Reklama

Bosch a vodíkové hospodářství

13.10.2023

Ing. Josef Hodboď, TZB-info, redakce

Významné rozšíření vodíku jako nosiče energie se blíží. Trend podporuje nejen vývoj, ale již i tržní nabídka zařízení, která vodík vyrábí, stlačují, uskladňují a mění na potřebné energie. Velkou zásluhu má Bosch, který se soustředí na celý komplex prvků spojených s vodíkem.

Reklama

Foto a copy: BOSCH

Průmyslová skupina Bosch cíleně a komplexně pracuje na využití vodíku jako nosiče energie. Veřejnosti již byly představeny experimenty dokazující možnost využít vodík ve směsi se zemním plynem nebo i jen čistý vodík pro spalování v kotlích. Avšak nejen experimenty, v současnosti již probíhá reálný provoz. Ale nejde jen o kotle. Další způsob využití vodíku umožňují palivové články. A s čistým vodíkem je jejich využití jednodušší. Neboť běžně využívaný zemní plyn (metan, CH₄) musí být pro využití v palivových článcích nejprve zbaven uhlíku, a tedy přeměněn na vodík. Tento způsob využití vodíku je nejen vhodný pro stacionární využití u budov, ale i pro mobilní využití v silniční a železniční dopravě. Ovšem k čemu by však byly uvedené možnosti, pokud by nebylo dost vodíku? Proto se Bosch zaměřuje i na vývoj a výrobu zařízení k výrobě, stlačování a skladování vodíku. Celý komplex byl prezentován v rámci červencové akce Bosch Tech Day 2023: Bosch dodává technologie v celém hodnotovém řetězci H₂.

Průmyslový kotel připravený na H₂ – klimaticky neutrální vytápění a procesní teplo

Bosch svými průmyslovými kotlovými systémy připravenými na budoucnost pomáhá výrobním zemím po celém světě snižovat jejich náklady na energii a dosahovat svých cílů v oblasti udržitelnosti, které vedou až k tomu, aby tepelné procesy byly klimaticky neutrální. Průmysl je zodpovědný za zhruba jednu pětinu celosvětových emisí uhlíku, z nichž část pochází z výroby páry, tepla a horké vody. Vodík a zelená elektřina mají obrovský potenciál pro průmyslové vytápění a procesní teplo. Parní a tepelné generátory Bosch lze flexibilně provozovat na 100% zelený vodík, zelenou elektřinu nebo biopaliva. Mnoho starších systémů již bylo připraveno pro upgrade na obnovitelná paliva. Hybridní kotlové systémy jsou další slibnou technologií. Díky kombinaci s elektrickým topným tělesem a hořákem lze současně používat různá paliva, jako je zelená elektřina a vodík. To znamená větší flexibilitu, jistotu provozu a nezávislost na fosilních palivech. První pilotní systémy byly uvedeny do provozu v roce 2022 a již nyní se vyhýbají emisím uhlíku odpovídajícím více než 4 500 domácností.

Foto a copy: BOSCH

Kotle H₂-ready – technologicky neutrální řešení pro vytápění šetrné ke klimatu

Kotle Bosch připravené na vodík lze zpočátku provozovat na zemní plyn a poté je snadno přeměnit na provoz s vodíkem, jakmile bude k dispozici. Přimíchání 20 procent vodíku do plynu z rozvodné sítě zemního plynu je také možné bez jakékoli přestavby těchto kotlů. Jakmile bude k dispozici 100 procent vodíku, odborníci na instalaci mohou během zhruba jedné hodiny převést kotle připravené na H₂ na provoz se 100% vodíku. Je třeba vyměnit pouze několik součástí, především hořák. Kotel připravený na H₂ zabírá velmi málo místa. Díky tomu jsou atraktivní alternativou pro starší budovy s omezeným prostorem. V nabídce plynových kotlů Bosch pro Českou republiku umí všechny nyní nabízené kotle spalovat příměs vodíku až do koncentrace 20 % plně automaticky. Oficiálně, německou certifikaci, mají tyto kotle:

závěsné kotle Bosch Condens 8700i W, 8300i W, 9000i W
závěsný kotel s vestavěným zásobníkem Bosch Condens 5700i WT
stacionární kotel s vestavěným zásobníkem Bosch Condens 5300i WM

Palivové články PEM – vodík pro klimaticky neutrální dopravu

Sada palivových článků PEM je srdcem mobilního systému palivových článků. V závislosti na požadovaném výkonu jich může být několik stovek. Vodík v nich reaguje s kyslíkem za vzniku elektřiny a vody. Jednou z technologií používaných při výrobě bipolárních desek PEM článků je vysokorychlostní laserové svařování – proces, který existuje pouze u společnosti Bosch. Slouží k vytvoření až 1 200 metrů vodotěsných svarů.

Životnost PEM palivových článků – řešení proti stárnutí

Palivové články v průběhu své životnosti procházejí procesem stárnutí. K vyřešení tohoto problému vyvinul Bosch speciální povlak, který tento procesy zmírní. Systémová opatření navíc umožňují provozní strategii, která se vyhýbá zátěži související se stárnutím, jako je vysoké napětí článků, a pomůže prodloužit životnost palivových článků PEM v budoucnu až na 30 000 provozních hodin. Kromě toho lze určité účinky stárnutí zvrátit, k tomu vyvinul Bosch regenerační procesy.

