Skripta - Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava

3. Vodík
Vodík jako zdroj čisté energie
Velmi módní jsou úvahy o využití vodíku jako čistého zdroje energie jak pro spalovací motory, tak
pro palivové články. Palivové články, přeměňující chemickou energii reakce kyslíku s vodíkem přímo
na energii elektrickou, již existují a probíhá intenzivní výzkum možnosti zlepšit jejich účinnost a
spolehlivost a snížit objem a cenu. Problematické zůstává i skladování vodíku a bezpečnosti práce s
ním. Akumulace chemické energie vodíku do snáze transportovatelných látek jako CH 3 OH nebo NH 3
se zdá být alternativou. Intenzivně se pracuje na vratných reakcích kapalných organických látek, které
by byly schopny katalyticky uvolňovat vodík při běžných teplotách. Uvažuje se o skladování v
nestechiometrických hydridech Ti, Fe, Mg, Ni. Hydridy lehkých kovů představují další možnost; např.
práškovitý Li 4 BN 3 H 10 má vyšší koncentraci vratně zachyceného vodíku než vodík kapalný. Zajímavý
je i borazan NH 3 BH 3 , který uvolněním vodíku přechází na řetězce –NH 2 -BH 2 - . I když se podaří
všechny technické obtíže využití vodíku zvládnout, přenese se problém k výrobě velmi čistého vodíku.
Ta je energeticky vysoce náročná, takže v celkové bilanci fosilní paliva neušetříme a produkci
skleníkových plynů jen přeneseme na jiné místo. V současnosti se při výrobě 1 kg vodíku vyprodukuje
přes 10 kg CO 2 .
Technické úvahy se zaměřují na přímý rozklad nad 2000 o C
H 2 O(g) → H 2 + 1/2 O 2 ∆H 298 = 242 kJ/mol ∆G 298 = 228 kJ/mol
který však není zatím technicky využitelný (problém materiálu reaktoru a jeho ohřevu).
Dokud nebude úspěšněji vyřešeno využití nukleární energie, nemá vodík jako prostředek přenosu
energie k malým spotřebičům velkou nadějnost. Nicméně, vývoj spotřebičů s vysokou energetickou
účinností a řešení problémů infrastruktury distribuce a skladování vodíku musí být na pořadu
výzkumu již dnes.
Bezpečnost práce s vodíkem
Ve směsi se vzduchem je vodík výbušný v širokých mezích 4-74%. Známý je zvukový efekt
„štěknutí“ při zapálení směsi v otevřené zkumavce; pokud je směs v nádobě s úzkým hrdlem nebo je
otvor zkumavky zčásti ucpán, hrozí exploze, doprovázená roztržením nádoby.
Malé molekuly vodíku snadno difundují v různých materiálech a pronikají i malými kapilárními
otvory. Vodík má již při normální teplotě záporný Joule-Thomsonův koeficient, takže se při expanzi
samovolně ohřívá.
Rozpustnost vodíku v kovech je velká, například v paladiu a platině se rozpustí několik hmotnostních
procent vodíku ve formě "kovového" atomu H. Proto jsou tyto kovy významnými katalyzátory reakcí,
v nichž vystupuje vodík. Vodík, přítomný v kovech může mít i nežádoucí účinky, např. dochází k
vodíkovému křehnutí oceli.
Tlakové lahve s vodíkem jsou opatřeny speciálním levotočivým závitem. Obecně má každá třída
technických plynů na tlakových nádobách jiné závitové koncovky. (aby nemohlo nepozorností dojít k jejich
chybnému napojení do technických aparatur s katastrofálními následky.)
Manipulace s vodíkem je vymezena mezinárodními, národními i podnikovými normami a může ji
provádět pouze zaškolená osoba.
Pojmy k zapamatování
Karbonizace uhlí
Koksárenský plyn
Vodní plyn
Parní reforming
Elektrolýza
26