PODCAST #48: Tomáš Bauer – Vodík je jednou ze součástí celku, který míří k udržitelnosti a uhlíkové neutralitě

Tomáš Bauer ve studiu při natáčení podcastu Vše o průmyslu Tomáš Bauer ve studiu při natáčení podcastu Vše o průmyslu
Snahy o dekarbonizaci průmyslu ovládají moderní přístupy a technologie. Jednou z nich je i využití vodíku – v průmyslu, dopravě a dalších oblastech. Nezastupitelnou roli může sehrát například i při podpoře obnovitelných zdrojů energie. O tom jsme si povídali v podcastu ze série Vše o průmyslu, kam přijal pozvání Tomáš Bauer, vedoucí vývoje palivových článků, který působí v R&D centru společnosti Bosch v Českých Budějovicích.



Jak se vodík dá využít? Co tato technologie umožňuje a proč má smysl se o ní v současnosti bavit?

Opřel bych se o slovo, které jste zmínil v úvodu – dekarbonizace. Je spojována především se závazkem Evropské unie pro rok 2050 (Green Deal). Spočívá v o uhlíkové neutralitě veškerého průmyslu, resp. celé Evropské unie. Vodík je skutečně jedním z pilířů, které k tomu mohou přispět, protože jde o univerzální nosič. Má potenciál stálého využití bez vzniku skleníkových plynů při jeho spotřebě – v chemickém průmyslu jako redukční činidlo, jako palivo ve spalovacích motorech, případně v kotlích, jako akumulátor energie pro palivové články ve stacionárních či mobilních aplikacích atd. Jedná se o prvek, který je možné bezemisně vyrábět a bezemisně spotřebovávat. Proto v poslední době zažívá relativně velký boom a jedná se o trendy téma, které rezonuje úrovní politickou, průmyslovou i komerční.

Asi se budeme hodně pohybovat v úrovni mobility, jakou roli bude hrát vodík jako alternativní pohon? Dá se předpokládat, že to bude dominantní alternativa, např. vedle elektromobility, nebo spíše okrajová?

Myslím si, že to souvisí s tím, co jsem zmínil v odpovědi na první otázku. Vodík má skutečně mnoho možností využití a samozřejmě dává smysl využít ho i v dopravě a v sektoru mobility. Nevnímám ale vodík jako konkurenční technologii k ryze bateriovým vozidlům, spíše jako komplementární, doplňkovou technologii pro určitý segment. Rozhodně nejsem bezvýhradný fanoušek vodíku pro veškeré segmenty mobility, někde to skutečně velký smysl nedává. Dnešní stav baterií, jejich energetické hustoty a vývojové technologie, které jsou k dispozici, jsou pro osobní vozidla dostatečné. S menšími kompromisy a lehkým diskomfortem jste schopni na jednu baterii vozidla odjet na dovolenou do Chorvatska – samozřejmě s plánováním. Nicméně je to srovnatelné se spalovacími motory. Proto si myslím, že jelikož je vodík z pohledu technologie komplikovanější než bateriové systémy, tak v tomto segmentu asi dominovat nebude. I v dnešní době se vyrábí malé množství vozidel na vodík, resp. palivové články, ale jsou to spíše demonstrátory této technologie pro danou oblast. Vodíková technologie v mobility sektoru má velký potenciál v nákladní a dálkové dopravě, kde parametry, který tento segment dopravy požaduje, nejsou v dnešní době bateriové systémy schopny nabídnout. Nákladní a dálková doprava má dva základní požadavky. Prvním je krátká doba dobíjení, resp. čerpání, druhým pak dlouhé dojezdy a dobré výkony. Kdybyste chtěl dnes nahradit dieselový agregát bateriovým systémem, vozíte s sebou hromadu baterií, které jsou závažím a zabírají prostor, který potřebujete k přepravě zboží. V případě vodíku to tak není, nabízí dobíjení, resp. dočerpávání vodíkových nádrží v rychlostech srovnatelných s dnešním dieselem/benzínem, tedy v řádech jednotek minut. Dojezdy jsou zrovna tak srovnatelné, takže se bavíme až o tisícovce kilometrů dojezdu na jedno dočerpání. To je skutečně to, co dopravci dálkových tratí potřebují. Nemůžou si dovolit každou chvíli stát a několik hodin dobíjet velké baterie. Potřebují jezdit a vydělávat peníze. Dnešní nabídka baterií toto zatím nenabízí.

