24 Vodíkové palivo Výhody a nevýhody

Voda a elektřina jsou produkovány jako vedlejší produkty chemické interakce mezi plynným vodíkem a kyslíkem uvnitř palivového článku, který pohání vodíkové palivové články.

Ačkoli v 1990. letech a na začátku 2000. století mnozí věřili, že vodíková energie spustí revoluci v oblasti čisté energie , nový svět vodíkové energie se nikdy neuskutečnil. Infrastruktura je významnou překážkou pro většinu nových zdrojů energie.

Vysoké výrobní náklady, podprůměrná výroba a efektivita výroby a náročné požadavky na skladování a přepravu zabránily širokému použití vodíkových palivových článků v automobilech pro spotřebitele.

Pro ty, kteří si mohou dovolit potřebnou infrastrukturu pro její podporu, má vodíkový palivový článek větší smysl pro průmyslové aplikace. Výhody a nevýhody používání vodíkových palivových článků k napájení zařízení pro manipulaci s materiálem budou diskutovány v tomto článku.

Výhody a nevýhody vodíkového paliva

S / č.	Výhody vodíkového paliva	Nevýhody vodíkového paliva
1.	Všestrannost použití Vodíkové palivové články budou schopny dodávat energii pro různé stacionární a mobilní aplikace, jak se technologie vyvíjí. Vozidla poháněná vodíkem jsou pouze jedním příkladem; vodík by mohly využívat i menší výrobky, jako jsou domácí potřeby a rozsáhlejší topné systémy. Na rozdíl od napájení z baterií, které lineárně škálují výkon s hmotností, je kapacita akumulace energie (tj. palivová nádrž) a velikost motoru u pohonných jednotek ICE oddělena, což nabízí značnou volnost při návrhu.	Extrakce vodíku Nejhojnější prvek ve vesmíru, vodík, je inertní plyn, který je třeba extrahovat z uhlíku fosilní paliva nebo získané z vody elektrolýzou. Tyto dvě operace vyžadují k dokončení značné množství energie. Kromě toho, že je tato energie nákladná, může být vyšší než energie získaná ze samotného vodíku. Kromě toho tato těžba obvykle vyžaduje použití fosilních paliv, což v nepřítomnosti CCS ohrožuje ekologické vlastnosti vodíku.
2.	Dlouhé doby používání Větší efektivitu doby používání zajišťují vodíkové palivové články. Vozidlo na vodík může ujet 300 mil, což je stejná vzdálenost jako vozidlo na fosilní paliva. To je lepší než to, co již nabízejí elektrická vozidla (EV), která jsou stále více vyvíjena s pohonnými jednotkami s palivovými články jako „prodlužovači dojezdu“. Kromě toho má venkovní teplota na vodíkové palivové články malý vliv a v chladném klimatu se nedegradují. Výhoda je zesílena v kombinaci s rychlonabíjením.	Je vyžadována investice Vývoj vodíkových palivových článků vyžaduje investice do té míry, že budou skutečně praktickým zdrojem energie. Aby technologie pokročila a dozrála, musí se také projevit politická vůle věnovat vývoji nezbytný čas a zdroje. Zjednodušeně řečeno, světový problém s rozvojem všudypřítomné a udržitelné vodíkové energie spočívá v tom, jak co nejekonomičtěji vytvořit řetězec „nabídky a poptávky“ kus po kusu.
3.	Vyšší pevnost a energetická účinnost ve srovnání s fosilními palivy Technologie vodíkových palivových článků poskytuje velmi hustý a účinný zdroj energie. Vodík má ze všech běžných paliv nejvyšší energetický obsah. Vysokotlaký plynný a kapalný vodík má objemovou hustotu energie srovnatelnou se zemním plynem a asi trojnásobek gravimetrické hustoty energie (kolem 120 MJ/kg) než LNG a nafta.	Náklady na suroviny Protože vzácné kovy jako iridium a platina jsou často potřebné jako katalyzátory v některých typech vodních elektrolyzérů a palivových článcích, mohou být počáteční náklady na palivové články vysoké. Někteří lidé se zdrželi investic do technologie vodíkových palivových článků kvůli jejich přemrštěným nákladům. Aby se vodíkové palivové články staly praktickým zdrojem paliva pro každého, je třeba tyto náklady snížit.
