátrání po vodíku začalo před dvěma desetiletími. V roce 2003 prezident Bush oznámil iniciativu pro vodíkové palivo ve svém projevu o stavu unie. Ihned následovala legislativní opatření. Zákon o energetické politice z roku 2005 a iniciativa Advanced Energy Initiative z roku 2006 poskytly tomuto sektoru federální podporu. Cíl byl jasný: do roku 2020 učinit vozidla s palivovými články praktickými a cenově dostupnými.
Globálnímu zájmu odpovídala i domácí politika. Evropská unie, Japonsko a Jižní Korea společně investovaly miliardy dolarů do výzkumu a vývoje. Vidí v tom stejný potenciál.
Co je tedy palivový článek? Proč do toho vlády, soukromé společnosti a akademická sféra investují miliardy?
Odpověď spočívá v účinnosti a emisích. Palivové články produkují elektrickou energii tiše. Dělají to bez znečišťování životního prostředí. Na rozdíl od spalovacích motorů, které spalují fosilní paliva, jsou jedinými vedlejšími produkty palivového článku teplo a voda.
Jak vlastně vodíkové palivové články fungují
Technicky vzato je palivový článek zařízení pro elektrochemickou přeměnu energie. Byl otevřen v 19. století. Jeho úkol je jednoduchý: přeměnit vodík a kyslík na vodu. Tento proces přeměny produkuje elektřinu.
Jste více obeznámeni s dalším základním elektrochemickým zařízením: baterií.
Baterie uchovává všechny své chemikálie v uzavřeném pouzdře. Přeměňuje tyto chemikálie na elektřinu, dokud nedojdou. Když se baterie „vybije“, buď ji vyhodíte, nebo ji zapojíte do nabíječky, abyste ji dobili. Energie v něm je konečná.
Palivový článek funguje jinak. Chemikálie neustále proudí do prvku. Zatímco jsou dodávány vodík a kyslík, proudí elektřina ven. Nevybíjí se. Nepotřebuje dobíjení. Chce to jen palivo.
Většina dnes používaných palivových článků používá jako anodu vodík a jako katodu kyslík ze vzduchu. Právě tento nepřetržitý tok je odlišuje od baterií. Je to základní mechanika, která je činí životaschopnými pro těžká přeprava a aplikace s vysokým kilometrovým nájezdem, kde je čas strávený nabíjením překážkou.
Power Chemistry
Zapomeňte na teplo a hluk vašeho spalovacího motoru. Tyto “plynové žrouty” spalují palivo a spoléhají na expandující plyny k pohonu pístů. Je to mechanické. Je to špinavé. Baterie jsou navrženy jinak – jednoduše ukládají chemickou energii a v případě potřeby ji uvolňují ve formě elektřiny. Palivové články jsou hybridním přístupem. Generují přímo stejnosměrné napětí, napájejí motory, osvětlení a elektroniku bez spalovacího kroku.
Ale ne všechny palivové články jsou stvořeny stejně. Jsou klasifikovány podle typu elektrolytu a provozní teploty. Některé jsou určeny pro pevné sítě. Jiné jsou určeny pro silnice. Zde je srovnání různých chemických složení.
Membránové palivové články s polymerovým elektrolytem (PEMFC)
Toto je typ, který uvidíte ve vozidlech poháněných vodíkem. Palivový článek s polymerní elektrolytovou membránou (PEMFC), často nazývaný palivový článek s protonovou výměnnou membránou, pracuje při nízkých teplotách. Hovoříme o 60–80 stupních Celsia (140–176 °F).
Proč je to důležité? Doba zahřívání. Protože pracuje při tak nízké teplotě, začne generovat energii téměř okamžitě. Díky vysoké hustotě výkonu je ideální pro vozidla, kde jsou kritické místo a hmotnost.
Palivové články s pevným oxidem (SOFC)
Zvýšíme teplotu a získáme palivový článek s pevným oxidem. Tyto jednotky pracují v rozmezí 700 až 1000 stupňů Celsia. Nejsou určeny pro vaše sedany. Jsou určeny pro továrny a města.
