14.8.2020 | Svátek má Alan


ENERGETIKA: Nová vodíková strategie

2.7.2020

aneb Realita je nepřítelem snů

Ne, žádné strachy, nejde o zbraně totálního zničení: právě naopak, o novou zázračnou zbraň pro záchranu Zeměkoule.

Poté, co i dutým rudozeleným hlavám pomalu dochází, že totální elelktrifikace průmyslu, dopravy a vlastně celého spektra toho, co naši společnost dělá „vzdělanou společností blahobytu“, nedokáže překonat fyzikální hranice, rozhodli se po záchraně toužícímu lidstvu předložit nový kolosální projekt: vodík. Vodík je pohonem budoucnosti...

Ale, jako obyčejně, ani tentokrát to nedomysleli (nemají čím).

Dovolím si vám předložit analýzu problému, provedenou prof. dr. Gilbertem Brandem z Odborné vysoké školy v Emdenu.

Jedinou a zdánlivou výhodou této techniky je, že při použití nevzniká žádný CO2 a to vychází velmi vstříc dnešním platným klimatickým dogmatům. CO2 je - jak známo - molekula o velikosti cca 0,1 mm (Greta je schopna - bylo potvrzeno médii - vidět CO2 pouhým zrakem, což podle oftalmologů je rozlišovací schopnost oka), která při stoupající koncentraci ve vzduchu dokáže kolizemi s hlavou vyvolat těžká mozková traumata projevující se manickou klimahysterií.

Elementární vodík má ovšem tu nevýhodu, že nejbližší přirozený zdroj je vzdálen cca 150 milionů kilometrů (8,3 světelných minut) a vykazuje teplotu 5 500 °C, což těžbu a transport poněkud problematizuje, proto musí být vodík vyroben na Zemi z jiných materiálů.

Dnešní stav

Kvůli nutnosti choulostivého zacházení s elementárním vodíkem se užití omezuje pouze na málo průmyslových odvětví, ale to se má změnit. Dnes se vodík vyrábí především termickým formováním ze zemního plynu s vodou nebo parciální oxidací zemního plynu, přičemž vzniká vodík a CO2, alternativně i rozložením metanu v elektrickém oblouku, přičemž odpadem je elementární uhlík. Protože zemní plyn stojí méně než 4 ct/kWh (v Německu - P.Z.), jsou ztráty snesitelné a když se při procesu neberou ohledy na nic, je to ekonomicky v pořádku. Z klimadogmatického pohledu se musí CO2 při prvním procesu oddělit a uskladnit, což by snižilo účinnost o 50 %, a protože uhlík z posledního procesu, ve kterém (v uhlíku) vězí polovina enegie, by byl rovněž nepoužitelný, přistáváme opět při stejném hausnumeru účinnosti. Navíc použití plynu odporuje dogmatům o přírodních zdrojích.

Vodík z větru a Slunce

Dogmaticky korektní a navíc efektivnější by byla úplně bezuhlíková produkce vodíku elektrolýzou z vody, při které je navíc zachováno 80 % vložené energie. (Ale: k výrobě 1 kg vodíku, což odpovídá 3 kg benzínu, potřebuji 9 kg čisté vody. Nekřičí náhodou klimaalarmisté, že jí bude méně a méně?! -P.Z.). K tomu potřebujete proud. Ten by se mohl získávat z JE, se současnou cenou cca. 4 ct/kWh. Udělalo-li by se to tak, byly by při základní ceně (vodíku) cca 5 ct/kWh následné ztráty snesitelné.

Ale to není žádoucí, vše musí být uděláno s větrnou energií a fotovoltaikou, s cenami cca 12 ct/kWh (v Německu) se spíše stoupající tendencí. Přestože, celkem vzato, stejně nebude k dispozici dostatek proudu z větrníků a solárů, ale občas naopak příliš mnoho, chtějí tento přebytek využít k výrobě vodíku. Tolik oficiální verze, která drhne už v tom, že není - a nebude - dostatek větrného a solárního proudu pro všechny oblasti užití. Ale to se raději zamlčuje.

Nyní chtějí Holanďané postavit v oblasti Groningen (severozápadní pobřeží Holandska u ústi Emže -P.Z.) obrovský větrníkový park. Ten měl ponejprv za větru energií – i na teplo - zásobovat množství bytů a jinak produkovat vodík. Mezitím to Holanďané propočítali a zjistili, že s těmi byty se to nevyplácí, a plánují tudíž vyrábět pouze vodík. Tak nějak kolem 800 000 t/rok (s potřebou 7 200 000 000 litrů čisté vody!) a nějakým způsobem by se měl ten vodík dostat k průmyslu na Rýnu a Porúří a jiným spotřebitelům mimo tuto oblast. Holanďané míní, že se to (pro ně) vyplatí. Podívejme se na to poněkud blíže.

