VODA JAKO PALIVO ? (Pokračování)

Jiná situace je u dřevěných briket a pelet, kde výrobce už z technologických důvodů jejich výroby a skladování garantuje jejich maximální vlhkost pod 10% a tím i jejich vysokou výhřevnost až skoro 18 MJ/kg, ale jsou také o trochu dražší, takže ne každému se vyplatí, na druhé straně však ve spojení s jejich větší měrnou hmotnosti (i přes 1250 kg/m3, tedy až trojnásobnou oproti prm) lze ušetřit na skladovacím prostoru, který může být jen třetinový.

 

Úloha vody v kapalných palivech

Záměrně se voda do běžných kapalných paliv nepřidává, už z jednoduchého důvodu – voda se totiž v ropných palivech nerozpouští, a tak pokud se už do jejich nádrží nějaká vlhkost dostane, vysráží se okamžitě díky své vyšší hmotnosti na dně nádrže, kde je však zpravidla umístěn i výtok. Spalovací kotle tak samozřejmě bez přívodu paliva uhasnou, spalovací motory s karburátorem se postupně též úplně zastaví, neboť voda v karburátoru (česky zplyňovač) zabrání odpařování benzínu a vytváření zápalné směsi, u motorů se vstřikovacím čerpadlem nastane jen snížení výkonu z nedostatku paliva a motor má nepravidelný chod. V zimě však všem vozidlům hrozí navíc ještě zamrznutí jejich palivového systému, jehož nepříjemné následky většina motoristů z dřívějška velmi dobře zná. Takže i zde se dělá vše pro to, aby se žádná voda či vlhkost do nádrží či palivového traktu nedostala, a pokud se tam už nějaká dostane a zkondenzuje, tak nezbývá než pravidelně čistit odkalovací jímku či filtr nebo jednorázově přidat do nádrže takovou látku, která vodu pohltí a pak bez problému shoří, nejlépe tedy u benzínu např. líh, u nafty pak čistou bionaftu. Dnes už to ale není potřeba, neboť dle nového nařízení Evropské unie se několik procent lihu přidává do benzínu povinně již ve výrobě stejně jako řepkové bionafty do nafty, takže z vody zde žádné nebezpečí již nehrozí, ale ani zde nelze získat žádnou energii spalováním vody.

Jedinou výjimkou byly snad jen německé rakety V2 z konce druhé světové války, ve kterých jako palivo byl použit alkohol s 25% vody. Alkohol po okysličení tekutým kyslíkem shořel za vysokých teplot na oxid uhličitý a vodu, takže přídavek vody se této reakce nijak neúčastnil a sloužil patrně jen k regulaci této bouřlivé reakce a ke snížení teploty výstupních reaktivních plynů na tehdy únosných 2000 oC. A jako palivo zde nesloužila ani voda v parokyslíkové směsi z vyvíječe páry z katalytického rozkladu 80% peroxidu vodíku, která přes plynovou turbínku poháněla v raketě pouze obě čerpadla paliva. Takže ani zde nešlo v žádném případě získat dodatečnou energii „spalováním“ vody.

Tragický omyl při spalování mazutu v parních lokomotivách

Parní lokomotivy na první pohled sice „jezdily“ na vodu a uhlí, ale voda zde sloužila pouze k přeměně tepelné energie na mechanickou a spalování se vůbec neúčastnila. Obrovské nebezpečí však hrozí za určitých podmínek při spalování mazutu spolu s vodou, k čemuž v praxi bohužel také došlo. Mazut je zbytek, chcete-li odpad, který vzniká na konci destilace ropy a je samozřejmě silně hořlavý s dobrou výhřevností, tedy na první pohled jde o levné palivo. Problémem je ale jeho skupenství, neboť při běžných teplotách jde o silně viskózní kapalinu, kterou je třeba k její dopravě na místo určení dostatečně zahřát, aby vůbec tekla. Ve velkých průmyslových výtopnách, kde se mazut nejprve dostatečně zahřeje a pak se samotný již jako kapalina přivádí do velkých mazutových hořáků, pak s jeho spalováním není žádný problém.

