Budou auta jezdit na mravence ?

Možná jste už také zaslechli cosi o tom, že namísto na benzín budou auta jezdit na rozmačkané mravence.

Inu, není šprochu, aby na něm nebylo pravdy trochu, i když s nějakým drcením mravenců to nemá nic společného. Ve skutečnosti se zde jedná o čistou kyselinu mravenčí a formiáty, jinak též zvané mravenčany. Kyselina mravenčí (CH₂O₂) je nejsilnější v přírodě se vyskytující organická kyselina. Mravenčí se jí říká proto, že je součástí sekretu mravenců, kteří ji produkují ve speciálních žlázách. Například mravenec lesní ji produkuje v jedové žláze na podbřišku a v případě ochrany mraveniště ji dokáže vystříknout do vzdálenosti až desítek centimetrů. Do protivníka ho dostane tak, že ho kousne a do vzniklé ranky jed vpraví postříkáním. S kyselinou mravenčí se však můžeme setkat i v žihadle včely, nebo když nás požahá kopřiva. Přirozeně se v malém množství vyskytuje též v jablkách a dalším ovoci a vzniká vedle dalších organických kyselin jako vedlejší produkt mléčného nebo kombinovaného kvašení, tedy i ve víně a jiných alkoholických nápojích.

Průmyslově vyráběná kyselina mravenčí (methanová) je bezbarvá, na vzduchu dýmající, ostře až dusivě páchnoucí kapalina s leptavými účinky a je ceněným činidlem, široce používaným v chemickém průmyslu. Obecně se užívá v gumárenství a v koželužství, do přípravků na čištění vodního kamene a ve včelařské praxi se páry kyseliny mravenčí používají jako účinný prostředek k tlumení varoázy. Používá se v zemědělství jako konzervant při výrobě krmných siláží a donedávna byl u nás přípustný i její přídavek do potravin s funkcí konzervantu a okyselovacího prostředku, kdy se využívala (E236) zejména ke konzervování ovocných a zeleninových polotovarů. Kyselina mravenčí se v lidském těle dokonale vstřebává a při pravidelném podávání člověku v malých dávkách nejsou její toxické účinky známy. Přesto ale byla v EU jako potravinářská přídatná látka zakázána z nejistoty ohledně potenciální možnosti vyvolání kardiovaskulárních, respiračních či zažívacích obtíží. Kyselina mravenčí a mravenčany (formiáty) pro své vlastnosti přitahovaly zájem vědeckých týmů během posledního půlstoletí, což dalo vzniknout řadě studií o katalyzátorech pro jejich účinnou elektrokatalytickou oxidaci. Ale i palivovým článkům optimalizovaným pro použití formiátového paliva k výrobě elektřiny.

Palivový článek jako takový vymyslel švýcarský chemik Christian Friedrich Schönbein už v roce 1838. Palivové články (FC) jsou elektrochemická zařízení, která přímo přeměňují energii uloženou v chemikáliích na elektrickou energii vysoce účinným a nízkoemisním způsobem, vyznačují se vysokou termodynamickou účinností, modularitou a všestranností. Z tohoto důvodu se očekává, že FC v blízké budoucnosti budou hrát klíčovou roli jako zdroje energie nové generace, neboť poskytují účinnou alternativu k tradičním zdrojům energie z fosilních paliv pro svoji schopnost napájet řadu aplikací, od elektrických vozidel po spolehlivé záložní zdroje energie. Postupem času se podařilo zkonstruovat různé typy palivových článků, jejichž princip je v zásadě stejný a některé z nich, v nichž se využívá vodík, se osvědčily v kosmických programech. Tato technologie se pak objevila i v pozemských aplikacích, kdy se začala používat u městských autobusů, ale i automobilů, kde tento typ pohonu byl dotažen k jeho úplné funkčnosti. Což dokládá třeba i u nás dostupná Toyota Mirai nebo Hyundai Nexo, nebo sportovní vůz XP-1 kalifornské společnosti Hyperion s novou koncepcí palivových článků, na jejichž vývoji se podílela NASA.

