Odborné články

de.espirit.firstspirit.generate.ContentContext@97ed8ab 15 září 2020

Vodík jako palivo pro vytápění: Energie budoucnosti

Jako čistý zdroj energie může vodík způsobit revoluci v oblasti vytápění. První testy již probíhají a i společnost ebm-papst připravuje své premixové systémy pro použití tohoto paliva.

Již před dlouhou dobou, v časech, kdy uhlí bylo ještě na vrcholu a obnovitelné zdroje prakticky neznámým pojmem, Jules Verne předpověděl ve své novele z roku 1874 Tajuplný ostrov:

“Čím se tedy bude topit, nebude-li uhlí?“ – „Vodou, ovšem rozloženou na její prvky,“ odpověděl Cyrus Smith. „Budou ji rozkládat bezpochyby elektřinou, která se stane mocnou a hybnou silou. – Věřím, že vody bude využíváno jako paliva. Voda je uhlím budoucnosti.”

O téměř 150 let později je jeho vize stále vzdálená. Vzhledem k výzvám, které přináší změna klimatu a hledání nových zdrojů energie, však získává vodík stále vyšší a vyšší pozornost. Koneckonců, výhody jsou jasné: při spalování vodíku vzniká pouze voda, nikoli škodlivý oxid uhličitý.

Zásadní nevýhodou je, že vodík se na Zemi vyskytuje prakticky výhradně ve formě sloučenin a jeho získání v čisté formě vyžaduje velké množství energie. Jak naznačil již Jules Verne, lze to provést pomocí elektrolýzy, při níž se pomocí elektřiny rozloží voda na vodík a kyslík. Z toho vyplývá, že takto získaný vodík může být z hlediska klimatu neutrální pouze tehdy, pokud elektřina použitá k elektrolýze pochází ze zdrojů šetrných k životnímu prostředí. V tomto okamžiku přicházejí ke slovu obnovitelné zdroje. Jejich využívání klade vysoké nároky na ukládání přebytečné energie, která nemůže být dodávána plynule do sítě. Vítr ani slunce jednoduše nezajímá aktuální stav poptávky na trhu a ennergie tak vzniká nárazově. Tato přebytečná elektřina vyrobená z obnovitelných zdrojů pak může být použita například právě v zařízeních na výrobu vodíku (P2G – power-to-gas). Domácnosti mají velký podíl na emisích CO2, používání vodíku v topných systémech by tedy mohlo významně přispět k ochraně klimatu. Jeho výroba je sice stále velmi nákladná, ale topenářský průmysl je připraven na změnu.

Vodík dobývá nová území

Obohacování zemního plynu o čtyři až šest procent vodíku je již povoleno na základě hodnot charakteristik plynů podle procesního listu G260 od DVGW (německé sdružení pro plyn a vodu). Bylo by však možné zcela přejít na vodík? Několik projektů se na tuto otázku snaží nalézt odpověď. Britská vláda například zahájila program s názvem „Hy4Heat“, který má určit, jaké technické a logistické překážky je třeba překonat, aby bylo možné postupně zvyšovat podíl vodíku. Pokud by se tak stalo, mělo by to obzvláště pozitivní účinek, a to zejména vezmeme-li v úvahu, že až 80% domácností ve Velké Británii spoléhá na plyn, což je ve srovnání s mezinárodním průměrem skutečně vysoký podíl. Třetí největší město v zemi Leeds plánuje ve střednědobém horizontu přechod části své plynárenské sítě na 100% vodíku. Podobné projekty lze nalézt i na kontinentu, přesněji v Nizozemsku, kde budou zdroje z polí zemního plynu brzy vyčerpány. V Rozenburgu v Rotterdamu již probíhají terénní zkoušky se 100% obohacením vodíku. Pokud jde o zařízení P2G (power-to-gas) na výrobu plynu, je leaderem Německo. Vědci zkoumají, jak vyrobit maximální objem vodíku s využitím co nejnižšího množství energie, a existují i různé studie o přestavbě plynových potrubí na vodíková. Jednoduše řečeno: Trh je stále v pohybu.

Výzva pro výrobce

Právě z těchto důvodů začala řada výrobců pracovat na vývoji kondenzačních jednotek na čisté zdroje energie. Jejich snahou je dosáhnout cíle s co nejmenšími technickými a konstrukčními změnami. Dobrou zprávou je, že mohou zůstat zachovány současné provozní principy. Vzhledem k vlastnostem vodíku však bylo třeba zvážit několik problematických hledisek: požadavky na těsnost systému, kompatibilitu materiálů a, co je nejdůležitější, hořlavost.

