SLOVENSKÉ DOTYKY
 

BATÉRIE NA TRVALÉ POUŽITIE

Slovenskí študenti o energetike budúcnosti

Teraz už nemusíte čakať, kým sa nabijú akumulátory pre váš mobilný telefón, počítač, MP3 prehrávač, fotoaparát a iné prístroje. Máte pri sebe zásobu malých ampuliek s ekologicky čistým palivom, ktoré jednoducho vymeníte bez potreby vypnúť prístroj. Že je to hudba budúcnosti? Kdeže! Prvé takéto notebooky vyrába už dnes napríklad spoločnosť Toshiba. Skutočný rozmach však palivové články stále ešte čaká, tvrdia Juraj Kubica a Ján Ludvík, študenti teraz už štvrtého ročníka Fakulty elektrotechniky a informatiky bratislavskej Slovenskej technickej univerzity.

Svoju vedeckú prácu "Palivové články a ich využitie" prihlásili do tohtoročného 5. ročníka súťaže o Cenu Nadácie Duhová energia. S ďalšími ocenenými kolegami z pražskej ČVUT, brnenskej VUT a plzenskej ZČU boli na konci septembra na desaťdennej poznávacej ceste po zahraničných vedeckých inštitúciách - okrem iného si prezreli Centrum atómového výskumu CERN v Grenobli. Predtým takmer dva mesiace praxovali v mníchovskej firme MTU, ktorá sa zaoberá vývojom vysokoteplotných palivových článkov pre použitie v energetike.

Prečo Mníchov?

- MTU sa zaoberá vývojom vysokoteplotných palivových článkov pre použitie v energetike a je v Európe najväčším výrobcom týchto článkov. V súčasnosti má len v Nemecku inštalovaných dvanásť svojich jednotiek HotModule, každá s výkonom 250 kW. Dlhodobo spolupracuje s univerzitou v Nitre. Ako študenti, ktorí sa zaujímajú o problematiku palivových článkov, sme boli prizvaní na jedno z ich stretnutí. Prišli do našej krajiny, aby tu našli partnerov pre nový obchodno-výskumný projekt, ako zužitkovať bioplyn v ich palivovom článku. Tento trend zužitkovať biomasu ako náhradu za fosílne palivá (zemný plyn, ropa, uhlie) je celosvetový. Chceme nadviazať spoluprácu s ďalšími inštitúciami v Česku a na Slovensku, ktoré sa palivovým článkom venujú, a podporiť aj spoluprácu na úrovni Európskej únie.

Ako ďaleko je svet s palivovými článkami?

- Čítame odborné časopisy a čakáme každý rok prelomový nástup vodíkovej energetiky, ktorý zatiaľ akosi nevidieť. Napriek tomu sa palivové články nenápadne stávajú jedným zo zdrojov elektrickej energie. Možno ste už boli v nemocnici alebo administratívnej budove, o ktorej ste ani nevedeli, že je zásobovaná elektrinou a teplom z palivových článkov. Aj keď princíp palivového článku objavil pred viac ako 160 rokmi Wiliam Groove, prvé praktické uplatnenie našli až na úsvite kozmického veku, ako zdroje elektriny a pitnej vody (ktorá je produktom práce palivového článku) v kozmických lodiach Mercury, Gemini, Apollo a aj v dnešných raketoplánoch. Využitie našli aj v ponorkách a ďalších špeciálnych aplikáciách. S postupným dospievaním technológie trvalo klesá cena elektriny z palivových článkov, takže dnes sú už výhodné pre aplikácie, kde je požadovaná vysoká kvalita a spoľahlivosť dodávok, napríklad telekomunikačné uzly, nemocnice či armáda.

A konkrétne?

- Celosvetovo je zatiaľ inštalovaných približne dvesto až tristo samostatných blokov so stredne veľkým výkonom okolo 250 kW (takýto blok pokryje spotrebu administratívnej budovy či niekoľko desiatok domácností), naviac vzniklo niekoľko experimentálnych elektrární s výkonom rádovo 10 MW zložených z mnohých takýchto stredne veľkých blokov. Porovnajte to s výkonom elektrárne Temelín, ktorý má 1000 MW. Jednoznačne je terajší podiel palivových článkov na svetovej energetike zanedbateľný. Očakávaná úloha palivových článkov však nie je nahradenie veľkých centralizovaných elektrární, ale decentralizovaná a ekologická výroba priamo v mieste spotreby. Ďalšia veľká oblasť rozvoja článkov je v automobilovom priemysle, ktorý je hlavným konzumentom primárnych zdrojov energie. Tu sú palivové články prakticky jedinou skutočnou alternatívou k spaľovaciemu motoru a automobilky to vedia. Všetci svetoví výrobcovia automobilov intenzívne vyvíjajú palivové články ako náhradu za spaľovací motor.

Spomenuli ste vysokú cenu. Koľko stoja takéto články?

