Sciencemag.cz
Doporučujeme
Společnost Siemens uvedla do provozu největší elektrolytickou výrobnu vodíku na světě – Energiepark Mainz. Zařízení, které se nachází v německé Mohuči, je unikátní nejen svojí výrobní kapacitou, ale také svojí schopností efektivně zužitkovávat nadbytečnou energii z obnovitelných zdrojů při produkčních špičkách. Celý projekt, na kterém se podíleli i odborníci ze společnosti Linde a RheinMainské univerzity, trval tři roky, a jeho realizace vyšla na 17 milionů eur.
Energiepark Mainz zahájil provoz v červenci a k výrobě „zeleného“ vodíku používá přebytečnou elektřinu z okolních větrných elektráren. Výrobna dokáže během pouhých několika sekund od zaznamenání zvýšené produkce elektřiny pojmout výkon až 6 MW, což z ní činí největší zařízení svého druhu na světě. Předpokládaná produkce vodíku je 200 tun ročně. Takovéto množství plynu by například postačilo pro až 2 000 českých řidičů na celý rok (tuzemští motoristé ročně nejčastěji ujedou mezi deseti a dvaceti tisíci kilometry). Vodík vyrobený v Energieparku Mainz je využíván v průmyslu, je dopravován do vodíkových čerpacích stanic nebo je přidáván do stávající infrastruktury zemního plynu. Pod elektrotechnickým řešením projektu je podepsána společnost Siemens, za čištění, kondenzaci a uskladnění vodíku zodpovídá firma Linde. Vědeckou záštitu poskytla RheinMainská univerzita.
Srdcem zařízení je vysokotlaký elektrolyzér se speciální membránou propustnou výhradně pro protony, tedy ionty vodíku. Tato tzv. protonově výměnná membrána (zkráceně „PEM“ z anglického „proton exchange membrane“) vytváří přepážku mezi dvěma elektrodami, na nichž dochází k elektrickému rozkladu vody. Po rozpadu vody u kladné elektrody je kladně nabitý vodíkový iont odveden skrz membránu k záporné elektrodě, kde vznikají dvouatomové molekuly plynného vodíku. Takto vzniklý plyn je pak dále odváděn do zásobníků, přičemž tlak plynu vystupujícího z elektrolyzéru dosahuje až 35 barů a pro další zpracování už tedy nepotřebuje další stlačování. Mezi hlavní výhody membrány typu PEM však patří zejména její schopnost vést relativně velké množství elektrického proudu na jednotku plochy.
Všemocný vodík
Vyrobený vodík představuje surovinu s obrovským potenciálem pro celou řadu aplikací – ostatně se ho na celém světě spotřebuje každý rok těžko představitelných 500 bilionů metrů krychlových. Přibližně 95 % z tohoto množství je však vyrobeno z uhlovodíkových plynů; elektrolýza, jejímž vstupním materiálem je pouze voda, tak představuje zajímavou alternativu. Spotřeba vody je navíc překvapivě malá – pro uložení energie vyrobené jednou větrnou turbínou, což činí v průměru zhruba 4 GWh, ve formě vodíku, je potřeba pouhých 700 metrů krychlových vody, tedy zhruba tolik, kolik za rok spotřebuje pět domácností.
Vodík může být zpětně využit k výrobě elektřiny, elektrolýza vody tak slouží v podstatě jako další z možných způsobů pro uskladnění nadbytečné elektřiny při krátkodobých fluktuacích. Reakcí vodíku s CO2 lze vyrábět metan, hlavní složku zemního plynu, který může být dále zužitkován k vytápění, jako palivo do automobilů atd. Vodík ovšem neslouží pouze jako palivo, ale hlavně jako důležitá surovina pro chemický průmysl. Reakcí s oxidem uhličitým za jiných podmínek lze vyrábět oxid uhelnatý (CO), hojně používaný zejména v organické chemii pro výrobu komplexnějších molekul (například metanolu, fosgenu atd.), s vodou jakožto vedlejším produktem. S využitím jiných katalyzátorů lze pak obdobným způsobem vyrábět i kyselinu mravenčí.
