Vodík

Vodík - prvek budoucnosti.

Vodík má chemickou značku H₂

V současnosti lze s pomocí vodíku například vyrábět jedlé ztužené tuky z rostlinných olejů nebo získávat z uhlí syntetický benzin. Slouží jako důležité redukční činidlo při výrobě kovů. Ve směsi s kyslíkem se ho používá ke svařování a řezání kovů. Plní se jím pláště balonů. Kapalný vodík (H₂) je důležitý pro kryogeniku (obor zabývající se fyzikálními jevy, které probíhají za extrémně nízkých teplot) a při výzkumu supravodivosti (jeho bod tání je těsně nad absolutní nulou). Vytváří elektrickou energii potřebnou pro provoz kosmických lodí a jednou bude možná pohánět nejen naše automobily, ale stane se též nejrozšířenějším a nejsamozřejmějším zdrojem energie.

Vodík

Vodík
Značka prvku	H
Protonové číslo	1
Číslo skupiny	1
Číslo periody	1
Skupenství	plynné
Hustota prvku	0,090 g.cm³
Bod tání	-259,34 °C
Bod varu	-252,87 °C
Barva	bezbarvý
Relativní atomová hmotnost	1,0079
Elektronegativita	2,2
Objeven v roce	1766

Vodík objevil anglický přírodovědec Henry Cavendish (1731-1810). V roce 1766 ho vytvořil reakcí kovů s kyselinami. Popsal jeho vlastnosti a mimo jiné také zjistil, že jeho hořením vzniká voda.

Mezinárodní název vodíku hydrogenium (chemická značka H) pochází z řečtiny a vznikl složením dvou slov hydro (voda) a gennao (tvořím). Vodík je bezbarvý plyn bez chuti a zápachu a má nejmenší hustotu ze všech plynů. Nalézá se převážně ve sloučeninách. Tvoří jich nejvíce ze všech chemických prvků. Volný se vyskytuje pouze v horních vrstvách atmosféry.

Vodík je biogenním prvkem, což znamená, že je jedním z prvků tvořících těla organismů - například tvoří deset procent hmotnosti lidského těla. Za vyšší teploty reaguje s některými nekovy (kyslík, halogeny, síra, dusík) a s nejreaktivnějšími kovy. Je to hořlavý plyn, který tvoří spolu se vzduchem (kyslíkem ve vzduchu obsaženým) výbušnou směs. Způsoby jeho výroby jsou založeny na redukci vodní páry rozžhaveným koksem, na reakci metanu s vodní párou nebo na elektrolýze.

Věk vodíku?

Proč se někteří badatelé domnívají, že stojíme na prahu epochy, v níž bude vodík dominantním zdrojem energie? Odpověď by mohla znít třeba takto: "Vzhledem k hojnému rozšíření v přírodě je prakticky nevyčerpatelný a svým vlastnostem vděčí za to, že jeho využití jako paliva není nebezpečné lidskému zdraví. Není toxický a neohrožuje životní prostředí nebezpečnými zplodinami (skleníkovými plyny)."

Někteří vědci věří, že ekonomika založená na spalování fosilních paliv bude už brzy odsouzena na smetiště dějin, protože se tváří v tvář novým možnostem, které nabízí využití vodíku, ukazuje jako překonaná a málo výkonná. Budoucnost tak podle nich nevyhnutelně směřuje ke zformování takové ekonomiky, která bude založena na využívání energetického potenciálu vodíku.

Tyto nadšené představy mají ve světě také rozhodné oponenty. Ti se s notnou dávkou skepse ohrazují proti podceňování ekonomické stránky problému, totiž předpokládaných vysokých nákladů spojených s výrobou a transportem vodíku. O značných problémech technického rázu, které ještě bude nutno překonat, ani nemluvě. Tito kritici a pochybovači se domnívají, že z těchto důvodů zůstane úloha vodíku jako pohonné látky pravděpodobně ještě řadu desetiletí jen okrajová.

Prorokům éry vodíku a jejich přehnanému zápalu, s nímž šíří a prosazují toto nové "vodíkové evangelium", byla už dokonce vytýkána odpovědnost (minimálně částečná) za nedávnou energetickou krizi v Kalifornii. Přílišná oddanost této nové vizi prý vedla k podcenění energetické situace a zabránila výstavbě nových elektráren, což mělo katastrofální důsledky.

Vodík od minulosti k budoucnosti

Využít vodík jako polivo není nijak novátorská myšlenka. Už v roce 1874 s ní přišel francouzský romanopisec Jules Verne (1828-1905) ve svém slavném románu Tajuplný ostrov. A věděl, o čem mluví. Ve vodíku se totiž skrývá více chemické energie než v kterémkoli jiném známém palivu. Vodík jako pohonná látka budoucnosti také odpovídá dosavadnímu směru historického vývoje. Od palivového dřeva k uhlí, dále k oleji, benzinu a metanu, tato paliva vykazují stále větší míru dekarbonizace. Hoření uhlíku totiž vytváří odpad a uvolňuje dým bez toho, že by tyto procesy přinášely nějakou další energii. Vodík, jediné bezuhlíkaté hořlavé palivo, se tak logicky jeví jako onen "bod omega" tohoto vývoje.

