Nākotnē, izmantojot galvenokārt tikai vietējos dabas energoresursus un ūdeņradi kā energonesēju, varētu nodrošināt enerģētikas un transporta sfēru darbību ar vismazāko ietekmi uz apkārtējo vidi, kā arī iegūt tik ļoti kāroto energoneatkarību, ieskicē Latvijas Universitātes (LU) Cietvielu fizikas institūta (CFI) Ūdeņraža enerģētikas materiālu laboratorijas vadītājs Jānis Kleperis.
Ūdeņradis ir vieglākais un visizplatītākais no visiem elementiem kosmosā, normālos apstākļos ūdeņradis ir viegli uzliesmojoša un bezkrāsaina gāze bez smaržas. Tā kā gravitācijas spēks nespēj noturēt ūdeņradi pie Zemes atmosfērā, tas dabā nav pieejams brīvā veidā, bet tikai savienojumos, tai skaitā ūdenī. Ūdeņradi iegūst no savienojumiem, izmantojot enerģiju.
Ceļš uz pašpietiekamību
Uz jautājumu, vai ūdeņradis ir nākotnes degviela, Jānis Kleperis norāda, ka „to ir grūti pateikt, droši vien transporta tehnoloģijas attīstīsies un nav zināms, vai ūdeņraža transports ir starpposms vai gala produkts. Infrastruktūra ir, to varētu uztaisīt tādu, lai tā ir videi draudzīga un ilgtspējīga. Ūdeņraža autobusu komercializācija ir diezgan veiksmīgi pabeigta. Jau tagad pasaulē ir vairākas firmas, kas šos autobusu ražo.”
Arī Pēteris Lesničenoks, CFI Ūdeņraža enerģētikas materiālu laboratorijas inženieris un Rīgas Tehniskās universitātes Materiālzinātnes un lietišķās ķīmijas fakultātes students, iestājas par draudzīgu un ilgtspējīgu vidi: „Es gribētu, lai ūdeņradis ir kā enerģijas nesējs fosilās degvielas vietā. Es būtu ar mieru braukt ar ūdeņradi, nestāvēt sastrēgumos un neelpot brīnišķīgās Ikarusa atmiņas vai jebkuras citas izpūtas gāzes, bet vienkārši zināt, ka tas ir tīrs ūdens, kas nāk ārā no transportlīdzekļa. Man bija iespēja pastāvēt sastrēgumā ar ūdeņraža autobusu ekskursijas braucienā, autobuss stāv pilnīgi mierīgi, nekratās, nav trokšņa. Nav kaitīgo emisiju.” Iespēja iepazīties ar ūdeņraža autobusu tepat Rīgā, kad uz izstādi „Vide un Enerģija” atvests ūdeņraža autobuss no Beļģijas un notika izmēģinājuma braucieni pa Rīgu. P. Lesničenoks izstādes laikā bijis autobusa šofera „rokas puisis” un tāpēc zina stāstīt par ūdeņraža autobusiem.
Laboratorijas vadītājs norāda, ka tieši šī izstāde bija kā grūdiens, lai sāktu risināties aktīvākas sarunas par iespējām sabiedriskajā transportā Rīgā izmantotu elektriskos - ūdeņraža autobusus. Briselē, Reikjavīkā, vairākās Vācijas pilsētās un citur šādi autobusi jau kursē. J.Kleperis zina stāstīt, ka Norvēģijā no Oslo līdz pat Bergenai ir „ūdeņraža” ceļš (pa Oslo kursē ūdeņraža autobusi) un tajā pa ceļam ir aptuveni piecas uzpildes stacijas, kur var uzpildīt ne tikai ierasto dīzeļdegvielu, benzīnu vai autogāzi, bet arī ūdeņradi.
„Viens uzpildes staciju tips ir ar ūdens elektrolīzi - lielu iekārtu, kas ar elektrību sadala ūdeni atsevišķos ķīmiskajos elementos (skābeklis un ūdeņradis) un vēl ir kompresors, kas ūdeņradi saspiež. Pie tādas uzpildes stacijas pienāk ūdens un elektrība, vairāk nekā. Autobuss piebrauc, uzpildās 2-3 minūtes un brauc prom,” stāsta J.Kleperis un piebilst, ka process ir aptuveni tāds pats kā parastajiem autobusiem, iespējams, pat ātrāks.
Laboratorijas vadītājs atzīmē, ka ūdeņradis ir lielisks resurss, jo tas, ka to var iegūt no ūdens, biogāzes, poligona gāzes, biomasas pirolīzes, nozīmē, ka nevajadzētu importēt fosilos energoresursus. „Mums nevajadzētu ne naftu, ne naftas produktus. Neko! Mēs būtu pašpietiekami. Tas droši vien tirgotājiem neizklausās labi, bet man šķiet, ka kopumā tautai tas būtu ārkārtīgi spoži,” aizrautīgi stāsta J. Kleperis.
P. Lesničenoks iezīmē, ka ir ražošanas procesi, kur ūdeņradis ir kā pārpalikums un viņi varētu būt tikai priecīgi, ka kāds atbrauc un paņem ūdeņradi. Savukārt J. Kleperis norāda, ka ūdeņradi „palaiž gaisā” naftas pārstrādes uzņēmumi, piemēram, Mažeiķos, arī termoelektrocentrāles, kur ģeneratoru dzesēšanai izmanto ūdeņradi, piemēram, nesen atjaunotā Rīgas otrā termoelektrocentrāle (TEC 2). Viņaprāt, to teorētiski varētu savākt un pēcāk izmantot.