4.	Vysoce účinný ve srovnání s jinými zdroji energie Ve srovnání s mnoha jinými zdroji energie, včetně mnoha možnosti zelené energie, vodíkové palivové články jsou účinnější. S touto palivovou účinností lze na každou libru použitého paliva vyrobit více energie. Například účinnost výroby elektřiny pomocí konvenčních spalovacích elektráren se pohybuje v rozmezí 33–35 %, zatímco vodíkové palivové články mohou dosáhnout až 65 %. Podobně vodíkové palivové články v automobilech snižují spotřebu paliva o 50 %, přičemž využívají 40–60 % energie obsažené v palivu.	Regulační problémy Překážky také obklopují právní záležitosti týkající se struktury, která specifikuje modely komerčního nasazení. Při absenci dobře definovaných regulačních rámců, které usnadňují pochopení základu nákladů a výnosů, mohou komerční podniky narazit na potíže při rozhodování o finanční investici (FID).
5.	Vhodné pro těžkou dopravu a vlaky Vzhledem k tomu, že vodíkový pohon je stále relativně nový, těžká doprava a železnice jsou dvě průmyslová odvětví, pro která může být praktické jej hned využít. Pokud by se místo spalovacího motoru v těchto vozidlech používaly elektrické baterie, musely by být baterie velmi velké, těžké a jejich nabíjení by trvalo velmi dlouho. Naopak vodík představuje výhody kompaktnějšího pohonného systému, rychlého doplňování paliva a dlouhého dojezdu. Lze jej nabíjet v docích podél dálnic, které vozové parky nákladních vozidel nejvíce využívají, bez nutnosti výstavby kapilární distribuční sítě, nebo na všech hlavních železničních stanicích.	Celkové náklady V tuto chvíli jsou vodíkové palivové články na jednotku výkonu dražší než jiné zdroje energie, jako např solární panely. I když je vodík po vytvoření účinnější, náklady jsou nyní překážkou jeho širokého použití. To se může změnit s vývojem technologie. Široké přijetí je v současné době nepravděpodobné kvůli dopadu těchto nákladů na budoucí výdaje, jako jsou náklady na automobily, které jezdí na vodík. Využití vodíkových palivových článků je dražší než použití jiných zdrojů energie kvůli složitosti procesu výroby vodíkového paliva. Manažeři vozového parku musí při rozhodování o tom, jaký zdroj energie zahrnout do zařízení pro manipulaci s materiálem, zajistit, aby podstatné úspory práce oproti kyselině olova kompenzovaly náklady na infrastrukturu a vodíkové palivo.
6.	Používá se pro napájení vesmírných lodí Síla a účinnost vodíkové energie z něj činí dokonalé palivo pro kosmické lodě.  Díky své nesmírné síle mohou být vesmírné lodě rychle vypouštěny na průzkumné mise. Je to také nejbezpečnější zdroj energie pro práci, která vyžaduje hodně energie. Ve skutečnosti je vodíková energie třikrát silnější než palivo získané z fosilních paliv, jako je benzín. V ideálním případě to znamená použití menšího množství vodíku k dokončení velkého úkolu. Kromě toho poskytuje hnací sílu pro vozidla, čluny, automobily a aplikace s palivovými články, které jsou stacionární nebo přenosné. Skutečnost, že skladování vodíku v kryogenních nebo vysokotlakých nádržích je v podstatě nemožné, je nevýhodou používání vodíku v automobilech.	