Wodór – ekologiczny, ale czy bezpieczny?

Wodór – ekologiczny, ale czy bezpieczny?

Ogniwa wodorowe są dziś umieszczane w samochodach i autobusach produkowanych w Japonii

Prof. Paweł Kulesza – chemik z Uniwersytetu Warszawskiego

Coraz bliżej do stosowania wodoru jako ekologicznego paliwa w autobusach i samochodach. Czy to będzie konkurencja dla samochodów elektrycznych?
– W przypadku jednego i drugiego napędu są liczne za i przeciw. Samochody elektryczne trzeba ładować dosyć długo i używa się sporo prądu, który na razie produkujemy na bazie węgla. Poza tym ogniwa litowe mogą być wybuchowe. Supernowoczesna technologia bywa bardzo zdradliwa. Są też pewne niedogodności w mroźnych miesiącach, bo baterie tracą część mocy. Natomiast ogniwa wodorowe są dziś wstawiane do seryjnie produkowanych samochodów i autobusów w Japonii, wykorzystywanych w regionie Tokio i Jokohamy. Dwa lata temu miałem okazję jeździć toyotą i hondą z takim napędem i wyglądało to całkiem zadowalająco. Problemem jest tu bezpieczeństwo. Instalacja wodorowa musi być maksymalnie szczelna. Ulatnianie się wodoru trudno wyczuć, a wybuch może być katastrofalny w skutkach. Wystarczy iskra.

Czy jakiś japoński samochód na wodór eksplodował?
– Nie było takiego przypadku, jednak ludzie się tego obawiają. W annałach zachowały się relacje z pożaru sterowca „Hindenburg” napełnionego wodorem, który nadleciał nad Nowy Jork po trzydniowej podróży przez Atlantyk i spłonął 6 maja 1937 r. podczas cumowania na lotnisku w Lakehurst w stanie New Jersey. Wodór jest mimo to kuszącym źródłem energii, jako nośnik najbardziej ekologiczny i ogromnie wydajny. Nieprzerwanie zresztą trwają prace nad dobrym zabezpieczeniem zbiornika gazu. W samochodach osobowych ceramiczno-kompozytowe zbiorniki montuje się nisko, pod fotelem pasażera. Ważne jest ich odpowiednie usytuowanie oraz konstrukcja różnych złączy, które muszą być idealnie szczelne. Tego typu auta jeżdżą w Kalifornii, pojawiają się też w Europie, ale głównie są to prototypy. Najszybciej pewnie rozpowszechnią się autobusy z silnikami wodorowymi, bo łatwiej je zabezpieczyć, a tankowanie na specjalnym stanowisku w zajezdni może zapewnić najwyższe standardy bezpieczeństwa.

W Japonii wodór tankują zwykli użytkownicy.
– Tak, są specjalne stanowiska paliwowe na stacjach, ale w pewnym oddaleniu od tradycyjnych na benzynę i olej napędowy.

Czy w Polsce takie pojazdy to daleka przyszłość?
– Niekoniecznie. Rozważa się przeprowadzenie testów w miejscowości mającej 50-60 tys. mieszkańców. W Wielkiej Brytanii wytypowano już Leeds, zakładając, że tamtejszy transport publiczny oparty na wodorze zostanie uruchomiony w ciągu najbliższych dwóch lat. Są również wyznaczone regiony w kilku miastach Korei Południowej. Transport publiczny oparty na pojazdach napędzanych wodorem jest elementem koncepcji smart cities – miast, gdzie mieszkańcy żyją w czystym, przyjaznym środowisku, korzystając z wielu udogodnień technicznych. Sami też będą producentami energii, np. słonecznej.

Czy przechodzenie na napęd wodorowy jest nieuniknione?
– Na pewno ta dziedzina będzie się rozwijać. Ale by stała się technologią przyszłości, należy rozwiązać np. problemy z produkcją wodoru, który musi być maksymalnie czysty, aby nadawał się do napędzania silników i był odpowiednio wydajny. W wielu krajach, także u nas, przy produkcji różnych substancji chemicznych uzyskuje się sporo wodoru, niestety zbyt zanieczyszczonego. Można go oczyszczać, ale wtedy wydzielają się związki szkodliwe dla człowieka i środowiska. Niektórzy dworują sobie z „ekologicznej dwuznaczności” Japończyków, bo oni idealny wodór sprowadzają z daleka, aby u siebie mieć tylko czyste powietrze. W Jokohamie jest ekologicznie, za to wytwórnie wodoru są np. na pustyniach w Australii. Na takie kosztowne technologie mogą sobie pozwolić państwa bardzo bogate.

