Klíčová slova: vodík, historie, osobní a nákladní doprava, plnící stanice, elektromobil, infrastruktura, tankování, palivový článek, Island, emise, životní prostředí, ekologie

 

Vodík je nejlehčí plynný chemický prvek, je také třetím nejrozšířenějším prvkem na Zemi. Díky jeho vysoké reaktivitě se v přírod vyskytuje téměř výhradně jako sloučenina. Atom vodíku se skládá z jednoho protonu v jádru a jednoho elektronu v obalu. Vodík při úniku nijak neznečišťuje životní prostředí a díky tomu se jedná o bezemisní zdroj energie. Vodík je vysoce hořlavý, hoření ale nepodporuje. Vodík byl objeven v roce 1766 Henrym Cavendishem, v době objevu, ale vodík větší uplatnění nenašel. Jedno z prvních využití vodíku v dopravě přišlo s rozvojem balónového létání a vzducholodí, kde se vodík vedle helia používal jako nosný plyn. Pokud jde o používání vodíkových pohonů v současnosti, musíme rozlišit jeho

použití v palivových článcích, resp. objev palivového článku samotného, a ve

spalovacích motorech.

Princip palivového článku objevil v roce 1838 švýcarský vědec Christian Friedrich

Schönbein, první fungující prototyp pak sestavil britský vědec Sir William Grove. Po

vynálezu dynama palivový článek upadl částečně v zapomnění. „Svou skutečnou

renesanci zažil palivový článek v 60. letech 20. století. Bylo to především díky

kosmickému výzkumu, protože článek má proti jiným zdrojům výhodnější poměr

energie/hmotnost. Byly jimi například vybaveny kosmické lodi programu Apollo, ale

jsou zdrojem energie i pro současné raketoplány.“ [3]

Přestože spalovací motor na vodík byl prvním patentovaným spalovacím motorem, a

to již v roce 1808, kdy byl francouzský patent udělen vysloužilému majorovi Issacu de

Rivazovi, jeho praktické použití spadá až do mnohem pozdější doby. Vodík v Rivazově

motoru byl totiž získáván elektrolýzou vody a „návrh byl ... nedořešený a prakticky

nepoužitelný“ [4]. První fungující vodíkový spalovací motor byl vytvořen až sto let po

prvním francouzském patentu, ve 20. letech minulého století. Jeho použití bylo

vyzkoušeno nejprve ve vzducholodních motorech firmy Ricardo a Maybach.

Se snahou omezování emisí v dopravě a rozvojem bezemisních zdrojů energie v dopravě se vedle elektromobility rozvíjí i využití vodíku jako zdroje energie. K čerpání vodíku do vozidel jsou nutné speciální plnící stanice, které zabezpečují rychlé a bezpečné plnění nádrží automobilu. Vodík se čerpá v plynné formě stlačený na vysoký tlak. První vodíková plnicí stanice byla otevřena v roce 2002 v Reykjaviku. [2] Když ji společnost Shell v roce 2003 otevřela, jezdil na Islandu pouze jeden vůz na palivové články, Mercedes-Benz Sprinter, a tři autobusy Daimler Chrysler na vodíkový pohon, které se používaly v rámci vůbec prvního programu pro veřejnou dopravu v Evropské unii.

 

Island byl považován za ideální místo pro tento pilotní projekt, protože má dostatek levné a čisté vodní a geotermální energie, kterou lze využít k výrobě paliva elektrolýzou s minimálními emisemi oxidu uhličitého. Díky tomu se Island stal průkopníkem v přechodu na vodíkové hospodářství a v roce 2007 na silnicích jezdilo více než 40 vozidel, převážně hybridních vozů Toyota Prius, což bylo po Kalifornii druhé místo.

 

V současnosti má největší počet vodíkových čerpacích stanic ze všech zemí na světě Japonsko. V září 2021 zde bylo v zemi v provozu 154 vodíkových čerpacích stanic. Postavení Japonska jako předního poskytovatele vodíkového automobilového paliva není překvapivé vzhledem k tomu, že japonské automobilky Toyota a Honda patří mezi pouhé tři výrobce automobilů na světě, kteří sériově vyrábějí vodíková auta. [3]

V Evropské unii je přibližně 136 vodíkových čerpacích stanic. První vodíkové čerpací stanice se začaly zavádět v roce 2016, jejich rozšíření však vázlo až do roku 2019, kdy se jejich počet během jediného roku téměř ztrojnásobil. Vodík je považován za rozhodující zdroj pro dosažení snížení emisí a jeho využití v dopravě podporuje mnoho vlád. V roce 2020 došlo v EU k poklesu počtu plnících stanic o 10 stanic způsobeným odchodem Spojeného království z EU.


Obrázek 1 Síť plnících stanic v Německu v roce 2016, 2018, 2023 [5]

První neveřejná plnící stance byla v ČR otevřena v 1999 v Neratovicích, další následovala v ÚJV Řež v roce 2020. V roce 2022 byla v ČR otevřena první veřejná plnící stanice v Ostravě.

 

Globální poptávka po vodíku po Pařížské dohodě a nedávno i po COP26 se svět snaží najít inovativní technologie, které by nahradily fosilní paliva a snížily emise skleníkových plynů. Vodík se ukázal být jednou z takových alternativ, zejména pro odvětví dopravy. Celosvětová poptávka po vodíku činila v roce 2019 celkem 71 milionů tun, přičemž hlavním spotřebitelem bylo rafinérské odvětví. Podle prognózy IEA by do roku 2070 mohla celková poptávka dosáhnout více než 500 milionů tun, přičemž největším spotřebitelem vodíku by měl být sektor dopravy. Kde současná infrastruktura selhává nejenže musí pokročit technologie, ale k tomu, aby země splnily své čisté nulové cíle, je třeba rozvíjet i potřebnou infrastrukturu. Pouze tři země v Evropě splnily požadavky EU na udržitelnou taxonomii pro výrobu vodíku pomocí elektřiny z vnitrostátních sítí. Většina zemí by vyráběla vodík s vysokou uhlíkovou náročností, pokud by využívala elektřinu ze sítě. Kromě uhlíkové náročnosti produktu byly podle průzkumu z roku 2021 největšími globálními problémy vodíkové technologie její složitá distribuce a nekonzistentní problémy s dodávkami a skladováním.

 


Obrázek 2 Současný stav a výhled rozšíření autobusů poháněných vodíkem. [4]

 

Tankování probíhá na plnicích stanicích. Celý proces je velmi podobný tankování tradičních fosilních paliv. Po připojení plnicí pistole na ventil nádrže zamáčknete páčku a celý systém se postará o zbytek práce. Plnění nádrží trvá 5 minut a poskytne autu plnou kapacitu. Tankování je tedy obdobné jako u vozidel na CNG/LPG s tím rozdílem, že v případě vodíku jedná o stlačený nikoliv zkapalněný plyn. Tento rozdíl je způsoben tím, že pro zkapalnění vodíku je nutná teplota -253°C. Dosažení takto nízké teploty by bylo ekonomicky i technicky velmi náročné.