SYLIZER – ďalší významný krok vpred v rozvoji vodíkovej energetiky

SYLIZER – ďalší významný krok vpred v rozvoji vodíkovej energetiky

11. 02. 2020

Jednou z neľahkých úloh, ktorej sa ľudstvo bude musieť v súvislosti so zmenou klímy zhostiť, je celosvetová dekarbonizácia ekonomiky. Cestou k dosiahnutiu tohto cieľa je okrem iného sústavné rozširovanie obnoviteľných zdrojov energie a ich integrácia do rozvinutých priemyselných, energetických a mobilných infraštruktúr.

Veľmi nádejným adeptom na účinné bezemisné palivo budúcnosti je vodík. Ten je najľahším a najjednoduchším chemickým prvkom. Preto je tiež najhojnejším prvkom vo vesmíre. Okrem toho však spolu s uhlíkom, kyslíkom a dusíkom tvoria skupinu tzv. biogénnych prvkov, teda prvkov životatvorných, prítomných vo všetkých živých organizmoch na Zemi. Medzi týmito prvkami potom spolu s uhlíkom, kyslíkom a dusíkom patria k tým najvýznamnejším, pretože sa podieľajú na tvorbe biomolekúl – sacharidov, lipidov a proteínov. Preto sa tiež vodík vyskytuje prakticky vo všetkých zlúčeninách tvoriacich najvýznamnejšiu surovinu súčasnej energetiky a organickej chémie – ropu. V porovnaní s ropou však pri spaľovaní vodíka vzniká popri značnom množstve energie iba ekologicky úplne nezávadná voda. Komparatívne vzaté má navyše vodík zo všetkých konvenčných palív najvyššiu gravimetrickú hustotu energie: takmer trikrát vyššiu ako benzín alebo nafta. To je tiež jeden z dôvodov, prečo sa vodík používa ako palivo na vesmírne lety. Ak máme k dispozícii separovaný vodík, jeho spaľovanie je už ekologicky čisté. Problematickou je však ekologickosť a efektivita jeho výroby. Energeticky najúčinnejším spôsobom výroby vodíka je v súčasnosti priama premena fosílnych palív, najmä parnou transformáciou, ktorá má účinnosť okolo 70 %. Ďalšou možnosťou jeho výroby je elektrolýza vody, ktorá dosahuje účinnosť 60–70 %. V tomto prípade je výhodná kooperácia s jadrovou elektrárňou, ktorá v dobe energetického sedla môže vyriešiť prebytok ponuky energie práve jej investíciou do elektrolýzy.

Integrácia nestabilných zdrojov

Ekologicky prijateľná výroba dostatočného množstva vodíka preto vyžaduje inovatívne riešenie. Jedným z takých je rad produktov SILYZER od spoločnosti Siemens. SILYZER predstavuje inovatívny proces výroby vodíka na báze elektrolýzy pomocou PEM (Proton Exchange Membrane). Na výrobu vodíka je primárne využívaná veterná a slnečná energia, pri ktorej nevzniká žiadny CO2. Produktový rad SILYZER umožňuje integrovať nestabilné zdroje energie, ako sú slnečný svit či vietor, do plne kontrolovateľného výrobno-mobilného procesu. Siemens tak stanovuje normy budúcej udržateľnej výroby vodíka – od plánovania po uvedenie do prevádzky, vrátane servisného konceptu šitého na mieru zákazníckym požiadavkám. Modulárna konštrukcia SILYZER 300 ďalej umožňuje jedinečné využitie efektov škálovania, čím sa výrazne znižujú investičné náklady a taktiež následné výrobné náklady vodíka.

Objav elektrolýzy

V roku 1800 objavili dvaja Angličania - chirurg westminsterskej nemocnice sir Anthony Carlisle a vodárenský inžinier William Nicholson - elektrolýzu: fyzikálnochemický proces, iniciovaný priechodom jednosmerného elektrického prúdu kvapalinou, pri ktorom dochádza k chemickým zmenám na elektródach. Obaja muži tento objav urobili práve rozkladom vody na kyslík a vodík. Založili nový odbor chémie – elektrochémiu. Po mnoho desaťročí bola elektrolýza vody štandardnou metódou výroby vodíka a francúzskeho spisovateľa Julesa Verna priviedla k presvedčeniu, ktoré v roku 1874 vyjadril v románe Tajuplný ostrov: „Voda bude uhlie budúcnosti.“

