Vodík jako palivo

Mezinárodní společenství si stanovilo za cíl udržet tempo globálního oteplování pod 2 stupni Celsia oproti hodnotám v předindustriálním období. To nemusí znít jako příliš ambiciózní cíl. Přesto vyžaduje od zemí na celém světě vynaložení obrovských zdrojů. Klíčovou roli zde hrají celosvětové emise oxidu uhličitého (CO2), které je potřeba dramaticky snížit. Sektor dopravy je odpovědný za 20 procent globálních emisí CO2. „Potřebujeme na silnice dostat mnohem více vozidel s nulovými emisemi, pokud chceme dosáhnout tohoto dvouprocentního cíle,“ vysvětluje Sebastian Fritz, vedoucí vývoje trhu a projektů pro vodíková řešení ve společnosti Linde Gas. V budoucnosti budou muset absolutní emise CO2 produkované sektorem dopravy klesnout o 40 procent, a to navzdory tomu, že dramaticky vzroste přeprava osob a zboží. Tato hodnota je výsledkem nedávné studie provedené iniciativou Hydrogen Council, aliancí 19 společností, včetně Lince, která se zavázala k propagaci globální vodíkové ekonomiky. Tento cíl není něčím, čeho by bylo možné dosáhnout s konvenčními spalovacími motory.

„Jedinou věcí, kterou do ovzduší vypouštějí vozidla s vodíkovými palivovými články, je vodní pára“, říká odborník společnosti Linde Sebastian Fritz. Vodík (H2) je tak prostředkem šetrným ke klimatu, ideální volbou na podporu přechodu k nízkouhlíkovým podobám dopravy. Společnost Linde nabízí veškeré technologie, které jsou potřeba k produkci vodíku, jeho efektivní přepravě do tankovacích stanic a samotnému natankování vozidel s palivovými články. Společnost je největším světovým producentem zařízení na výrobu H2 a předním dodavatelem vybavení pro tankovací stanice na vodík. „Společnost Linde Engineering nabízí kompletní služby zpracování plynu. A společnost Linde Gas má ve své nabídce veškeré technologie, které jsou potřeba pro vytvoření plně funkční vodíkové ekonomiky,“ doplňuje Anton Jell, viceprezident pro obchodní politiku v oblasti zařízení na výrobu a zpracování vodíku a syntézního plynu ve společnosti Linde Engineering.

Cisternový vůz pro přepravu kapalného vodíku

V přepravě, skladování a tankování vodíku hrají procesy chlazení a stlačení velmi důležitou úlohu. Důvodem je to, že má vodík za normálního tlaku a za normální teploty nízkou energetickou hustotu. 3 000 litrů vodíku v plynné fázi například obsahuje stejné množství energie jako jeden litr benzinu. „Vodík se musí stlačit vysokým tlakem, aby se zvýšila jeho energetická hustota a mohl se potom efektivně skladovat a přepravovat,“ vysvětluje Jell. To znamená, že plynný vodík se buď musí stlačením přeměnit na CGH2 (stlačený plynný vodík), nebo se musí kryogenním způsobem zkapalnit na LH2 (kapalný vodík). Společnost Linde nabízí výkonné technologie na přeměnu vodíku na oba tyto výsledné stavy. „Existuje celá řada faktorů, které určují, zda má smysl vodík stlačit nebo zkapalnit, včetně množství vodíku k přepravení a vzdálenosti, na kterou je potřeba ho přepravit,“ vysvětluje odborník z Linde.

Nádrže pro tlakové skladování

Zkapalněný vodík má velmi vysokou energetickou hustotu. To je velká výhoda, protože to znamená, že je možné nákladním vozidlem do tankovacích stanic přepravit více vodíku. Do speciálně navržených přepravních cisteren Linde je možné naplnit až pět tun LH2. „Zkapalňování vodíku bohužel vyžaduje velké množství energie,“ říká Jell. „Plyn se musí nejprve ochladit na teplotu minus 253 stupňů Celsia.“ Tankovací stanice je také potřeba vybavit speciálními, izolovanými kryogenními kontejnery na LH2, aby se během skladování vypařilo co nejmenší množství vodíku. Přeprava a tankování LH2 jsou na druhou stranu z hlediska nákladů velmi efektivní a přednosti spojené s dodávkami kapalného vodíku se dále násobí s rostoucí poptávkou po H2 na čerpacích stanicích.