Wodór nie jest więc remedium na wszystkie problemy ekologiczne i klimatyczne.
– Ale może ogromnie się przydać w energetyce ekologicznej, jako rezerwuar energii elektrycznej. W przypadku wielkich elektrowni solarnych i wiatrowych problemem jest np. magazynowanie energii. Tradycyjne kondensatory nie dają szansy magazynowania większych ilości energii, tymczasem zmagazynowany wodór, np. powstały w wyniku elektrolizy wody (H2O), byłby doskonałym „akumulatorem”. Nad tym także pracują laboratoria naukowe i przemysłowe, również w Polsce.

Moglibyśmy wytworzyć nawet u nas dużą ilość energii odnawialnej, która może być tańsza od tradycyjnej, a jest przyjazna środowisku. Jednak nie ma jeszcze taniego i wydajnego sposobu jej przechowywania do wykorzystania w bezwietrzne i pochmurne dni. Tymczasem oczyszczanie wodoru przemysłowego jest kosztowne i uciążliwe, produktem ubocznym bowiem, jak wspomniałem, są różne szkodliwe substancje. Praca nad wodorem jako źródłem energii to zatem poważny kierunek naukowo-badawczy i technologiczny, ale nie jest to jedyne rozwiązanie na przyszłość.

Jeszcze dwie dekady temu głośno było o próbach silników napędzanych metanolem, a nawet etanolem, czyli spirytusem. Dodatki etanolu do benzyny uważano za dobry zamiennik trujących związków ołowiu. Co się stało z tymi technologiami?
– Na razie zeszły na dalszy plan. Są mniej wydajne od wodoru, który swoją energię przekazuje w 80-90%. Metanol nie daje takiej sprawności, poza tym jest silnie toksyczny. A zdarzało się, że ktoś korzystający z silnika metanolowego chciał spróbować paliwa przypominającego wyglądem i zapachem spirytus etylowy. Były też próby napędzania pojazdów kwasem mrówkowym, który ma bardzo nieprzyjemny zapach. Sądzę jednak, że technologia metanolowa będzie się rozwijać. Przedmiotem badań będą także inne alternatywne paliwa. Technologia uzyskiwania wodoru wciąż jeszcze jest bardzo droga, potrzebne są katalizatory platynowe lub stopy platyny. Intensywne prace więc trwają i nie wiadomo, która technologia okaże się optymalna ze względów praktycznych, czyli połączy niskie koszty, wysoką wydajność, dobrą sprawność oraz bezpieczeństwo dla człowieka i środowiska. Japończycy nad technologiami energetycznego wykorzystania wodoru pracują już od 50 lat. Przy wyborze rozwiązań istotna jest poza tym skala zastosowań – pojazdy, gospodarstwa domowe czy elektrownie.

W poszukiwaniach nowych źródeł energii chodzi też o urządzenia stacjonarne produkujące na dużą skalę prąd i ciepło. Czy tu wodór byłby przydatny?
– To również jest poważnie brane pod uwagę, ale chyba wcześniej będziemy musieli, także w Polsce, pogodzić się z energetyką jądrową. Nie unikniemy tego, bo potrzeby wciąż rosną. Energia ta przy dobrej kontroli i zabezpieczeniach może być ekologicznie nieszkodliwa. Wydarzenia w Czarnobylu, gdzie doszło do poważnych zaniedbań, i w Fukushimie, gdzie nastąpiło trzęsienie ziemi, nie zmienią poglądu, że to dobre wyjście na nadchodzące lata. Tutaj także wodór, w odpowiednich zbiornikach, mógłby być wykorzystywany do składowania nadmiaru energii. Jesteśmy świadkami ogromnego postępu technicznego i technologicznego, który może nam przynieść niejedną niespodziankę.


Paweł Józef Kulesza – profesor nauk chemicznych. Specjalizuje się w zagadnieniach z zakresu elektrochemii oraz chemii nieorganicznej i analitycznej. Członek korespondent PAN, pracownik Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego. Zasiada w Centralnej Komisji ds. Stopni i Tytułów. Jego dorobek obejmuje prawie 250 publikacji.


Fot. archiwum prywatne

Wydanie: 21/2020

Kategorie: Nauka

Napisz komentarz

Odpowiedz na treść artykułu lub innych komentarzy