Energia z wody czy woda z mózgu? [GN]

Coraz modniejsze stają się auta napędzane wodorem. Bo podobno stosowanie paliwa wodorowego eliminuje emisję CO₂. To nieprawda.

Wodór ma być paliwem przyszłości, bo po połączeniu z tlenem, oprócz energii, produkuje wodę. Żadnych spalin. Tlenu jest wszędzie pełno. Tak samo jak wodoru. Zdania w rodzaju: „Atomy wodoru to 94 proc. populacji wszystkich atomów we wszechświecie, wodór to 75 proc. masy całego wszechświata...” lub: „Zasoby wodoru mamy darmowo, nieograniczone w olbrzymich zasobach wodnych mórz oceanów i rzek” są prawdziwe, ale...

Skąd wziąć wodór?

Wodór w stanie wolnym w środowisku ziemskim prawie nie występuje. Skąd więc go wziąć? Chociażby z wody. Jedna jej cząsteczka to połączenie 2 atomów wodoru z jednym atomem tlenu. To połączenie można oczywiście rozdzielić w procesie tzw. elektrolizy. Jest to jednak sposób nadzwyczaj kosztowny, bo trzeba tu użyć najdroższej — bo elektrycznej — postaci energii. I to w dużych ilościach. Gdyby tak wyprodukowany wodór spalić np. w silniku samochodowym, to dostaniemy z powrotem wodę, a uzyskana ilość energii napędzającej pojazd nigdy nie przewyższy tej zużytej w elektrolizie. W praktyce, ze względu na małą sprawność silników spalinowych, będzie znacznie mniejsza.

Istnieją też inne metody produkcji wodoru. Są to tzw. reforming gazu ziemnego bądź produktów ropopochodnych lub produkcja „wodoru z węgla”. Ten ostatni zwrot jest nie do końca poprawny, bo wodór uzyskuje się z reakcji węgla z parą wodną (tzw. gazyfikacja). Sam wodór pochodzi znowu z wody. Wspomniane metody są tańsze, ale także tutaj uzyskamy mniej energii, niż zużyliśmy do produkcji wodoru. Prawa fizyki są nieubłagane.

Woda w rurze?

Powszechnie lansowane twierdzenie, że stosowanie paliwa wodorowego eliminuje całkowicie emisję niechcianego CO2, jest mitem. Spalanie wodoru istotnie daje jako produkt tylko parę wodną. Ale, aby spalić, trzeba najpierw wodór wyprodukować. Do tej produkcji potrzebna jest energia, która pochodzi często ze spalania paliw kopalnych. A to oznacza emisję CO2. Choć może lepiej, kiedy ten gaz wylatuje wysokim kominem elektrowni czy zakładów chemicznych niż rurą wydechową tradycyjnego, spalinowego samochodu. Przy produkcji wodoru łatwiej jest też CO2 wyłapać i zmagazynować — o ile ktoś rzeczywiście uważa to za konieczne.

Samochody napędzane wodorem w swojej ofercie chce mieć każdy szanujący się koncern motoryzacyjny. Dawniej Terminator, a dzisiaj gubernator Kalifornii Arnold Schwarzenegger, jest właścicielem ogromnego terenowego samochodu hummer. Wóz jest wyposażony w tradycyjny silnik spalinowy o monstrualnej mocy 180 KM, ale spala wodór zamiast benzyny. To cudo waży ok. 4,5 tony, gdyż musi dźwigać pancerny zbiornik na sprężony do ponad 350 atmosfer wodór. Mieści go tyle, że starcza na przejechanie mniej niż 100 km. O osiągach tego samochodu (przyspieszenie, prędkość maksymalna) źródła dyskretnie milczą. Cała sprawa jest wyłącznie reklamą, gdyż nie posiada grama sensu technicznego. Na wyprodukowanie wodoru zużywa się ten sam surowiec, z którego można sporządzić benzynę lub olej napędowy. Co więcej, podczas jazdy na wodorze do atmosfery emitowane jest globalnie więcej CO2 niż przy korzystaniu z benzyny.