- Prvá komerčná inštalácia palivového článku s uhličitanovou taveninou na univerzite v Bielefelde v roku 1999 (250 kW) stála súhrnne 1,5 mil. eúr, čo je zhruba 5000 eúr/kW. Už druhá inštalácia v roku 2000 v nemeckej nemocnici stála približne 2500 eúr/kW a v súčasnosti je cena na trhu zhruba 1200 eúr/kW. To je stále veľmi drahé, ale vidno, že cena klesá na polovicu prakticky s každým predaným kusom.

Princíp práce palivového článku je až prekvapujúco jednoduchý. Je to akýsi príbuzný bežnej baterky, ibaže nie je na jedno použitie, ale pracuje priebežne, kým je privádzaný vodík a kyslík. Môže sa však využiť masovo, vo veľkom?

- Prebiehajúca liberalizácia trhu s energiou spôsobí zrejme zníženie spoľahlivosti dodávok k odberateľom, pretože pre menších výrobcov bude nehospodárne udržiavať v prevádzke záložné výrobne a prenosové kapacity. Odberatelia, pre ktorých je nevyhnutná nepretržitá dodávka (výrobné podniky, nemocnice, banky...), budú stále častejšie využívať vlastné zdroje na pokrytie nevyhnutnej spotreby. A ekologickým a elegantným riešením je práve použitie palivových článkov.

Medzičasom pracujú všetky svetové automobilky na vývoji palivových článkov ako ekologických a spoľahlivých náhrad spaľovacieho motora pre automobily zajtrajška. Sprísňujúce sa ekologické limity a vysoká účinnosť premeny paliva na elektrinu v palivovom článku z neho robia istú náhradu za spaľovací motor. Cennou vlastnosťou palivových článkov je ich schopnosť používať ako palivo takmer všetky uhľovodíky. Spočiatku budú autá s palivovými článkami spracovávať dnes dostupné palivá (benzín, nafta, LPG) v palivových procesoroch, postupne sa však rozšíria čerpacie stanice na vodík a do neskorších áut nebude potrebné zabudovávať zložité palivové procesory. Opäť teda očakávame postupný prechod od benzínu k vodíku v priebehu 30-40 rokov.

Čím prispievajú odborníci z našich krajín?

- Zapájame sa do výskumných aj realizačných európskych projektov. Naši odborníci sú rovnocenní partneri kolegov z Nemecka, Španielska či Francúzska. Všeobecná obtiaž pri vývoji palivových článkov je potreba preklenúť veľa tradične oddelených disciplín, ako je chémia, energetika, strojárstvo či ekonomika. Preto sú nevyhnutné tímy odborníkov z každej menovanej oblasti, jednotlivci nemajú šancu porozumieť všetkým aspektom. Počas praxe v MTU sme stretli študentov, ktorí tam praxovali rovnako ako my. Zistili sme, že palivové články sú súčasťou ich študijných osnov. Majú viac možností dostať sa do podnikov a výskumných ústavov na prax. Z hľadiska vedomostí sme však prinajmenšom rovnako dobrí, netrúfame si rovno povedať, že naša škola nás pripravila na pružnejšie riešenie praktických inžinierskych problémov, nielen na očakávané situácie.

Môže praktický výskum v palivových článkoch viesť k prevratným objavom?

- Skôr áno ako nie. Zaujímavé je vidieť, že technológia palivových článkov ešte stále ani zďaleka nie je uzavretá vedecká teória. O niektorých subtílnych procesoch ešte nevieme takmer nič a vedci sa iba dohadujú, čo a ako prebieha. Slovami dr. Bednarza: "Naša práca je ešte stále z veľkej časti mágia a čarovanie". Je to podobné ako termomechanika v čase prvých parných strojov Jamesa Watta. Technika síce skvele fungovala, ale nikto poriadne nevedel ako a prečo. Snáď počas celého XIX. storočia zasadala medzinárodná komisia pre vlastnosti pary, ktorá postupne ustálila celú teóriu, ktorá sa zahŕňa pod Carnotov cyklus, tak ako sa to učí od základnej školy až po základný kurz fyziky na univerzitách.

Čím si vás získalo štúdium techniky?

- Priviedol nás k nej záujem o fungovanie vecí okolo nás. Ako funguje rádio? Čo poháňa automobil? Prečo žiarovka svieti? Ako funguje príroda zisťujú ľudia, ktorí sa venujú prírodným vedám. My inžinieri prenášame poznanie vedy k ľuďom. Maxwellove rovnice elektromagnetického poľa sú úžasne elegantné. Ale na postavenie elektromotora, ktorý poháňa všetky zariadenia uľahčujúce každodenný život, potrebujete inžiniera. V budúcnosti by sme chceli presadiť palivové články u nás. To zahŕňa nielen výrobu článkov, ale aj osvetu medzi spotrebiteľmi, aby sme pripravili pôdu pre nástup novej technológie.

PETR HORSKÝ


Zpět na obsah