EPIZODU MŮŽETE TAKÉ JEN POSLOUCHAT :
https://audioboom.com/posts/8054449

Když uvážím infrastrukturu pro dočerpání, jak to ve světě vypadá? Elektromobilita hodně stojí na tom, že pokrytí není ještě zcela vybudované. Je to u vodíku lepší, pomáhá mu, že se nejedná o mainstreamovou záležitost? Dostačuje současná infrastruktura? Jaké jsou do budoucna plány?

Infrastruktura rozhodně není dostačující. Technologie je na začátku. Bateriové systémy v mobility sektoru jsou zhruba o deset až patnáct let napřed před vodíkovou technologií. Infrastruktura pro tento segment této skutečnosti odpovídá. V ČR není ani jedna veřejná dobíjecí stanice pro vodík, zatím existuje jedna neveřejná, která má navíc pro dnešní aplikace relativně nízký tlak. V rámci Evropy považujeme z pohledu infrastruktury za vodíkovou velmoc Německo, kde je zhruba sto veřejných dobíjecích či čerpacích stanic na vodík. Obecně je ale síť nedostatečná. Existuje spousta plánů a projektů na tvorbu lepší sítě, Evropská unie to podporuje, protože jde o jeden z kroků z již zmiňované dekarbonizaci. V tuto chvíli ale připraveni nejsme, takže když si koupíte v ČR auto na vodíkový pohon, máte zásadní problém s tím, kde ho načerpat. Můžete zajet do Lince, Drážďan, ale možnosti v rámci ČR nemáte. Technologie ještě není připravena na každodenní použití běžného uživatele, to chce ještě čas.

Možná zůstanu v pozici laika, protože když se vzpomene vodík jako pohon, mně jde na mysl bezpečnost. Jak je to obecně s bezpečností vodíku a palivových článků? Můžou být i jisté předsudky o nebezpečí vodíku bariérou výraznějšího rozvoje?

Možná začnu s vodíkem trochu šířeji. Vodík jako takový je prakticky za všech normálních teplot v plynném stavu. S bezpečností souvisí to, že má extrémně nízkou hustotu, takže abyste byl schopen uchovat jej v rozumných objemech, musíte ho relativně výrazně stlačit. Dnešní aplikace v automobilovém průmyslu počítají s tlaky okolo 700 atmosfér, což je obrovský tlak – pro srovnání v pneumatice jsou 2 atmosféry. Bezpečnost v rámci vývoje a celého systému palivových článků je jeho elementární a nedílnou součástí. Naštěstí máme relativně dobrou legislativu, co se týče bezpečnosti vodíku, systém je protkán mnoha senzory a zařízeními, které zajišťují, že bezpečnost je srovnatelná s jakýmkoli jiným vozidlem na odlišný pohon. Systém obsahuje mnoho senzorů, ventilů, které při jakékoli problematické události (např. teplota, netěsnost) veškerý systém od vodíku odpojí, nebo naopak – existují systémy, který celý obsah tlakových nádrží rychle vyprázdní tak, aby nemohlo dojít k nebezpečné situaci. Automobily, které jezdí na palivové články, musejí splňovat standardní crash požadavky jako jiná vozidla. Auta, zejména japonské a korejské automobilky, těmito homologačními a bezpečnostními požadavky bez problému procházejí. Stav techniky a vědy je na takové úrovni, že jsme schopni rizika zvládnout a snížit na úroveň srovnatelnou s dnešním zcela běžným spalovacím motorem.

Bosch se zavázal vydat se cestou snižování emisní stopy a udržitelnost čpí ze všeho, co společnost dělá. Proč si myslíte, že vsadil na vývoj kolem vodíku, a co k ní přivedlo Vás osobně? Co je na té technologii revolučního, v čem se s ní identifikujete pro práci?

Nemyslím si, že vodík v rámci Bosche je to jediné a stěžejní téma. Bosch sází na tzv. technologickou neutralitu, věříme, že vodík je jednou ze součástí celku, který míří k udržitelnosti a uhlíkové neutralitě. Bosch věří v určité aplikace, vyvíjí systémy pro baterie a zabývá se dalšími tématy, které přispívají k udržitelnosti a finální dekarbonizaci.

Co se týče mě osobně, vodík mi, jakožto inženýru a vývojáři, přijde jako extrémně zajímavé téma. Obsahuje spoustu inženýrských disciplín, ke kterým jsem se v rámci vývoje běžných spalovacích motorů nedostal. Taky mně velice fascinuje jeho univerzálnost, která má potenciál plně nahradit fosilní paliva prakticky všude v průmyslu, ať už je to těžký průmysl, výroba oceli atd. Vodík skýtá šanci obejít se bez uhlí, koksu, zemního plynu či ropy. Možnosti v rámci aplikace vodíku jsou nesmírné. Jsme samozřejmě na začátku celého procesu, který vyžaduje spoustu práce, úsilí a peněz. Nicméně pokud jsme se zavázali k nějakému cíli v rámci Green Dealu, věřím tomu, že bez vodíku se tam nejsme schopni dostat.

