Energie pro čistou budoucnost Velká část světově využívané energie se získává spalováním fosilních paliv. Tam, kde je oheň, tam je i kouř, který - jak víme - může způsobit velké škody. Tyto škody musí být v budoucnu vyloučeny nebo minimalizovány. Moderní člověk by nemohl bez energie, která je - jak si lehkomyslně myslíme - k dispozici v dostatečném množství, vést ani zdaleka civilizovaný život. Ve všedním každodenním životě se dostává energie k člověku bez problémů ze zásuvky, vyhřívá jeho domov a uvádí do pohybu jeho přístroje. Tato elektrická energie ho také většinou přemisťuje z místa na místo, pokud jede ekologicky uvědoměle vlakem. Chce-li však přece jen zůstat mobilní, nechce-li být tedy vázán na koleje, pak použije svůj automobil, pokud předtím „zavřel tygra do tanku“, jak zní propagační slogan pro palivo společnosti Esso. Tím spaluje již ekologicky méně uvědoměle spoustu energie, založené původně na fosilních zdrojích. Primární energie Za primární energii se podle lexikonu označuje energetický obsah přirozených nosičů energie a obnovitelných zdrojů energie. Primární energie není přímo využitelná, ale musí se přeměnit na energii sekundární. Například přirozeně se na zemi vyskytující fosilní paliva jako ropa, plyn nebo uhlí se rafinují, resp. se přeměňují na teplo, na elektrický proud, na topný olej nebo na palivo pro mobilní potřebu. Touto první transformací se vysoký podíl celkové disponibilní energie ztrácí. Tak se například v elektrárně na hnědé uhlí může přeměňovat pouze 38 procent primární energie na energii elektrickou. Tradičně se měří energetický obsah látek k přímému porovnávání výhřevností nebo ekvivalenty měrného paliva (německy Steinkohlen-Einheiten - SKE). Jedna SKE odpovídá 8 140 kW/h. Novější údaje používají většinou měření v ekvivalentech oleje (OE). Jeden OE přitom odpovídá zhruba 1,44 SKE. Nejnovější statistiky hovoří o celosvětové spotřebě primární energie v rozsahu kolem 10 miliard t OE, který se ve světovém průměru skládá z jedné třetiny z uhlí a ropy, z jedné šestiny ze zemního plynu, zhruba z jedné osminy z jaderné energie, maximálně z jedné setiny z vodní síly a zbytek z obnovitelné energie. Tato směs se přirozeně mění podle země. Tak mají například Island a také Norsko vysoký podíl vodní síly, jiné země favorizují jiné druhy energie. V nejnovější době se však spotřební chování mění v důsledku požadavků ekologické snášenlivosti ve prospěch obnovitelných energií, které neprodukují žádné škodlivé spaliny. Energetická politika Proti spotřebě primární a sekundární energie se staví otázka, týkající se připravené a bezpečné zásoby energie na zemi, přičemž pozornost poutá především závislost na fosilních palivech. Pro zvýšení ekologické snášenlivosti se společnost v posledních letech stále silněji zapojuje formou energetické, resp. ekologické politiky do řešení otázek technické realizace. Veškerá státní opatření se dnes zaměřují na přinejmenším uvědomělou spotřebu energie, na lepší využívání různých energetických zdrojů a tím na kalkulované začlenění škodlivých dopadů této spotřeby energie na životní prostředí. Od tezí „Římského klubu“ (1972) a od první
1
ropné krize (1973) náleží energetická politika ve světovém měřítku k citlivějším oblastem politiky, protože na cenách energie, na zásobách surovin a na investicích do využívání nových energetických zdrojů (energie větru, energie slunce) závisí v budoucnosti hospodářská konkurenceschopnost a kvalita života. Je deklarovaným cílem energetické politiky mnoha zemí energetickou spotřebu celkově snižovat a podporovat bezpečné a ekologicky pozitivní formy energie. Katastrofy v jaderných elektrárnách (Černobyl 1986) a ekologické katastrofy (umírání lesů a skleníkový efekt působením vzniku oxidu uhličitého při používání fosilních nosičů energie) ukazují, jak důležitý bude