Dimethylether (DME) – sloučenina používaná jako hnací plyn v deodorantech ve spreji – je zřejmě dosud podceňovaným způsobem skladování a přepravy vodíku na dlouhé vzdálenosti. Vědci z Forschungszentrum Jülich, Friedrich-Alexander-Universität (FAU) Erlangen-Nürnberg a Fraunhoferova institutu pro solární energetické systémy ISE publikovali článek o dimethyletheru jako médiu pro skladování vodíku v renomovaném časopise Energy & Environmental Science. V něm popisují uzavřený cyklus DME/CO2 jako „dříve podceňovaný systém skladování vodíku“ a ukazují potenciál DME pro transport vodíku na velmi dlouhé vzdálenosti. Technologie je proto vhodná pro uplatnění „významného vlivu na budoucí globální vodíkovou ekonomiku“.
V analýze zmíněná technologie „prokázala značný potenciál překonat amoniak nebo metanol, o kterých se dnes intenzivně diskutuje jako o nosičích vodíku,“ píší ve svém článku.
Dimethylether (DME, systematický název methoxymethan) je organická sloučenina se vzorcem CH3OCH3. Je to nejjednodušší ether. Tento bezbarvý plyn je užitečným prekurzorem jiných organických sloučenin, též se využívá jako hnací plyn ve sprejích. Je také slibným uhlovodíkovým palivem s čistým hořením.
DME zkapalňuje při nízkém tlaku. Je vysoce hořlavý a tvoří oxid uhličitý (CO2) a vodík (H2), když reaguje s pomocí vodní páry během tzv. parního reformování. Zkapalňování při nízkém tlaku je důležité pro použití v deodorantech rozprašovatelných. Pod tlakem v lahvičce je DME kapalný, pokud se uvolní, změní se do plynného stavu a je proto vhodný jako nosič pro vůně a aktivní složky deodorantu. DME je tedy jednou z hnacích látek, které nahradily freony, které jsou škodlivé pro ozonovou vrstvu.
Mohlo by vás zajímat
Na hmotnost transportovaného DME se uvolní podstatně více využitelného vodíku než v případě amoniaku nebo methanolu. Kromě toho, na rozdíl od amoniaku a metanolu, DME je netoxický, a proto se s ním snadněji manipuluje.
„Můžete porovnat manipulaci s DME s plynem, jako je butan, který může být uložen v plynové lahvi kempování,“ vysvětluje Michael Alders z Institutu pro udržitelnou vodíkovou ekonomiku (INW) ve Forschungszentrum Jülich.
Teplota potřebná pro uvolňování vodíku je srovnatelná s methanolem (250 °C-400 °C) pro DME (250 °C – 300 °C) a nižší než pro amoniak (400 °C – 600 °C). Při šesti kilowatthodinách na litr je objemová hustota energie vyšší než u metanolu (4,9 kWh/l) a amoniaku (4,0 kWh/l). Také přepočteno na hmotnost, DME obsahuje nejvíce energie na kilogram, konkrétně 8,7 kilowatthodin, ve srovnání s metanolem (6,2 kWh/kg) a amoniakem (5,9 kWh/kg).
„Je pravda, že základní dílčí kroky skladování vodíku na bázi DME jsou známy. Dosud však nebyly spojeny s technologií skladování vodíku,“ říká zakládající ředitel INW Peter Wasserscheid, který je jedním z autorů.
„V INW to budeme prosazovat ve spolupráci s našimi partnery. O systém skladování vodíku DME CO2 je v průmyslu velký zájem,“ podotkl Peter Wasserscheid.
Podle dalšího autora Sebastiana Thilla by se vodík po přepravě mohl uvolňovat v přístavech Severního moře pomocí parního reformingu (metoda výroby vodíku a oxidu uhelnatého). Druhý produkt reakce, CO2, pak může být stejnou lodí dopraven zpět do míst výroby vodíku, podobně jako je tomu u recyklovatelných zálohovaných lahví, a opět naložen dalším vodíkem.
Autoři mimo jiné dospěli k závěru, že DME je vhodný pro přepravu vodíku po dlouhých námořních trasách. Například z Jižní Ameriky nebo Austrálie – kde je velký potenciál pro výrobu zeleného vodíku – do Evropy. Podle autora Sebastiana Thilla (INW) je možné, že vodík by pak mohl být uvolněn v přístavech v Severním moři pomocí parního reformování. Druhý štěpný produkt po reakci, CO2, pak může být dopraven zpět do zařízení na výrobu vodíku na stejné lodi, podobně jako na principu recyklovatelné depozitní láhve, kde může být znovu naplněn vodíkem.
„Mluvíme o bezemisním cyklu, ve kterém se použitý CO2 často používá pro transport vodíku a nevstupuje do atmosféry,“ říká Thill.
Vodík vyráběný z obnovitelných zdrojů je považován za zásadní pro dosažení klimatické neutrality do roku 2045, zejména jako způsob dekarbonizace průmyslových odvětví, jako je ocelářství, chemický průmysl a letectví. Německo však bude pravděpodobně muset velkou část paliva dovážet kvůli nepříznivým podmínkám pro výrobu elektřiny z obnovitelných zdrojů.
Zatímco doprava vodíku na krátké a střední vzdálenosti prostřednictvím potrubí je považována za životaschopné řešení, jak dostat vodík z obnovitelné elektřiny z velmi slunných nebo větrných míst (například v severní Africe) do spotřebních center v Evropě, doprava na dlouhé vzdálenosti je velmi sporná kvůli fyzikálním vlastnostem paliva.
Například plynný vodík má velmi velký objem a pro jeho zkapalnění musí být ochlazen na teplotu nižší než -250 °C. Místo přepravy čistého vodíku hledá průmysl ekonomické způsoby přepravy derivátů: chemických sloučenin vodíku a jiných prvků, například čpavku. Při těchto procesech přeměny se však ztrácí velké množství energie.
V současnosti se jako nejslibnější a také jako komerčně nejvyspělejší technologie pro skladování vodíku uvádí stlačování vodíku v plynném skupenství. Takto uchovaný vodík je nutné skladovat ve vhodných nádobách, kvůli velmi malé velikosti molekuly. Moderní zásobníky jsou již vyrobeny z mimořádně pevných a neprodyšných materiálů, které umožňují bezpečné uskladnění s minimálními ztrátami uloženého vodíku (méně než 1 procento ročně). Oproti konkurenčním možnostem skladování vodíku má stlačování plynného vodíku nejméně nevýhod.
Stacionárně je vodík skladován ve velkoobjemových ocelových tlakových nádobách v plynném skupenství. Pro stlačení vodíku na 350 barů je potřeba cca 15 – 20 procent energie v palivu. Druhou možností je převádět vodík do kapalného skupenství. Nevýhodou tohoto postupu nicméně je, že je potřeba vodík v této formě udržovat při teplotě -253 °C v kryogenních skladovacích zásobnících. Při jeho manipulaci a využívání následně dochází k únikům, které se dějí následkem vypařování vodíku, který se takto chová při vyšší teplotě než -253 °C. Pouze na samotné zkapalnění je potřeba až 30 – 40 procent celkově obsažené energie v palivu.
(nik)
