Kovový prach jako alternativní palivo budoucnosti?

Alternativní paliva jsou široce diskutované téma. Po klimatické konferenci v Paříži je budoucnost energetiky zejména spojována s používáním obnovitelných zdrojů energie (OZE), především fotovoltaických a větrných elektráren. OZE, jejichž výroba je značně závislá na klimatických podmínkách, je nutné doplnit zdrojem, který je schopen energii vyrábět kdykoliv je potřeba.

Dlouhodobou náhradou za fosilní paliva by se mimo jiných diskutovaných paliv, jako je například vodík nebo biopaliva, mohl stát podle studie časopisu Applied Energy kovový prach, vyrobený za použití „čistých“ primárních energetických zdrojů.

„Technologie vyrábějící čistou elektřinu – především solární a větrné elektrárny – se rozvíjejí velice rychle. Tento způsob výroby nemůžeme ovšem využít pro mnohé oblasti, ve kterých je dnes využívána ropa a plyn, jako například doprava,“ poznamenává profesor Jeffrey Bergthorson z McGill University, hlavní autor nové studie. Bergthorson dále uvádí: „Biopaliva mohou být součástí řešení, ale nebudou moci uspokojit veškerou budoucí poptávku. Vodík vyžaduje velké a těžké palivové nádrže a je výbušný, baterie jsou příliš objemné a nejsou schopny skladovat dostatek energie. Použití kovového prachu, který je schopen ukládat dostatek čisté primární energie pro pozdější použití, je velmi slibnou alternativou.“

Unikátní koncepce

Bergthorson s pěti dalšími výzkumníky z McGill University a vědci z Evropské kosmické agentury v Nizozemsku představují unikátní koncept pro použití malých kovových částic jako zdroje pro spalovací motory s vnějším spalováním. Velikost kovových částic je přibližně stejná jako v jemné mouce nebo moučkovém cukru. 

Na rozdíl od spalovacích motorů používaných v benzínových automobilech, motory s vnějším spalováním používají pro pohon teplo z vnějšího zdroje. Motory s vnějším spalováním, moderní verze uhelných parních lokomotiv, které poháněly průmyslovou éru, jsou široce používány pro výrobu energie z uhlí nebo biomasy.

Myšlenka spalování kovového prachu není nic nového – je již po staletí používána například v ohňostrojích. Od poloviny 20. století je kovový prach využíván jako raketové palivo v přídavných raketách raketoplánu. V posledních desetiletích bylo ohledně vlastností spalování kovového prachu provedeno relativně málo výzkumů a potenciál kovových částeček jako recyklovatelného paliva v širokém rozsahu aplikací byl do značné míry vědci přehlížen.

Recyklovatelný po spálení

Nápad předložený týmem z McGill University využívá důležitou vlastnost kovového prachu – při hoření reaguje se vzduchem a vytváří stabilní netoxické tuhé oxidy, které mohou být poměrně snadno shromažďovány pro následnou recyklaci, na rozdíl od emisí CO2 ze spalování fosilních paliv, které unikají do atmosféry.

Použitím na míru postaveného hořáku výzkumníci z McGill University prokázali, že plamen může být stabilizován v proudu drobných kovových částeček rozptýlených ve vzduchu. Plamen při spalování kovového prachu je relativně podobný tomu, který vzniká při spalování uhlovodíkového paliva. „Hustota energie a síla navrženého tepelného motoru na kovové palivo by se mohla blížit současným spalovacím motorům na fosilní paliva, což z nich činí atraktivní technologii pro nízkouhlíkovou budoucnost.“

Železo by mohlo být hlavním kandidátem pro využití za tímto účelem. Miliony tun železného prachu jsou již vyráběny pro hutnictví, chemický a elektronický průmysl. Železo je navíc snadno recyklovatelné s dobře zavedenými technologiemi a některé nové techniky mohou zamezit vzniku emisí oxidu uhličitého spojeného s tradiční výrobou železa při využití uhlí.

Další krok: Vybudování prototypu

Zatímco laboratorní práce McGill University a dalších výzkumných zařízení ukazují, že použití kovových paliv ve spojení s tepelnými motory je technicky proveditelné, nikdo dosud neprokázal tuto myšlenku v praxi. Dalším krokem k naplnění laboratorních předpokladů bude výstavba prototypu hořáku a propojení s tepelným motorem, uvádí Bergthorson. „Vytvoření procesu recyklace kovu, který nevytváří emise CO2, je také kritický.“

Spoluautor David Jarvis, ředitel strategických a nově vznikajících technologií v Evropské kosmické agentuře, dodává: „Velice se zajímáme o tuto technologii, protože otevírá dveře k novým pohonným systémům, které mohou být použity ve vesmíru i na Zemi. Odklon od fosilních paliv pro pohon vozidel je jasný trend do budoucna. I když není v současnosti tato technologie dokonalá a není na trhu, použití nízkonákladových kovových paliv, jako je železný prášek, je vhodnou alternativou k benzínu a motorové naftě. Pokud se nám podaří prokázat, že železným prachem poháněný motor s téměř nulovými emisemi CO2 funguje, věříme, že by to vyvolalo ještě větší inovace a snižování nákladů v blízké budoucnosti.“