pokrok v těchto oblastech. Přesto s veškerou pravděpodobností nebude dosaženo cíle zadaného světovou konferencí o klimatu (Toronto 1988) - snížit emise oxidu uhličitého do roku 2005 o dvacet procent. K hlavním důvodům patří růst obyvatelstva světa, vzrůstající spotřeba energie v rozvojových zemích a příliš nepatrný pokrok ve využívání tak zvaných alternativních zdrojů energie (vody, větru a slunce). Paliva budoucnosti Všichni účastníci mezinárodní dopravy po zemi, po vodě i ve vzduchu jsou doposud závislí v té či oné formě na fosilním palivu, převážně v kapalném nebo plynném skupenství. To se dá v nejbližší době jen stěží změnit. Pro tuto mobilní společnost může být palivem budoucnosti při téměř stejných trakčních mechanismech třeba vodík, smíme-li věřit dosavadním publikacím. Do doby realizace odpovídajících koncepcí - v tom je většina odborníků zajedno uplyne ještě 30 až 50 let. Tak to vidí například v automobilovém průmyslu koncernový výzkum Volkswagen AG. Ale ani u VW se nedomnívají, že smějí čekat tak dlouho, protože i olej se stává zdrojem stále drahocennějším, než aby se směl jen tak jednoduše spalovat. Proto automobilový průmysl naznačil cestu, která má vést k novým, ekologicky pozitivnějším řešením pro motory. VW a DaimlerChrysler navrhují vyrábět především benzínová a dieselová paliva z biomasy. Palivo „bio-diesel“, které vyrábí zemědělství, se již nabízí u vybraných čerpacích stanic právě tak, jako zkapalněný plyn. Oba druhy jsou v současné době pro automobilistu dokonce levnější než dosavadní paliva, což spočívá výlučně na zdanění. Kromě toho se účastní VW a DaimlerChrysler výzkumného projektu se společností CHOREN Industries GmbH v saském Freiburgu, zabývajícího se výrobou hodnotných paliv z různých rostlinných zdrojů. Na rozdíl od dosavadních pokusů s metylestery řepkového oleje se usiluje o využívání celého spektra biomasy, od dřeva přes rákos a trávu až po odpad z domácnosti, který se dnes ještě kompostuje. Alternativní energie Pomocí sluneční energie produkuje příroda již po miliony let na zemi biomasu z oxidu uhličitého a z vody. Část z toho se stala fosilními uhlovodíkovými látkami ve formě uhlí a zemního plynu, zatímco daleko větší množství se hnitím opět rozpadlo na své výchozí látky. Tyto fosilní látky jsou dnes nejen zdroji pro chemickou výrobu, například umělých hmot a hnojiv, ale také nosiči energie pro domácnosti, průmysl a především pro dopravu. Pokrývají v současné době více než 80 procent potřeby, ale zásoby - zejména zásoby oleje a plynu - jsou omezené. Snad postačí již jen na 40 let. Jako dlouhodobou perspektivu proto vyvinula doprava energetickou strategii (VES), společnou iniciativu politiky a národního hospodářství, vizi trvalého energetického zásobování a 2
mobility. Z deseti potenciálních alternativních paliv vyšel vodík jako dlouhodobě nejschopnější řešení, oznamuje VES, na níž se podílí vedle společností Volkswagen a DaimlerChrysler ještě BMW, Opel, MAN a Aral, Shell, BP, RWE a posléze také spolkové ministerstvo dopravy. Pro VW je orientace na vodík příliš úzká, protože se musí vyjasnit ještě řada otázek. K těm se počítají doposud neexistující infrastruktura pro výrobu a distribuci vodíku, problém akumulačních systémů, které jsou ještě příliš těžké, příliš drahé a příliš málo efektivní a v podstatě nevyjasněná hospodárná výroba plynu v porovnání s regenerativními energiemi, jako jsou slunce, voda nebo vítr. V porovnání s tím spatřuje VW alternativní biomasu přinejmenším jako důležitý mezistupeň. Největším přínosem přitom je, že mobilita na této bázi je z hlediska oxidu uhličitého neutrální, protože spalování paliva ho uvolňuje jen tolik, kolik ho bylo z rostlin přijato. Syntetická paliva CHOREN (CHOREN Industries GmbH) - zkratka zde zastupuje chemické prvky uhlík (C), vodík (H) a kyslík (O) jako