Extrémní horko je dvousečná zbraň. Na jedné straně způsobuje destrukci dílů během tepelných cyklů – zapnutí a vypnutí vytváří zátěž pro materiály. Na druhou stranu, pokud běží nepřetržitě, jsou neuvěřitelně stabilní. Palivové články s pevným oxidem navíc drží rekord v životnosti za stabilních provozních podmínek.
Vysoká teplota také poskytuje významné zvýšení účinnosti. Odpadní teplo produkuje páru, která může pohánět turbíny k výrobě další elektřiny. Toto kogenerační zařízení (CHP) získává z paliva každou kapku energie.
Alkalické palivové články (AFC)
Stará škola. Alkalický palivový článek byl tahounem raného amerického vesmírného programu. NASA jej používala k pohonu raketoplánů a výrobě pitné vody na palubě.
Je to účinné. Funguje při nízkých teplotách. Ale je křehký. Alkalický elektrolyt je extrémně citlivý na znečištění. Pokud je ve vzduchu byť jen trochu CO2, vyřadí prvek z provozu. Vyžaduje čistý vodík a čistý kyslík. Tento požadavek na čistotu zvyšuje náklady natolik, že komercializace je nepravděpodobná.
Roztavené karbonátové palivové články (MCFC)
Podobně jako články s pevným oxidem ve stacionárních aplikacích fungují MCFC při teplotách nad 600 stupňů Celsia. Jako elektrolyt používají roztok roztavené soli.
Tato konstrukce jim umožňuje extrahovat vodík přímo z tradičních paliv, jako je zemní plyn, bez potřeby externího zpracovatelského zařízení. Pracují při nižších teplotách než články s pevným oxidem, což znamená, že nevyžadují exotické a drahé materiály. Ale teplo stále způsobuje problémy s korozí.
Palivové články s kyselinou fosforečnou (PAFC)
Palivové články s kyselinou fosforečnou jsou nejdéle na trhu s vodíkovou energií. Najdete je ve stacionárních elektrárnách a průmyslových autobusech.
Pracují při vyšších teplotách než PEMFC. To znamená delší dobu zahřívání, což vylučuje jejich použití v autech. Co se týče jejich budoucnosti? Je mlha. Jsou méně účinné než novější konstrukce a jako katalyzátor používají toxický plyn. Průmysl je postupně opouští.
Přímé metanolové palivové články (DMFC)
Představte si menšího, méně efektivního bratrance PEMFC. Provozní teploty jsou podobné, ale účinnost klesá.
Problémem je zde cena a materiál. Přímé metanolové palivové články vyžadují značné množství platiny jako katalyzátoru. Platina je drahá. Díky tomu jsou přímé metanolové palivové články komplexním produktem pro masový trh, navzdory jejich jednoduchosti.
Reverzibilní palivové články
Tady to začíná být zajímavé. Reverzibilní palivový článek kombinuje výrobu energie s jejím ukládáním. Kombinuje standardní palivový článek se solárním nebo větrným generátorem.
Když svítí slunce nebo fouká vítr, přebytečná energie se využívá k rozdělení vody na vodík a kyslík pomocí elektrolýzy. Voda se hromadí. Když je energie potřeba později, palivový článek pracuje obráceně a přeměňuje uložený vodík a kyslík zpět na elektřinu a vodní páru.
Účinnost je vysoká. Složitost je obrovská. Cena je neúnosná (nepřípustně vysoká). Ale koncept skladování obnovitelné energie v chemické formě je svatý grál.
Stručná historie
Sir William Grove vynalezl první palivový článek v roce 1839. Věděl, že elektrolýza dokáže rozdělit vodu na vodík a kyslík pomocí elektřiny. Předpokládal, že obrácený proces – spojení vodíku a kyslíku – by produkoval elektřinu a vodu. Vytvořil primitivní verzi, kterou nazval „plynový galvanický článek“. Pracovala.
O padesát let později zavedli Ludwig Mund a Charles Lenger termín „palivový článek“ ve snaze vytvořit praktický model. Od té doby běží závod o to, aby byly tyto rané prototypy životaschopné pro moderní svět.
