Kako daleč smo od široke uporabe vodika kot nosilca energije in kako blizu so prvi demonstracijski projekti v Sloveniji
Vodikovi atomi pomenijo dve tretjini vseh atomov v danes uporabljanih fosilnih gorivih, vsebnost vodika v naših gorivih pa se nenehno povečuje. Premog, prvi fosilni energent, ga vsebuje najmanj, nekoliko več nafta, še več zemeljski plin. Z naraščanjem deleža vodikovih atomov se seveda zmanjšuje vsebnost ogljika. Čisti vodik je tako po mnenju zagovornikov samo logičen korak naprej in zadnja postaja na poti ‘razogljičenja’.
Prvi razvojni zagon za široko uporabo vodikovih tehnologij sega v leto 1973, ko je bilo treba zaradi naftne krize, ki jo je povzročil OPEC-ov embargo na izvoz nafte, začeti razmišljati o alternativah, a je takrat cena nafte hitro spet padla in razvoj se je nekoliko upočasnil. Znova so ga spodbudile podnebne spremembe, saj danes vodikove tehnologije veljajo za enega od prihodnjih stebrov nizkoogljične družbe. Še vedno pa precej zaostajajo za drugimi nizko-ogljičnimi rešitvami.
Vodik je leta 1766 odkril Britanec Henry Cavendish, uradno ime (hydrogenum) pa mu je 22 let kasneje podelil znameniti kemik Antoine Laviosier. Elektrolizo, cepljenje vode na vodik in kisik s pomočjo enosmernega električnega toka, so odkrili leta 1800, gorivno celico na vodik so prvič opisali leta 1839, izdelali pa šest let zatem. Zametke tega, kar danes poznamo kot vodikovo ekonomijo, je že leta 1874 v svoji knjigi Skrivnostni otok opisal Jules Verne, sam izraz vodikova ekonomija, s katerim opisujemo celoten nabor možnih uporab vodika v energetske namene, pa je leta 1970 skoval elektrokemik John Bockris.
Vodik je prvi in najlažji element v periodnem sistemu. Je najpogostejši element v vesolju in vir jedrskega goriva za naše sonce. Na Zemlji vodik v samostojni obliki ni dostopen, vedno je vezan v spojine. Za razbitje teh spojin in osvoboditev vodika pa je potrebna energija.
Danes letna proizvodnja vodika znaša več deset milijonov ton, večinoma pa ga uporabljajo v kemični industriji, na primer pri proizvodnji metanola in amonijaka. Kot pogonsko gorivo ga že več kot pol stoletja uporabljajo v vesoljskem programu. Večino vodika danes pridobijo z reformiranjem zemeljskega plina ali drugih ogljikovodikov, za najčistejši vodik pa se uporablja elektroliza vode. To je energetsko najmanj učinkovit postopek, saj za eno enoto energije vodika potrebujemo skoraj dve enoti električne energije. Pri vseh drugih postopkih dobimo več energije, kot je porabimo pri pridobivanju, vendar samo zato, ker je surovina že sama po sebi energetski vir.
Vodik kot pogonsko gorivo lahko izkoriščamo na dva načina – v prirejenih motorjih z notranjim zgorevanjem ali kot reagent v gorivnih celicah. Pri teh gre za obraten postopek od elektrolize – ob vezavi vodika in kisika se sprošča električna energija, »stranski produkt« pa je voda oziroma vodna para. Gorivne celice imajo mnogo večji energetski izkoristek in precej nižjo temperaturo delovanja, zato veljajo za obetavnejšo, a za zdaj tudi za manj dostopno možnost.
Svet
Za najbolj napredno na področju uvajanja vodikovih tehnologij velja ameriška zvezna država Kalifornija, kjer stoji že več kot 30 polnilnih mest, povezanih v vodikovo avtocesto (Hyway). Podobne, a nekoliko manjše verige polnilnic so tudi v Skandinaviji, Nemčiji, na Japonskem … V zadnjih desetih letih so večji proizvajalci avtomobilov predstavili več deset modelov vozil na vodik, vendar teh avtomobilov ne prodajajo, raje jih oddajo v najem, saj so še predragi in bi si lahko z določitvijo cen naredili antireklamo. Po svetu se vozi tudi nekaj mestnih avtobusov na vodik, po morju pluje nekaj ladij. Uporaba vodika kot nosilca energije ni omejena zgolj na prevozna sredstva, mogoče so tudi njegove stacionarne uporabe. Gorivne celice lahko na primer uporabimo kot pomožni vir energije, v zasilnih napajalnih sistemih. Italijanska družba Enel je leta 2009 v bližini Benetk postavila 16-megavatno elektrarno na vodik, ki ga po dvokilometrskem cevovodu dobivajo iz bližnje kemične tovarne, kjer nastaja kot stranski produkt v proizvodnji. V Združenih arabskih emiratih je za leto 2014 načrtovana 500-megavatna elektrarna, ki naj bi vodik pridobivala iz zemeljskega plina, v procesu nastali ogljikov dioksid pa vtiskala v izpraznjena naftna polja.
Najbolj obetavna pa je vsekakor uporaba vodika za pogonsko gorivo. Na poti k široki uporabi ima pravzaprav poleg visoke cene avtomobilov, ki bi z množično proizvodnjo seveda lahko hitro padla, samo eno oviro: težavnost shranjevanja zaradi izjemno majhne gostote. Za shranjevanje štirih kilogramov čistega vodika, kolikor naj bi ga osebni avto potreboval za 500 kilometrov dolgo pot, bi ob atmosferskem tlaku potrebovali približno 48 kubičnih metrov veliko posodo. Za zdaj obstajata dva načina za kolikor toliko priročno shranjevanje. Eden je shranjevanje v visokotlačnih posodah pri 700 barih. Zaradi velikih tlačnih razlik pri polnjenju in praznjenju ter pronicanja vodikovih atomov v stene posode imajo te razmeroma kratko življenjsko dobo, krajšo od povprečnega avtomobila. Drugi način, ki pa, kot kaže, izgublja bitko za prevlado v bodoči vodikovi ekonomiji, je utekočinjenje z ohladitvijo na -253 stopinj Celzija. Zaradi potrebe po ohranjanju tako nizke temperature mora biti posoda zelo velika in težka v primerjavi z zmogljivostjo. Rezervoar BMW-ja serije 7 na tekoči vodik tako tehta 120 kilogramov, hrani pa lahko le osem kilogramov vodika. Brez aktivnega hlajenja še tako dobro izoliran rezervoar prepušča v notranjost nekaj toplote, ki uparja vodik. Tako bi avto, ki bi ga za teden ali več pustili stati, izgubil večino zaloge goriva. Utekočinjeni vodik ima precej večjo gostoto od plinastega, a ta je še vedno zelo majhna.
