Čtvrtek 30. května 2024
ikona hodiny7. 5. 2022 07:00

Jak vyrobit vodík (téměř) bez energie?

Jedním z dosavadních limitů rozvoje vodíkových technologií je energetická náročnost výroby vodíku. V případě ekologické výroby se často mluví o elektrolýze vody. Aby se tímto způsobem vyrobilo dostatečné množství plynu pro vodíková auta, nebo dokonce i letadla, bude se muset postavit velké množství elektráren. Protože smyslem rozvoje vodíkových technologií je omezení spotřeby fosilních paliv, samozřejmě se musí jednat o elektrárny z obnovitelných zdrojů energie. Plzeňští vědci ale vymýšlí ještě jeden způsob. Na vodu se jednoduše nechá svítit sluníčko. S patřičným vybavením se v ní vodík vyrobí, aniž bychom dodávali jakoukoli energii.

Daniel Mrázek autor

Foto: Shutterstock.com Vědci chtějí vyrobit vodík jen za působení slunce Foto: Shutterstock.com

Jak vědci materiál pro jednoduchou výrobu vodíku z vody připravují? Uslyšíte v naší zvukové reportáži.

Do uzavřené nádoby s vodou se vloží lehce zatmavené sklo a postaví na slunce. V tu chvíli se začnou vytvářet bublinky vodíku, které se odvedou do zásobníku. Žádná jiná energie není potřeba. Tak nějak by v ideálním případě měla fungovat technologie, kterou vyvíjí vědci z výzkumného centra Nové technologie pro informační společnost (NTIS) Fakulty aplikovaných věd Západočeské univerzity v Plzni. „Náš materiál je polovodič. Tím, že na něj svítíme světlem, vzniknou v něm nosiče elektron-díra. Díry vytvoří kyslík a elektrony vyrobí vodík,“ vysvětluje princip docent Jiří Čapek a představuje si, že za deset nebo dvacet let budeme mít vedle fotovoltaických panelů na střechách i polovodičové desky s vodou vyrábějící vodík.

Domácí ekologickou výrobu vodíku by zvládly už současné technologie. Solární panely vyrobí elektřinu, kterou použijeme pro elektrolýzu vody. Další výzkumník Stanislav Haviar ale upozorňuje na jistá úskalí: „Mimo vlastní výrobnu elektřiny potřebujete i elektrolyzér. Klasická elektrolýza, kterou známe ze školy, má velmi nízkou efektivitu, takže pro tento účel není vhodná. To, co se dá už v dnešní době používat, je opak vodíkového článku, který je ve vodíkových autech. Když se zapojí obráceně a pustí do něj elektřina, vyrobí se vodík. Nevýhoda je, že se jedná o stejnou technologii a stejné materiály jako pro vodíkové články do aut. Pokud bychom je tedy chtěli všichni – domů nebo do aut – tak nemáme na Zemi dostatek materiálu pro jejich výrobu. Současná vodíková auta jsou založena na platině, které ale není na Zemi dost.“ Existuje tak několik cest, jak tento problém vyřešit. Jednou z nich je, že se podaří vyvinout elektrolýzery bez platiny. A nebo elektrolýzu přeskočit – a vodík z vody vyrábět rovnou, tak jak se o to Jiří Čapek a Stanislav Haviar snaží. A nejen oni, podobné výzkumy se provádí téměř po celém světě.

Foto: Daniel Mrázek Vodík z vody vyrobí zatmavené sklíčko Foto: Daniel Mrázek

Zní to jednoduše, ale…

Ačkoli myšlenka zní snadno a světové laboratoře se ji snaží zhmotnit už několik desítek let, výsledky stále nejsou takové, aby se tento způsob výroby vodíku vyplatil. „Nároky na ten polovodičový materiál, jsou extrémní. Vcelku hezky funguje oxid titanu, na což se přišlo někdy v 70. letech. Nevýhoda je, že tento materiál reaguje jen na UV záření, kterého ale není ve slunečním spektru mnoho. Postupně se tedy přechází na složitější materiály, hodně se teď studují tzv. ternární oxidy, které se skládají ze tří prvků. My se zaměřujeme dokonce i na kvaternární oxidy se čtyřmi prvky. Trend je přecházet ke složitějším materiálům a snažit se vybalancovat všechny ty požadavky, které jsou pro hledaný materiál nutné,“ popisuje Čapek.

Dutá nádoba, nebo pevný kov? Kam se vejde více vodíku?

