Čpavek budoucím palivem?

Čpavek se začal průmyslově vyrábět začátkem 20. století. Důležitou úlohu hrál v 2. světové válce, při udělování dvou Nobelových cen a znamenal také globální revoluci v zemědělství. Rostliny pěstované s využitím umělých dusíkatých hnojiv zajišťují výživu téměř 48 % světového obyvatelstva. Mohl by být v budoucnu i čistým zdrojem paliva? Při spalování čpavku vzniká jen vodní pára a dusík, jehož normální podíl v atmosféře činí až 78 %.

Začátkem roku 2013 vyrobil italský producent pneumatik, firma Maragoni, hybridní automobil, který spaluje čpavek a benzín. Automobil může s jednou nádrží čpavku ujet 178 km.

Čistší metoda výroby čpavku

Většina čpavku se vyrábí zahříváním zemního plynu nebo uhlí k získání vodíku, který potom reaguje s atmosférickým dusíkem. Jde o velmi energeticky náročný proces, který spotřebuje 2-3 % celkové světové spotřeby energie a ročně emituje více než jednu miliardu tun uhlíku.

Inženýr John Holbrook vyvinul technologii „solid state ammonia synthesis“ (syntéza čpavku v pevném skupenství), která bude čistší. Místo zahřívání fosilního paliva bude vodík získáván z vodní páry elektricky prostřednictvím nabité membrány. Membrána je zahřáta na 550 ^oC. Dusík se přivádí na jednu stranu membrány a vodní páry na druhou stranu, za vyrovnaného tlaku. Vodní pára se disociuje na vodík (protony) a kyslík, vlivem elektrického napětí na membráně přecházejí protony přes membránu, a na druhé straně reagují s dusíkem za vzniku NH₃.

Klíčové procesy SSAS tedy jsou:

1) disociace plynné H₂O na plynný O₂ a adsorbovaný H⁺,

2) transport H⁺ přes proton vodivé membrány

3) reakce adsorbovaného H⁺ s N₂ za vzniku NH₃.

Spotřeba energie při tomto způsobu výroby činí 7-8 MWh na tunu čpavku.

Energetická pomoc Aljašce

Holbrook se podílel na založení společnosti NH Three, jejímž cílem je komercializovat tuto technologii. Prototyp zařízení se testuje v Pacific Northwest National Laboratory in Richland. Pokud testy splní očekávání, bude pilotní zařízení vybudováno v Juneau na Aljašce. Zde by se k výrobě elektřiny potřebné pro proces použily větrné elektrárny. Vyrobený čpavek, který lze snadno skladovat, by se pak v době bezvětří mohl spalovat. Díky asi 150 takovým energetickým ostrovům by Aljaška získala vyšší stupeň energetické nezávislosti.

O čistší výrobu čpavku ze vzduchu se zajímají i jiné výzkumné skupiny. Mike Reese a kol. z University of Minnesota začal využívat k výrobě čpavku elektřinu získanou z větrné elektrárny o výkonu 1,35 MW. Do konce roku 2013 plánuje vyrobit 25 tun čpavku, který hodlá prodávat jako umělé hnojivo místním zemědělským družstvům.

Holbrookova technologie by se tak mohla stát – vedle technologie záchytu a skladování CO₂ – jedním z řešení, jak získávat čistou energii. Podle S. Wittiga z Clean Air Task Force čpavek představuje nadějnou energetickou alternativu v globálním měřítku. V atmosféře jsou zdroje dusíku neomezené, k dispozici je i dostatečné množství vody.

Podle: Hal Hodson: Out of thin air. New Scientist, 2013, č. 2928, s. 22 (VV)

---

Čpavek – amoniak neboli azan – je bezbarvý velmi štiplavý plyn. Jde o toxickou nebezpečnou látku zásadité povahy. Při vdechování poškozuje sliznici. Je lehčí než vzduch. V roce 2006 byla světová průmyslová výroba amoniaku odhadována na 146,5 mil. tun. Dnes používanou metodu výroby objevil německý chemik Fritz Haber, za což dostal roku 1918 Nobelovu cenu.