S ohledem na možné netěsnosti systému je třeba si uvědomit, že vodík je se svou hustotou nejlehčí ze všech chemických prvků. Má vyšší propustnost přes elastomery a plasty než zemní plyn a díky své mírně nižší dynamické viskozitě má i mírně vyšší míru úniku než zemní plyn. Těsnost komponentů v kondenzačním kotli musí být odpovídajícím způsobem upravena a monitorována. Musí být také ověřena kompatibilita materiálů, kdy zvláštní pozornost vyžaduje zejména jejich hořlavost. Rychlost hoření je osmkrát vyšší než u metanu, což znamená, že výrobci nemohou pracovat se stejnými hořáky. Ztráta tlaku se zvyšuje a výkon ventilátoru musí být optimalizován. Především je třeba zajistit, aby k zapálení nedocházelo příliš pozdě. Vodík je velmi reaktivní a zapálí se mnohem snáze než metan. Regulátor spalování proto musí zohledňovat kratší dobu zapalování. Dalším bodem k řešení je, že při kontrole spalování nemohou být používány obvyklé postupy měření pomocí ionizace. V důsledku toho musí výrobci testovat nové senzory nebo termočlánky.

Dalším klíčovým problémem je to, že vodík má nižší výhřevnost než metan, ale jeho Wobbeho index, důležitý pro zaměnitelnost topného plynu, je téměř stejně vysoký. Pro optimální směs ve Venturiho trubici je třeba odpovídajícím způsobem upravit nastavení poměru plyn/vzduch. V důsledku toho má interakce mezi ventilátorem, Venturiho trubicí a plynovým ventilem velký význam.

NRV 118 je připraven na H2

NRV 118 od ebm-papst je již navržen pro použití paliva s podílem vodíku až do 10% bez nutnosti dalších úprav. Inženýři v ebm-papst Landshut provedli s NRV 118 několik zkoušek a počátečních polních testů, aby ověřili jeho vhodnost při použití vodíku jako paliva. Výsledné hodnocení zní: S některými změnami lze kompozitní systém přizpůsobit pro použití se 100% vodíkem. Těsnost plynového ventilu a ventilátoru byla zvýšena a použité plasty a kovy byly zkontrolovány z hlediska jejich vhodnosti.

Ukázala se take další výhoda: díky speciálnímu zařízení pro předmíchávání směsi je NRV118 ideálně pro vodík přizpůsoben. Premixový ventilátor kompenzuje nižší Wobbeho index a nižší výhřevnost vodíku při sání. Není nutné použití žádného složitého systému regulace. Kromě toho lze dosáhnout větší modulace, protože plynový ventil může být optimálně regulován podtlakem.

Z toho tedy vyplývá, že výrobci, kteří použijí 100% vodíku, se mohou na NRV 118 spolehnout. Jistě ještě nějakou dobu potrvá, než bude čisté palivo použito pro vytápění. Pokud však bude vývoj vědy, politiky a průmyslu pokračovat stávajícím směrem a tempem, vize Julesa Vernea se může brzy stát skutečností.

O společnosti ebm-papst

Skupina ebm-papst je předním světovým výrobcem ventilátorů a motorů. Od svého založení tato technologická společnost neustále nastavuje standardy na celosvětovém trhu. Vývoj pokrývá oblast od elektronicky řízených EC ventilátorů přes aerodynamická vylepšení lopatek ventilátorů až k výběru materiálů ze zdrojů šetrných k životnímu prostředí, přičemž jednou z možností jsou i biomateriály.

Ve fiskálním roce 2018/2019 společnost dosáhla obratu ve výši 2,185 miliardy EUR. Společnost ebm-papst zaměstnává na celém světě ve 29 výrobních závodech (včetně Německa, Číny a USA) a ve 48 prodejních kancelářích přibližně 15 058 zaměstnanců. Ventilátory a motory od lídra celosvětového trhu lze nalézt v mnoha odvětvích včetně vzduchotechniky, klimatizace a chlazení, domácích spotřebičů, topení, IT a telekomunikací, stejně jako v automobilech a užitkových vozidlech.

Více informací najdete na www.ebmpapst.cz.

Jana Novotná
Phone: +420 544 502 411
E-Mail: jana.novotna@cz.ebmpapst.com
Internet: www.ebmpapst.cz
de.espirit.firstspirit.generate.ContentContext@97ed8ab