Využití těchto elektromobilů s palivovými články (FCEV) v individuální dopravě však brání současná vysoká cena zeleného vodíku, pro kterou nejsou zatím budovány ani zbytečné veřejné plnící stanice. Což připomíná známý paradox se slepicí a vejcem: kupci nechtějí auta na vodík, protože je nedokážou naplnit, a neexistují čerpací stanice, protože auta na vodík nikdo nekupuje. Navíc je vodík při okolních podmínkách plyn a musí být skladován pod vysokým tlakem nebo zkapalněn při nízkých teplotách. A tak se využití molekulárního vodíku v palivovém článku v individuální dopravě zatím moc neosvědčilo. Není pak divu, že se řada vědců namísto vodíku začala věnovat elektroredukci oxidu uhličitého jako strategii jeho využití pro výrobu různých chemikálií.

Přeměna CO2 na paliva a chemikálie s vysokou přidanou hodnotou přilákala v posledních letech celosvětový zájem, protože nejenom přispívá ke snižování emisí skleníkových plynů, ale také produkuje cenné chemické komodity. Přičemž jednu z větví tohoto košatého stromu představuje i výroba uhlíkově neutrálních syntetických paliv (eFuels) jako alternativy k fosilním palivům na bázi ropy, jimž pro využití ve spalovacích motorech byla v EU do budoucna vyjednána výjimka. Přičemž první velkou továrnu na e‑paliva, vyráběná na čistě komerční bázi, již zprovoznila společnost Infinium ve Spojených státech v Corpus Christi na pobřeží Mexického zálivu.

Ale i v případě hromadné dopravy, konkrétně městských autobusů, se zatím vodíkový pohon nezdá být až tak ideálním řešením. Ovšem v Nizozemském království Team Fast z University of Technology, respektive start-up DENS sídlící v automobilovém kampusu v nizozemském Helmondu, již sestrojil funkční zařízení, využívající namísto vodíku v palivovém článku hydrozin pro pohon autobusů. Pod hydrozinem se v Holandsku rozumí palivo vyrobené z udržitelně vyráběné kyseliny mravenčí, jako kapalného nosiče vodíku, kdy pro hydrozin zpravidla bývá uváděn funkční vzorec HCOOH, který je de facto verzí sumárního vozce CH2O2 kyseliny mravenčí. Kdy hydrozin dle jeho holandských distributorů má největší energetickou hustotu ze všech udržitelných technologií, které jsou v současnosti na trhu.

„Přeměna konvenční benzinové stanice stojí zhruba 35 000 eur. Je to proces, který v podstatě zahrnuje výměnu potrubí a nádrže. Je 100krát levnější zavádět palivovou síť pro hydrozin, než pro plynný vodík,“ tvrdí Lucas van Cappellen. Hydrozin je údajně v Nizozemsku levnější než benzín a o něco dražší než motorová nafta, na kterou jezdí autobusy. Team Fast však očekává, že se cena hydrozinu v budoucnu sníží, takže bude levnější než obě pohonné hmoty, jak u nás uvedl BusPortál (viz dole odkaz na původní zdroje). V současné době DENS již disponuje prvními prototypy hydrozinových elektrocentrál, o které mají zájem stavební firmy, dalším krokem mají být aplikace pro bagry a traktory.

