Zbogom, nafta? (2. del)

Glavne vrste pogonov iz bližnje in oddaljene prihodnosti smo obdelali v prejšnjem članku in tako prišli do alternativnih goriv, ki naj bi po mnenju nekaterih strokovnjakov čez nekaj desetletij poganjala svet.

9. 1. 2008

Prvo med njimi je gotovo bio­dizel, ki ga po Evropi naftne družbe v skladu z direktivo evropskega parlamenta 2003/30/EC že zdaj dodajajo v majhnih količinah klasičnemu dizelskemu gorivu.

Izraz biodizel . .

. . uporabljamo za estre rastlinskih olj. Biodizel je obnovljiv vir energije, saj je bil ogljikov dioksid, ki se sprosti pri njegovem zgorevanju, vezan v rast­lini, iz katere je izdelan. Sproščeni ogljikov dioksid se kasneje spet porablja za rast rastlin, iz katerih lahko zopet pridelamo biogorivo. Tej lastnosti obnovljivih virov energije pravimo sklenjen krog ogljikovega dioksida.

Biodizel se pridobiva s preestrenjem oziroma alkoholizo različnih vrst rastlinskih olj ali živalskih maščob. Pri tem gre za kemično pretvorbo oziroma zamenjavo glicerina v rastlinskem olju z alkoholom (običajno metanolom ali etanolom).

Osnovne fizikalne lastnosti biodizla so podobne lastnostnim dizelskega goriva, zato se lahko mešata, in sicer v poljubnem razmerju. Mešanice imajo posebne označbe; črka B in številka ob njej povesta, kolik­šen odstotek biodizla je v mešanici (B20 torej pove, da je mešanica sestavljena iz 80 odstotkov dizelskega goriva in 20 odstotkov biodizla).

Sam biodizel je kemično agresivnejši od navadnega dizelskega goriva, zato morajo biti predvsem tesnila in gumijaste cevi izdelani iz ustreznih, proti biodizlu odpornih snovi, sicer bi pri dolgotrajnejšem stiku z njim razpadli. Raziskave pa so pokazale, da mešanice, ki vsebujejo največ 20 odstotkov biodizla, v povprečju niso škodljive tudi za sisteme, ki niso posebej prilagojeni biodizelskemu gorivu.

Kurilna vrednost biodizla je v primerjavi s klasičnim dizelskim gorivom manjša za približno 15 odstotkov, zato je poraba goriva pri zagotavljanju enakih zmogljivosti motorja večja. Pri zgorevanju biodizla je večja tudi tvorba dušikovih oksidov, ki so strupeni za človeka in ki sodijo med toplogredne pline. Toda zaradi kakovostnejšega zgorevanja se zmanjšajo emisije saj, ogljikovega monoksida in nezgorelih ogljikovodikov, poleg tega je zaradi sklenjenega kroga ogljikovega dioksida tudi manj novega ogljikovega dioksida.

Bioetanol ali etilni alkohol . .

. . prav tako spada med biogoriva. Vsebujejo ga alkoholne pijače, v čisti obliki pa se uporab­lja tudi za pogon bencinskih motorjev. Pravzprav postaja vedno pomembnejše alternativno gorivo za bencinske motorje, saj proizvodnja ni samo poceni, ampak je tudi preprosta, pridelati ga je mogoče iz številnih običajnih snovi, na primer iz koruznega škroba.

Čisti etilni alkohol je mogoče dodajati bencinu v dokaj poljubnih razmerjih. Oznake mešanic so podobne kot pri biodizlu, tako na primer oznaka E85 pomeni, da mešanica vsebuje 15 odstotkov bencina in 85 odstotkov bioetanola. Večina motorjev na trgu lahko deluje z mešanico E10, za uporabo z etanolom bogatejše (in zato kemično agresivnejše) mešanice pa je treba prilagoditi vbrizgalni sistem motorja.

Bioetanol se pridobiva s fermentacijo zmletega zrnja koruze, sladkornega trsa ali sladkorne repe. Njegova kurilna vrednost je približno 26.750 kJ/kg, kar je za 37 odstotkov manj kot pri bencinu (42.700 kJ/kg). Zato je poraba ob nespremenjenih zmogljivostih motorja v primerjavi z bencinom večja.

Glede biogoriv se med strokovnjaki krešejo mnenja. Razdeljeni so v glavnem na njihove zagovornike in nasprotnike. Prvi argument zagovornikov je, da imajo (oziroma lahko imajo) biogoriva zaradi manjše količine sproščenega ogljikovega dioksida manj kvarnih vplivov na ozračje. Drugi argument, pomemben zlasti za politiko in gospodarstvo, pa je – ob predvidevanju gojenja potrebne količine rastlin za proizvodnjo biogoriv na lastni zem­lji –, energetska neodvisnost od držav izvoznic energije.

