Foto: Pexels Rafael Classen
Bratislava 5. marca 2024 – Vodík zohráva v plánoch Európskej únie týkajúcich sa energetického prechodu kľúčovú úlohu, pričom preferovanou možnosťou je zelený vodík vyrobený procesom elektrolýzy vody. Tá je v súčasnosti energeticky nevýhodná, lepším riešením sa javí získavanie vodíka ako odpadového produktu z jadrových reaktorov. Energeticky efektívnejšou a hospodárnejšou metódou získavania vodíka by mohla byť aj elektrolýza močoviny z odpadovej vody, ktorú predstavili americkí vedci. Téme sa venoval denník Postoj.
Vedci z Worchesterského polytechnického inštitútu v americkom štáte Massachusetts nedávno zverejnili v odbornom časopise The Journal of Physical Chemistry Letters štúdiu, v ktorej sa zamerali na močovinu, produkt prirodzeného metabolizmu ľudí a živočíchov. Jej molekula CON2H4 obsahuje dvakrát viac vodíka ako molekula vody (H2O), píše postoj.sk.
„Močovina je netoxická, má vysokú rozpustnosť vo vode a vysoký obsah vodíka (6,7 % hmotnosti). Elektrolýza močoviny na výrobu vodíka je teda energeticky efektívnejšia a hospodárnejšia ako elektrolýza vody,“ uvádzajú výskumníci.
Pri doterajších metódach elektrolytického získavania vodíka z močoviny sa totiž nedalo špecificky zamerať na molekuly močoviny, čo spôsobovalo vyššie energetické náklady na elektrolýzu. Prvotným zámerom výskumu bolo teda oddelenie močoviny od vody, vysvetlil postoj.sk.
Podarilo sa to využitím špecifických molekúl niklu a kobaltu. Americkí vedci zistili, že „kľúčom k zvýšeniu jeho elektrochemickej aktivity a selektivity voči oxidácii močoviny je prispôsobenie jedinečných elektronických štruktúr s dominantnými druhmi Ni2+ a Co3+“.
Vedci odhadujú aj potenciálne nevyčerpateľný zdroj vodíka, ktorý – hoci nie je schopný pokryť plánovanú spotrebu – môže čiastočne nahradiť výrobu vodíka zo zemného plynu, uviedol postoj.sk. „Močovina, hlavné dusíkaté hnojivo a kŕmna prísada, sa komerčne vyrábala už v 20. rokoch 20. storočia; v roku 2021 sa vyrobilo približne 180 miliónov metrických ton. Močovinu možno získať z prírodných zdrojov; dospelý človek vyprodukuje 1,5 l moču denne, čo ročne zodpovedá 11 kg močoviny a 0,77 kg plynného vodíka,“ zhrnula štúdia.
V prípade, že by sa podarilo zachytiť všetku močovinu produkovanú obyvateľmi Slovenska, ročná produkcia by sa mohla pohybovať okolo 4 miliónov kilogramov plynného vodíka, resp. 4-tisíc ton, vyčíslil postoj.sk. Pripomenul, že Slovensko podľa Národnej vodíkovej stratégie plánuje ročne vyrábať 45-tisíc ton. Vodík z tohto odpadu by tak aspoň teoreticky mohol pokryť takmer desatinu plánovanej výroby.
Elektrolýza – energeticky najnáročnejší spôsob
Postoj pripomína, že náročnosť získavania vodíka, ak nemá byť zdrojom zemný plyn a ak má byť cieľom znižovanie emisií a dekarbonizácia priemyslu, spočíva v tom, že doterajšie elektrolyzačné technológie potrebovali na efektívnu extrakciu vodíka demineralizovanú, teda prakticky všetkých rozpustných látok zbavenú vodu, teda čistú surovinu H2O. „Na výrobu 1 kg vodíka a 8 kg kyslíka je potreba 8,92 litra demineralizovanej vody,“ opísala proces Národná vodíková asociácia Slovenska (NVAS), ktorá pre ministerstvo hospodárstva pripravila Národnú vodíkovú stratégiu.
