U posljednjih četvrt stoljeća u javnosti se pojavljuju termini koji se ranije nisu pojavljivali i bili su veća ili manja nepoznanica. Čist zrak, čista voda, zdrava prehrana, čista energija, održivi razvoj, održivi promet i zelena ekonomija samo su neki od njih. No vjerojatno najelitniji i najupotrebljiviji izraz su obnovljivi izvori energije. Kontinuirani globalni porast broja stanovnika i težnja tih stanovnika da žive kvalitetnije i lakše, zasniva se primarno na raspoloživosti iskorištenja prirodnih resursa koji su ograničeni i koje porast broja stanovnika dodatno iscrpljuje.
Konvencionalne tehnologije stvaranja i distribucije hrane, pića, robe široke potrošnje zbog svojih manjkavosti i nesavršenosti u procesu obrade stvaraju ogromne probleme koji se očituju u iscrpljivanju fosilnih goriva, stvaraju se staklenički plinovi i kisele kiše, proizvodi opasni otpad. Onečišćenje prirode je svenazočno što je uostalom dovelo i do promjene klime i fenomena klimatskih promjena.
Najveći problem sadašnjih i budućih generacija je svakako izazov nedostatka energije. Bez energije nema ljudskog napretka u zemljama u razvoju niti očuvanja sadašnje razine života u razvijenim zemljama. U bliskoj budućnosti će biti potrebno ponajviše energiju fosilnih goriva postupno zamjenjivati raznim oblicima obnovljive i čiste energije. Kako sada stvari stoje, radi se prvenstveno o masovnijem korištenju sunčeve energije i energije vjetra, ali i drugih obnovljivih izvora energije poput geotermalne energije ili hidroenergije ovisno o zemljopisnoj raspoloživosti. Iskorištavanje svakog od nabrojenih oblika obnovljivih izvora energije iznjedrilo je i raznovrsne njima prilagođene tehnologije. U pravilu radi se o tehnologijama konverzije određenog tipa obnovljive energije u električnu energiju, budući da je taj oblik energije najpraktičnije dalje koristiti u bilo kojoj grani privrede, prometu ili kućanstvima.
Obnovljivi izvori energije su u pravilu promjenjivog intenziteta pa je i proizvedena električna energija promjenjiva. Potrebe korisnika električne energije su u pravilu također promjenjive pa je između proizvođača i korisnika potreban spremnik energije po mogućnosti takav koji bi se istovremeno mogao puniti i prazniti. U sadašnjoj su praksi to akumulacijska jezera kod hidroelektrana i rezervoari mazuta ili skladišta ugljena kod termoelektrana. U transportu su to rezervoari s gorivom (tekućim ili plinovitim ugljikovodicima). Prelaskom na obnovljive izvore energije u spremniku se u pravilu pohranjuje toplinska ili električna energija, a sve više i vodik.
Vodik je jedan od osnovnih, jednostavnijih i najčešćih elemenata u prirodi čiji se atom sastoji od jednog protona i jednog elektrona i najlakši je element u prirodi. Henri Cavendish je 1776. godine je otkrio vodik kao tvar nastalu iz kemijske reakcije metala i kiseline, a nazvao ga je "zapaljivi zrak". U nastavku istraživanja, 1781. je otkrio da vodik prilikom izgaranja proizvodi vodu. Antoine Lavoisier je 1783. vodiku dao ime od grčkih riječi hydro i genes. To je najlakši element u prirodi koji je čak 14 puta lakši od zraka. Pri sobnoj temperaturi od 21 °C i pri atmosferskom tlaku u plinovitom stanju je bez boje, mirisa i okusa, zapaljiv je, ali nije otrovan.
U svemiru vodik u formi jednoatomne substance predstavlja 75% ukupne mase svemira, ali na Zemlji ne postoji u slobodnom obliku. Vodik se na Zemlji nalazi samo u kombinaciji s drugim elementima kao što su kisik, ugljik i dušik. Da bi se mogao upotrebljavati kao izvor energije, treba ga odvojiti od tih elemenata. Najviše ga ima u vodi čije su molekule sastavljene od dva atoma vodika i jednog atoma kisika. Također ga ima u ugljikovodicima i organskim tvarima (nafta, ugljen, prirodni plin, biomasa). Vodik je plin koji pomiješan sa zrakom u volumnoj koncentraciji između 4 % i 77 % tvori eksplozivnu atmosferu, a za paljenje je potrebna vrlo niska energija od 0.02 mJ. Obzirom na široke granice eksplozivnosti i malo ispuštanje vodika predstavlja veliku opasnost od eksplozije uz postojanje učinkovitog uzročnika paljenja npr. uslijed izloženosti vrućim površinama, otvorenom plamenu, električnoj iskri, statičkom elektricitetu i sl.
Vodik se može proizvesti iz obnovljivih izvora energije čime se stvara čist i održiv energetski sustav. Vodik se danas najviše proizvodi "reformiranjem" kemijskih spojeva uslijed primjene topline te su razvijeni i postupci proizvodnje vodika iz nafte, naftnih derivata i ugljena. Prirodni plin, nafta i ugljen u njima služe i kao sirovina koja sadržava vodik i kao izvor energije potrebne za pretvorbu. Najbolja sirovina za proizvodnju vodika iz obnovljivih izvora energije je voda. Vodik iz vode može se proizvesti putem različitih procesa poput elektrolize, termolize, termokemijske reakcije, fotokemijske i biološke procese. Od svih navedenih procesa jedino je elektroliza vode dovoljno tehnički razvijena i primjenjiva u praksi. Također neke alge i bakterije mogu uz prisustvo Sunčeve svjetlosti u određenim uvjetima "stvarati" vodik.