Nasprotniki usmeritve kmetijstva v intenzivno gojenje rastlin za potrebe proizvodnje biogoriv opozarjajo na dva stranska učinka. Prvi je vedno večji ‘odliv’ kmetijskih pridelkov v proizvodnjo biogoriv, zaradi katerega se zmanjšuje količina surovin za pridelavo hrane. Številne vlade namreč s podporami kmetom v obliki subvencij ali drugih ugodnosti spodbujajo preusmeritev v gojenje rastlin za proizvodnjo biogoriv. Posledica tega in vedno pogostejših naravnih ujm so vedno slabše letine in posledično večje povpraševanje po hrani, kar dviguje njeno končno tržno ceno.

Drugi neugoden vpliv so ogromne kmetijske površine, potrebne za pridobivanje zadostne količine ‘rastlinskih surovin’ za izdelavo biogoriv. Zaradi naraščajočih potreb po energiji bi bilo treba po nekaterih ocenah celo posekati velik del gozdov. O raznih katastrofalnih posledicah takšnih grobih posegov v naravo ne gre izgubljati besed.

Rešilna bilka, ki naj bi poskrbela za polna usta, energetsko neodvisnost držav in ozračje brez toplogrednih plinov, so tako imenovane energetske rastline druge generacije. Njihova pomembnost naj bi se z napredkom tehnologije pridobivanja bio­goriv povečala v prihodnjih desetih letih.

Za kaj gre? Pri pridelavi goriva za bencinske motorje govorimo o celuloznem etanolu, kar je pravilen tehnični izraz za biomaso. To preprosto pomeni, da bi izkoristili vse, kar zraste iz zemlje. Namesto da vzamemo samo koruzno zrnje in ga zmeljemo v škrob in gluten, pri čemer za pridelavo etanola izkoristimo le škrob, bi izkoristili celo rastlino s steblom vred. Glavna prednost tega bi bila odprava izključujočih se dejavnikov proizvodnje hrane in goriv iz iste snovi.

Tehnologija pridobivanja biogoriv druge generacije naj bi namreč omogočala proizvodnjo energentov tudi iz neužitnih delov rastlin (celuloze), užitne pa naj bi še naprej uporabljali za hrano. Ta tehnologija obeta celo možnost pridelave bioetanola iz vseh vrst rastlin, pri čemer naj bi bil izkoristek vstopne surovine celo dvakrat večji, kot je zdaj.

Na prvi pogled je vodik . .

. . idealen nadomestek za fosilna goriva, saj je povsod okoli nas in ima potencial popolne obnov­ljivosti. V kilogramu vodika je shranjene približno trikrat toliko energije (142.200 kJ/kg) kot v kilogramu bencina (42.700 kJ/kg) ali dizelskega goriva (41.900 kJ/kg), njegovo zgorevanje je čisto, edini stranski proizvod je voda oziroma vodna para. Toda v nasprotju s klasičnimi fosilnimi gorivi vodik ni gorivo, temveč le nosilec energije.

Vodik kot osnovni element namreč ni navzoč v okolju, temveč je vedno vezan v različne spojine; največ ga je v vodi (H2O). Zato ga je treba, preden ga lahko uporabimo kot vir energije, najprej ‘pridelati’. Poznana sta dva osnovna pristopa. Pri prvem se vodik izloča iz fosilnih goriv, pri drugem ga pridobimo z elektrolizo vode. Pri obeh pristopih obstajajo ovire za prehod k vodiku kot viru energije.

Danes samo v ZDA proizvedejo približ­no deset milijonov ton vodika na leto, ki se porabi predvsem v industriji. Če želimo, da bodo postala vozila na vodik standard, ga bo treba proizvesti vsaj še desetkrat toliko, njegova proizvodnja pa bo morala biti seveda učinkovita in prijazna do okolja.

V ZDA proizvedejo kar 95 odstotkov vodika iz fosilnih goriv (zemeljskega plina), pri čemer je stranski proizvod ogljikov dioksid. V prihodnjih desetih do dvajsetih letih bodo fosilna goriva zelo verjetno še vedno glavna surovina za pridobivanje vodika, saj je ta proces cenovno ugoden. To seveda pomeni, da tvorba toplogrednih plinov ne bo zmanjšana oziroma odpravljena, saj se njihovo nastajanje znotraj energetskega procesa le premakne na drugo mesto.

Boljša rešitev je elektroliza . .

. . pri kateri toplogredni plini (neposredno) ne nastajajo, saj vodo z izpostavljanjem elektriki ločimo na osnovna elementa, vodik in kisik. Vse pa je spet odvisno od vira elektrike. Kar 70 odstotkov današnje elektrike namreč prihaja iz termoelektrarn, velikih onesnaževalcev ozračja s toplogrednimi plini. Če bi za elektrolizo potrebno električno energijo pridobivali v sončnih, vetrnih ali vodnih elektrarnah, bi postala tudi proizvodnja vodika čista in neoporečna.

