Co se týče sluneční energie, dopadající na zemský povrch, její značnou nevýhodou pro využití v energetice je především nízký stupeň koncentrace a proto je nutno ji soustřeďovat - koncentrovat. Způsoby koncentrování této řídké sluneční energie jsou relativně dobře propracované a zdokonalené, avšak co se týče způsobu jejího využití, ten již není tak dokonalý (vzhledem k účinnosti) a též je velmi málo rozšířený (například využití vysokopotenciálního slunečního tepla např. v průmyslu). Důvodem, proč bylo (a je) přímé sluneční energii věnováno jen málo pozornosti, je také malá spolehlivost, kdy např. jediný mráček by mohl paralyzovat celou tovární výrobu (pokud by nepřešla na konvenční zdroj energie; zavedení jak konvečního tak slunečního zdroje však zvyšuje investiční náklady). Vybudováním zařízení rozkládajícího vodu termochemickým cyklem, využívající sluneční energii, v oblastech s nejvyšším slunečním zářením, lze tuto nevýhodu minimalizovat.

   Výroba vodíku termochemickým rozkladem vody cyklickou reakcí

   Nejdůležitějším bodem je zde existence cyklické chemické reakce, skládající se ze tří na sebe vzájemně navazujících reakcí:

   1)    3 FeCl₂ + 4 H₂O ® Fe₃O₄ + 6 HCl + H₂                         (550°C)     DHf° = +319,1 kJ mol^–1
   2)    Fe₃O₄ + 6 HCl + ³/₂ Cl₂ ® 3 FeCl₃ + 3 H₂O + ¹/₂ O₂      (100°C)     DHf° = –269,5 kJ mol^–1
   3)    3 FeCl₃ ® 3 FeCl₂ + ³/₂ Cl₂                                              (300°C)     DHf° = +192,3 kJ mol^–1


   ad 1) Chlorid železnatý reaguje s vodní párou při cca 550°C, přičemž vzniká oxid železnato-železitý a plynná směs chlorovodíku a vodíku. Z této směsy je vodík oddělován například s využitím jeho velmi malé molekuly - snadno prochází mnoha materiály (například porézní keramikou), zatímco větší molekuly chlorovodíku skrze póry přepážky neprojdou. Tato reakce je endotermická (energie se spotřebovává).

   ad 2) Oxid železnato-železitý reaguje s chlorovodíkem a chlórem při teplotě cca 100°C, přičemž vzniká chlorid železitý, vodní pára (vody je méně přesně o tolik, kolik se jí rozložilo na vodík a kyslík) a kyslík, který se z vodní páry odstraní po ochlazení směsi (na cca +90°C). Tato reakce je exotermická (energie se uvolňuje).

   ad 3) Chlorid železitý se při teplotě asi 300°C rozkládá na chlorid železnatý (výchozí látku) a chlór, který byl zapotřebí v předchozí reakci. Chlór může být zužitkován přímo při použití metody tří reaktorů, ve kterých se postupně vystřídají všechny uvedené reakce. Tato reakce je endotermická.

   DHf° je slučovací entalpie (sluč. teplo) - reakční teplo reakce. Součet uvedených hodnot sluč. entalpie nám dává slučovací entalpii vodní páry (H₂O) tedy 241,9 kJ mol^-1. Na rozklad molekuly vody však samozřejmě musíme vynaložit o něco více energie.

   Hlavním problémem je nutnost chladit reakci č. 2), čímž vlastně ztratíme značnou část tepelné energie, kterou jsme do první reakce vložili. Navíc třetí reakci je opět potřeba teplem dotovat a tak se cyklická reakce nejeví zase tolik výhodná, přihlédneme-li ke složitosti celého zařízení.

   Další podobnou možností je podobná termochemická cyklická reakce, která je ovšem zaměřená ne na výrobu vodíku, ale elektrické energie. Jení princip je popsán v následující, 3.) kapitole - Výroba „sluneční“ elektrické energie principem termochemické cyklické reakce


   Využití a skladování vyrobeného vodíku

   Využití sluneční energie pro termochemický rozklad vody cyklickou reakcí, by podle mého názoru mělo být zaměřeno především na výrobu vodíku, který by byl použit jako palivo pro pohon automobilů, letadel, vytápění a ohřev (místo zemního plynu), v průmyslu atp. Vyrobeného vodíku a kyslíku by však mohlo být využito i k výrobě elektrické energie v tzv. palivovém článku.

   Co se skladování vyrobeného vodíku týče, nejen pokud by byl proces zaměřen pouze na vodík (část vyrobeného vodíku může být skladována pro pozdější použití či nutné zvýšeném výkonu ve sluneční termochemické elektrárně) jsou možní následující varianty:

   a) vodík absorbovat do zásobníků se speciálními kovovými slitinami či s hydridy kovů, z kterých může být později odčerpán (vhodné i pro automobily, zejména při instalaci palivového článku dodávající elektrickou energii elektromotoru);

   b) vodík zkapalnit, což je však energeticky náročné a hustota zkapalněného vodíku je velmi nízká (využití např. pro pohon letadel);

   c) převádět molekulární vodík na sloučeniny (např. amoniak, methan, které se snáze zkapalňují než vodík samotný a proto se lépe skladují; a navíc hustota vodíku ve sloučenině je větší než v samotném zkapalněném vodíku, což je další výhodou). Tohoto bodu lze využít především při dlouhodobém skladování vodíku. Vodík se zpětně získává u čpavku jeho katalytickým rozkladem na vodík a dusík a v případě methanu termickou reakcí s vodní párou následujícími reakcemi:
   1)    CH₄ + H₂O ® CO + 3 H₂        (900°C)     DHf° = +206,1 kJ mol^–1
   2)    CO + H₂O ® CO₂ + H₂           (450°C)     DHf° = –41,3 kJ mol^–1

   V případě výroby methanu je zde namístě upozornit na zajímavou myšlenku využití uhlíku z biomasy, který by pomocí slunečního tepla reagoval z vodíkem za vývoje methanu (použitého místo vodíku pro pohon letadel, neboť methan se snáze zkapalňuje a hustota uložené energie je též podstatně větší než v řídkém zkapalněném vodíku):
          C + 2 H₂ ® CH₄                     (1000°C)     DHf° = –74,7 kJ mol^–1

   Z této úvahy vyplývá, podle mého názoru zajímavá myšlenka, že jako alternativní způsob využití biomasy by též mohla být výroba vodíku reakcí biomasy s vodní parou. Potřebnou tepelnou energii umožňující reakci by dodávalo Slunce. Chemicky lze proces popsat takto:
   1)    C + H₂O ® CO + H₂               (700°C)     DHf° = +131,3 kJ mol^–1
   2)    CO + H₂O ® CO₂ + H₂           (450°C)     DHf° = –41,3 kJ mol^–1

   Vodík vyrobený touto metodou by mohl sloužit jako doplňkový zdroj.


      Kontakt na autora: zavadilik.p(a)seznam.cz