.jpg)
Osobní, nákladní i veřejnou dopravu v Evropě čekají v blízké budoucnosti velké změny. V souvislosti s dekarbonizačními cíli Evropské unie, podle kterých se mají snížit emise skleníkových plynů o 55 % do roku 2030 v porovnání s rokem 1990, čeká sektor dopravy postupný odklon od fosilních paliv. Tradiční vozidla na benzin, diesel, LPG či CNG tak budou v čím dál větší míře doplňovat a posléze nahrazovat bateriové elektromobily a vozidla s palivovými články na vodík. Vodík pak má potenciál zejména v těžké nákladní dopravě.
O tom, v jakém poměru se prosadí vodíkové technologie, bude ve velké míře rozhodovat i dostupnost kriticky potřebných surovin pro jejich výrobu. Díky českému patentu profesora Vladimíra Matolína z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze, se podařil průlom ve vývoji katalyzátorů pro vodíkové palivové články. Brzy bude při výrobě katalyzátorů stačit až desetkrát menší množství drahé platiny než doposud.
V současné době se v dopravě odehrává revoluce. Zejména bateriové elektromobily se začínají rozšiřovat už i v České republice. Doplňujícím řešením hlavně v těžké nákladní a dálkové dopravě a u užitkových vozů mohou být vozidla s palivovými články na vodík.
Ve prospěch budoucího většího rozšíření vodíkového pohonu hovoří několik faktorů.
„Evropské země, reprezentované mj. Evropskou komisí, počítají s výrazným zapojením vodíkových technologií do nově budovaného nízkoemisního energetického systému. Inovace směřující ke snížení materiálové náročnosti palivových článků nebo elektrolyzérů jsou proto zcela zásadní pro naplňování stanovených cílů, “ komentuje Aleš Doucek, předseda představenstva z České vodíkové technologické platformy (HYTEP).
Extrémní rozdíl pak panuje mezi energetickou hustotou vodíku a bateriemi v elektromobilech. Současné špičkové bateriové packy dosahují energetické hustoty do 0,3 kWh na kilogram. „Vodík má výrazně vyšší energetickou hustotu na hmotnost, to znamená, že v 1 kilogramu vodíku uskladníme až 33,3 kWh energie. I se započtením váhy nádrží jsme stále na výrazně nižší hmotnosti na uskladněnou jednotku energie oproti bateriím. Na druhou stranu výzvou pro vodík jsou jeho energetické vlastnosti v poměru k objemu. Baterie jsou kompaktnější a je možné je umístit do podlahy bateriového elektromobilu, zejména v osobních autech. Vodík potřebuje relativně objemné nádrže a při 700 barech tak na 1 kilogram vodíku potřebujeme přibližně 25 litrů objemu. Právě proto je nejzajímavější jeho využití tam, kde nejsme příliš limitovaní prostorem, tedy například v nákladních vozidlech, “ doplňuje Jan Sochor, analytik České vodíkové technologické platformy.
Výrobci baterií se pochopitelně neustále snaží vylepšovat jejich vlastnosti. Jde ale o postupný vývoj a s revolučními bateriemi, které by výrazně zlepšily současné vlastnosti lithium-iontových akumulátorů je nutné počítat až když dojde k rozšíření jejich výroby a snížení jejich ceny.
Co se týče vodíkových automobilů obecně, jejich nespornými výhodami jsou delší dojezd, v případě nákladních automobilů se bavíme o dojezdech až 1000 kilometrů, či krátká doba plnění, která trvá do 20 minut. Vozidla s palivovými články na vodík rovněž dobře fungují za nízkých teplot, kdy dochází k výrazně menším ztrátám dojezdu v porovnání s bateriovými elektromobily.
Trh s palivovými články je v současnosti relativně malý. V průběhu let sice došlo k výraznému snížení ceny palivových článků na instalovanou kW výkonu, přesto stále existuje obrovský prostor pro zlepšení. Právě od úspor z rozsahu si řada výrobců slibuje další snížení cen.
