Jen málokdo měl zatím možnost svézt se v autě poháněném vodíkem. 21. STOLETÍ se to podařilo. 
Limuzína BMW řady 7 není na silnici nic tak neobvyklého. Kolemjedoucí vak netuší, že právě potkali prototyp jen těžko vyčíslitelné ceny. Ta se totiž odhaduje na miliony eur.
Docela obyčejná vodní pára
Náš BMW, se kterým brázdíme ulice Berlína, se od toho sériového liší jen nepatrně, rozdíly má šanci postřehnout jen opravdový znalec značky. Kdo by však přeměřoval výšku kapoty, nebo by si všiml decentního nápisu Hydrogen 7 na zádi? Určitě proto nikoho vůbec nenapadne, že z dvojice upravených koncovek výfuku nás auto nekrmí obvyklými škodlivinami (CO, NOx, nebo HC), ale do ovzduší z nich uniká docela obyčejná vodní pára. „Tak takhle by to mohlo v blízké budoucnosti vypadat, pokud by automobilům zůstal i nadále k dispozici spalovací motor, který by ale konzumoval vodík“, říkáme si.
Z automobilek na této vizi už hezkých pár let intenzivně pracuje právě mnichovská BMW a mezi odborníky se potichu hovoří o tom, že se spalováním vodíku údajně koketují také u Fordu a Mazdy.
Jenže technici vývojového oddělení BMW dokonce už před pěti lety vyrobili patnáctikusovou sérii vozů BMW 745h, poháněnou 4,4litrovým osmiválcem s bivalentním provozem, tedy s možností spalovat střídavě benzín a vodík. Tato miniflotila pak objela celý svět, aby ukázala reálnou možnost využití vodíku a získala další zájemce, kteří by se na tomto projektu mohli nějak účinně podílet.
Vodík dostal přednost
Od té doby jsem se posunuli o pět let dál a my teď sedíme v novém BMW s označením Hydrogen 7 a snažíme se odhalit co nezvyklého jízda s vodíkem obnáší. Opět se jedná o bivalentní provedení, ale startování tlačítkem na přístrojové desce tentokrát dává automaticky přednost vodíku.
To, že pro rozjezd a pro prvních pár kilometrů jízdy dostává vodík zelenou je vlastně šikovné řešení problému nízké účinnosti katalyzátoru za studena. Teprve po dosažení jeho provozní teploty začíná do spalovacích prostorů vidlicového dvanáctiválce o objemu šest litrů automaticky proudit benzín.
Změnu paliva přitom nikdo z posádky nemá šanci postřehnout, ví o ní jenom řidič, pokud ovšem právě sleduje přístrojovou desku, kde se mu rozsvěcuje nebo zhasíná symbol H2. Technikům od BMW se i přes rozdílné vlastnosti obou paliv povedlo vyřešit jejich libovolné přepínání bez jakékoliv změny v chování motoru.
Volba paliva je na řidiči
Oproti sériové verzi motoru V12 v modelu BMW 760i šel sice výkon i točivý moment o něco dolů, ale charakteristiky benzínového a vodíkového provozu se naprosto kryjí. Je to jen otázka řízení motoru, které musí být natolik vypiplané, aby zvládlo například u benzínu vstřikování přímo do válců a vodíkovou směs vytvářet v sacím traktu. Musí se samozřejmě vyrovnat s různými způsoby zapalování, protože vodík hoří daleko rychleji nežli benzín. Během jízdy pak stačí smáčknout příslušné tlačítko na přístrojové desce a motor bez zdráhání začne polykat palivo, které mu právě řidič naordinoval.
Tady je třeba si uvědomit, že s jízdou na vodík se to nedá nijak přehánět, protože jeho zásoba ve voze stačí na ujetí zhruba dvou stovek kilometrů. Záchranou je pak 74litrová nádrž na benzín, dávající šanci překonat asi 500 kilometrů. Když nám tedy ukazatel množství vodíku sděluje, že nádrž je téměř z poloviny prázdná, nastal čas zajet k čerpací stanici.
Jak se tankuje vodík?
