Perzyński: Opowieść o wodorze – pierwszym pierwiastku i wiecznej drugiej opcji

15 listopada 2019, 07:30 Innowacje
Kosmos. Źródło: Wikipedia Kosmos. Źródło: Wikipedia

Jeśli wierzyć Wedom, starożytnym księgom hinduizmu, nasz Wszechświat, będący jednym z nieskończonej liczby wszechświatów, powstał wtedy, gdy z pępka Garbhodakaśaji (inkarnacji boga Wisznu, którego swoją drogą inną inkarnacją miał według wierzeń być Chrystus) wyrasta kwiat lotosu, z którego wypada „tysiąc oślepiających słońc”. Cztery tysiące lat później nasza wiedza o wszechświecie jest ledwie odrobinę szersza i o wiele mniej romantyczna, ale pozwala nam mniej więcej określić jego skład. Dominuje w nim wodór, i to temu pierwiastkowi przyjrzymy się dziś nieco bliżej – pisze Michał Perzyński, dziennikarz BiznesAlert.pl.

Paracelsus, Lavoisier i eksperymenty

Dzisiaj nie wiemy czy poza naszym wszechświatem istnieją jakieś inne, ale wiemy, że trzy czwarte jego masy stanowi wodór – najbardziej powszechny, najlżejszy i można powiedzieć, najbardziej prymitywny z pierwiastków. Jego atom składa się z jednego protonu, jednego elektronu i jednego neutronu. To główny składnik gwiazd i materii międzygwiazdowej. Dlatego to dosyć osobliwe, że odkryto go stosunkowo późno – przyjmuje się, że pod koniec XV wieku dokonał tego szwajcarski alchemik Phillippus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim, w skrócie Paracelsus (w swoich czasach uznawany za ekscentrycznego dziwoląga, autor aforyzmu, że trujące jest zarazem wszystko i nic, wszak truciznę czyni dawka). Przeprowadził on doświadczenie, w którym wrzucił kawałek żelaza do kwasu solnego i zauważył, że w ten sposób uwalnia się lekki gaz, który wybucha w połączeniu z powietrzem. 

Trzysta lat później wodór za osobny pierwiastek uznał francuski chemik Antoine Lavoisier, który nadał mu też nazwę Hydrogenium, co po grecku oznacza „tworzący wodę”. Lavoisier sam w sobie był postacią nietuzinkową, owładniętą pragnieniem odkrywania do ostatnich sekund swojego życia – podczas Wielkiej Rewolucji Francuskiej został wydany na niego wyrok śmierci. Poprosił on wtedy swojego asystenta, by sprawdził jak długo będzie on w stanie mrugać po obcięciu mu głowy na gilotynie – miał to robić przez około 20 sekund, po czym zamknął oczy na zawsze.

Pierwszy dwusuw i pierwsza katastrofa

Życie jednak pokazało, że nie jest ważne komu zostanie obcięta głowa, tylko to, co ten ktoś w swojej głowie ma, bo odkrycie Lavoisiera bynajmniej nie odeszło w zapomnienie. Zaledwie 13 lat po jego śmierci, w 1807 roku Szwajcar Isaac de Rivaz stworzył pierwszy wodorowy silnik dwusuwowy. Jego osiągi były wprawdzie żałosne, ale stał się on inspiracją dla następnych pokoleń wynalazców, którzy próbowali udoskonalić technologię wykorzystującą właściwości chemiczne i fizyczne wodoru, ale rewolucja industrialna okazała się jednoznacznym triumfem paliw kopalnych, które o wiele łatwiej było pozyskać i wykorzystać na skalę przemysłową. 

Dopiero w okresie międzywojennym powrócono do wodoru w związku z rozwojem sterowców. W tej dziedzinie przodowali inżynierowie niemieccy; jako że na całym świecie sterowce unosiły się w powietrzu dzięki trochę cięższemu, ale o wiele bezpieczniejszemu helowi wówczas produkowanemu jedynie w Stanach Zjednoczonych, które wprowadziły zakaz eksportu tego gazu do hitlerowskich Niemiec, III Rzesza przeprosiła się wówczas z wodorem, czego efektem był sterowiec Hindenburg. W tym przypadku złowieszcze właściwości wodoru również dały o sobie znać, a fotografia płonącego, długiego na 250 metrów powietrznego okrętu na trwałe zapisały się w pamięci popkultury.