Palivové články s polymerní elektrolytovou membránou
PEMFC jsme již zmínili, ale zaslouží si hlubší pohled. Pokud mají palivové články nahradit plynové nádrže, pak tato technologie převezme většinu práce v sektoru dopravy.
Palivový článek s polymerní elektrolytovou membránou neboli PEMFC není jen laboratorní experiment. Toto je technologie, která s největší pravděpodobností skončí ve vašem příštím sedanu, městském autobusu nebo třeba ve vaší garáži. Chemie je zde zredukována na základní principy, ale inženýrství potřebné k tomu, aby pohánělo auto, je všechno, jen ne jednoduché.
Abychom pochopili, jak se vodík přeměňuje na elektřinu, musíme se podívat na anatomii zásobníku. Skládá se ze čtyř hlavních komponent, z nichž každá má svou specifickou funkci, kterou nelze ignorovat.
Anoda a katoda: kde proces začíná
Začněme anodou. Toto je negativní stránka buňky. Jeho hlavním úkolem je odstranit elektrony z molekul vodíku, aby mohly pohánět váš motor. Musí ale zastat i náročnou distribuční práci. Anoda má vyleptané kanály, které rozdělují plynný vodík rovnoměrně po povrchu katalyzátoru. Pokud je průtok nerovnoměrný, dojde k místnímu přehřátí a neúčinnosti.
Na druhé straně je katoda, kladná elektroda. Odráží strukturu anody, má své vlastní leptané kanály, ale tentokrát distribuují kyslík. Katoda shromažďuje elektrony vracející se z vnějšího obvodu. Tyto elektrony se setkávají s vodíkovými ionty a kyslíkem na povrchu katalyzátoru a dokončují okruh vytvořením vody.
Membrána: Gatekeeper
Mezi elektrodami je membrána pro výměnu protonů. Vypadá to podezřele jako tlustá přilnavá fólie, ale nenechte se zmást. Jedná se o speciálně upravený polymer, který propouští pouze kladně nabité ionty. Úplně blokuje elektrony.
Zde je háček: membrána musí zůstat vlhká. Pokud vyschne, vedení protonů se zastaví. Ztráta stability způsobí selhání celé buňky. Jedná se o úzký provozní rozsah, díky kterému je řízení teploty pro inženýry neustálou bolestí hlavy.
Katalyzátor: platina na uhlíku
Reakce nenastane sama o sobě. Potřebujete katalyzátor. Typicky se jedná o platinové nanočástice tenké nanesené na uhlíkovém papíru nebo tkanině. Materiál má hrubou a porézní strukturu, která maximalizuje povrch. za co? Protože větší plocha znamená více reakcí současně.
Strana potažená platinou směřuje k PEM (polymerní elektrolytická membrána). Je to jediná věc, která stojí mezi vodíkem a kyslíkem a způsobuje, že reagují kontrolovaným způsobem, místo aby jednoduše explodovaly.
Odpověď: od plynu k energii
Představte si, že stlačený vodík naráží na anodu. Tlak tlačí plyn skrz katalyzátor. Když se molekula H2 dotkne platiny, rozpadne se. Pro dva protony (H+) a dva elektrony (e-).
Elektrony nemají kam jít, než ven. Protékají anodou, procházejí vnějším obvodem – napájejí váš hnací motor – a vracejí se ke katodě.
Mezitím se kyslík dostane na katodovou stranu. Rozkládá se na atomy, z nichž každý nese silný negativní náboj. Tento náboj přitahuje ionty H+ přes membránu na druhé straně. Tam se ionty setkávají s atomy kyslíku a vracejícími se elektrony. Spojují se a tvoří vodu (H2O). To je vše. Výfuk je prostě vodní pára.
Ale je tu problém. Jeden takový článek generuje pouze asi 0,7 voltu. To nestačí k otáčení motoru. Potřebujete zásobník.
Stack montáž a problém bipolárních desek
Pro získání provozního napětí jsou k sobě připojeny desítky nebo stovky takových článků. Bipolární desky je spojují do série. Tyto desky současně odolávají oxidačním a redukčním podmínkám. Jsou ve velkém stresu.