„Cena nákladních vozidel, nebo městských autobusů s palivovým článkem je dnes přibližně 3–4x vyšší než v případě naftových ekvivalentů. Bavíme se ale o cenách, které jsou dnes, před výraznou úsporou z rozsahu, ke které by mělo v průběhu příštích let docházet. Řada studií predikuje, že cena vodíkových dálkových nákladních vozidel bude k roku 2030 dost možná i levnější než u bateriových protějšků. Je to z toho důvodu, že určité typy chemií jsou nákladné a není možné je z důvodu vysoké energetické hustoty nahradit levnějšími typy baterií, “ doplňuje Jan Sochor z HYTEP.
Pro výrobu palivových článků na vodík je kritickým kovem platina. Té se ročně na celém světě vytěží okolo pouhých 180 tun, ovšem devadesát procent z této produkce pochází ze tří států – Jihoafrické republiky, Ruska a Zimbabwe. V současnosti se na jeden palivový článek pro vodíkový automobil spotřebuje zhruba 20 až 30 gramů platiny. Výzkumné a vývojové aktivity se snaží o postupné snižování platiny při zachování životnosti palivových článků, to povede k dalšímu snížení cen jak palivových článků, tak koncových vozidel.
Díky českému patentu budou výrobci palivových článků brzy potřebovat až desetinásobně menší množství tohoto vzácného kovu!
Jedním z členů České vodíkové technologické platformy HYTEP je i ryze česká společnost LEANCAT. Ta vznikla v roce 2016 jako výsledek spolupráce mezi Karlovou univerzitou a technologickou skupinou JABLOTRON, s cílem komercializovat unikátní patentovaný objev profesora Vladimíra Matolína z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze.
„Platina je zatím naprosto nepostradatelným kovem pro palivové články, tedy pro výrobu elektřiny z vodíku, “ tvrdí profesor Matolín. Jeho vědecký tým proto před několika lety navrhl, vyvinul, úspěšně postavil a patentoval inovativní katalyzátor pro palivové články, který potřebuje na anodě mnohem méně platiny a rovněž menší množství platiny na katodě. Později na to navázal další patent s několika dalšími spoluautory. O jak velké snížení obsahu platiny půjde?
„Snížení obsahu platiny je ideálně o 90%, řekněme desetinásobné. V reálném systému bude snížení v závislosti na provozních podmínkách a plánované životnosti tak pětinásobné. Ale to bude otázka dalšího, již aplikovaného, vývoje. Budu-li optimista, tak snížíme obsah platiny 5–10krát, “ přibližuje profesor Matolín a upozorňuje, že inovace jeho dnes již bývalého týmu se úspěšně blíží komerčnímu využití. To má zajistit silný partner Univerzity Karlovy z Německa.
„Kritickým problémem u každé inovace je komercializace. Jedna věc je něco vyrobit v laboratoři, druhá je být schopen vyrábět a to tak, aby vysoké výrobní náklady nepřevýšily úsporu danou snížením obsahu platiny. Oříškem také bývá schopnost vyrábět inovativní produkt v požadovaném velkém množství. Univerzita Karlova, která je majitelem patentu, uzavřela nedávno smlouvu s renomovanou německou firmou o výrobě prototypu průmyslového zařízení, které ověří možnosti průběžné výroby membrán povlakovaných platinou podle našeho patentu metodou ‚per roll‘, tedy v rolích, “ dodává Matolín s tím, že německý partner by měl následně výrobní zařízení komercializovat a prodávat zájemcům o výrobu protonově vodivých membrán s platinovým katalyzátorem.
Další z řady českých patentů tak má velkou šanci změnit svět k lepšímu. Tentokrát v oblasti nejen vodíkové mobility.
Česká vodíková technologická platforma (Czech Hydrogen Technology Platform; HYTEP) je sdružení českých firem a výzkumných subjektů s posláním zavádět a koordinovat aktivity vodíkového hospodářství v ČR. Jejím cílem je rozvoj vodíkového hospodářství v České republice. Platforma podporuje vzájemnou informovanost subjektů působících v oblasti vodíkových technologií a podniká aktivity prostřednictvím kterých rozvíjí potenciál vodíkových aplikací v ČR v návaznosti na klimatické ambice Evropské unie a jejich členských států. Členem HYTEP se může stát každá organizace, která splní stanovy a aktivně se zajímá o rozvoj vodíkového hospodářství v ČR.