Čerpadel, která nabízejí vodík, je v celém Německu šest, v Berlíně však jen jediné. Kdyby nás k němu nezavedla navigace v autě, byl by asi dost velký problém takovou pumpu vůbec najít. Protože se jedná o vodík v kapalné formě, která předpokládá udržení jeho teploty na -253oC, není tankování vůbec taková hračka, jak to známe u klasických paliv.
Předně se s tepelně izolovanou trubicí o průměru kolem 15 centimetrů a vážící několik kilogramů manipuluje dost neobratně, a to nám ještě pomáhá její zavěšení na pomocné kladce. Po uvolnění krycí klapky nádrže je třeba koncovku tankovací trubice napojit na pojistku vstupního mechanismu a tím práce obsluhy končí. Co se děje poté uvnitř, to se už sledovat nedá a je třeba věřit automatice, že všechny ty potřebné jistící funkce dokonale zvládne. Má na to něco víc než minutu.
Vlastní plnění poloviny nádrže trubkou malého průměru s možností lepšího těsnění, trvá asi tři minuty. Celý proces probíhá koaxiálně, to znamená, že vnitřním potrubím z dvouvrstvé tankovací hadice se kapalným vodíkem plní nádrž a po obvodě proudí z nádrže vodík v plynném stadiu, který vytlačuje stoupající hladina kapaliny.
Účtenka, která posléze vypadává z automatu, nás informuje o tom, že bylo natankováno 3,86 kg vodíku v ceně 8 eur/kg, tedy dohromady 30,88 eur (v přepočtu 864 Kč). Při normované spotřebě 3,6 kg/100 km se tedy cena paliva vyšplhá na 806 Kč/100 km. Ale v tomto ohledu buďme shovívaví, s vodíkem to není vůbec lehké, ať již se jedná o výrobu, přepravu nebo uskladnění. Jakmile by se projekt rozjel ve velkém, jeho cena by pak šla rapidně dolů.
Kam se ztrácí palivo?
Spalování vodíku sebou ale přináší i některé nevýhody. Velkým problémem je nádrž pro kapalný vodík s kapacitou 7,8 kg , která za zadními sedadly luxusní limuzíny ubírá svým objemem 170 litrů hodně na prostoru. Naše auto tak pojme pouze čtyři cestující a objem zavazadlového prostoru se scvrkl z původních 500 litrů na méně než polovinu.
Udržet teplotu kapalného vodíku po delší dobu na potřebných -253oC je navíc i přes použitou superizolaci nemožné, a tak se vodík stále pomalu odpařuje a je třeba ho po dosažení určitého tlaku (5,1 bar) automatickým otevíráním speciálních ventilů v blízkosti výfukových koncovek odpouštět. Vodík se tímto způsobem začne z nádrže vytrácet po odstavení vozu trvající zhruba 17 hodin. Pokud se s vozem nejezdí a odpařený vodík se nespotřebovává provozem motoru, během devíti dnů parkování zůstane v nádržce jen takové množství vodíku, které vystačí na dojezd jen asi 20 km. To je v podstatě nejslabší stránkou využití kapalného vodíku ve spalovacích motorech.
Pokud by byla zvolena varianta tankování stlačeného plynného vodíku, musel by být objem nádoby i při tlacích až 700 bar o 75 % větší nežli objem nádrže se zkapalněným vodíkem. Kde však na ní v autě najít místo?
Provoz s omezením
Odpouštění přetlaku vodíku z nádrže a vůbec vlastní existence vodíku na palubě auta, to byl pro automobilku další problém, který, tentokrát pro změnu s úřady, musela řešit, aby vozy vůbec směly vyjet do provozu na silnici. Po dlouhém handrkování se ale nakonec povolení podařilo získat, ovšem s některými omezeními. K těm například patří zákaz parkování v garážích.
Přitom u BMW nasimulovali všechny možné havarijní scénáře úniku vodíku do ovzduší, přičemž ani technické úřady nezjistily, že by vodík představoval nějaké zvýšené nebezpečí. Vodík je totiž lehčí než vzduch a pokud by při nějaké mimořádně těžké havárii začal unikat, jeho vysoká rychlost stoupání směrem vzhůru vytváří v nejhorším případě pouze lokální plamen.
Než ve světě dojde nafta…
Samozřejmě, že vývoj vodíkového motoru půjde ještě dál. Ve zkušebně už se testují čtyřválcové motory s dvoulitrovým objemem, které se budou schopny výkonem měřit s dnešním dvanáctiválcem. Velké plány mají u BMW také s odtučňovací kůrou dosud hodně těžké 170litrové nádrže.