Hlavním problémem je zde stabilita. Pokud jsou použity kovové bipolární desky, jsou náchylné ke korozi. Vedlejší produkty, jako jsou ionty železa a chrómu, se mohou vyluhovat do membrány a elektrod, a tím časem zničit výkon. To je důvod, proč se nízkoteplotní palivové články často přecházejí na lehké kovy, grafit nebo kompozity na bázi uhlíku a termosetových pryskyřic. Termosetové pryskyřice jsou plasty, které při zahřívání zůstávají tuhé a nabízejí kompromis mezi vodivostí a odolností proti korozi.
Krátce o chemii
Matematika nelže. Proces je čistý, účinný a donekonečna se opakuje, pokud používáte plyn.
Anodová strana : 2H₂ → 4H⁺ + 4e⁻
Katodová strana : O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O
Celková reakce : 2H2 + O2 -> 2H20
Teoreticky je to elegantní. Skutečná bitva však začíná tím, že se dostane do provozu na 150 000 mil bez vysušení membrány nebo otravy katalyzátoru.
Účinnost palivového článku
Mezera v účinnosti: Palivové články vs benzín a baterie
Pojďme k věci. Snížení znečištění je největší prodejní předností palivových článků, ale skutečný příběh je účinnost. Abyste pochopili, kam vozidla s palivovými články zapadají do automobilového prostředí, musíte se podívat na čísla ještě předtím, než se kola vůbec rozjedou. Ignorujeme běžné součásti – pneumatiky, převodovku, odpružení – a zaměřujeme se pouze na to, jak každá hnací jednotka přeměňuje uloženou energii na mechanický pohyb hnacích kol.
Nejprve se podívejme na auto na vodíkové palivové články poháněné čistým vodíkem. Potenciál je zde ohromující. Samotný palivový článek může pracovat s účinností přibližně 80 procent. To znamená, že získává 80 procent energetického obsahu z vodíku a přeměňuje jej na elektřinu. Elektřina však auto nepohání; dělá to elektromotor. Elektromotor a invertor jsou také vysoce účinné, kolem 80 procent.
Udělejme výpočty v tomto řetězci: 80 procent násobeno 80 procenty. Výsledkem je celková účinnost systému přibližně 64 procent.
Porovnejte to se spalovacím motorem. Typický benzínový motor se snaží dosáhnout účinnosti 20 až 30 procent. Většina této energie se jednoduše ztrácí jako teplo. Dokonce i nejlepší elektromobily s bateriemi, které se nabíjejí ze sítě a posílají energii do motoru, obvykle dosahují 70 až 80 procent účinnosti ze zásuvky na kolo. Ale počkej. Tato metrika pro baterie ignoruje způsob výroby elektřiny. Když se vezmou v úvahu ztráty ve výrobě a přenosu, účinnost od studny ke kolu u plug-in elektrických vozidel je výrazně snížena.
Nicméně údaj 64 procent pro vodík je teoretický. Zahrnuje použití čistého vodíku. V reálném světě jsou dodavatelské řetězce složité. Pokud vozidlo používá parní reformování k extrakci vodíku z uhlovodíkových paliv, jako je zemní plyn nebo alkohol, účinnost dramaticky klesá. Reformátoři vyrábějí teplo, produkují odpadní plyny a mají potíže s výrobou čistého vodíku. Nečistoty otravují katalyzátor palivových článků a snižují jeho výkon. Z tohoto důvodu americké ministerstvo energetiky (DOE) silně sází na infrastrukturu čistého vodíku, a to navzdory obrovským problémům s jeho výrobou a skladováním.
Vodíkový paradox
Vodík je všude. Je to nejhojnější prvek ve Vesmíru. Ale na Zemi? Ne tak moc. Nevyskytuje se ve volné elementární formě (H2), čeká na stažení. Je potřeba ho vyrobit.
To je „problém vodíku“. Aby se získal čistý vodík, musí být extrahován ze sloučenin. To vyžaduje energii. Hodně energie. Ať už používáte parní reformování metanu (s využitím tepla ze zemního plynu) nebo elektrolýzu (používání elektřiny k štěpení molekul vody), plýtváte energií na výrobu paliva.