Skladování vodíku Vodík vyžaduje sofistikovanější skladování a přepravu než fosilní paliva. To naznačuje, že používání vodíkových palivových článků jako zdroje energie může znamenat dodatečné výdaje. Ačkoli vodík může být udržován v kapalné formě při kryogenních teplotách nebo jako plyn ve vysokotlakých nádržích, může být uchováván pouze v plynné formě pro použití v palivových článcích vysokozdvižných vozíků. Energie se ztrácí během procesu skladování vodíku při použití obou metod. Asi 13 % celkové energie vodíku musí být využito k jeho stlačení; a zkapalnit jej, aby ztratil přibližně 40 % své energie. Kovy mohou korodovat, pokud se plynnému vodíku podaří uniknout z uzavřeného prostoru. To následně může způsobit, že tyto znečištěné kovy zkřehnou a pravděpodobněji se rozbijí. Podniky, které v současnosti využívají vodíkovou energii, mají dvě možnosti: pokud potřebují větší množství paliva, musí postavit továrnu, nebo si mohou nechat vodíkový plyn dodávat pomocí trubkových přívěsů.
7.	Rychlé časy nabíjení Ve srovnání s elektromobily napájenými bateriemi je doba nabíjení pohonných jednotek s vodíkovými palivovými články znatelně rychlejší. Je srovnatelný s tradičními automobily s vnitřním spalovacím motorem (ICE). Vodíkové palivové články lze dobít za méně než pět minut, ale elektromobily potřebují k plnému nabití mnoho hodin. Auta na vodíkový pohon nabízejí díky rychlé době nabíjení stejnou úroveň svobody jako běžné automobily.	Infrastruktura Vzhledem k tomu, že fosilní paliva se používají již mnoho let, infrastruktura potřebná pro dodávku této energie již existuje. Ačkoli se očekává, že tankování od začátku do konce bude využíváno u aplikací na dlouhé vzdálenosti, jako jsou dodávkové vozy a těžká nákladní vozidla, široké přijetí technologie vodíkových palivových článků pro automobilové aplikace by vyžadovalo novou infrastrukturu pro doplňování paliva, která by ji podporovala.
8.	Žádné znečištění hlukem Na rozdíl od jiných obnovitelných zdrojů energie, jako je větrná energie, vodíkové palivové články nezpůsobují hluk. To znamená, že vozidla poháněná vodíkem jsou mnohem tišší než vozidla s tradičními spalovacími motory, podobně jako elektromobily.	Vysoce hořlavý Vzhledem k tomu, že vodík je velmi hořlavé palivo, jsou obavy o bezpečnost na místě. Plyny obsahující vodík hoří ve vzduchu v koncentracích mezi 4 a 75 %.
9.	Vodík je flexibilní a čistý zdroj energie, který může pomoci s energetickými plány s nulovými emisemi uhlíku Protože vše, co vzniká při provozu vodíkového palivového článku, je teplo a voda, jde o skutečně čistý zdroj energie. Výroba vodíku nevyžaduje mnoho půdy, na rozdíl od vodní energie nebo biopaliv. NASA zkoumá využití vodíku jako zdroje a dokonce využívá vodu, která vzniká jako vedlejší produkt, aby astronautům poskytla pitnou vodu. To ukazuje, že vodíkové palivové články jsou vynikající alternativou k uhlí, zemnímu plynu a jaderné energii, protože se jedná o netoxické zdroje paliva, které se také snáze získávají. Vyrovnáním jejich nevyzpytatelných režimů dodávek s náročnými potřebami koncových uživatelů bude výroba, skladování a používání vodíku hrát zásadní roli při podpoře dalšího rozvoje obnovitelných zdrojů energie a předcházení nutnosti velkých počátečních investic do modernizace síťové infrastruktury.	