Když se bavíme o elektromobilitě, ozývají se výrazně kritické hlasy směřované hlavně na výrobu a likvidaci baterií. Jak si v tomto ohledu stojí vodíkové palivové články?

Dříve, než se začneme bavit o likvidaci, zmínil bych nejdříve jejich výrobu. Souvisí to spolu. Výroba baterií je problematická kvůli obsahu vzácných kovů, jenž se obtížně těží – lithium, kobalt, které potřebujete k tekutému elektrolithiu a kobalt jako materiál pro výrobu elektrod. Jde o materiály, které skutečně těžko získáváme, v Evropě moc nalezišť není, těžba probíhá v Asii. Pro nás je to tak daleko, že možná nevnímáme ekologický dopad, nicméně ta místa skutečně připomínají měsíční krajinu. Naštěstí vodíkové technologie takové množství tohoto typu materiálu nepotřebují, v rámci palivových článků existuje jediný „problematický“ prvek – platina. Ta funguje jako katalyzátor elektrochemických jevů, k nimž dochází. Množství platiny ale není nijak výrazné, jeden palivový článek obsahuje stejně platiny jako jeden katalyzátor v dieselovém autě. Nejde o nic enormního. Co se týče recyklace, existují recyklační principy, jak z článků platinu dostat zpět a prakticky celou ji využít pro další výrobu palivových článků. Ve využití drahých kovů jsme trochu dál oproti bateriovým systémům, které recyklovat nelze.

Podívejme se nyní na konkrétní aplikace Bosche. Čemu se věnujete, když přijde na oblast vodíkových technologií?

V rámci vodíkových technologií se Bosch zabývá konkrétním spektrem. Co s týče výroby vodíku, jsou to elektrolyzéry, což je klíčová výroba, kterou bychom do budoucna chtěli zajistit. Elektrolyzér napájený obnovitelným zdrojem energie vyrábí „ten správný vodík“, tzv. zelený. Výroba vodíku je bezemisní. V rámci Bosche se zaměřujeme jak na výrobu zeleného vodíku, tzn. čističky vody, která je potřeba pro elektrolyzér, kde průchodem vody dochází k rozpadu na vodík a kyslík, který se potom přes lineární kompresory a další zařízení, jež Bosch vyvíjí, stlačuje do tlakových lahví, případně do jiné infrastruktury. Lahve se poté dodávají ke spotřebiči, kterým je většinou palivový článek, a ten může být buď stacionární, nebo mobilní. Oba využívají trochu jiné technologie, princip je ale vždy přibližně stejný. U nás v Českých Budějovicích se zabýváme vývojem palivových článků s tzv. protonovou membránou, což je technologie z mnoha důvodů vhodná pro mobility sektor. Jde o nejdůležitější komponent, do kterého investujeme nejvíce peněz a zdrojů. Palivový článek, na který cílíme, je určen pro komerční vozidla, tj. pro nákladní dopravu, o níž jsem hovořil dříve. Výkony se pohybují od 100 po 300 kW podle typu vozidla a případu jeho užití. To je to, co vyvíjíme, vyvíjíme kompletní systém. Gró, jádro, klíčová část palivového článku se nazývá stack, dochází v něm k elektrochemické reakci – vodík rozkládáme na protony a elektrony. Elektrony vytváří napětí, při průchodu obvodem a spotřebičem vytváří proud. To probíhá ve stacku. Kromě stacků se zabýváme i vývojem dalších komponentů potřebných k tomu, abychom dostatečně a kvalitně v daných parametrech dokázali dávkovat jednotlivá média vstupující do reakce (jde především o vodík a vzdušný kyslík). Výstupem je pak elektrické napětí, odpadní produkty a pak čistá voda. Celý systém, který vyvíjíme a jsme jej schopni dodat našim potenciálním zákazníkům, cílíme na vysoce odolné komerční projekty a většinou se jedná o tahače. Pro představu, palivový článek má rozměry srovnatelné s dieselovým motorem, v případě palivového článku s výstupním výkonem 200 kW jde o rozměry 1 metr × 2 metry × 0,5 metru. Většinou se lokalizuje přímo pod kabinou, stejně jako dieselové agregáty, jde o rozměrné komplexní zařízení, které využívá vodík a mění jej na elektrickou energii. Ta se poté přes invertor a další konvertory využívá k pohonu elektrického motoru.