Vědci se zkrátka nevzdávají naděje, myšlenka snadné a energeticky nenáročné výroby vodíku je příliš lákavá. „Teď je účinnost pořád nedostatečná pro komerční využití, ale to se může rychle změnit. Záleží i na finanční podpoře výzkumu,“ věří Čapek. A jeho kolega Haviar je zároveň přesvědčený, že až se ten správný materiál podaří najít, nebude problém ho rychle uvést do praxe: „Produkce vodíku bude jak velkokapacitní s obrovskými plynojemy, tak i nízkoobjemová, kdy si budeme vodík vyrábět do malé bomby u domu. Pak ho přečerpáme do auta nebo ho využijeme na výrobu elektřiny v noci. Tenkovrstvé technologie obecně mají výhodu, že jsou snadno škálovatelné. Jde takto vyrobit drobná zařízení pro rodinné domky, ale i obrovská zařízení pro velkovýrobu. Dokážu si představit, že na Sahaře budou parky, kde se bude vyrábět vodík, a ten se pak bude transportovat mnohem snadněji než elektřina vyžadující dráty.“

Foto: Daniel Mrázek Stanislav Haviar a Jiří Čapek v laboratoři Foto: Daniel Mrázek

Vzniknou i velmi citlivé senzory

Cestu ke správnému materiálu vědci z NTIS hledají pomocí plazmového magnetronového naprašování. Zjednodušeně řečeno jde o technologii, která ve vakuu pomocí plazmatu rozloží vstupní materiál na atomy, které se pak naprašují na podložku, v našem případě na sklo. Výsledkem je nanovrstva s jedinečnými vlastnostmi. „Plazmovým technologiím rozumíme opravdu hodně. To nám umožňuje připravovat unikátní materiály. Můžeme třeba znát prvkové složení, ale my dokážeme využít výhody plazmatu, které nám nabízí nerovnovážné podmínky, díky čemuž můžeme kombinovat prvky způsobem, který není v přírodě běžný. Jsme schopni je dostat i do speciálních struktur. To vše nám umožňuje připravit materiály v unikátním stavu, který pak může vést k daleko lepším vlastnostem,“ líčí Čapek. V současné době k vývoji své technologie využívají oxynitrid tantalu, který v sobě obsahuje tantal, kyslík a dusík. Už brzy ale vyzkouší materiály jiné, složitější.

Chytrá okna se obejdou bez čidel a ovládání. Díky českým vědcům

Nanovrstva nanesená pomocí plazmového magnetronového naprašování ale nemusí sloužit jen k výrobě vodíku. Stanislav Haviar se ve svém dalším projektu věnuje tomu, jak vytvořit velmi citlivé senzory, které dokážou vodík detekovat: „Měříme, jak se elektrický odpor materiálu změní při kontaktu s vodíkem. Tento princip je známý už dlouho, různé plyny se takto detekují dnes běžně. Ale protože připravíme materiál hodně tenký nebo hodně nanostrukturovaný, zvýšíme jeho citlivost,“ říká Haviar. Rozvoj vodíkových technologií se podle Haviara bez velmi citlivých senzorů neobejde. Přece jen jde o výbušný plyn, a tak budeme chtít mít vždycky jistotu, že nikde neuniká a nehrozí tedy žádné nebezpečí.  

 Více se dozvíte v naší zvukové reportáži. Klikněte na lištu v horní části článku.

 

Vodíkovou budoucnost nelze zjednodušovat

Články autora Daniel Mrázek

Nejnovější články

Cestovní ruch
Ekonomický význam cestovního ruchu v regionech vzrostl

V roce 2022 činil celkový objem výdajů za...

Přes pomoc různých subvenčních programů v oblasti zaměstnanosti...

Cestovní ruch
Míra rizika úpadku cestovní kanceláře činí 0,1 %

Míra rizika úpadku CK v ČR je velmi...

Na českém trhu nyní operuje celkem 596 cestovních...

Pohled z praxe
I u zelených kancelářských budov je prostor pro úsporu nákladů

To je samo o sobě potvrzením environmentálně šetrného...

Každopádně do budoucna CBRE plánuje neusnout na vavřínech....

Nejnovější Aktuality

Komora.cz
„Flexinovela“ zákoníku práce pomůže i rodičům malých dětí

Skloubit péči o děti, zároveň si udržet kontakt...

„Plánované změny pomohou trhu práce v Česku. Zaměstnanci,...

Cestovní ruch
Nekalé praktiky falešných turistických průvodců skončí

Například tržní řád hlavního města Prahy vymezuje území,...

„Jsem rád, že se podařilo najít formulaci, která...

„Od ledna 2025 si slušní poskytovatelé průvodcovských služeb...

Komora.cz
Zaměstnavatelé novelu zákoníku práce uvítají

Současná praxe, kdy může být výpověď z pracovního...

S tím úzce souvisí další změna zákoníku práce,...