hlavní složky paliva a REN zastupuje termín „renewable“, tedy „obnovitelný“ - je v tomto projektu ideálním partnerem, protože Freiberští zřejmě vyvinuli v této době nejlepší a nejpokročilejší metodu, jak z biomasy získat nejdříve takzvané synplyny (syntézní plyny), směs oxidu uhelnatého a vodíku. Z této směsi se dají vyrobit různá syntetická paliva, například metanol a zejména čistá dieselová paliva (pro motory se samovznícením) a paliva pro zážehové motory. Tato paliva mají být dokonce lepší nežli ta, která se nyní tankují u čerpacích stanic, protože neobsahují žádnou síru a žádné aromatické uhlovodíky. To má závažné, ale nanejvýš žádoucí dopady: Eko-diesel vytváří o 50 procent méně částic (sazí) a o 15 procent méně oxidů dusíku. VW odhaduje potenciální podíl paliva z biomasy, nazývaného „SunFuels“, na zhruba 20 procent v Německu a dokonce na 30 procent v celé Evropě. Na základě permanentních přebytků, které evropští zemědělci produkují, zůstalo v Německu mnoho ploch neobdělaných a ty by dnes mohly být opět znovu využity. Při rozšíření EU se připojí především země, v nichž je zemědělství a chov dobytka v popředí pozornosti. Z toho plyne velký potenciál, protože se dají využívat nejrůznější rostliny - rychle rostoucí stromy stejně jako luštěniny, obilí a traviny, které produkují obzvláště velkou rostlinou hmotu. Využívá se celá rostlina nad kořenem, nejen tedy semena, jako například u řepkového oleje - velká výhoda zplyňovací techniky, zvané „Carbo-V“. Právě toto využívání celých rostlin jako biomasy se pokládá za průnik tohoto nosiče energie do perspektivních aplikací. Byly prováděny také pokusy s přírodním dřevem, s rozdrcenými železničními pražci, s uhlím a se suchými zbytky z procesu spalování odpadu, aby se demonstrovalo, že metoda Carbo-V poskytuje také možnost zpracovávat širokou paletu vstupních materiálů stejnou technologií. O to je větší náskok Freiberských. I zde však platí zásada, že konkurence oživuje obchod. Výrobci automobilů hodlají uvést pět různých procesů zhodnocování biomasy a dát je porovnat. Koncerny VW a DaimlerChrysler chtějí od poloviny tohoto roku testovat po osmi tunách nových paliv ze Saska. VW chce potom ve svých vozidlech otestovat vedle bio-dieselu toto inovační palivo z biomasy. Vozidla dostanou jako přísadu CCS (Combined Combustion System = kombinovaný spalovací systém). Nová paliva z biomasy však nezapalují vždy dobrovolně sama od sebe, za určitých provozních stavů jsou nezbytné zážehové moduly (zapalovací svíčky). V podstatě je to změna 3
Dieselova systému na systém benzínový. U VW proto převládá názor, že v dlouhodobém průběhu dojde při integraci Dieselových motorů s přímým vstřikováním s benzínovými motory k jednotnému řešení, při němž budou kombinovány přednosti obou spalovacích metod. Pro tento účel pak může být koncipováno nové palivo, nacházející se z hlediska kvality mezi oběma známými palivovými druhy. Podle názoru VW je v perspektivním palivovém hospodářství tato aplikace biomasy v současné době nejrealističtější. Paliva pro plavbu Ve světovém měřítku používá plavba pro výrobu energie na palubě svých plavidel téměř výlučně Dieselovy motory. Jako prioritní palivo se hojně používá těžký olej (HFO), ale také Marine Diesel Oil (MDO - námořní motorová nafta). HFO je rafineriemi dodáván většinou jako zbytkový olej se všemi v něm obsaženými nečistotami. Je levnější než MDO, která je z hlediska kvality lepší a která odpovídá topnému oleji na pevnině. Právě podíly nečistot v HFO dělají spalování v motorech na palubě poněkud komplikovanějším, nežli je tomu u MDO. Aby byl vůbec schopen čerpání a vstřikování, musí být HFO zahříván na vysokou teplotu. Kromě toho vstřikování předchází náročné separování a filtrace, aby se již předem, tj. před vstřikováním, vyřadily nejhrubší nečistoty. Tyto zbytkové kaly