Tankovat do nádrže místo benzinu kovový prášek? A navíc takový, který pochází ze zbytků starého automobilu? Na první pohled zní takový nápad pošetile. Přesto se jím evropští vědci vážně zabývají. V rámci projektu CometNano, který nedávno představili v Praze na mezinárodní konferenci EuroNanoForum 2009, chtějí odborníci vyvinout technologie, které by to umožnily.
V klasickém spalovacím motoru by místo benzinových par hořely kovové nanočástice. „Nepůjde ale o spalování v pravém slova smyslu. Nanočástice se v motoru pouze oxidují a při tom uvolní energii. Pak se z auta vyjmou a recyklují se redukcí vodíkem. Tím jsou připraveny k dalším použití,“ vysvětluje koordinátor projektu Athanasios Konstandopoulos z řeckého Centra pro výzkum a technologie v Soluni.
Hlavní výhodou je podle jeho slov skutečnost, že při tomto procesu nevznikají žádné škodlivé zplodiny. A vzhledem k tomu, že se použité nanočástice znovu vrací do oběhu, půjde o obnovitelný zdroj energie v pravém slova smyslu. Vodík potřebný k recyklaci paliva totiž odborníci chtějí také získávat způsobem, který je šetrný k životnímu prostředí – s využitím sluneční energie. „V podstatě půjde o automobil na solární pohon, přičemž nanočástice budou pouhým nositelem energie,“ říká Konstandopoulos. Zároveň ale připouští, že zatím celý koncept existuje jen na papíře. Cílem tříletého projektu CometNano, který oficiálně teprve začal letos v květnu a financuje ho Evropská unie, je ověřit, do jaké míry je možné převést tuto odvážnou myšlenku do praxe. A případně vyvinout technologie, které to umožní.
S kovovými částicemi ve spalovacích motorech experimentují různé vědecké týmy už desítky let. První pokusy probíhaly v bývalém Sovětském svazu už v 80. letech minulého století, Problém byl ale v tom, že částice byly příliš velké, jejich průměr se pohyboval v řádu mikrometrů. V motoru se spékaly a usazovaly, takže se jejich použití neosvědčilo. Od té doby vývoj výrazně pokročil. V případě železa se dnes daří vyrábět částice o velikosti pouhých několika desítek nanometrů. Tím se zvyšuje jejich účinnost, protože čím menší částice získáme, tím větší je jejich celkový povrch.
Například železné nanočástice, které vyvinuli odborníci z Univerzity Palackého v Olomouci ve spolupráci s Technickou univerzitou v Liberci a společností NanoIron, zachytí tolik kyslíku, že na vzduchu spontánně hoří i při běžných teplotách. Přitom částice, které používali vědci v Sovětském svazu, potřebovaly k zažehnutí teplotu přesahující 2000 stupňů Celsia.
Doposud není jisté, jaký kov by byl pro využití v motorech nejvhodnější. Zatím proběhly pokusy s borem, hliníkem a železem. Bor je nejúčinnější, ale bohužel také nejdražší, takže se možná nejspíše prosadí méně účinné, ale cenově mnohem dostupnější železo.
Jedním z problémů, se kterými se experti musejí vyrovnat, je trvanlivost samotných motorů. Nanočástice jsou vůči nim velice agresivní. Například při použití hliníku vznikne oxid hlinitý známý jako korund – jedna z nejtvrdších látek, jaké se v přírodě vyskytují. Bude tedy zapotřebí najít pro výrobu válců i ostatních součástí motoru dostatečně odolný materiál, který se při styku s těmito nanočásticemi neopotřebuje ani při dlouhodobém používání. Oceněný vodík Vědci zatím nemají přesnou představu, jakým způsobem by se použité palivo vyměňovalo za nové – objasnit to je jedním z cílů projektu. V každém případě při tom chtějí zužitkovat výsledky předchozího evropského projektu Hydrosol, jehož koordinátorem byl rovněž Athanasios Konstandopoulos, který v roce 2007 získal Descartovu cenu, přirovnávanou k „evropské Nobelovce“.
V rámci tohoto projektu experti vyvinuli zařízení pro rozklad vody na vodík a kyslík pomocí solární energie. Tvoří ho soustava zrcadel, které soustředí sluneční paprsky do poměrně malého prostoru. V něm se nachází keramický reaktor s mnoha drobnými tunely pokrytými nanočásticemi oxidu železa, manganu a zinku. Tento katalyzátor umožňuje rozkládat vodní páru na kyslík a vodík už při teplotě kolem 800 stupňů – bez něj by bylo zapotřebí mnohem vyšší teploty. Vodík uniká z katalyzátoru ven, zatímco kyslík zůstává zachycený uvnitř. K jeho uvolnění stačí zařízení znovu ohřát, tentokrát na 1200 stupňů. Tepelnou energii dodávají v obou případech zmíněná zrcadla, takže jde o obnovitelný zdroj energie v pravém slova smyslu.
Tento koncept už opustil prostory laboratoře a existuje ve skutečném měřítku – vloni začal ve Španělsku fungovat reaktor nazvaný Plataforma Solar de Almería s výkonem 100 kilowattů. Pokud se tento způsob podaří rozšířit ve větším měřítku, může znamenat na poli energetiky velký průlom – hlavním problémem automobilů na vodíkový pohon je totiž právě nákladná a nepříliš ekologická výroba samotného vodíku. Buďto se připravuje ze zemního plynu, přičemž vedlejším produktem je skleníkový plyn oxid uhelnatý, který se postupně mění na oxid uhličitý.
Další možností je výroba elektrolýzou vody, tedy jejím rozkladem pomocí elektrického proudu – ale tento proces je poměrně energeticky náročný a využívá se k němu převážně elektřina získaná spalováním fosilních paliv. Sice existují koncepty využití například větrné energie, ale zatím se příliš neprosadily.
Když auto „žere“ auto Zástupci projektu Hydrosol před dvěma lety při přebírání Descartovy ceny mluvili o možném využití jimi vyráběného vodíku coby paliva do automobilů. Jenže se zatím nepodařilo technicky vyřešit problémy se skladováním tohoto plynu přímo v autě. V plynném skupenství se ho pod kapotu vejde jen malé množství a v kapalném stavu je nutné uchovávat ho při teplotě -253 stupňů Celsia – což pochopitelně vyžaduje další energii na chlazení.
„Věříme, že projekt CometNano nám pomůže tyto problémy obejít. Při využití kovových nanočástic nebude nutné vodík vozit s sebou. Jenom ho použijeme k recyklaci použitého paliva,“ říká Konstandopoulos a zároveň nastiňuje vizi budoucnosti v případě, že se to podaří: „Jeden z našich partnerů se zaměřuje na hledání vhodných zdrojů pro výrobu nanočástic a uvažuje také o využití kovových částí z vraků starých vozů. V budoucnosti by tak auta mohla jezdit místo benzinu... na stará auta!“
***
Vůz na železný pohon Auto poháněné spalováním nanočástic železa nebo jiného kovu je cílem tříletého evropského projektu CometNano, který začal letos v květnu. Odborníci během něj chtějí zjistit, zda je koncept životaschopný, a případně vyvinout technologie, které vývoj takového vozu umožní.
