Na papiru je vodonik najidealnije gorivo za automobile (i ostala prevozna sredstava), ipak njegova primjena nije masovno zastupljena… Kakve su prednosti, a kakve su mane ovog goriva. Ajde jedna tema da se upoznamo i sa ovom tehnologijom. Kao i obično, probaću da napišem tekst tako da nema puno formulacija. Krenimo redom.
ŠTA JE TO VODONIK?
90% svemira je vodonik, a nuklearnom fuzijom nastali su svi ostali elementi. Vodonik je preko 14 puta lakši od vazduha pa ga na samoj zemlji ima u gornjim djelovima atmosvere (manje od 1% svih gasova). No, to je tzv. slobodan vodonik, vodonik koji je u vezi sa nekim drugim elementima je puno zastupljeniji i na samoj površini, i u dubini zemlje. Dakle, da bi ga dobili moramo ga izdvojiti od ostalih elemenata. Teorijski, vodonik je svuda oko nas, ali nije ga jednostavno izdvojiti.
KAKO SE PROIZVODI VODONIK?
Postoji nekoliko metoda prozvodnje vodonika. Večina danas zastupljenih metoda nije, ajmo biti blagi, baš ekološki prihvatljiva što ovu vrstu goriva ne svrstava u idealnu alternativu nafti. Ipak, postoje i ekološki prihvatljivi načini proizvodnje, ali je današnjom tehnologijom takav metod preskup ili nije dovoljno razvijen. Proizvodnja vodonika traje već stotinjak godina, a za potrebe industrije danas se proizvodi oko 600 milijardi kubnih metara godišnje. Evo koji su načini proizvodnje:
1. Izdvajanje vodonika iz fosilnih goriva
Ovo je najstariji način a vodonik se dobija zagrijavanjem ugljovodonika, vodene pare i vazduha (ili čistog kiseonika) dok se ne razdvoji na vodonik, ugljen-monoksid i ugljen-dioksid. Postoji nekoliko varijanti ovog procesa:
a) Gasifikacija je zagrejavanje ugljenika na 900 stepeni celzijusovih čime prelazi u gasni oblik, te se mješa sa vodenom parom i dodaje se nikl (kao katalizator) čime nastaje vodonik i ugljen-monoksid (u ogromnim količinama jer vodonik u ovom procesu čini tek 60% dobijenog gasa). Sam proces gasifikacije se može razlikovati pa osim velike količine ugljen-monoksida u nekim slučajevima imamo kao nus produkte ugljen-dioksid i sumporne kiseline. Ovo je najstarija metoda industrijskog dobijanja vodonika, a ovakvi pogoni još postoje. Ukratko, nimalo ekološki.
b) Reformiranje prirodnog gasa je trenutno najzastupljeniji metod proizvodnje vodonika (čitaj najeftiniji) te se više od polovine vodonika na svjetu dobija upravo ovom metodom. Prirodni gas se sastoji od metana pomješanog sa ugljovodonicima u ugljen-dioksidom. Zagrevanjem prirodnog gasa na 1.000 stepeni celzijusovih pri velikim pritiscima (do 25 bara) uz dodavanje vodene pare dobija se vodonik, ugljen-monoksid i ugljen-dioksid. Od potrebne količine prirodnog gasa čak trećina se koristi za zagrevanje. Samim tim ova metoda nije baš efikasna, a ostaje otvoreno pitanje šta sa ugljen-monoksidom i ugljen-dioksidom, kao i produktima sagorjevanja prirodnog gasa (za zagrevanje) koji zagađuju.
c) Toplinska disocijacija je kao i u predhodna dva slučaja zagrijavanje ugljenvodonika, ali bez prisustva kiseonika (vazduha) čime se u procesu proizvodnje izbjegava stavranje ugljen-monoksida i ugljen-dioksida. Za sada postoje dvije metode (Norveška i Američka kompanija razvile metode) te se ugljovodonik zagreva na temperaturama od 1.500 do 2.000 stepeni celzijusovih. Rezultat je velika količina vodonika i ugljena prašina. Ipak, ovaj metod zahtjeva ogromnu količinu električne energije.
2. Proizvodnja vodonika iz obnovljivih izvora energije
a) Elektroliza vode je najjednostavniji način proizvodnja vodonika. U teoriji za proizvodnju 1 kilograma vodonika (H2) potrebno je 32 kWh električne energije. U praksi (gubici uslijed otpora) treba između 40 i 50 kWh za 1 kilogram vodonika. Elektrolizom voda se razdvaja na vodonik i kiseonik. Postoji nekoliko metoda elektrolize.
b) Gasifikacija biomase je postupak sličan kao sa fosilnim gorivima, ali navodno više ekološki jer se izvaja samo ugljen-dioksid koji se neutralise sađenjenjem novih biljaka koji će neutralistai isti.
c) Biološka proizvodnja podrazumjeva određenu vrstu algi koje prilikom fotosinteze ispuštaju vodonik. Kada se iskoristi taj vodonik (koji alga može da proizvodi samo u period od nekoliko dana) ostatak (alge) se mogu iskoristiti za drugu upotrebu (npr. kao stočna hrana). Konkretno ne postoje veliki pogoni već je ova metoda još uvjek u ekperimentalnoj fazi.
PREVOZ I SKLJADIŠTENJE VODONIKA
Rezervoari za vodonik u gasnom stanju moraju biti takve konstrukcije da izdrže pritisak od 350 bara. Ipak, za auto industriju rezervoar mora biti takve konstrukcije da mora izdržati pritisak od 700 bara. To podrazumjeva skupu konstrukciju koja može biti od ugljeničnih vlakana ili čelika (onda je rezervoar isuviše težak i bitno utiče na karakteristike vozila). Moguće je smanjiti dimenzije rezervoara i napraviti jednostavniju konstrukciju ako je vodonik u tečnom stanju. Ipak, da bi vodonik bio u tečnom stanju potrebna je temperature od minus 250 stepeni celzijusova. Velika mana vodonika je što isparava, pa se mora napraviti ispust gdje bi povremeno ,,curio’’ iz rezervoara (vrlo nepovoljno za automobile koji se često ne voze).
GORIVE ČELIJE
Ukratko, goriva čelija je elektrohemijski uređaj koji hemijsku energiju pretvara u jednosmjernu struju. Goriva čelija je otkrivena 1839 god. (tada sa nazivom ,,gasna voltna baterija’’). Pojednostavljeno, na anodu se dovodi vodinik, a na katodu kiseonik. Spojem vodonika i keseonika stvara se voda (vodena para), a između anode i katode teče struja (nešto manja od 1 V). Da bi se dobio željeni napon potrebno je uvezati više gorivih čelija.
Bookmarks