POTENCIÁL ELEKTROLÝZY

Obrovský potenciál elektrolýzy PEM pre energetický priemysel prvýkrát so svojimi kolegami rozpoznal už v roku 1973 J. H. Russell. Nový systém SILYZER však posúva prostredníctvom technológie PEM možnosti využitia elektrolýzy opäť o krok ďalej. Špecifickou vlastnosťou tejto technológie je to, že membrána je priepustná pre protóny, ale nie už pre plyny, ako je vodík alebo kyslík. Membrána tak má funkciu separátora. Na prednej a zadnej strane membrány sú elektródy, ktoré sú pripojené ku kladnému a zápornému pólu zdroja napätia. To spôsobuje rozklad vody na kyslík, ióny vodíka a voľné elektróny, pričom membránou môžu prechádzať iba ióny. Po prechode sa spojí s voľnými elektrónmi a vytvorí vodík. SILYZER je vďaka nej schopný zachytávať stále väčšie množstvo energie veterného alebo slnečného pôvodu, takže ju je možné transformovať a využívať podľa potreby. Vodík získaný týmto spôsobom možno použiť v priemysle, v palivových článkoch a pre neskoršiu premenu na elektrinu. Prednosťou technológie PEM je, že na rozdiel od tradičnej alkalickej elektrolýzy je vysoko dynamická, a teda ideálna na zber premenlivej slnečnej či veternej energie. Flexibilné a dynamické systémové riešenia SILYZER umožňujú vysokú mieru optimalizácie pri konfigurácii – úplne podľa požiadaviek zákazníka. Samozrejmosťou je široké portfólio sprievodných služieb siahajúcich od základných údržbárskych činností až po komplexný servis s využitím najmodernejších analýz dát. Technológia PEM generácie SILYZER sa už plne osvedčila u mnohých zákazníkov spoločnosti Siemens v oblastiach priemyslu, mobility aj energetiky a preukázala svoju kvalitu aj v rade interných testov. Mnohoročné výskumné skúsenosti spoločnosti Siemens sa tak skoncentrovali v koncepte SILYZER 300 v koncepte udržateľnej energetiky.

Elektrolytické procesy

  • alkalická elektrolýza s kvapalnými alkalickými elektrolytmi,
  • kyslá elektrolýza s pevným polymérnym elektrolytom (PEM),
  • vysokoteplotná elektrolýza s pevným oxidom ako elektrolytom.

VYUŽITIE VODÍKA V PRIEMYSLE

Zhruba 90 % z viac ako 600 miliárd m3 vodíka, ktorý sa ročne po celom svete vyrobí, spotrebuje priemysel. Vodík je pre priemysel jedným zo základných prvkov, slúži ako palivo, aditívum alebo redukčné činidlo. Vodík sa primárne používa ako základná chemikália pri syntéze amoniaku a ďalších hnojív, ako je močovina, a pri syntéze metanolu, rôznych polymérov a živice. Ďalšími hlavnými priemyselnými spotrebiteľmi vodíka sú rafinérie, kovopriemysel, výrobcovia polovodičov či sklársky a potravinársky priemysel.

 

Vlastnosti elektrolýzy PEM

vysoká účinnosť (>70%) pri vysokej hustote výkonu,
vysoká kvalita plynu, a to aj pri čiastočnom zaťažení,
minimálne nároky na údržbu, veľmi spoľahlivá prevádzka,
čistota prevádzky, žiadne toxické chemikálie, iba voda a elektrina

 

VYUŽITIE VODÍKA V DOPRAVE

Elektrifikácia mobility je jednou z najväčších úloh v procese globálnej dekarbonizácie. Vodík sa môže na dekarbonizácii podieľať dvoma spôsobmi. Vozidlá vybavené palivovými článkami môžu vodík využívať priamo. Miesto CO2 a NOX produkujú iba vodu. V porovnaní s vozidlami poháňanými elektrickými batériami majú okrem využitia v lokálnej, mestskej doprave aj potenciál pre medzimestskú dopravu vrátane nákladnej, a to preto, že majú výrazne väčší dojazd. Aj tankovanie je v porovnaní s dobíjaním výrazne kratšie, trvá iba 3 až 5 minút. Nový vodíkový Hyundai Nexo tak napríklad načerpá počas piatich minút energie za tri a pol vozidla Tesla. Druhý spôsob, ako možno vodík energeticky využiť, je syntéza uhľovodíkov z „udržateľného“ vodíka a uhlíka, vzniknutých v oblasti poľnohospodárstva a lesníctva. Takto je možné dekarbonizovať dokonca aj tak palivovo náročné odvetvia, akým je letecká alebo lodná doprava.

Do roku 2025 by malo v ČR vzniknúť šesť až dvanásť vodíkových čerpacích staníc, na rozvoj ktorých je len do roku 2020 v rámci operačného programu Doprava pripravených približne 200 miliónov Kč.

Sdílet článek

Chcete vediet viac? Napíšte nám

Odoslaním formulára súhlasím so spracovaním osobných údajov. Vyplnené osobné údaje budeme spracovávať za účelom spracovania vášho dopytu alebo dotazu. Vďaka tomu vám budeme môcť čo najskôr odpovedať a vyriešiť vašu požiadavku. Pre viac informácií kliknite tu.