Foto a copy: BOSCH

Vodíkový motor – uhlíkově neutrální v provozu

K pohonu vozidel lze vodík použít prostřednictvím palivových článků, ale i vodíkových motorů, které jsou zvláště vhodné pro těžká vozidla jezdící delší dobu – pro dálkovou nákladní dopravu a zejména pro stavební a zemědělské stroje. Již dostupné motory a hnací ústrojí jsou dobrým základem, který lze přenést do základní struktury palivového, přívodního vzduchu a výfukového systému motoru. Očekává se, že první vozidla vybavená těmito motory se na silnicích objeví v roce 2024.

Vodíková nádrž – prostorově úsporné řešení pro osobní automobily

V současné době je vodík v automobilech s palivovými články skladován ve nádržích vyztužených uhlíkovými vlákny při tlaku 700 barů. Nádrže Bosch jsou tvarově přizpůsobené místu pod podlahou, kdy by jinak byly elektrické baterie a konsgtrukčně založené na oceli. V rámci veřejně financovaného projektu byl vytvořen prototyp systému, který plně vyhovuje náročným mezinárodním pravidlům pro systémy vysokotlakých nádrží. Materiál nádrže je cenově výhodný a umožňuje recyklaci.

Foto a copy: BOSCH

Příkladem využití je IVECO Heavy Duty FCEV, nákladní automobil s palivovými články na vodíkový pohon pro Evropu. S užitečným zatížením a zhruba 70 kilogramy vodíku dokáže ujet až 800 kilometrů. Aktuálně trvá tankování zhruba 20 minut.

Foto a copy: BOSCH

Vodíkové čerpací stanice – řešení pohonů pro stlačování H₂

Rychlé tankování vodíku do vozidel umožňuje jeho stlačení až na 900 barů. Vhodné kompresory vyvinul Bosch Rexroth a Maximator Hydrogen. Do roku 2030 se plánuje vyrobit přibližně 4 000 kompresorových systémů. Nové kontejnerové kompresory mohou potenciálně snížit celkové náklady o polovinu ve srovnání se současností.

Foto a copy: BOSCH

Technologie pro elektrolyzéry H₂ a zásobníky

Bosch plánuje nejen využívat vodík, ale také poskytovat chytré technologie pro jeho výrobu. Je vyvíjen centrální prvek elektrolyzéru, který obsahuje více než 100 elektrolytických článků štěpících vodu na kyslík a vodík s výkonem 1,25 megawattu, tedy 23 kilogramů H₂ za hodinu. Předpokládá se uvedení na trh od roku 2025. Pilotní projekty začnou příští rok. Bosch navíc plánuje zkombinovat zásobník elektrolyzéru s řídicí jednotkou, výkonovou elektronikou a různými senzory.

Foto a copy: BOSCH

Systém palivových článků – výroba energie řízená poptávkou

Systémy palivových článků (SOFC, s pevnými oxidy) Bosch jsou decentrální elektrárny s využitím v komerčních budovách, průmyslových závodech a výpočetních centrech. Systém SOFC generuje výkon 100 kilowattů. Výkon lze zvýšit jejich kombinací v megawattovém měřítku. Systém SOFC využívá k výrobě tepla a elektřiny konvenční paliva (biometan nebo zemní plyn), ale je připraven i na vodík. Očekává se, že budou připraveny k výrobě v polovině dekády.

Recyklace platiny z palivových článků

Bosch navrhl smluvní model, který mu zajišťuje právo zpětného odkupu článků z mobilních aplikací. To vytváří předvídatelné a stabilní dodavatelské řetězce, snižuje nároky na zátěž životního prostředí při těžbě platiny. Jsou již k dispozici chemické procesy k získání platiny šetrnějším způsobem. Úspory však vznikají i během provozu sledováním životnosti a funkce komponent v elektrolyzérech a palivových článcích, což umožňuje plánovat údržbu, opravy a recyklaci předem.

Technologie výroby a testování – jak se vyrábí palivové články

Bosch Manufacturing Solutions dodává i moderní výrobní zařízení a testovací technologie pro výrobu palivových článků. Více než 50 procent požadovaného výrobního vybavení pochází od Bosch.

Výzkum a vývoj zařízení pro výrobu a využití vodíku

Českého patriota může potěšit, že významná část prací souvisejících s výzkumem a vývojem elektrolyzérů, zařízení, která pro elektrolýzu připravují čistou vodu a kompaktních palivových článků pro využití v dopravě i stacionárně jako zdroje elektřiny případně i tepla probíhá ve výzkumném a technologickém centru Bosch v Českých Budějovicích, a to ve spolupráci s dalším centrem v Německu. Mimochodem, v Českých Budějovicích je do výzkumu a vývoje zapojeno přes 800 pracovníků. Dalším prvkem, o jehož dokonalost se starají v Českých Budějovicích, jsou například lamba sondy využívané v kotlích. Mají zásadní význam na řízení spalovacího procesu, energetické efektivitě a podílí se minimalizaci škodlivých emisí. Nejde však jen o výrobky jako takové, jejich vývoj a testování, způsoby jejich výroby, ale řeší se zde například i způsoby komunikace v rámci celého koncernu, zpracování a využití dat atd.