Mówi się ostatnio o wodorowym napędzie samochodów, twierdząc, że byłby to napęd ekologiczny, bo w wyniku spalania wodoru w powietrzu, powstaje tylko para wodna. Niestety, wodór byłby paliwem ekologicznym, gdyby otrzymywano go w sposób ekologiczny. A tak nie jest. Obecnie na skalę przemysłową otrzymuje się go w reakcji gorącej pary wodnej z gazem ziemnym, a dokładniej ze znajdującym się w nim metanem:

CH₄ + 2H₂O = 4H₂ + CO₂

Jak widać, z każdego metra sześciennego metanu otrzymuje się wprawdzie 4 m³ wodoru, ale równocześnie 1m³ dwutlenku węgla, który z konieczności wypuszczany jest do atmosfery. Dodatkowo, aby otrzymać mieszaninę gazu ziemnego i pary wodnej o odpowiednio wysokiej temperaturze, należy spalić pewną ilość gazu ziemnego lub innego paliwa, emitując do atmosfery kolejne porcje CO₂.

Natomiast bardziej ekologicznym sposobem otrzymywania wodoru byłaby elektroliza wody ale pod warunkiem, że potrzebną do tego celu energię elektryczną otrzymywalibyśmy w sposób ekologiczny. A to mogą zapewnić na przykład turbiny wiatrowe. Sposób ten jest już stosowany. I tak np. na niewielkich wyspach japońskich turbiny wiatrowe zasilają instalacje do elektrolitycznego otrzymywania wodoru z wody morskiej.

Do tego celu można też wykorzystać fotowoltaikę. Metoda ta już jest stosowana w Polsce. A korzyść jest dwojaka. Omija się bowiem niedogodności związane z faktem, że nie zawsze wieje odpowiednio silny wiatr oraz że baterie słoneczne nie działają w nocy. Nie potrzeba też przetwarzać prądu stałego w zmienny i przesyłać do sieci uzyskanej energii elektrycznej lub magazynować ją w potężnych i drogich akumulatorach litowo-jonowych. Natomiast elektrolizery mogą pracować, gdy jest dostępna energia elektryczna, a otrzymany wodór można łatwo magazynować i przewozić tam, gdzie jest on potrzebny.

I tu mała dygresja. Wodór jest dość specyficznym gazem. Może bowiem stosunkowo łatwo przenikać dyfuzyjnie przez pewne materiały. Zatem zbiorniki powinny być odporne na tego typu zjawisko. Podobnie też całe instalacje. Trudne jest również jej uszczelnianie.

Wodór można gromadzić jeszcze w inny sposób. Okazało się bowiem, że wodór łatwo „rozpuszcza” się w palladzie. I tak np. jedna jednostka objętości tego metalu może pochłonąć 850 jednostek objętości wodoru. Aby odzyskać wodór wystarczy ów metal podgrzać. Problem w tym, że pallad jest bardzo rzadkim i drogim metalem, a metodę tę stosuje się obecnie prawdopodobnie jedynie do oczyszczania wodoru z domieszek.

A teraz słów kilka o silnikach napędzanych wodorem.

Wodór jest paliwem o bardzo dużym cieple spalania oraz wysokich temperaturach tego procesu. Możemy więc otrzymać wyższą sprawność silnika, ale fakt ten wymusza stosowanie odpowiednich materiałów konstrukcyjnych. Zapewne konstruktorzy silników napędzanych wodorem poradzą sobie z tym i innymi problemami. Natomiast użytkownicy muszą pamiętać, że po rozszczelnieniu zbiornika z wodorem może w pomieszczeniu powstać mieszanina piorunująca o ogromnej sile wybuchu.

Dodam jeszcze, że zamiast spalać wodór w silnikach, można zasilać nim ogniwa paliwowe i napędzać samochód energią elektryczną wytworzoną przez owe ogniwa.

Podsumowując te informacje, należy zauważyć, że niestety nie ma całkowicie ekologicznej metody generowania prądu elektrycznego, bo przecież trzeba zbudować wiatraki i wyprodukować panele fotowoltaiczne. Do tego celu potrzebne są zarówno surowce jak i energia. A ich wytwarzanie zapewne nie jest wolne od procesów szkodliwych dla środowiska. Ponadto po okresie eksploatacji (25 do 30 lat) panele fotowoltaiczne muszą ulec wymianie na nowe, a zużyte zutylizowane. Niemniej w ostatecznym rachunku jest to korzystniejsze niż otrzymywanie energii elektrycznej, spalając węgiel kamienny czy brunatny, a nawet gaz ziemny.

Od kilkudziesięciu lat uczeni poszukują sposobu, by do wytwarzania energii elektrycznej wykorzystać reakcję syntezy wodoru w hel. Twierdzą oni, że w ten sposób zapewnionoby na setki lat tanie źródło energii, gdyż deuteru mamy wystarczająco dużo w wodzie morskiej.

Więcej przeczytacie w artykule Waldemara Reńdy „Czy wodór jest paliwem ekologicznym” w najnowszym wydaniu 5/2021 „Fizyki w Szkole”.