Ovšem jak o tom prvně informovala jejich stať Uhlíkově účinný bikarbonátový elektrolyzér z října 2023, výzkumníci z Massachusetts Institute of Technology (MIT) a Harvardské univerzity vyvinuli účinný proces, který dokáže přeměnit oxid uhličitý (CO2) na formiát sodný, který lze využít podobně jako vodík nebo metanol v palivovém článku k výrobě elektřiny. Tento formiát (mravenčan) coby produkt stávající průmyslové výroby obecně nachází uplatnění jako odmrazovač silnic a chodníků, ale i v několika barvících a tiskařských procesech. Je netoxický, nehořlavý, snadno se přepravuje i skladuje, přičemž zůstává stabilní v běžných nádržích, kde ho lze uchovávat po dlouhou dobu. Tedy konkrétně se tu jedná o mravenčan sodný (HCOONa), což je sodná sůl kyseliny mravenčí, která se v průmyslovém měřítku dosud vyrábí pohlcování oxidu uhelnatého v hydroxidu sodném.

Nový proces vědců z Massachusettského technologického institutu eliminuje dosavadní potřebu zahřívání tím, že nejprve převede oxid uhličitý na přechodnou formu v podobě kapalného hydrogenuhličitanu kovu. Tato kapalina je poté elektrochemicky přeměněna na kapalný mravenčan v elektrolyzéru, který využívá nízkouhlíkovou elektřinu, např. jadernou, větrnou nebo solární energii. Vyrobený vysoce koncentrovaný kapalný roztok mravenčanu sodného (nebo i draselného) lze poté vysušit za vzniku prášku, který je vysoce stabilní a lze jej skladovat v běžných ocelových nádržích. Přičemž podle vědců z MIT může vzniklý mravenčan v palivovém článku poskytovat elektřinu i teplo bez emisí v jednotlivých domácnostech, dokonce jej lze využít i v průmyslových nebo síťových aplikacích. Ale zrovna tak může v automobilech s palivovými články (FCEV) nahradit dosud příliš drahý a značně problematický zelený vodík.

Jinak řečeno, tým Massachusettského technologického institutu vystavil ze vzduchu zachycený CO2 katalyzátorům a při využití elektrolyzéru dosáhl přeměny tohoto plynu na mravenčan sodný (HCOONa), tedy sodnou sůl kyseliny mravenčí. Jedná se tak o princip kompletní elektrochemické přeměny zlořečeného CO2 na formiátové palivo s výtěžností (uhlíkovou účinností) vyšší než 96 %. Celý tento proces elektrochemické přeměny CO2 na mravenčan, který vyvinuli doktorandi MIT Zhen Zhang, Zhichu Ren a Alexander H. Quinn, doktorand Harvardské univerzity Dawei Xi a profesor Ju Li z MIT, byl popsán v Cell Reports Physical Science 15. listopadu 2023.

Prostřednictvím ClimateWire pak v prosinci loňského roku John Fialka odbornou veřejnost na stránkách E&E News (poskytujících obchodním lídrům, regulačním orgánům a dalším odborníkům zpravodajství o energetických a ekologických otázkách), informoval o procesu „přeměny jedné z nejhrozivějších emisí oteplování planety – oxidu uhličitého – na práškové, neškodné palivo, které lze přeměnit na čistou elektřinu,“ vyvinutém v Massachusettském institutu. Kdy přeměnou zachyceného CO2 vznikající čisté palivo „nahradí konvenční baterie a uchová elektřinu na měsíce či roky“. Přičemž by tato elektřina mohla „zaplnit mezery v národních energetických sítích při přechodu z fosilních paliv na přerušovanou solární a větrnou energii,“ jak k tomu poznamenal John Fialka.