Pár základních dat

V dalším se podíváme na pár čísel. Některá jsou bez problémů k nalezení v tabulkách, u jiných to není tak jednoduché. Ale napřed ty jednoduché věci: vodík je příšerně bohatý na energii. Pro kilogram leží v porovnání s jinými nositeli energie jednoznačně na špici, přičemž my zde posuzujeme spalovací entalpii při úplném spálení.

z1

Tyto hodnoty jsou lidem rády předkládány, aby jim vodík „chutnal“. Pro transport je ale objem zajímavější než váha a v tom vypadá bilance vodíku méně brilantně:

z2

Je jedno, jak se na to díváte, kamenné uhlí je obsahem energie na špici. Uveden je obsah energie při normálním tlaku a teplotě jako plynu a zkapalněného plynu. Když komprimujete plyn, budete někde uprostřed. Hodnota NPT *tlak v barech´= energetickýobsah. I jako zkapalněný plyn váží vodík akorát 70 kg/m3 a má při tom teplotu -252 °C, alkany váží ovšem okolo 500 kg/m3 (při -160 a 0 °C) a uhlí cca 2,5 tuny. Taková data, zajímavá pro transportéry, si ovšem musí člověk vypočítat sám.

Otázka by pak zněla: plyn nebo zkapalněný plyn? Rusové k nám dodávají svůj zemní plyn rourami, Američané ho zkapalňují a transportují v tankových lodích. Celkem jednoduše lze zjistit, s čím se musí u zkapalněného plynu počítat:

z3

Zkapalňování stojí skutečně mnoho energie, což je jeden z důvodů, proč je americký plyn v Evropě dražší než ruský. U zemního plynu (bod varu -161 °C) se to přesto ještě drží v hranicích, vodík se skoro o 100 °C nižším bodem varu je ale skutečným problémem: z vodíku naloděného v Houstonu by v Rotterdamu nezbyla ani půlka, což bude platit i pro Holanďany, jak hned uvidíme.

Logistika Holanďanů

Pro holandskou produkci vodíku se k tomu přidává ještě jiný problém, stavějící ho na roveň vodíku z Houstonu, pokud by vsadili na zkapalňování: s atomovou elektrárnou by byli schopni produkovat vodík „just-in-time“ v požadovaném množství, oni ale musí produkovat podle toho, jak fouká vítr. Vezmeme-li produkci proudu z větru a potřebu odběratelů jako příklad pro zásobování vodíkem, znamená to, že zhruba jedna třetina až jedna polovina by musela být delší čas skladována. Po elektrolýze, zkapalňování, transportu a skladování by přišlo ke koncovému odběrateli stěží 35 % energie, což by kolem a kolem vedlo k 50 centům/kWh.

Východiskem je tudíž transport vodíku jako plynu potrubím, protože obvyklé tlakové láhve s 50 litry objemu, tlaku 300 bar a váze 50 kg jsou stěží lukrativní. I v plynovodech se musí plyn stlačit, u vodíku z JE na nějakých 16 bar. Při velkém množství, které by při větrníkové produkci muselo být meziskladováno, by se musely nasadit plynové kaverny, v jakých je skladován zemní plyn, a pracovat s většími tlaky. Ke kompresi plynu je nutná energie a navíc se plyn ohřívá. Ale protože nemůže být ve vedení a ložiscích udržována teplota a ani na straně spotřebitele nelze využít mechanické energie při uvolnění, jedná se o čisté, při použití vyšších tlaků stoupající ztráty. Ty nejsou sice tak napínavé jako při zkapalňování, ale při cca 80 barech zůstane bez ohledu na jiné ztráty, jako například udržování tlaku v kaverně nebo zvýšení tlaku v dlohém vedení i zde z větrné energie jen málo přes 60 %. K zákazníkovi může tedy i zde dorazit jen něco přes 50 % energie.

Taková čísla nejsou ovšem lehce k dostání. Za prvé se nerado mluví o ztrátách, za druhé jsou započítány všelijaké vylepšující faktory. K tomu se ještě vrátíme. Takovéto ztráty vznikají ovšem i u zemního plynu, ale u větrného vodíku musíme počítat minimálně s pětinásobkem

základní ceny zemního plynu a tento faktor lze nalézt ve všech číslech. Navíc hrají roli ještě další individuální okolnosti. Jako zákazník již člověk tuší, jakým směrem se bude účet za topení pohybovat, když bude namísto zemního plynu dodáván vodík.

Power-2–Gas

Verze s plynovodem má ovšem vedlejší podmínku, a to že je plynovod k dispozici. Když ho je dostatek, může se některý vyjmout z transportu zemního plynu a nasadit na dopravu vodíku, jinak se musí stavět nový. To samé platí pro skladovací kaverny. Jako alternativa k transportu vodíku se nabízí Power-2-Gas, přičemž se vodík vůbec netransportuje, nýbrž s CO2 proměňuje v metan. Protože je reakce mezi vodíkem a CO2 v celkové bilanci exotermní (t.j. vzniká při ní teplo - P.Z.), nevypadá to tak zle, jestliže se dá využít odpadní teplo.

