Historie a využití vodíku

Vodík je nejjednodušší a nejběžnější z chemických prvků, které jsou stavebními kameny veškeré hmoty. Ostatní atomy se skládají z protonů, neutronů a elektronů. Vodík má však pouze jeden elektron a jeden proton. Je to také nejrozšířenější prvek. Ve skutečnosti vodík tvoří asi tři čtvrtiny veškeré hmoty ve vesmíru.

Víte, že

Ve Spojených státech se ročně vyrobí asi 85 milionů metrů krychlových vodíku? To odpovídá více než padesátinásobku objemu Rogers Centre v Torontu!

Vodík je nekov bez barvy a zápachu. Ve své nejběžnější formě je extrémně hořlavý. Jinými slovy, má tendenci vzplanout. Díky této tendenci je vodík velmi nebezpečný a zároveň velmi užitečný zdroj.

Kdy byl vodík objeven?

Vodík poprvé objevil v roce 1671 britský vědec Robert Boyle. Experimentoval s různými kovy tak, že je namáčel do kyseliny. Když se čistý kov vloží do kyseliny, probíhá typ reakce nazývané jednosměrná reakce. Například přidáním kousku draslíku (K) do roztoku kyseliny chlorovodíkové (HCl) dojde k následující reakci:

2K + 2HCl → 2KCl + H2

Pevný kov draselný reaguje s kyselinou za vzniku soli zvané chlorid draselný. Zbylé atomy vodíku se mezitím spojí za vzniku plynného vodíku.

Britský vědec Henry Cavendish ve své práci z roku 1776 potvrdil, že vodík je samostatný prvek. Boyle i Cavendish si všimli, že plynný vodík je velmi hořlavý. Konkrétně rychle a prudce podléhá reakci hoření s kyslíkem.

2H2 + O2 → 2H2O (+ teplo)

Reakce probíhá tak, že se molekuly vodíku a kyslíku spojí a vznikne H2O (voda). Tato reakce je exotermická. To znamená, že při ní vzniká tepelná energie – jinými slovy oheň. Další vědci později zjistili, že vodík poskytuje palivo pro reakce jaderné fúze, které probíhají uvnitř hvězd. Tyto fúzní reakce vytvářejí veškeré světlo a teplo, které Slunce a další hvězdy produkují.

Věděli jste to?

Vodík taje při teplotě 14° nad absolutní nulou (14° Kelvina neboli -259 C

K čemu se vodík používal v minulosti?

Kromě jeho hořlavosti Boyle a Cavendish také pozorovali, že vodík má menší hustotu (je lehčí) než vzduch. Vodík skvěle zvedá věci, jako jsou balóny. V tomto ohledu je podobný druhému nejjednoduššímu prvku, heliu. Ve skutečnosti je vodík při zvedání věcí ještě lepší než helium. Bylo tedy jen otázkou času, kdy lidé začnou navrhovat balóny plněné vodíkem pro přepravu. Na počátku 20. století se velké vzducholodě, které používaly vodík jako vztlakový plyn, staly oblíbenou formou letecké dopravy.

Mánie vzducholodí plněných vodíkem však netrvala dlouho. V roce 1937 došlo ve Spojených státech k tragédii. Německá vzducholoď Hindenburg se vznítila a explodovala v Lakehurstu ve státě New Jersey, přičemž zahynulo 36 lidí.

Konstruktéři vzducholodí věděli, že vodík je hořlavý a že helium je bezpečnější volbou. Hélium však bylo vzácné a drahé. Proto zvolili levnější, ale méně bezpečnou variantu. Po katastrofě Hindenburgu byl vodík jako vztlakový plyn rychle opuštěn. Ve stejné době se stále častěji používala letadla.

K čemu se vodík používá v poslední době?

Jistě jste viděli videa startu raketoplánu z Kennedyho vesmírného střediska nebo dokování na Mezinárodní vesmírné stanici. Tento program byl zrušen v roce 2011. Do té doby však byl raketoplán hlavním způsobem, jak se astronauti NASA dostávali do vesmíru. Zajímalo vás někdy, co pohánělo ty neuvěřitelně obrovské motory? Byl to vodík!

Hlavní motor raketoplánu Space Shuttle byl poháněn spalováním kapalného vodíku a kapalného kyslíku. Kolik energie poskytuje spalování vodíku? Tolik, že je těžké si to představit! Tři motory raketoplánu pracující společně vydávají zhruba stejné množství energie jako 120 železničních lokomotiv.
Inženýři NASA si také uvědomovali, jak nebezpečný může být vodík. Rozhodli se však, že mohou využít veškerou tuto surovou energii, pokud budou velmi opatrní.

V poslední době se lidé stále více zajímají o snižování svého vlivu na životní prostředí. Jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout, je přestat spalovat palivo pro pohon automobilů. Velký zájem je o vývoj automobilů poháněných vodíkovými palivovými články. Na používání vodíku k pohonu automobilů je příjemné to, že na rozdíl od benzinu není odpadním produktem skleníkový plyn – je to voda!“

Věděli jste to?“

K roku 2018 se vyrábějí tři automobily poháněné vodíkem. Honda, Hyundai a Toyota vyrábějí po jednom autě na vodíkový pohon.

Na rozdíl od Hindenburgu nemusí být auta na vodíkový pohon superlehká jako balóny, takže palivo je stlačeno a uloženo ve velmi pevných nádržích, aby se zabránilo úniku. Nejlepším řešením by bylo skladovat palivo jako pevnou látku, nikoli jako plyn. Materiál může v důsledku nehody stále hořet. Je však nepravděpodobné, že by explodoval. Riziko požáru při nehodách je přibližně stejné jako u automobilů poháněných benzinem.

Jedním z hlavních problémů při použití vodíku jako zdroje paliva pro automobily je však skladování. Vodík má více energie než benzín podle hmotnosti, ale má méně energie podle objemu. To znamená, že potřebujete poměrně velkou nádrž vodíkového plynu, abyste mohli s autem ujet rozumnou vzdálenost před doplněním paliva. Nádrže většiny automobilů jsou příliš malé na to, aby se do nich vešlo dostatek vodíkového plynu na jízdu po městě!

Vědci se zabývají přeměnou vodíku z plynu na pevnou látku. Důvodem je nízká hustota energie. Když se vodík absorbuje do pevné chemické látky, může získat vyšší hustotu energie. Akademičtí, průmysloví a vládní výzkumníci se zabývají tímto inovativním způsobem, jak dostat vodík do popředí energetického hospodářství.

.