jsou pak problematické z hlediska jejich likvidace. Dnes se většinou spalují v kotlech s vysokou teplotou a využívají se pro získávání tepla. V zásadě se dají doposud známé Dieselovy motory používat i s jinými palivy, ať již v kapalné nebo plynné formě, při relevantně bezpečném přívodu spalovacího média. V průběhu energetických krizí a po těchto krizích v 70. letech docházelo stále znovu k různým pokusům, zaměřeným na využívání různých paliv v Dieselových motorech. Jednak se zkoušely uhelné kaly, jednak se testovala i taková inovační paliva, jako jsou LNG (Liquified Natural Gas zkapalněný zemní plyn) a dokonce i vodík. Vodík (H) není v přírodě sám o sobě přímo k dispozici, musí být štěpen vždy s využíváním energie z jiných látek a je v ideálním případě vyráběn jako odpadní produkt při výrobě energie jak při spalování, tak i při elektrolýze vody (H20). V současné době je, bohužel, výroba vodíku energeticky vysoce náročná a tím i drahá. Vodík se v ideálním případě používá v palivových článcích jako palivo. Ty však dosahují doposud jen velmi malého výkonu. V palivovém článku se však používá zásadně jiného postupu. Místo aby se spalováním ve stávajících kotlích vyrábělo teplo nebo v motorech mechanická energie, vyrábí se elektrolytickou metodou z vodíku (H) a kyslíku (O) chemicky přímo elektrická energie, což probíhá s vysokým účinkem a především bez hluku a vibrací. To je mezi jiným důvod, proč je aplikace v ponorkách tak atraktivní. Další důvod spočívá v tom, že se kyslík (O), nezbytný při spalování, dodává přímo z okolního prostředí, při chemickém procesu v palivovém článku ve formě kapalného kyslíku. Tím se může stát ponorka nezávislou na vnějším vzduchu. Zde tedy stojí jasně v popředí dlouhodobá neviditelnost pod vodou a nikoliv ekonomika provozu.
Závěr
4
V plavbě si Dieselův motor jako spalovací motor ještě udrží přes nadcházející desetiletí své dominantní postavení. Jaká paliva se mu budou pro spalování dodávat, to je v zásadě lhostejné. Zde bude záležet pouze na odpovídající přípravě a úpravě. Pro celý postup je v podstatě rovněž lhostejné, zda se do spalovacího prostoru bude dostávat palivo jako plyn nebo kapalina. I to je zde pouze otázkou přípravy a úpravy. Mezi jinými o tom rozsáhle přemýšlel i původně finský výrobce motorů Wärtsilä, který navrhoval nejrůznější fosilní paliva pro stále ještě nezbytné spalování. Také on stejně jako VW a evropští výrobci automobilů dospěl k závěru, že motor budoucnosti bude muset vystačit se střídáním dvou navzájem odlišných paliv. Tento názor pomůže životnímu prostředí přirozeně jen částečně a velmi podmíněně, protože při stále ještě existujícím spalování vzniká - přinejmenším - oxid uhličitý, a to při požadovaných vysokých výkonech v nemalém množství. Ani při nejoptimálnější spalovací technice se nedá při výrobě energie této nástraze s výskytem oxidů uhlíku vyhnout, i když se k pohonu lodí použije přímo větru, slunce nebo vody. Že tyto metody nemohou být optimální, i když budou ještě zdokonalovány, to je známo, a přesto se stále ještě zkoušejí. Palivových článků jako zásadně jiné metody by se mohlo v budoucnosti ideálně využívat, kdyby se daly membrány v elektrolytickém procesu trvale zlepšovat. Nejsou ještě dostatečně efektivní. Elektrická energie se zde vyrábí ideálně chemicky jako v baterii přímo z vodíku a kyslíku. Nevzniká žádný oxid uhličitý, protože se na reakci nepodílí vůbec žádný uhlík. Také se již vůbec nic nespaluje, ale probíhá jenom chemická reakce. V přeneseném slova smyslu se dá rovněž říci: Kde není žádný oheň, pak není také již žádný kouř. Tak by tomu mohlo také být ve prospěch životního prostředí - kdyby byl proces efektivnější a výkonnější. To je však - v závislosti na okolnostech - pouze otázka času.
Zdroj: HANSA č. 8/2003, s. 26 - 30 Překlad: Miroslav Janda Korektura: ODIS
5