Ten nastal až u německých parních lokomotiv řady 555.0, tzv. němek, které v rámci válečných náhrad po stovkách zkonfiskoval Sovětský svaz poraženému nacistickému Německu a odvezl si je. Tyto jinak výborné lokomotivy měly snad jedinou nectnost, a to, že spalovaly stejně jako všechny ostatní uhlí, zatímco po válce byl přebytek levnějšího mazutu. Proto jich velká část byla přestavěna na mazut, přičemž bylo nutné především předělat jejich topeniště. Rošt na uhlí již nebyl třeba, naopak ale bylo nutné mimo jiné zvýšit a zesílit šamotovou vyzdívku topeniště, aby snesla žár dvou mazutových spalovacích trysek – menší pro pohotovostní režim, když lokomotiva stála, a větší pro jízdu na plný výkon. Jízdní vlastnosti takto přestavěných lokomotiv, kterým se začalo říkat „mazutky“ (řada 555.3) se touto přestavbou podstatně zlepšily – nejen pro jejich větší hmotnost a s tím spojenou větší trakci, ale především pro možnost trvalého využití plného výkonu parního stroje, který již nebyl závislý na intervalovém přikládání uhlí, kdy před a těsně po přiložení již nebyl k dispozici plný topný výkon kotle, zatímco mazutové hořáky mohly topit neustále na plný výkon. Vlaky tažené „mazutkami“ tak jezdily bez zpoždění a utáhly více vagonů a nezapalovaly jiskrami lesy a pole, takže v letech 1963 až 1966 bylo v Sovětském svazu i pro nás přestavěno několik desítek těchto lokomotiv.

Byl to však danajský dar. Již po pár měsících jejich provozu vyletěla jedna z lokomotivního depa Bratislava do povětří i s osádkou a záhy na to další z lokomotivních dep v Brně a ve Zdicích a několik dalších jich shořelo, někdy dokonce i s výtopnou, jako např. v Kútoch na Slovensku. Byla sice ihned ustavena vyšetřovací komise Ministerstva dopravy, která měla zjistit příčinu těchto tragických událostí, pravou příčinu se jí však přes veškerou snahu odhalit nikdy nepodařilo a „mazutky“ se tak stávaly pro železničáře postrachem. A protože šlo o „sovětský zlepšovák“, tak jak jinak v té době, vše se oficiálně svádělo na chybu lokomotivních čet, že nedostatečně kontrolovaly hladiny vody v kotli, ale pro jistotu tyto přestavěné lokomotivy „mazutky“ byly v tichosti posílány postupně na „periodickou opravu“, ve skutečnosti však šly přímo do šrotu, zvláště po té, co se dodatečně zjistilo, že tyto lokomotivy létají do povětří i v Sovětském svazu, akorát nám to jaksi sovětští soudruzi zapomněli včas říci.

Co však bylo skutečnou příčinou jejich explozí? Rozhodně ne jen nedbalost lokomotivních čet, jak to bylo v té době prezentováno, to by totiž muselo k podobnému nebezpečnému přehřátí kotle docházet i u ostatních nepřestavěných lokomotiv vytápěných uhlím, kde v těchto případech tzv. olovníky (duté šrouby ve stropě topeniště vyplněné slitinou cínu a olova) po vytečení roztaveného olova vpustí proud vody s párou z kotle přímo na rozžhavené uhlí na roštu a spolehlivě ho ve chvilce uhasí, lokomotivu pak odtáhnou do depa, vymění olovníky a zase může vesele dál tahat vagony. Že to tak nefungovalo i u „mazutek“, bylo zapříčiněno nešťastnou souhrou několika okolností a především neznalostí základních fyzikálních zákonitostí a procesů při „spalování“ vody.

Přestavbou jejich topeniště totiž došlo k tomu, že nejteplejší oblast spalování se přesunula z velké plochy rozžhaveného uhlí na roštu na dně topeniště o půl metru výše a na relativně malý prostor plamene mazutových hořáků, který byl však o to teplejší. Zvýšení teploty topeniště dále přispívala též jeho vyšší a silnější šamotová vyzdívka, což spolu s možností trvalého, kontinuálního maximálního výkonu kotle vedlo k dalšímu posouvání nejteplejší oblasti spalování směrem ke stropu topeniště lokomotivy a tudíž k jeho přehřívání. Sovětští soudruzi s tím možná i počítali, ale uklidňovali se, že v nejhorším vytečou olovníky a voda s párou uhasí plameny mazutového hořáku stejně spolehlivě, jako vždy uhasila ty z uhlí, takže žádná tragédie nemůže nastat. Bohužel už mezi nimi ale nebyl žádný odborník na zplyňování uhlí, neboť se tou dobou již i v Sovětském svazu používal přímo zemní plyn a nebylo třeba pracně a se ztrátami zplyňovat uhlí, takže si nikdo již ani nevzpomněl na tu výše uvedenou nešťastnou rovnici zplyňování uhlí, natož aby ji aplikoval též na spalování mazutu a domýšlel její možné negativní dopady při přestavbě kotlů starých německých lokomotiv. Takže nikomu ani nepřišlo podezřelé nejjednodušší řešení, jak dostat v lokomotivních podmínkách mazlavý mazut až do topeniště, totiž vstřikovat ho do hořáků pomocí přehřáté páry, o kterou jedinou nebyla na lokomotivě nouze. Při styku horké páry se silným mazutovým plamenem však pravděpodobně docházelo k výše uvedené masivní tvorbě tzv. chudého a vodního plynu, které spolu vytvořily velmi výhřevný tzv. generátorový plyn, který sice nevydal více tepelné energie, než měl přiváděný mazut, ale díky svému plynnému skupenství opět posunul oblast hoření ještě výše ke stropu topeniště.