Jules Verne kdysi uvažoval o spalování vodíku, ale modernější projekty jsou založeny na výrobě elektrické energie prostřednictvím tzv. palivového článku. Je to zařízení, v němž dochází k přímé přeměně chemické energie vodíku na elektrickou energii katalytickou reakcí. Využití palivových článků se vyznačuje vysokou efektivitou přeměny chemické energie na energii elektrickou, v praxi dosahuje zhruba 85%, a šetrností vůči životnímu prostředí.

Vodík v palivových článcích

Není divu, že se na počátku šedesátých let myšlenky palivových článků chopil NASA (americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku) a začal se zabývat možnostmi jejich využití k získávání energie pro lety kosmických lodí. Vzhledem k vlastnostem vodíku už dnes nikoho nepřekvapuje, že zatímco palivové články kosmických plavidel generují elektrickou energii, členové jejich posádky si mohou z plna hrdla dopřávat nejdůležitějšího vedlejšího produktu jejich činnosti: čisté vody.

Jelikož je vodík při výrobě elektrické energie v těchto palivových článcích nenahraditelný, druhou klíčovou technologií, s níž počítají projekty na využití jeho energie, je aparát nazývaný zušlechťovač (reformer). Vodík se v něm vyrábí reakcí metanu s vysoce stlačenou vodní párou. Pára s metanem na sebe vzájemně působí, a tak dochází k oddělování vodíku od uhlíku. Zušlechťovač lze také využít k získávání vodíku z uhlí, odpadních vod, smetí a papírového či textilního odpadu.

Auta na vodík

Budeme se jednou vozit v automobilech poháněných vodíkem? Na tuto otázku nejsou zatím vědci schopni dát jednoznačnou odpověď. Dokonce i ti, kteří pevně věří, že vozy poháněné klasickými spalovacími motory na benzín, naftu nebo zemní plyn budou v budoucnosti vytlačeny novými modely poháněnými vodíkem, uznávají, že vedle čistě technických problémů tu hrají roli také otázky ekonomického rázu.

Existuje řada technických požadavků, které budou muset výrobci vodíkem poháněných vozidel v budoucnosti splnit, aby měl jejich provoz vůbec smysl. Jejich plynové nádrže musí být malé. Jen tak bude uvnitř vozu dostatečný prostor pro cestující a náklad. Na druhou stranu budou tato vozidla muset být schopna dojet nejméně na vzdálenost 400 až 500 km. Vodíkem poháněné vozy musejí také splňovat mnohem přísnější nároky na lehkost a aerodynamičnost než naše nynější modely.

Začarovaný kruh přechodu na vodík

Tím problémy zdaleka nekončí. S určitou nadsázkou lze říci, že se otázka hromadného přechodu od současných automobilů k vozidlům poháněným vodíkem ocitla v začarovaném kruhu. Žádný výrobce se nepustí do výroby vodíku v takovém rozsahu, jaký by bylo zapotřebí k pohonu desítek a stovek milionů vozidel. Stejně tak se nezačnou budovat distribuční sítě, dokud nebude jisté, že existují funkční vodíkem poháněná vozidla. Na druhou stranu nikdo nebude v masovém měřítku vyrábět vozidla poháněná vodíkem, pokud nebudou zajištěny jeho dostatečné zdroje a vyřešeny problémy s distribucí.

Perspektivy využití vodíku

Je pravda na straně bezvýhradných příznivců vodíku? Nebo se jí více blíží skeptičtí kritici? Odpověď spočívá v hlubším poznání povahy a vlastností vodíku samého. Jeho molekuly se do značné míry vymykají naší každodenní zkušenosti, a to i navzdory své všudypřítomnosti a nevyčerpatelnosti.

Vzhledem k tomu, že se vodík lehce váže s dalšími chemickými prvky, není snadné nalézt ho v přírodě ve volném stavu. Volný vodík se vyskytuje pouze v horních vrstvách atmosféry. V každém případě dříve, než se stane skutečností ekonomika založená na využívání energetického potenciálu vodíku, musíme mít relativně snadný přístup k jeho dostatečnému množství, musí být levný, bezpečný a výkonný, aby mohl "rozhýbat svět".

Jaká je budoucnost s vodíkem? Na odpověď si ještě počkáme. I když se sny hlasatelů "vodíkového evangelia" úplně neuskuteční, bude určitě vodík naším nezbytným průvodcem a společníkem v jedenadvacátém století.

Další články

Tlak je fyzikální veličina ovlivňující mimo jiné také skladování vodíku.
Parní lokomotivy na Kubě
Čaj
Mořské řasy jsou potenciálním zdrojem vodíku. Některé druhy mořských řes jsou schopny v prostředí bez kyslíku upravit svůj metabolismus tím způsobem, že jeho odpadní látkou je vodík.
Písek zdrojem energie - Zvyšování cen ropy oživilo zájem o nové zdroje energie.
Nové tratě pro vlaky TGV - Francie plánuje výstavbu dalších linií rychlovlaků TGV.

Informační stránky Yin.cz Jak Google využívá data, když používáte weby nebo aplikace našich partnerů