Lētāk un zaļāk par ierasto
Jautāts, vai degvielas tirgotājiem tas būtu izdevīgi un pa prātam, ja cilvēki pārietu uz ūdeņraža darbināmām mašīnām un autobusiem, J. Kleperis norāda, ka Norvēģijā jau tagad autobusiem ar ūdeņradi piedāvā uzpildīties tieši lielie tirgotāji, piemēram, „Shell” un „Statoil”. Viņš piebilst, ka galvenais jau ir pārdot, vienalga – benzīnu vai ūdeņradi.
Lai ar elektrolīzes iekārtu ūdeni sadalītu par ūdeņradi, lietderība ir ap 70 %. Pēc tam, lai no ūdeņraža, kas iegūts elektrolīzes procesā, iegūtu atpakaļ elektrību, lietderība arī ir aptuveni 70 %. Ja abus lietderības koeficentus sareizina, tad sanāk, ka elektrība no ūdens, to sadalot ar elektrību, ir iegūta aptuveni ar 50 % lietderību, tas ir, puse tiek zaudēta, bet reizēm tas arī nav slikti.
Cik gan tas varētu izmaksāt ūdeņraža automašīnas lietotājam? Saražot vienu kilogramu ūdeņraža ar elektrolīzi maksā aptuveni 7 - 9 eiro, un ar to pietiek 100 kilometriem, tas ir uz pusi lētāk nekā šobrīd vieglajai automašīnai vidēji izmaksā benzīns 100 kilometru gara ceļa posma veikšanai. Laboratorijas vadītājs gan uzsver, ka šī cena tāda ir šobrīd, jāņem vērā, ja celsies elektrības cenas, tad arī iegūt ūdeņradi ar elektrolīzi būs dārgāk.
Var uzlādēt arī mobilo telefonu
Lai izmantotu ūdeņradi, tas tiek saspiests, padarīts blīvāks, jo viens kilograms nesaspiesta ūdeņraža aizņem 12 kubikmetrus, kas ir lielas telpas izmērā, stāsta J. Kleperis.
Ir vairāki ūdeņraža uzkrāšanas veidi – jau iepriekš minētā saspiešana, sašķidrināšana u.c. Laboratorijas vadītājs iezīmē, ka tieši ūdeņraža saspiešanas process ir visvairāk atstrādātais līdz šim un visvieglāk realizējamākais. Piemēram, sašķidrināt ūdeņradi ir ārkārtīgi dārgi un energoneefektīvi, jo jāsasniedz mīnus 252 grādi pēc Celsija. J. Kleperis norāda, ka tā ir gandrīz tāda temperatūra kā kosmosā, un, lai tādu panāktu, ir jāpatērē ļoti daudz enerģijas.
Ūdeņraža transporta izmantošana uzlabotu gaisa kvalitāti, piemēram, ar transportu saistītās oglekļa emisijas, kā arī samazinātu troksni uz ielām, taču ar to vien ūdeņraža izmantošana neaprobežojas, J. Kleperis norāda, ka, piemēram, Islandē vēlās pāriet uz ūdeņraža zvejas floti. Laboratorijas inženieris P. Lesničenoks piebilst, ka šādā veidā dabu nedraudētu naftas noplūdes.
Iespējamie virzieni
Ūdeņraža degvielas šūnas darbības pamatā ir ķīmiska reakcija - ūdeņradis reaģē ar skābekli, veidojot ūdeni. Procesa laikā tiek ražota elektrība, ko novada uz akumulatoru un var izmantot visu elektroierīču darbināšanai. P. Lesničenoks iezīmē, ka ūdeņraža degvielas šūnu var izmantot tam, lai apgādātu kādu vietu ar elektrību, kur to nevar dabūt, kā arī tā var kalpot par rezervi, piemēram, ja pārtrūkst elektrība. Tas varētu būt noderīgi tādās vietās kā bankas, kur nepārtraukti ir nepieciešama elektrība. Viņš arī min, ka uzņēmēji jau piedāvā portatīvās ūdeņraža degvielas šūnas, kuras reizi noteiktā laika posmā uzpilda ar ūdeņradi un tās strādā, piemēram, kā mobilo telefonu vai datoru akumulatori.
Ūdeņradis ir iespēja uzkrāt elektrību. J. Kleperis uzsver, ka pavasarī Latvijā hidroelektrostacijas saražo vairāk elektrību nekā vidēji patērējam. To nākas pārdot, taču to varētu uzkrāt. Viņš norāda, ka visam gadam, protams, ar to nepietiktu, bet kādam laikam būtu gana.
„Vēl elektrība paliek pāri no vēja ģeneratoriem. Jo vairāk tādas vēja elektrostacijas, jo vairāk būs elektrības, kuru ir ārkārtīgi grūti izmantot. Vējš reti pūš brīdī, kad mums vajag. Parasti tas pūš, kad ir lemts pūst. Un tas nozīmē, ja tas pēkšņi ir naktī, kad guļam, tad šo vējā saražoto elektrību varētu kaut kāda veidā uzkrāt, un izmantot pa dienu, kad esam darbā. Elektrolīzē var novirzīt par daudz saražoto atjaunojamo elektrību, un tas būtu viens lielisks veids, kā saražot ūdeņradi, kurš būtu ļoti „zaļš” enerģijas veids,” uzsver laboratorijas vadītājs.
Informācijai
LU CFI Ūdeņraža enerģētikas materiālu laboratorija tika izveidota 2006. gadā. Laboratorijā tiek pētīti materiāli un tehnoloģijas ūdeņraža izmantošanai enerģētikā. Astoņu gadu laikā laboratorijā izstrādāti pieci patenti.
Katrīna Žukova