Aj samotná demineralizácia má svoje energetické a finančné náklady, konštatuje postoj.sk. V prípade, ak sa na získavanie vodíka využíva morská voda, sú náklady na jej desalinizáciu vyčíslené na 80 centov na m3, teda 1000 litrov. Pri týchto nákladoch tak výroba jednej tony vodíka stojí 7 eur konkretizoval Postoj.
Pokiaľ ide o energetické náklady, aj podľa NVAS je proces získavania elektrolýzou stratový. „Na výrobu 1 kg vodíka je potrebných cca 50 kWh elektrickej energie,“ uvádza asociácia. Ten istý kilogram vodíka pritom poskytuje 33 kWh energie.
V prípade nového spôsobu extrakcie močoviny to teda znamená, že je možné priamo spracúvať aj odpadovú vodu, resp. splašky bez potreby demineralizácie vody, čo šetrí náklady, poznamenal postoj.sk.
Vodík na Slovensku
Časť odbornej obce v oblasti energetiky je k masívnejšiemu využívaniu vodíka nateraz skeptická. Najefektívnejšie je podľa energetikov získavať vodík ako vedľajší produkt reakcie v jadrových reaktoroch, čo však súvisí aj otázkou bezpečnosti. Vodík, ktorý sa pri tejto reakcii uvoľňuje, musí byť tak či tak z prostredia odčerpávaný, aby nedošlo k výbuchu, zdôraznil postoj.sk.
Vladimír Slugeň z Ústavu jadrového a fyzikálneho inžinierstva Slovenskej technickej univerzity podľa neho upozornil, že „všetky veľké havárie, Fukušima, Černobyľ, Three Mile Island, to boli výbuchy vodíka, ktorý vznikol práve rozkladom pary pri vysokej teplote. Kráter nad Černobyľom nespravili neutróny, ale vodík. Vodík, ktorý sa zmieša so vzduchom, od štyroch percent spôsobuje výbuch“.
Aj preto to znamená zvýšené riziko pri preprave a skladovaní vodíka, keďže akékoľvek netesnosti môžu viesť k tragédiám.
Podľa denníka Postoj však ide zaujímavú biznisovú príležitosť. Vodík sa chystajú tzv. zeleným spôsobom vyrábať viaceré spoločnosti, jeden z projektov sa napríklad pripravuje v priestore areálu Jadrovej elektrárne Bohunice.
Výrobu zeleného vodíka chystá aj Duslo Šaľa, najväčší súkromný odberateľ zemného plynu, z ktorého vyrába okrem iného aj vodík. Ten premieňa na viaceré zlúčeniny, napríklad aj močovinu. Z nich potom Duslo vyrába umelé hnojivá.
Duslo Šaľa chce podľa postoj.sk elektrolýzou získať viac ako 2-tisíc ton vodíka ročne, jeho ročná spotreba tohto plynu je však okolo 100-tisíc ton. Spoločnosť plánuje aj vybudovanie vlastných elektrární na zásobovanie elektrolyzérov – Veterný park Trnovec nad Váhom a Fotovoltickú elektráreň Amerika II –, ktoré sú v procese posudzovania vplyvov na životné prostredie EIA. Na projekt dostalo Duslo vládnu dotáciu 58 mil. eur.
Ročne plánuje vyrobiť 2162 ton „zeleného“ vodíka primárne určeného na produkciu čpavku. Lenže aj elektrolyzér v Dusle potrebuje ako surovinu demineralizovanú vodu. Ročná potreba Dusla sa však pohybuje na úrovni 100-tisíc ton vodíka, takže aj po spustení tohto projektu bude podnik stále závislý od dodávok fosílneho zemného plynu, pripomína Postoj. Viac nájdete v jeho článku.
Ilustračné foto: Pexels Rafael Classen