Vůbec nejpodstatnější na tomto projektu je, že se snaží s předstihem řešit situaci, které nastane nejpozději v roce 2015, kdy produkce nafty začne klesat a požadavky na energii pro dopravu narostou podle dnešních odhadů asi o 60 procent. Tady se stane role v přírodě nevyčerpatelného vodíku nezastupitelná a to nejen pro spalovací motory, ale také pro palivové články, u nichž se s vodíkem také počítá.
Proto je třeba už dnes hovořit a hlavně začít zajišťovat výrobu a infrastrukturu dopravy a prodeje vodíku. Pokud například v Německu nebude vybudováno 800 až 900 čerpadel pro tankování vodíku, se sériovou výrobou automobilů s tímto palivem se nikdo neodváží začít.
Auto pro celebrity
Letos vyrobí v Mnichově 100 těchto ekologických automobilů, které při spalování vodíku nevypouštějí do ovzduší v podstatě ani CO2, což je plyn sice primárně neškodný, ale podezřelý z „trestného činu“ oteplování zemského povrchu.
Automobilka počítá s tím, že o BMW Hydrogen 7 projeví zájem politici a veřejně známé osobnosti, kteří tak budou tomuto druhu pohonu (ale také sobě) dělat dobrou reklamu.
Kde vzít vodík ?
Narozdíl od ropy se nejlehčí chemický prvek vodík vyskytuje na Zemi v takové míře, že by se mohl získávat neomezeně například z vody. Dnes se vodík využívá jako surovina pro chemický průmysl a jeho roční spotřeba se pohybuje kolem 600 miliard m3. Přitom 80 % z tohoto množství se získává z fosilních paliv.
Perspektivní je velkovýroba vodíku elektrolýzou vody, ale je zapotřebí, aby elektrický proud pro elektrolýzu pocházel z obnovitelných zdrojů energie. Vedle solární nebo větrné bychom neměli opomíjet ani energií z jaderných elektráren. Na popud komise EU vzniklo grémium European Hydrogen and Fuel Cell Technology Platform, jež na vývoj evropského energetického systému na bázi vodíku dostalo pro příštích deset let k dispozici 2,8 miliardy eur (cca 78 miliard korun).
Dokonalá tepelná izolace
Vzhledem k tomu, že nádrže ve voze musí být co nejmenší, tankuje se vodík zkapalněný při teplotě -253oC. Problém ovšem je tak nízkou teplotu zajistit i v nádrži. Ta je proto vyrobena z dvoumilimetrového nerezového plechu ve dvouplášťovém provedení s 30 mm mezerou se silným vakuem, které zamezuje přenosu tepla.
K redukci vyzařovaného tepla jsou určeny hliníkové reflexní folie a vrstvy skelné tkaniny. Tato izolace má účinek srovnatelný se 17 metrů silnou vrstvou lehčené gumy (styroporu). Kdyby se taková nádrž naplnila například vařící kávou, zůstala by vařící po dobu 80 dní. Teprve pak by ochladla tak, že by se dala pít.
Výbuch nehrozí!
Řada nárazových testů prokázala, že nádrže s kapalným vodíkem jsou stejně bezpečné jako nádrže benzínové, v případě ohně dokonce ještě bezpečnější. Tady ani při požáru s teplotou plamenů kolem 1000oC, trvajícím 70 minut, nebyly žádné problémy. Plynný vodík unikal zcela podle předpokladu přetlakovými ventily, a protože stoupá velice rychle vzhůru, vytvářel se pouze místní kontrolovaný plamen.
Základní data vozu BMW Hydrogen 7
Čtyřdveřová limuzína s délkou 5,18 m
pohon zadních kol
Hnací jednotka umístěná vpředu
dvanáctiválec do V
objem 5 972 cm3
výkon 191 kW
točivý moment 390 Nm
zrychlení 0 – 100 km/h za 9,5 s
nejvyšší rychlost 230 km/h
spotřeba benzínu 13,9 l/100 km
spotřeba vodíku 3,6 kg/100 km
emise CO2: benzín 332 g/km, vodík 5 g/km