„Tankovací stanice je možné zavážet také stlačeným vodíkem v plynné fázi,“ pokračuje Fritz. V těchto případech se vodík přepravuje za odlišných tlakových podmínek. Například při tlaku 500 bar je možné přepravit asi jednu tunu vodíku. Aby jednotlivé prvky pro skladování H2 odolaly i těm největším tlakům, jsou vybaveny špičkovými plasty a skořepinou z uhlíkového vlákna.

Cisternový vůz CcH2 ve vodíkovém centru společnosti Linde, Unterschleissheim

Na čerpacích stanicích se následně H2 uskladní v nádržích na skladování plynů při tlaku 45 bar, trubkách s tlakem 200 bar s možností podzemní instalace, nebo v nádržích na skladování kapalin. Vodík se následně musí pro účely tankování na čerpacích stanicích stlačit předepsaným tlakem, protože se do vozidel s palivovými články vstřikuje ve formě stlačeného plynu. Mezi klíčové prvky vybavení tankovacích stanic na H2 tak patří kompresní jednotka. „Kompresor plyn stlačí požadovaným tlakem, který může mít buď hodnotu 350 bar, nebo hodnotu 700 bar, podle toho, jaké vozidlo je potřeba natankovat,“ dodává Fritz. „Společnost Linde nabízí pro tankování dvě výkonné, inovativní technologie: kryogenní čerpadlo na kapalný vodík a iontový kompresor na stlačený vodík.“ S oběma technologiemi je natankování vodíku na stanicích otázkou maximálně tří minut. Ano, tak krátká doba stačí k plnému natankování vozidla H2 pod vysokým tlakem. S plnou nádrží takové vozidlo ujede k další zastávce u vodíkového stojanu až 600 kilometrů. „Vodíková vozidla mají podobný dojezd jako vozidla se spalovacími motory,“ uvádí Jell. Do této chvíle společnost Linde provedla více než milion tankování H2. „Tato tankování proběhla na více než 100 tankovacích stanic na celém světě, které jsou vybaveny našimi technologiemi,“ vysvětluje Fritz.

Stále více automobilek dnes představuje vozidla s pohonem na vodík, nebo je již vyrábí v menších sériích. V roce 2016 dceřiná společnost Linde Hydrogen Concept spustila projekt BeeZero v Mnichově, první službu sdílení automobilů na světě, která se spoléhala výlučně na vozidla s palivovými články s pohonem na vodík. Tato flotila automobilů s palivovými články je v provozu už téměř dva roky a za tuto dobu už Skupina nashromáždila cenné poznatky, které jí pomohou v dalším vývoji vodíkových technologií a rozšířením H2 infrastruktury.

Tankovací stanice OMV na vodík ve Vídni, Rakousko

Vodík významným způsobem proniká také do železniční dopravy. Od roku 2021 nahradí staré dieselové lokomotivy v německé spolkové zemi Dolní Sasko čtrnáct vlaků s palivovými články. Tyto vlaky Coradia iLint vyrobí výrobce železničních vozidel Alstom. Vlaky dokážou na jednu nádrž urazit kolem 1 000 kilometrů při maximální rychlosti až 140 kilometrů za hodinu. „Společnost Linde byla požádána o dodávky vodíku,“ rozplývá se odborník společnosti Linde Jell. Společnost v rámci tohoto projektu vybuduje a bude provozovat první systém tankování vodíku na světě pro vlaky. Toto palivo šetrné ke klimatu vzbuzuje zájem také v dalších oblastech. „Obdrželi jsme četné dotazy na to, zda je možné H2 použít také jako palivo pro pohon nákladních automobilů, lodí a dokonce i letadel,“ vysvětluje Fritz.

Vodík může být klíčovým faktorem úspěšného dosažení dvoustupňového cíle pro zmírnění dopadů naší aktivity na světové klima. Tento pohled podporuje další zjištění nedávné studie iniciativy Hydrogen Council, podle které vozidla s pohonem na vodík, který se vyrábí tradičním způsobem ze zemního plynu, již nyní emitují o 30 procent méně emisí CO2 než automobily se vznětovými motory. „Ještě lepší variantou je použití vodíku vyráběného s použitím obnovitelných zdrojů energie, jako jsou větrná, vodní a solární energie,“ shrnuje Jell. Odborníci společnosti Linde na technická řešení a plyny úzce spolupracují na vývoji technologií a koncepcí udržitelné výroby vodíku. Koneckonců každý způsob dopravy a každý kilometr jízdy, na kterém ušetříme CO2 – ať už při cestování na zemi, ve vodě nebo ve vzduchu – nás přibližuje k našemu dvouprocentnímu cíli pro zmírnění dopadů naší aktivity na klima.