IEA: Wodór może być bezpiecznym i czystym paliwem

Z Leningradu na Księżyc

W czasie II wojny światowej i po niej po wodór sięgano wtedy, kiedy niedostępna była ropa naftowa – oblężonego Leningradu, gdzie brakowało dosłownie wszystkiego, broniły ciężarówki napędzane wodorem, potem w latach 70. podczas kryzysu naftowego branża motoryzacyjna zaczęła poważnie rozważać inwestycje w ten rodzaj napędu, ale na rozważaniach się skończyło. Nieokiełznana moc wodoru znalazła za to zastosowanie w czasach psychozy zimnej wojny – izotopy tego pierwiastka były głównym składnikiem bomby termojądrowej, zwanej inaczej wodorową. W 1952 roku Amerykanie dokonali pierwszego wybuchu tego rodzaju broni w atolu Enewetak w archipelagu Wysp Marshalla i oszacowali, że ma ona siłę około 700-krotnie większą od Little Boya – bomby zrzuconej na Hiroszimę.

Jednak i to nie wystarczyło, by poskromić Związek Radziecki, który mimo wszystko zaczął przodować w wyścigu o podbój kosmosu i tutaj Stany Zjednoczone znowu sięgnęły po najpowszechniejszy pierwiastek. Na początku lat 60. stworzyli oni serię rakiet Atlas Centaur, po raz pierwszy zasilanych ciekłym paliwem wodorowym. Misję z ich udziałem miały na celu wynoszenie w przestrzeń kosmiczną bezzałogowych lądowników, które miały później miękko stanąć na Księżycu. Na 12 startów tych rakiet, 8 zakończyło się sukcesem, cztery razy Amerykanie mieli do czynienia z gigantycznym wybuchem rodem ze zdjęć Hindenburga, ku ich utrapieniu i złośliwej satysfakcji Rosjan. Projekt ten został porzucony, co nietrudno zrozumieć – 67 procent szans na udany start to stanowczo za mało, by zainwestować poważne pieniądze w projekt o tak krytycznym znaczeniu.

De Rivaz byłby dumny

W XXI wieku ludzkość ponownie przeprosiła się z wodorem, po części z tego samego powodu – bo nie jest on paliwem kopalnym. Współczesna wiedza pozwoliła na opanowanie jego wybuchowej natury i wykorzystanie jej w bardziej kontrolowany sposób, co może okazać się bezcenne w epoce walki z globalnym ociepleniem. Dotychczas samochody z napędem wodorowym nie były w głównym nurcie przemysłu motoryzacyjnego, ale i to może ulec zmianie. Obecnie wodór konkuruje z napędem elektrycznym o miano napędu przyszłości, i ma nad nim przewagę w kilku istotnych aspektach – mimo że sam samochód elektryczny jest zeroemisyjny, to do wytwarzania prądu emitowane jest całkiem sporo dwutlenku węgla, tymczasem efektem ubocznym pracy silnika wodorowego jest woda.

Czas to pieniądz, a ładowanie samochodu elektrycznego zajmuje sporo czasu, w przeciwieństwie do napędu wodorowego. Na korzyść wodoru przemawia też jego efektywność – sprawność ogniw wodorowych sięga 60 procent w porównaniu do 30 procent w przypadku silników o napędzie spalinowym, a ciepło wynikające ze spalania wodoru może być wykorzystywane do ogrzania pojazdu. W świecie nastawionym na zysk o powodzeniu danej technologii decyduje to, ile pieniędzy przyniesie ona wielkim firmom, a te są żywo zainteresowane wodorem, nawet w kontekście ciężarówek – kłaniają się tu Hyundai, Scania, Toyota, Volkswagen, Daimler, Nikola oraz PSA.

Czas przeprosić się z wodorem

Mimo że wodór jest bezwonny, to czuć, że po raz kolejny w historii ma on szansę, by wreszcie przestać być paliwem drugiego wyboru. Międzynarodowa Agencja Energii dostrzegła w nim potencjał przy ujarzmianiu z natury niestabilnych odnawialnych źródeł energii, gdzie może się przydać przy magazynowaniu energii elektrycznej, a kolejne rządy tworzą specjalne strategie i inwestycje dedykowane rozpowszechnieniu tego czystego, wydajnego, niedocenianego paliwa. Wszelki transport – lądowy, morski i powietrzny – odpowiada dziś za około 30 procent emisji CO2, które koniecznie trzeba ograniczyć, i we wszystkich tych przypadkach można liczyć właśnie na niepozorny wodór. 

Rojek: Przyszłość napędzana wodorem?