Vodíková energie nemůže udržet populaci Ačkoli je vodík hojný, jeho široké použití je omezeno náklady na jeho extrakci. Chápete, že je těžké změnit stávající quo. Planeta je stále poháněna energií z fosilních paliv. Navíc neexistuje žádný rámec, který by v budoucnu zaručil dostupnou a udržitelnou vodíkovou energii pro typické majitele automobilů. I kdyby se vodík stal široce dostupným právě teď, trvalo by roky, než by nahradil jiné zdroje energie, protože auta a čerpací stanice by musely být upraveny tak, aby splňovaly předpisy pro vodík. To by stálo značné množství peněz. Protože vodíková energie je široce dostupná a její účinky jsou většinou ignorovány, je vodík skutečně obnovitelným zdrojem. K oddělení vodíku od kyslíku však podniky, které jej vyrábějí, budou potřebovat další neobnovitelné zdroje energie, jako jsou fosilní paliva, jako je uhlí, zemní plyn a ropa. Přijetí vodíkové energie by nám mohlo pomoci snížit naši přílišnou závislost na fosilních palivech, ale její odstranění ze systému by bylo obtížné.
10.	Žádné vizuální znečištění Zatímco některé nízkouhlíkové zdroje energie, včetně větrné energie a biopaliv elektrárny, mohou být nevzhledné, vodíkové palivové články vyžadují menší plochu, takže dochází i k menšímu vizuálnímu znečištění.
11.	Obnovitelné a snadno dostupné Nejhojnějším prvkem ve vesmíru je zejména vodík hojné a obnovitelné, díky čemuž je ideální pro naše budoucí bezuhlíkové požadavky na kombinované dodávky tepla a elektřiny. i s obtížemi spojenými s jeho extrakcí z vody.
12.	Ideální pro použití v odlehlých oblastech Vodík vyráběný lokálně a skladovaný by se mohl ukázat jako životaschopná náhrada elektřiny na bázi nafty a vytápění na vzdálených místech, pokud to místní podmínky dovolí. Tím by se nejen snížila potřeba přepravy paliva, ale také by se zlepšila kvalita života lidí žijících v odlehlých oblastech tím, že se poskytne palivo bez znečišťujících látek a pocházející ze snadno dostupného přírodního zdroje.
13.	Téměř nulové emise Protože vodíkové palivové články se neuvolňují skleníkové plyny do atmosféry, jako to dělají zdroje fosilních paliv, snižuje se znečištění a zlepšuje se kvalita ovzduší.
14.	Demokratizace napájení Závislost země na fosilních palivech může být snížena používáním vodíkových palivových článků, což přispěje ke globální demokratizaci zdrojů energie a energie. Mnoho národů, které jsou nyní závislé na dostupnosti fosilních paliv, získá z této zlepšené nezávislosti. Při poklesu dodávek to přirozeně zabrání i problému rostoucích cen fosilních paliv.
15.	Snižuje uhlíkovou stopu Vodíkové palivové články mají téměř nulové emise, což znamená, že když jsou v provozu, nemají žádné uhlíková stopa.

Závěr

Stručně řečeno, vodíková energie nabízí několik výhod a nevýhod. Vodík může být čistým, obnovitelným zdrojem energie, ale než se začne široce používat, musí se snížit náklady na jeho výrobu a skladování.

V současné podobě není vodíková energie praktická kvůli vysokým nákladům a chybějící infrastruktuře.

Přesto se tomuto oboru dostává stále větší pozornosti a na řešení jeho potíží se přidělují finanční prostředky. Evropská unie například financuje iniciativy srovnatelné s těmito 5.2 miliardami USD a Spojené státy právě přislíbily 52.5 milionů USD na vývoj vodíku.

Vlády na celém světě by mohly v budoucnu využívat vodík jako udržitelný a dostupný zdroj energie, pokud se tak rozhodnou.

Doporučení

• Síla environmentálního vzdělávání: Umožnění studentům chránit naši planetu
  .
• Stipendia pro environmentální studia: Umožnění studentům, aby se odlišili
  .
• 20 faktů o vodní energii, o kterých jste nevěděli
  .
• 10 Negativní vlivy elektráren na životní prostředí
  .
• Vozidla na vodíkový pohon: Poznejte výhody a nevýhody