To vytváří kruhovou diskusi o účinnosti. Pokud k výrobě vodíku používáte obnovitelnou elektřinu, ztrácíte energii již v kroku elektrolýzy (ztráty asi 20-25 procent). Poté jej komprimujete nebo zkapalníte pro skladování (dalších 10-15 procent ztráty). Poté jej vložíte do palivového článku (účinnost 80 procent). Poté poháníte motor (80procentní účinnost).
Když tyto ztráty sečtete, je účinnost vozidla s vodíkovými palivovými články často nižší než u elektromobilu s přímou baterií. Baterie nevyžaduje extrakci, kompresi nebo chemickou konverzi na pumpě. Je to prostě tam, připravené k použití.
Proč se tedy vůbec zabývat vodíkem? Výkonová rezerva. Doba doplňování paliva. Hmotnost. Baterie jsou těžké. Vodíkové nádrže jsou lehčí s ekvivalentní hustotou energie na delší vzdálenosti. Ale z hlediska čisté termodynamiky vítězí baterie v účinnosti. Palivový článek vítězí z hlediska pohodlí a hustoty energie.
Výběr není jen
Realita: účinnost plynu versus elektřiny
Pojďme přeskočit marketingový hluk. Standardní spalovací motor (ICE) je notoricky neefektivní. Celková účinnost je přibližně 20 procent. To znamená, že 80 procent tepelné energie z vaší nádrže se ztrácí jako výfukové teplo, ztráty radiátorů nebo tření z čerpadel a ventilátorů. Pouze pětina energie ve skutečnosti pohybuje koly.
Elektromobily (EV) vyprávějí v garáži jiný příběh. Účinnost přenosu energie z baterie na kola je nápadná ve své vysoké hodnotě. S účinností baterie přibližně 90 procent a účinností clusteru motoru/invertoru 80 procent je celková účinnost systému přibližně 77 procent. To je ve srovnání s auty na plyn obrovský rozdíl.
Ale nelze se zastavit jen u výfukového potrubí. Musíte se podívat na elektrickou síť.
Problém „od studny ke kolu“
Pokud tuto elektřinu vyrábí uhelná nebo plynová elektrárna, matematika se mění. Tato spalovací zařízení přeměňují pouze asi 40 procent své energie na elektřinu. Poté přichází na řadu samotná nabíjecí stanice. Přeměna střídavého proudu (AC) ze sítě na stejnosměrný proud (DC) pro baterii není ideální; jeho účinnost je asi 90 procent.
Vynásobme tato čísla účinnosti: 77 procent (auto) x 40 procent (elektrárna) x 90 procent (nabíječka).
jaký je výsledek? Celková účinnost „well-to-wheel“ je pouze 28 procent.
To je méně, než byste čekali, ale celkově je stále čistší než auto na plyn, zvláště když se rozvodná síť stává zelenější. Velký význam má však zdroj energie. Pokud je váš elektromobil nabíjen z vodní elektrárny (HPP), zcela obejdete ztráty spalováním paliva. Vodní energie je z hlediska nákladů na palivo prakticky „zdarma“. V tomto scénáři vyskočí účinnost elektromobilu „well-to-wheel“ na přibližně 69 procent.
Palivové články a obrat k nanotechnologii
Vodíkové palivové články nabízejí přechodnou možnost, i když jsou stále daleko od rozšířeného přijetí. Moderní systémy, jako je Honda Clarity, jsou ve skutečnosti hybridní systémy. K pohonu používají malou lithiovou baterii a elektromotory, zatímco palivový článek funguje jako prodlužovač dojezdu a dobíjí tuto baterii na cestách.
Vědci aktivně pracují na zlepšení účinnosti palivových článků. Úzké místo bylo vždy katalyzátorem. Platina je standard, ale je drahá a vzácná. Na scénu přichází nanotechnologie.
Zlaté katalyzátory
Tady to začíná být zajímavé. Zlato je chemicky inertní. Nereaguje. Z nějakého důvodu je to ušlechtilý kov. Ale pokud zmenšíte částice zlata na nanometrové měřítko, jejich chování se obrátí. Stávají se vysoce aktivními katalyzátory, které svým výkonem potenciálně konkurují platině.