Zde se ale přibarvování uplatňuje naplno. Realisticky vzato přejde z větrné energie cca 60 % na metan, který je pak přimíchán do normálního plynu. „Specialisté“ počítají se zapojením všech možných vedlejších podmínek a teoretických opcí s hodnotami blízkými 100 %, tedy že vítr = plyn, vězících vevnitř. Kde se získá CO2? Jeden z „Mogelpackung“(= obal vzbuzující dojem, že vevnitř je víc, než tam ve skutečnosti je - P.Z)?

Správně, z odpadů z jiných procesů... To stojí rovněž mnoho energie, která musí být zaplacena, což nakonec nafoukne i konečnou cenu umělého zemního plynu. Účtování křížem-krážem je bez velkého úsilí sotva prohlédnutelné a je otázkou, budou-li skutečně všechny teoretické efekty použitelné i v praxi.. Určitě nebude člověk tak vedle, když bude vycházet z toho, že bilanční hodnota při P-2-G dělá asi 40 % vsazené energie. S odpovídajícími důsledky na cenu.

Pozn. překladatele: Jednu důležitou věc autor opomenul: kde vezmou CO2, když všechny procesy, při kterých vzniká (snad mimo dýchání) budou zakázány a zlikvidovány?!

Nosiče vodíku

Obzvláště ve spojitosti se stále více se hroutícím snem o e-mobilitě jsou publiku ochotně prodávány kapalné organické nosiče vodíku (že vodík na čerpacích stanicích může být blbá idea, dochází už – bez velkého třesku - i zeleným). Vodík je v těchto případech za vyšších teplot chemicky vložen do (cizí) molekuly a z této pak za ještě vyšších teplot uvolněn. Obvyklé jsou 150 °C při kroku 1 a 300 °C při kroku 2 za současné přítomnosti určitého katalyzátoru. Krok 1 je exotermní, krok 2 endotermní, to znamená, že v každém případě musí být dodána energie. Je obtížné dostat se k údajům, ale účinnost až 70 % se zdá být realistická. Přístup je obtížný, protože palivové články využívající vodík vykazují vyšší účinnost než benzínové motory a to se dá lépe propagandisticky využít. Pravděpodobně nevypadá celková bilance jinak než u benzínových motorů.

Kolik vodíku to dá dohromady? Vezměme kupříkladu toluen, který při molové hmotnosti 92 g/mol může celkem reversibilně vázat 3 moly = 6 g vodíku. V 1 m3 může toluen při hustotě 0,87g/cm3 přijmout asi 14 kg vodíku, což odpovídá energii 4e6 kJ. To je právě 1/5 toho, co s sebou při stejném objemu veze auto na LNG. Při zkoumání možností vázat vodík na něco jiného narazí člověk na přibližně stejné hodnoty.

K transportu vodíku se tudíž organické nosiče vodíku spíše nehodí a i při mobilitě přicházejí mimo relativně nízkého energetického obsahu a s tím spojené hustotě čerpacích stanic i jiné problémy. U čerpací stanice se musí stará tekutina před naplněním nádrže nechat vytéct a rovněž zásobovací cisterna jede nazpět plná a nikoli prázdná.

Akumulátory proudu

S plynovými technologiemi je počítáno rovněž jako s energetickými nárazníky bezvětrných, zamračených období, to znamená, že se v elektrárně z plynu z „obnovitelných energetických zdrojů“ opět udělá elektrický proud. Kdyby byl k dispozici dostatek elektrického proudu, byla by plynová úložiště jako taková, na rozdíl od jiných idejí, pravděpodobně skutečně řiditelná, to znamená, že je možné zřídit dostatečné množství záložných úložišť, ale jako na potvoru končíme u P-2-G-2-P u účinnosti okolo 30 %, to znamená, že v časech přebytku musí vítr a soláry vyrobit 3 kWh, aby se v nouzi získala 1 kWh. Další diskusi si můžeme ušetřit.

Pozn. překladatele: Něco bych chtěl přesto dodat a začnu otázkou příznivcům „skleníkového efektu“: Co vzniká spalováním vodíku? Vodní pára, několikanásobně účinnější než CO2. A jsme na začátku...

Anebo na konci?

Z eike.de přeložil P. Zinga

Gilbert Brand


Akční letáky
Akční letáky

Všechny akční letáky na jednom místě!






 Neviditelný pes
Toto je DENÍK: do sítě jde obvykle nejpozději do 8.00 hod. aktuálního dne. Pokud zaspím, opiji se, zešílím nebo se zastřelím, patřičně na to upozorním - neboť jen v takovém případě vyjde Pes jindy, eventuálně nikdy.
Šéfredaktor Ondřej Neff (nickname Aston), příspěvky laskavě posílejte na adresu redakce Jiřímu Wagnerovi, redaktorovi NP (nickname JAG). Rubriku Zvířetník vede Lika.