Výsledek souhry těchto skutečností byl tragický. I při dodržování všech provozních předpisů tak u „mazutek“ nutně muselo občas dojít k masivnímu přehřátí stropu topeniště a k vytečení olovníků. U lokomotiv na uhlí to lokomotivní četa ihned poznala podle hlučného sykotu unikající páry a samozřejmě už dál nepřikládala, takže se jí dál už nic zlého (kromě odtahu do depa a nižších prémií) stát nemohlo. Zatímco však uhlí hoří zcela potichu, mazutový hořák vydává silný zvuk podobný např. autogenovému hořáku a v něm se sykot unikající páry zcela ztratil. Tím však lokomotivní četa ztratila poslední možnost, jak zabránit katastrofě – totiž vypnout mazutové hořáky. Pokud tedy běžely i za této situace nadále na plný výkon, tak je mnohokrát ověřenou skutečností, že proud vody a přehřáté páry z vyteklých olovníků jejich plamen nejen že neuhasil (přičemž je otázkou, zda hlavní proud vody a páry z nich mířil přímo na mazutové trysky), ale dle výše uvedené rovnice se při styku přehřáté páry a mohutného mazutového plamene vytvořil navíc jen další generátorový plyn, který opět svým plynným skupenstvím posunul nejteplejší oblast plamene ještě výše ke stropu topeniště, který se záhy, zvláště když únikem páry poklesla hladina vody v kotli a obnažený strop topeniště tak přestal být chlazený, katastrofálně přehřál. Kotlové železo, ze kterého je tento strop vyroben, pak zcela ztratilo svou pevnost a pod tlakem páry se náhle zbortilo do topeniště. Mohutný proud přehřáté páry tak vtrhnul shora do rozpáleného topeniště, kde spolu s tvořícím se generátorovým plynem explodoval a roztrhal topeniště především na té straně, kde nebyl protitlak páry, tedy na straně osádky. Ta tak neměla nejmenší šanci na přežití ať už z důvodů mechanických účinků exploze či masivního popálení a opaření.

A co moderní palivové články?

Ty sice též vyrábějí energii (elektřinu nebo teplo), ale nikoliv z vody, ta naopak vytéká z nich jako odpad po sloučení (chcete-li spálení, i když bez plamene) vodíku a kyslíku. Oba tyto plyny sice můžeme získávat též i z vody jejím rozkladem, ale jen při vložení většího množství energie, než získáme pak jejich spálením, takže se to nevyplatí. Přesto jeden ze způsobů získání vodíku (a o ten právě jde, kyslíku je ve vzduchu kolem nás habaděj) je například z hydridů lehkých kovů, které po jejich reakci právě s vodou uvolňují vodík, který můžeme pak spálit v palivovém článku, přičemž je prokázáno, že tímto postupem získáme více vodíku, než ho bylo vázáno v původním hydridu, takže to vypadá, že vlastně spalujeme vodu. A pokud navíc použijeme pro aktivaci vodíku z hydridu zpětně vodu získanou z palivového článku, máme perfektní perpetuum mobile na výrobu vodíku z vody. Ale jen do doby, než si uvědomíme, že abychom plynný vodík dokázali uskladnit v „pevném stavu“ jako hydrid, tak spotřebujeme obrovské množství energie, přičemž část právě této energie je pak posléze využita též k rozkladu přidané vody na vodík a kyslík, takže opět žádný zisk energie z vody se bohužel nekoná.

Existuje tedy vůbec nějaká možnost, jak získávat energii „spalováním“ vody?