Pokud vědci dokážou stabilizovat tyto nanočástice v průmyslovém měřítku, vozidla s palivovými články by se mohla konečně vyrovnat účinnosti bateriových elektrických vozidel poháněných obnovitelnými zdroji energie. Fyzika to umožňuje. Technický problém? Udělejte to cenově dostupné. Tento cíl jsme zatím nedosáhli. Propast mezi potenciálem laboratoře a realitou v showroomu zůstává stále široká.
Cena čistého vodíku
Buďme upřímní ohledně ekonomiky. Čísla ministerstva energetiky (DOE) jsou strohá. V roce 2020 dosáhly náklady na výrobu vodíku elektrolýzou 279 dolarů za kilowatthodinu. Optimisticky předpovídají pokles na 182 USD do roku 2030. To zní lépe, ale stojí za to se podívat na základní úroveň. Běžná elektrárna na zemní plyn vyrobí kilowatthodinu za zhruba 55 centů.
Tyto náklady je možné výrazně snížit využitím fosilních paliv k těžbě vodíku. To však zcela odporuje samotné myšlence přechodu na „zelenou“ energii. V důsledku toho získáte stejné kontaminanty, jen s dalšími kroky zpracování. Reverzibilní palivové články by nakonec mohly překlenout tuto mezeru a poskytnout dlouhodobou účinnost a úsporu nákladů. Ale do té doby zůstává cenová bariéra kolosální.
Testování cyklu
Další překážkou je odolnost proti opotřebení. Protonové výměnné membránové palivové články (PEMFC) vyžadují membrány, které vydrží teploty nad 100 stupňů Celsia. Musí také pracovat při okolních teplotách pod nulou bez zamrzání. Proč je to důležité? Vyšší provozní teploty znamenají, že systém snese více nečistot v palivu.
Auta neustále startují a zastavují. Membrána musí při těchto tepelných šokech zůstat stabilní. V současné době se degradují, když se palivový článek zapíná a vypíná. Toto je jednoduchá mechanická realita, která má za následek špatné chemické vlastnosti.
Udržujte vlhkost a pevnost
PEMFC membrány touží po vlhkosti. K transportu vodíkových protonů vyžadují hydrataci. Pokud uděláte chybu, prvek selže. Výzkumníci se předhánějí v tom, aby zajistili, že tyto systémy budou fungovat při nízké vlhkosti, teplotách pod nulou a velkém horku. Při 80 stupních Celsia ztrácíte hydrataci, pokud nenanášíte vlhkost pod vysokým tlakem.
Pevné palivové články (SOFC) mají své vlastní problémy. Koroze materiálů je stálou hrozbou. Těsnost těsnění je stejně křehká. Cílové náklady pro SOFC jsou 400 USD za kilowatt – méně přísné požadavky než pro PEMFC – ale vysoké náklady na materiály znesnadňují dosažení tohoto čísla. Odolnost proti opotřebení navíc trpí pokaždé, když se prvek zahřeje na provozní teplotu a ochladí se na pokojovou teplotu. Tepelné cykly ničí těsnění.
Výstavba sítě
Bez čerpacích stanic nebudete moci prodávat auta. Aby vozidla PEMFC fungovala, potřebujeme kompletní infrastrukturu pro výrobu a dodávku vodíku. Potrubí. Motorová doprava. Čerpací stanice. Generování instalací. Strategie DOE je jednoduchá: vytvořit komerčně atraktivní vozidlo a infrastruktura bude následovat. Toto je problém „slepice a vejce“.
Odkud pochází vodík? Ve Spojených státech je jeho většina vedlejším produktem při rafinaci zemního plynu a ropy. Další spolehlivou metodou je elektrolýza. Aplikujete elektrický proud na sladkou vodu a rozdělíte ji na vodík a kyslík. Háček je v tom, že elektrolýza vyžaduje sekundární zdroj energie. Tím se snižuje čistý energetický výdej. Pohybujete energií, ne ji vytváříte.