O co chodzi z tym wodorem?

W przypadku Schwarzeneggera zapewne wyłącznie o reklamę. Sprawa ma jednak znacznie głębszy sens. Dotychczasowe źródła energii dramatycznie się wyczerpują. Posiadane zasoby (ropa, gaz ziemny i węgiel) zarówno w elektrowniach (w kotle parowym), jak i w samochodach (w silniku spalinowym) wykorzystujemy dziś w procesach spalania. Pozwala ono spożytkować mniej niż 40 proc. zawartej w paliwie energii. Reszta, czyli ponad 60 proc., jest tracona w postaci ciepła, które ucieka do atmosfery. Można tego uniknąć, produkując z paliwa wprost energię elektryczną. W samochodzie silnik elektryczny też ma znacznie mniejsze straty niż spalinowy. Paliwo wodorowe jest praktycznie jedynym, które pozwala wytwarzać energię elektryczną w tzw. ogniwach paliwowych, bez wielkich strat ciepła związanych z tradycyjnym spalaniem. W ogniwie takim zachodzi proces odwrotny do elektrolizy, bowiem z wodoru i tlenu tworzymy wodę, czerpiąc z jego elektrod energię elektryczną. Do tego właśnie potrzebny jest wodór. Nonsensem jest po prostu spalić kosztowny w produkcji wodór, jak to czyni Terminator w swoim hummerze. W nowoczesnych ogniwach węglanowych można uniknąć kłopotliwego, ciężkiego i niebezpiecznego zbiornika z wodorem. Można takie ogniwa zasilać metanolem lub gazem ziemnym, z których wodór wytwarza się dopiero w samym ogniwie.

Są też inne zalety

Wodór wyprodukować można z „byle czego”, co zawiera związki organiczne, a więc ze śmieci, odpadów drzewnych, gum i plastików, a nawet fekalii z ferm hodowlanych. Produkcja wodoru z takich „surowców”, zwanych obecnie wyniośle biomasą, to jak w dobrym szamponie „2w1”. Łączy bowiem zagospodarowanie uciążliwych śmieci z produkcją nowoczesnego paliwa. Wystarczy tylko dokonać ich zgazowania i odpowiedniej przeróbki otrzymanego gazu.

Duże nadzieje wiąże się z zasilaniem systemów energetycznych energią słoneczną i wiatrową, ale prawda jest taka, że dystrybutorzy energii elektrycznej nie bardzo lubią źródła, które energię dostarczają „jak Bóg da”, czyli nie wiadomo kiedy.

Technika do dziś nie wypracowała skutecznych metod magazynowania energii elektrycznej w dużych ilościach. Jeśli słońce świeci najsilniej w południe, a wiatr wieje w środku nocy, kiedy w systemie mamy nadmiary mocy, to taki dostawca jest większym kłopotem niż pożytkiem. Można jednak moc paneli słonecznych czy wiatraków wykorzystać choćby do elektrolizy wody, zaś zmagazynowany wodór wykorzysta się, kiedy będzie potrzeba. Wykorzystać nie znaczy spalić, bo to przynosi straty, a nie zyski. Wykorzystać oznacza wyprodukować z niego energię elektryczną w ogniwach paliwowych.

Jaki jest zatem sens energetyki wodorowej? Nie polega on na tym, że woda zastąpi ropę, gaz czy węgiel, ale że wyprodukowany wodór pozwoli posiadane surowce energetyczne bardziej efektywnie wykorzystać. Woda nie może być źródłem energii, więc zapomnijmy o tym, że kiedyś będziemy ją wlewali do baku. Woda to produkt spalania, podobnie jak CO2. Czy ktokolwiek słyszał o uzyskiwaniu węgla do spalania z dwutlenku węgla? Nie dajmy sobie robić wody z mózgu!

opr. mg/mg