Pravděpodobně tak jedinou možností, jak získat dodatečnou energii z vody při spalování je její kondenzací v moderních kondenzačních především plynových, ale i olejových kotlích a nově dokonce i spalováním dřevěných pelet. Při hoření zemního plynu vzniká chemická reakce CH4 + 2O2 = teplo + CO2 + 2 H2O, tedy voda, která ve formě vodní páry odchází bez užitku komínem do ovzduší. Pokud se nám ale podaří tuto vodu zkondenzovat, pak můžeme získat tepelnou energii ve formě kondenzačního tepla (tedy tepla, které je potřeba k odpaření této vody). U zemního plynu můžeme tak získat až 11% tepelné energie navíc, u olejového kotle jen 6%, u pevných paliv (pelet) ještě méně, ale na druhé straně lze využít ke kondenzaci i jejich zbytkové vlhkosti, která bývá kolem 10%. Jediná potíž je ale v tom, že u spalování plynu dochází ke kondenzaci až při snížení teploty spalin pod 57 oC, u topného oleje dokonce pod 47 oC, a k dokonalé kondenzaci veškeré vody ve spalinách je třeba při únosně velikém výměníku spalin se dostat s teplotou zpátečky někam až ke 30 oC. Tak nízkou teplotu však máme jen při částečném zatížení kotle (tedy na jaře a na podzim) nebo při podlahovém topení. Takže výrobci těchto kotlů uváděné účinnosti až 109 % (po odečtení ztrát) je třeba brát s velkou rezervou, navíc nejde o účinnost (ta nemůže nikdy překročit 100%), ale o normovaný stupeň využití paliva. Nicméně pokud kupujeme nový plynový kotel a máme podlahové topení nebo alespoň předimenzované radiátory po předchozím zateplení domku, pak je to asi jediný možný způsob, jak můžeme získat tepelnou energii z vody při spalování za přiměřených vícenákladů na koupi dražšího kondenzačního kotle.

Závěr

Z toho všeho vyplývá tedy jediné – vodu (ať přímo jako kapalinu či jako vlhkost nebo páru) jako „palivo“ v žádném případě nelze doporučit, neboť v běžné praxi vždy snižuje účinnost spalování, čímž dochází ke ztrátě využitelné energie paliva a s tím spojenému zvýšení emisí CO a CO2, protože palivo se jednak spaluje nedokonale a za druhé je ho třeba několikanásobně více. Dále vzhledem k nízkoteplotního spalování dochází i k podstatnému zvýšení emisí škodlivých látek, které se nestačí rozložit vysokou teplotou na neškodné, a navíc voda při spalování bývá často příčinou mnoha poruch. A konečně je třeba přehodnotit dosavadní zvyklosti při hašení požárů vodou, kdy při jejím nedostatku v uzavřených prostorách může být dokonce i životu nebezpečná a naopak na otevřeném prostranství může docházet ke zvýšeným emisím škodlivin při zbytečném ochlazování plamene vodou!

ENERGIE VODY

Existují však i jiné možnosti, jak získat energii z vody. Vodní energie je technicky využitelná potenciální (polohová, tlaková), kinetická (pohybová) nebo geotermální (tepelná) energie veškerého vodstva na Zemi. Jedná se hned po biomase o druhý nejvyužívanější obnovitelný zdroj energie.

Zařízení, která proměňují polohovou či pohybovou energii vody se nazývají turbíny, jejichž předchůdci byly tzv. Archimedův šroub a vodní kola, která však měla malou účinnost pod 30%. Druhů turbín je celá řada a jejich použití se řídí podle spádu vody a jejího množství. Nejznámější jsou Francisova, Peltonova, Bánkiho, Kaplanova, vrtulová, vírová, SETUR či HONE (turbína s čerpadlem v jednom pro přečerpávací elektrárny), přičemž posledních 5 typů dokonce vzniklo na území naší republiky. Jejich výhodou je, že mají účinnosti až 90% a nemají negativní vliv na životní prostředí. Jejich nevýhodou však je, že jsou závislé na vodě, která je v dané lokalitě k dispozici jen v určitém množství a spádu, což se navíc mění podle ročních a meteorologických podmínek. K alespoň částečnému odstranění tohoto omezení se proto stavějí přehrady, které sice narušují přírodu, ale současně zvyšují možnosti využití plného potenciálu těchto turbín, a ještě vyššího využití lze dosáhnout v přečerpávacích elektrárnách. U nás sice pokrývají jen několik % spotřeby elektrické energie, ale té nejdůležitější – špičkové.

Geotermální (tepelná) energie vody vychází ze skutečnosti, že teplota podloží naší Země s hloubkou stoupá a tím i teplota vody, pokud ji získáváme z co největší hloubky nebo v místech tektonických poruch. Zatímco na Islandu jim tryská na povrch spousta horké vody, tak u nás jen vlažná v okolí Karlových Varů, takže její přímé využití je v našich podmínkách minimální. Na druhé straně je však i u nás možné (a využívané) nepřímé využití vlažné vody odebráním její tepelné energie tepelnými čerpadly.

Autor: JUDr. Ing. et Ing. Mgr. Petr Měchura  

Titulní foto:  Povodí Vltavy

Sdílejte:

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Nejbližší akce

Czech Raildays 2020

9.6.2020 - 11.6.2020

DNY TEPLÁRENSTVÍ A ENERGETIKY 2020

8.9.2020 - 9.9.2020

FOR CITY 2020

22.9.2020 - 24.9.2020
Visit Us On FacebookVisit Us On Twitter