Udržování neviditelného
Standardní dojezd vozu s nádrží na benzín je tři sta kilometrů. Pro dosažení stejného výkonu u vozidla s palivovými články je třeba vyřešit problém skladování. Vodík je objemný. Je třeba řídit hmotnost, objem, cenu a bezpečnost vozidla.
Bezpečnost je slon v místnosti. Zákonodárci zatím nenapsali pravidla pro pracovníky záchranné služby. Jaký je protokol v případě požáru vozidla s palivovými články? Inženýři musí navrhnout nosné systémy, které neexplodují. Nejde jen o jízdu, ale i o přežití nehody.
Vonné alternativy
Výzkumníci se dívají za membrány kyseliny perfluorsulfonové. Přecházejí na membrány na bázi aromatických sloučenin. Nenechte se tím jménem zmást. Není to o vůni. To se týká chemických struktur, jako jsou benzenové, pyridinové nebo indolové kruhy. Tyto konstrukce lépe odolávají vysokým teplotám.
Ale je tu kompromis. Stále potřebují hydrataci. A když uschnou, nabobtnají. Toto bobtnání snižuje účinnost palivového článku. Toto je další proměnná, kterou je třeba řídit v systému, který se již snaží udržet pohromadě.
Boj za energetickou nezávislost
Finanční závazek je impozantní. Do výroby vodíkových palivových článků již byly investovány miliardy dolarů a plán do roku 2050 slibuje ještě větší investice. Logika je zde jednoduchá. USA a další země usilují o vodík ze stejného důvodu, z jakého vyvíjejí větrnou a solární energii: aby prolomily svou závislost na ropě.
Samozřejmě, že USA mohou produkovat většinu své vlastní ropy. Ale stále jsme svázáni s globalizovanou ekonomikou. Když ceny na Blízkém východě prudce rostou, cítíme to tady. Toto je zranitelnost. Spalování fosilních paliv uvolňuje uhlík do atmosféry rychleji, než ho příroda dokáže absorbovat. Výsledek vidíme na vlastní oči. Teploty stoupají. Extrémní povětrnostní jevy již nejsou anomálií. Městská centra jsou dusena dýchacími problémy spojenými se znečištěním ovzduší. Snížení spotřeby fosilních paliv není jen politickým cílem. To je jediný způsob, jak udržet planetu obyvatelnou.
Palivové články nabízejí čistou alternativu. Nevypouštějí škodliviny. Jediným vedlejším produktem je čistá voda. V krátkodobém horizontu inženýři stále těží vodík ze zemního plynu. Jedná se o pragmatické dočasné opatření. Ale vodíková iniciativa se dívá dál. Dlouhodobý plán zahrnuje obnovitelné a ekologické výrobní metody.
Domácí produkce a globální spolupráce
Podívejme se na chemii procesu. Vodík lze vyrobit z vody pomocí elektrolýzy. To znamená, že USA se mohou stále více spoléhat na domácí zdroje energie. Zabraňuje také neefektivitě a environmentálním rizikům spojeným s přepravou paliva přes mezinárodní vody. Méně tankerů. Menší riziko. Více energetické bezpečnosti.
Toto není sólo úsilí. Závislost na ropě a globální oteplování jsou globální problémy, které vyžadují globální řešení. Několik zemí se spojilo, aby pokročilo ve výzkumu a vývoji technologie palivových článků. Jedním z hlavních je Mezinárodní partnerství pro vodíkovou ekonomiku. Shromažďují zdroje, aby urychlili implementační harmonogramy.
Cesta před námi
Buďme realisté. Vědci a výrobci mají stále před sebou velkou horu, kterou musí zdolat. Palivové články zatím nejsou praktickou alternativou k současné energetické infrastruktuře připravenou k realizaci. Výzvy jsou významné. Skladování. Rozdělení. Cena.
Ale s podporou a spoluprací z celého světa není cíl vytvořit životaschopný energetický systém založený na palivových článcích sci-fi. Je to otázka času. Možná pár desítek let. Možná ještě méně. Figurky jsou umístěny na desce. Jedinou otázkou je, zda budeme mít trpělivost čekat na mat.