Už jste zmínil, že nákladní doprava bude ve využití palivových článků hrát prim. Ale není potenciál rozšíření i do osobní dopravy? Mohl by jednou každý z nás jezdit na vodík, nebo tato ambice není na pořadu dne?

Existují studie, které říkají, že při současném stavu baterií se vám do této technologie vyplatí investovat při dojezdu zhruba 600–700 km. To je zlomový moment, kdy má smysl přemýšlet o vodíkové aplikaci. Dnes samozřejmě těch aplikací vodíku v rámci osobní dopravy není tolik, jsme oproti bateriovým systémům časově ve skluzu, takže nabídka není taková. Pokud používáte auto a vaše dojezdy jsou pod 600–700 km, což je běžné použití osobních aut, vodík je v tomto případě okrajová záležitost a nedává ekonomicky příliš smysl. Když se podíváte na vývoj energetických hustot a kapacit baterií, je to skutečně parabola. Dá se očekávat, že kapacity baterií budou i nadále růst. Progres a postup vývoje baterií je kontinuální, nemyslím si, že v osobní dopravě bude vodík dominovat.

Zmínil jste, že oproti bateriovým systémům jste mírně ve skluzu. Bosch chce ale prý sériově vyrábět už v letech 2022–2023. Je to stále reálný výhled, nebo se tento odhad musel poupravit?

Nějaké změny v termínových plánech u takto inovativního produktu jsou očekávané, nicméně termíny jsou pořád ještě platné. Sériová výroba stacku, klíčového komponentu palivových článků, skutečně je naplánována na konec roku 2022. Celý systém včetně pomocných komponentů zpracovávající jednotlivá média, jako je vodík a kyslík, ten plánujeme mít v sériové výrobě v druhé polovině roku 2023. Termíny můžu v tuto chvíli potvrdit.

Aby se to povedlo, určitě i Váš tým potřebuje schopné lidi. S Vašimi kolegy jsem komunikoval o tom, že u vás probíhá nábor zaměstnanců prakticky kontinuálně. Platí to ještě? A jaké lidi přesně hledáte, respektive co děláte Vy a Vaši kolegové konkrétně?

Jak jsem zmínil, palivový článek a celý ten systém je velice komplexní zařízení. Není to tak, že na něm pracujeme pouze v Boschi v Českých Budějovicích. Platformní vývoj, tak jak je to v rámci automotive nazýváno, tedy nějaký základ klíčových komponent, se provádí v naší německé centrále ve Feuerbachu poblíž Stuttgartu. Na celém tom systému pracuje 400–500 vývojářů, ať jsou to inženýři či technici v laboratořích. My v Budějovicích se spolupodílíme na vývoji, v tuto chvíli máme „na palubě“ asi 30 inženýrů a rosteme dál.

Renomé, které jsme za dobu spolupráce s klíčovým platformním týmem v rámci německého Bosche získali, je skutečně významné a vede k tomu, že tým roste extrémně dynamicky. Může se to zdát zvláštní, ale lidi, které do našeho týmu hledáme, jsou klasičtí strojní inženýři. Strojní inženýr je role či oblast, která v rámci celého systému palivových článků dominuje. Samozřejmě je otázka ohledně chemických záležitostí, elektřiny atd. Na většinu práce ale pořád potřebujeme dobré konstruktéry, takže absolventi strojních vysokých škol jsou typický profil, který hledáme. Oceníme samozřejmě i nadšence do technologií a lidi ochotné učit se nové věci. V rámci palivového článku je inovativních přístupů a témat hromada. Bez chuti proniknout do tématu a naučit se něco nového, to prostě nejde.

Poslech a možnost odběru všech epizod v aplikacích:

Spotifyhttps://open.spotify.com/show/4XfKSj00k5yOR7Vwi5Hwh5

Apple Podcast: https://podcasts.apple.com/cz/podcast/v%C5%A1e-o-pr%C5%AFmyslu/id1489539018

Google Podcast: https://www.google.com/podcasts?feed=aHR0cHM6Ly9hdWRpb2Jvb20uY29tL2NoYW5uZWxzLzUwMTE4MzIucnNz

Lecton: https://lectonapp.com/cz/podcast/3a527175-5f3a-4890-9217-10b19d007491?_lst 

Lukáš Smelík

Šéfredaktor časopisu Control Engineering Česko se soustřeďuje zejména na témata spojená s digitalizací, automatizací a robotizací průmyslu. Příspěvky se snaží odhalovat současné trendy a nálady na tuzemském i světovém trhu.