Tedy zvěsti o tom, že budeme jezdit v autech na mravence, nebyly než mystifikací. Je ale pravda, že můžeme v autech, označovaných za Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV), díky speciálně optimalizovanému palivovému článku pro použití formiátového paliva k výrobě elektřiny, jezdit na tolik dnes diskutovaný kysličník uhličitý (CO2) ve formě mravenčanů. Kdy se ani ten největší skeptik nebude muset bát, že by mu nádrž auta explodovala a kdy klimaalarmisté nebudou mít důvod proti takovémuto pohonu auta brojit. A i když v takovémto autě nebude spalovací, ale elektrický motor, nebude nás na cestách trápit čím dál tím dražší elektřina z dobíjecích stojanů pro elektromobily. Přičemž také pro auta na formiátové palivo není třeba budovat novou infrastrukturu, jako je tomu u bateriových aut nebo aut na vodík, neboť k jeho distribuci lze využít stávající systém nádrží a výdejních stojanů na kapalná paliva na benzínkách, kterých u nás máme přehršel. A je obecně známo, že doba naplnění nádrže automobilu kapalným palivem u výdejního stojanu benzínky je zlomkem doby, kterou musí na nabíjecí stanici trávit řidiči bateriových vozidel.

Z čehož ctitelé elektromobility, co investovali do bateriových elektrických vozidel (BEV), velkou radost mít nebudou. Radost z formiátového paliva nejspíše nebude mít ani naše vláda, která vedle bateriových elektromobilů vsadila i na vodík a její strategie předpokládá, že „vodík nahradí část fosilních paliv v dopravě, bude nosičem pro přepravu a akumulaci energie, surovinou pro chemický průmysl a zdrojem tepla pro specifické technologie.“ Ale pokrok, jak s oblibou říkají vyznavači elektromobility, zastavit nelze. A tak tu dnes máme čisté formiátové palivo, schopné nahradit konvenční baterie a uchovávat elektřinu na měsíce či dokonce roky, tedy vhodné i pro ukládání přebytků solární a větrné energie (OZE). Kdy v případě potřeby může být kdykoli prášková forma uskladněného paliva, na rozdíl od vodíku neprojevujícího snahu unikat, smíchána s vodou a přivedena do palivového článku, aby uživatelům poskytla v něm uloženou energii.

A také se tu objevuje nové, čisté palivo pro pohon automobilů, kterých se plánovaný zákaz prodeje nafty a benzínu po celé „plně bezemisní“ Evropské unii v roce 2050 nikterak nemůže dotknout.

ODKAZY NA PŮVODNÍ ZDROJE

Kyselina mravenčí a bezpečnost potravin:

https://bezpecnostpotravin.cz/termin/kyselina-mravenci/

Hydrozin jako palivo vyráběné z kyseliny mravenčí:

https://hydrozine.nl/

Autobusy můžou jezdit na hydrozin:

https://www.busportal.cz/clanek/v-nizozemsku-vyvinuli-pohon-na-kyselinu-mravenci-13905

Stroje budoucnosti poháněné kyselinou mravenčí:

https://www.futurefarming.com/tech-in-focus/machines-of-the-future-powered-by-formic-acid/

Použití kyseliny mravenčí jako alternativního zdroje energie:

https://tech4future.info/en/formic-acid-from-co2-pilot-plant/

Uhlíkově účinný bikarbonátový elektrolyzér:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S266638642300485X

Vědci přeměňují CO2 na čisté palivo:

https://subscriber.politicopro.com/article/eenews/2023/12/18/scientists-convert-co2-into-clean-fuel-00128854

Inženýři vyvinuli účinný proces výroby paliva z oxidu uhličitého:

https://www.eurekalert.org/news-releases/1006352

Vodíková strategie ČR, aktualizace 2024 schválená vládou:

https://www.mpo.gov.cz/cz/prumysl/strategicke-projekty/vodikova-strategie-cr-aktualizace-2024-schvalena-vladou--282165/

Blondie testovala prototyp vozu XP-1 Hyperion:

https://www.youtube.com/watch?v=Qvk3LWOSewc

Namísto benzínu i nafty syntetická paliva:

https://blog.idnes.cz/karelwagner/cert-aby-se-v-tom-vyznal-iii.Bg24050815

Mravenci jsou motorem evoluce:

https://www.idnes.cz/hobby/mazlicci/mravenci-hmyz-pavel-pech-biologie-kyselina-termit-priroda.A240117_202648_xman-rozhovory_albe