Vodik se može transportirati cjevovodima kao npr. prirodni plin (metan). U velikim svjetskim industrijskim bazenima u Europi i SAD postoje stotine kilometara cjevovoda za vodik. Može ga se komprimirati u velike nadzemne ili podzemne spremnike pod tlakom, ukapljivati ga i pohranjivati u kriogenim spremnicima. U biti postoje veći spremnici neposredno uz postrojenje gdje se vodik proizvodi, a postoje i manji spremnici na specijalnim vozilima za transport vodika u komprimiranom ili tekućem obliku. Automobili na pogon vodikom imaju još manje rezervoare i to je zbog njihovog velikog udjela u globalnoj potrošnji energije za transport posebno područje interesa.
Dobiveni vodik se već stotinjak godina sprema u posebne spremnike, a jedina mana jest što je masa spremnika jako velika u odnosu na puno manju masu pohranjenog vodika. Ovaj problem se u posljednje vrijeme rješava tako da se primjenjuju kompozitni materijali koji omogućavaju više tlakove. Vodik se može pohranjivati i u krutome obliku, vezan u raznim spojevima. Određena smjesa titana i željeza tada veže na sebe vodik koji se skrućuje, te na taj način stvara hibride. To je egzotermalni proces pa radi toga spremnik pri punjenju treba hladiti, a pri pražnjenju zagrijavati.
Vodik se smatra gorivom budućnosti te se u zadnjih nekoliko desetljeća koristi najviše u svemirskom programu (kao gorivo za svemirske letjelice i u gorivnim ćelijama koje astronaute opskrbljuju toplinom, električnom energijom i pitkom vodom), u proizvodnji amonijaka, pročišćavanju nafte i proizvodnji metanola, a počinje se koristiti i kao pogonsko gorivo za automobile.
Prednosti vodika su mnogobrojne: ima najvišu energijsku gustoću (radi toga daje veću energiju), može se pretvoriti u korisne oblike energije na nekoliko načina, uz visoku efikasnost i bez ikakvih štetnih posljedica. Kod sagorijevanja ne nastaju staklenički plinovi već samo čista voda koju gotovo da se može i piti. Kad se poveže s drugim obnovljivim izvorima energije, dobiva se ekološki trajan i prihvatljiv energetski sustav.
Nedostaci radi kojih se vodik koristi slabije ponajprije su visoka cijena radi koje je neisplativo izvlačenja vodika iz spojeva te obilno curenje vodika kroz spremnike i cjevovode radi male molekule radi čega je vodik teško pohranjivati. Vodik kao gorivo se može primijeniti na mnogo načina. Prednosti vodika kao alternativnog goriva su:
- visoka energetska vrijednost,
- neograničene količine dostupne u spojevima,
- ekološki je prihvatljivo gorivo jer je produkt izgaranja voda,
- cjevovodima se može razvoditi na daljinu,
- lakše se skladišti i čuva nego energija.
Vodik se kao gorivo može koristiti na dva načina: izgaranjem u motorima s unutarnjim izgaranjem ili kao gorivo za gorivne ćelije koje proizvode električnu energiju te tako pokreću elektromotore u vozilima. U električnim vozilima gorivna ćelija pretvara kemijsku energiju vodika (uskladištenog u vozilu) i kisik iz zraka u električnu energiju koja pogoni električni motor. Iako gorivne ćelije idealno rade na čisti vodik, u bliskoj budućnosti najvjerojatnije će biti punjene prirodnim plinom, metanolom ili čak benzinom. Reformiranje tih goriva omogućit će postojeća energetska postrojenja-benzinske crpke, plinovodi i sl. Problemi s vodikom su smještaj spremnika te zahtjevi za pothlađivanjem i brtvljenjem. Konceptni automobili na vodik garantiraju doseg od 700 km. Vodik je svakako najbolje gorivo po pitanju štetnih plinova jer ih uopće ne stvara. Ispušni plin kod vozila na vodik je vodena para. Problemi kod primjene vodika su standardni: visoka cijena vozila, nedostatak infrastrukture za proizvodnju i punjenje vodika i sl.
Zbog svih svojih prednosti u budućnosti bi se vodik trebao u većim količinama od današnjih upotrebljavati za pogon vozila i zrakoplova, kao i opskrbu energijom domova i poslovnih ureda. U budućnosti bi se vodik mogao rabiti i kao nositelj energije, slično kao električna energija. Pomoću nositelja energije energija se pohranjuje, transportira i dostavlja potrošačima u upotrebljivom obliku. Na primjer, obnovljivi izvori energije ne mogu stalno proizvoditi energiju. Sunce ne sja uvijek. Energija Sunca, međutim, može se pohraniti u vodik, do trenutka dok ne bude potrebna te se putem vodika prenijeti na mjesto potrošnje. Smatra se da je vodik gorivo na kojem će se u budućnosti temeljiti cijela gospodarstva, slično kao što su to fosilna goriva danas. Vodik će uspješno zamijeniti fosilna goriva, pa čak i električnu energiju kao danas najpogodniji oblik energije u slučajevima kada energiju treba prenositi na velike udaljenosti. No, takav je scenarij vrlo daleka budućnost.
Poštovani, za čitanje cijelog ovog teksta morate biti pretplatnik.