Tu je še jedrska energija, katere izkoristek se bo z naslednjo generacijo jedrskih elektrarn bistveno povečal, še več, možna bo celo hkratna proizvodnja vodika iz vodne pare. Seveda pa še vedno ni znano, kam z jedrskimi odpadki. Poleg tega nova tehnologija predvidoma ne bo zrela za široko rabo pred letom 2020.

Prejšnjič smo že pri gorivnih celicah na kratko omenili težave, ki se pojavljajo pri hrambi vodika. Shranjen pri sobni temperaturi in tlaku namreč premore le eno tristotinko energije, ki jo ima prostorninsko enaka količina bencina.

Logična rešitev je stiskanje, kar dosežemo zlasti na dva načina. Z globokim ohlajanjem na minus 253 stopinj Celzija, kar zahteva veliko energije in izdatno toplot­no izolirane ter zato drage posode. Pri tem se pojavljajo še težave z uhajanjem uparjenega vodika. Kljub zelo učinkoviti toplotni izolaciji posode se vodik zaradi prehoda toplote skozi njene stene počasi segreva in izhlapeva. To pri vozilih, ki veliko vozijo, ne pomeni večje težave, saj na primer vodik, uparjen ponoči, tlaka ne dvigne, sproščeni vodik pa se porabi med jutranjo vožnjo.

V posodah vozil, ki nekaj dni mirujejo, pa količina uparjenega vodika sčasoma čezmerno naraste in dvigne tlak v posodi prek dovoljene vred­nosti, zato preide vodik v ozračje skozi varnostni ventil, kar pomeni izgubo goriva. Izpust vodika v ozračje pa prinaša še eno potencialno težavo. Pod vplivom ultravijoličnega sevanja se vodik v stratosferi lahko preoblikuje v proste radikale (H) in tako pospešuje razpadanje ozona.

Toda strokovnjaki menijo, da bi bile za ta pojav potrebne velike količine sproščenega vodika, ki pa glede na trenut­no stanje (v Nemčiji znaša izguba vodika neposredno v ozračje le 0, 1 odstotka proizvedene količine) in stanje tehnike (ta bo do začetka splošne uporabe vodika gotovo napredovala) ne pomeni nevarnosti za čezmerno razpadanje ozona.

Energetsko manj potraten je pristop stiskanja vodika pri sobni temperaturi, vendar pa so posledica tudi manjša gostota shranjene energije in še vedno zelo velike in tehnično zahtevne ter drage tlačne posode. V njih je namreč vodik stisnjen na 350 ali celo 700 barov. Takšna hramba vodika je boljša rešitev za vse, ki se malo vozijo, kajti če vozilo daljši čas miruje, ni težav s segrevanjem, uparjanjem in uhajanjem vodika v ozračje.

Tretja, povsem sveža možnost je hramba vodika v trdnem stanju, pri čemer se molekule vodika pri sobni temperaturi in tlaku hranijo v posebnih snoveh (kovinskih hidridih) in se po potrebi sprostijo. Slabost te rešitve so za zdaj izredno majhne kapacitete, toda razvoj novih snovi bi lahko omogočil uporabno in tehnično nezahtevno hrambo vodika.

Na koncu je treba omeniti še težave z distribucijo vodika in z infrastrukturo. Vodik je namreč za prevoz zahtevna snov, število vodikovih avtomobilskih črpalk ? v Evropi jih lahko preštejemo na prste ene roke ? pa je za zdaj preskromno, da bi bila uporaba avtomobilov na vodik smiselna.

Ob številnih težavah, ki jih morajo razvojniki premostiti, končajmo z besedami Davida Garmina, pomočnika sek­retarja za promet v ZDA: "Opravljamo številne preizkuse in raziskave na pod­ročju biogoriv in drugih alternativnih tehnologij, toda le vodik bo v končni fazi omogočil popolno odpravo odvisnosti transporta od fosilnih goriv."

Vodik oproščen krivde v nesreči Hindenburg

Upokojeni Nasin inženir in dolgoletni zagovornik vodika Addison Bain, ki je vodil obširno raziskavo o nesreči, je ugotovil, da vodik ni imel nobene vloge pri nastanku požara na Hindenburgu. Spoznal je, da je bil glavni krivec celulozno-aluminijast material, iz katerega je bila izdelana zunanja plast balona, in ne vodik v notranjosti plovila. Pomembno je tudi spoznanje o lastnosti raketnega goriva. Bain namreč pravi, da je bila zunanja barva Hindenburga po kemični sestavi zelo podobna trdnemu raketnemu gorivu, ki poganja Nasine Space Shuttle.

Peter Humar (vir: Geo)