Když se mluví o vodíku v dopravě, většinou se debata stočí na dvě věci. Jak je drahý na výrobu a jak je úžasné, že z výfuku kape jen destilovaná voda. Marketingová oddělení automobilek nám kreslí budoucnost v zářivých barvách.
Vodík ničí ocel. Pro vodíková auta je to zásadní problém
Články na téma vodíková auta:
- Auta na vodík
- Auto na vodík, princip a výhody
- Princip vodíkového článku
- Vodíkový pohon – kdy bude masivně nasazen?
- Motor na vodík – lze ho i spalovat?
- Vodíkové křehnutí je nebezpečný efekt - právě čtete
Ano, zní to skvěle, sami jsme si v krátké testovací jízdě s vodíkovou Toytou vyzkoušeli. Z výfuku odkapává jen voda, jede to hezky, tiše. Čistá energie, rychlé tankování, žádné emise. Jenže inženýři, kteří mají na starosti materiálovou bezpečnost, tak klidní nejsou. V pozadí celého toho humbuku totiž číhá fyzikální jev, o kterém se v propagačních brožurách nedočtete. Vodík obecně je velmi problematický plyn a jeho distribuce i uchovávání jsou extrémně náročné. Ve srovnání s ním jsou fosilní paliva nebo dokonce elektřina už dokonale zvládnuté.
- Přečtěte si také: Spalovací motor na vodík: Má tahle technologie budoucnost?
Vodíkové křehnutí
Zní to možná banálně, jako nějaká vada na kráse, kterou vyřeší třeba přísada v materiálu. Opak je pravdou. Je to fundamentální problém materiálového inženýrství, který dělá z vodíku jednoho z nejnáročnějších pasažérů, jakého v trubkách můžete mít. Problém začíná už na atomární úrovni. Vodík je nejmenší prvek ve vesmíru. A právě v tom vězí háček. Jeho atomy jsou tak titěrné, že pro ně kovové stěny potrubí nebo nádrží nejsou neprostupnou bariérou. Naopak. Vodík se dokáže „vsáknout“ přímo do krystalové mřížky kovu (difuze) a umí jí i prostoupit.
Existuje několik mechanismů, kterými vodík kov poškozuje, výsledkem bývají lomy a praskliny. Zhorší se tažnost a houževnatost materiálu obecně. Vodík uvnitř struktury kovu reaguje, rekombinuje se a vytváří vnitřní pnutí. Materiál, který byl původně pružný a pevný, postupně ztrácí své vlastnosti. Zkřehne. A co je křehké, to pod tlakem neuhne, ale praskne.
700 barů není legrace
V kontextu elektromobility a vodíkových aut (FCEV) je toto riziko umocněno extrémními podmínkami. Aby měl vodíkový vůz smysluplný dojezd, nemůžeme plyn jen tak „nalít“ do nádrže. Potřebujeme ho stlačit, a to skutečně dramaticky, klidně i na 700 barů. Zkuste si to představit. Pneumatika vašeho auta má tlak kolem 2,5 baru. V nádrži vodíkového auta, ve ventilech a v plnicí pistoli na stanici máte energii, která je téměř třistakrát vyšší.
Pokud by výrobce na takový systém použil běžnou vysokopevnostní ocel, jaká se používá pro zemní plyn, koleduje si o malér. Ocel by pod vlivem vodíku degradovala rychleji. Vznikají mikrotrhliny, které nejsou vidět okem, dokud není pozdě.
Používají se proto oceli, které atomům vodíku odolávají lépe. Samotné nádrže v autech pak už často s kovem nemají mnoho společného – jsou z uhlíkových vláken a speciálních polymerů, které omezí procházení vodíku a zároveň udrží ten šílený tlak. Zároveň obsahují několik vrstev materiálů a jsou značně naddimenzované. V neposlední řadě mají i předepsanou životnost, po které musí dojít k jejich výměně.
- Přečtěte si také: Obnovitelné zdroje mohou výhodně vyrábět palivo pro vodíková auta
Pevné německé potrubí
O něco lépe je na tom infrastruktura. Obecně se počítá v určitém časovém horizontu v přechodu na vodík, který by nahradil klasický zemní plyn. Německo už tyto věci realizuje a ukázalo se, že nejvýhodnější je úprava stávajícího potrubí pro potřeby vedení vodíku. Ušetří se tím náklady na projekt i stavbu, v neposlední řadě se dá úprava realizovat se zlomkem byrokratické zátěže. Není tedy nutné vykupovat pozemky a řešit všechny „radosti“ stavebního řízení.
Zdroj info: Sandia National Laboratories, The Welding Institute.
Zdroj médií: Depositphotos.
Zdroj médií: Depositphotos.
