VODA JAKO PALIVO ?

 Už každý absolvent základní školy ví, že chtít spalovat vodu je stejná blbost, jako chtít topit popelem, neboť obojí už je konečným produktem hoření. Takže pokud právě saháte po telefonu a chcete volat do Bohnic primáři Chocholouškovi, aby si pro mne okamžitě přijel, plně Vás chápu, ale zkuste ještě chvíli posečkat. Když mne ale před 30 lety požádal soused, zda bych mu nesehnal injekční jehly různých průměrů, protože hodlá jimi přisávat vodu do gumové hadice sání svého embéčka, aby ušetřil palivo, tak jsem na něj nezavolal primáře Chocholouška, neboť jsem si vzpomněl, že kdysi i můj skútr Čezeta 175 na zkušební rovince jezdil nejrychleji právě po dešti, což mi bylo vždy záhadou. A až mnohem později jsem se dozvěděl, že kdyby totéž neudělali konstruktéři leteckých motorů spojeneckých bombardérů za 2. světové války, tak by s maximálním nákladem bomb a plnými nádržemi tyto bombardéry bez vstřikování vody do sacího traktu svých motorů patrně vůbec nevzlétly, a babička, pokud pálila v kamnech mour, tak ho vždy vlhčila, a Ostraváci si dobře pamatují doby, kdy před každým barákem byla na ulici halda mokrého mouru, se kterým se pak celou zimu vesele topilo.

Takže jaká je pravda?

Opravdu lze vodu bez problémů bezpečně spalovat a ještě tím získávat energii?

Úloha vody v plynných palivech

 Nejprve si vyjasníme úlohu vody ve spalovacích motorech. To, že vstřikování vody do sacího traktu těchto motorů může významně zvýšit jejich výkon, je naprostá pravda. Vysvětlení je ale prosté, jednoduché – vstřikovaná voda totiž při svém odpařování ochladí spalovací směs, která tak rapidně sníží svůj objem, takže jí tím potrubím a ventily může projít za jednotku času více a také se jí vejde více do válců – a čím více paliva projde motorem za jednotku času, tím má motor vyšší výkon. Což bylo zvláště pro těžká bombardovací letadla velmi důležité, neboť spalovací vzduch od kompresorů jejich motorů (které letadla oproti osobním automobilům používají již dávno, protože zvláště ve větších výškách je vzduch již tak řídký, že by nestačil pro dokonalé spalování paliva) byl velmi teplý a paliva by se do něj už moc nevešlo. Po startu se vstřikování vody vypínalo, neboť jednak ve výšce už byl vzduch studenější, ale především už nebylo třeba tak velkého výkonu pro vodorovný let. Podobně se za války přidávala voda s lihem (samotná voda by ve velkých výškách zamrzla) do motorů legendárních anglických stíhaček P-47 Thunderbold, které při dodatečném vstřikování vody s lihem zvýšily krátkodobě svůj výkon z 2100 koní až na 2800 koní (o 33%!) a rychlost z 697 km/h na 752 km/h, takže v případě nouze bez problémů ulétly německým Messerschmidtům. Palivo se tímto postupem samozřejmě ale ušetřit nedalo, právě naopak, neboť samotného spalování se tato voda, resp. pára nijak neúčastnila a proto přidávání vody do spalovacího vzduchu, natož do plynných paliv nemá žádné jiné opodstatnění, než uvedené zmenšení objemu spalovací směsi, což umožní krátkodobé zvýšení výkonu až o 33 %, a o nic více ani v tomto případě nešlo.

 Úloha vody při spalování pevných paliv

 U něj je situace poněkud jiná, neboť voda, resp. pára se zde skutečně může účastnit i samotného spalování. Že to možné je, se ví již po staletí díky hutnictví železa, které v době, kdy ještě těžba a přeprava zemního plynu nebyla na dostatečné úrovni, respektive nebyla vůbec žádná, potřebovalo vysoce výhřevné plyny, a ty získávalo zplyňováním zpravidla uhlí nebo koksu, kdy se na rozžhavenou vrstvu paliva přiváděl vzduch s vodní párou, díky níž docházelo k chemickým reakcím:

C + H2O = CO + H2,                  popř. C + 2H2O = CO2 + 2 H2,

které tzv. chudý plyn obohatily o tzv. vodní plyn a vytvořily z nich tzv. generátorový (též smíšený) plyn s výhřevností 5,86 MJ/ m3, když samotný vodní plyn má spalné teplo dokonce až 11,7 MJ/m3!

Bylo by to senzační, kdyby to, jak už to bývá, nenarušovala jedna vrcholně nepříjemná skutečnost – totiž že na výrobu tohoto topného plynu se spotřebuje všechna energie z původního paliva, takže jde vlastně jen o změnu chemického složení, respektive skupenství této energie (z pevného na plyn). Takže sice tehdy nadmíru potřebná věc, ale opět žádný zázrak.

A tak babičkám i Ostravákům šlo nejspíše jen o to, aby mour nevylétl při prudkém hoření hned až do komína. Voda zde byla především jen retardérem prudkého hoření, a ve skutečnosti zvyšovala účinnost spalování mouru jen tím, že nevylétl bez užitku hned komínem, ale zahřál kamna. Ale zaplaťpánbůh i za to. A proto je třeba i uhlí venku chránit před deštěm přikrytím a co nejrychleji ho přemístit doma do suchého sklepa!

 Tragické omyly při hašení vznícených sazí v komínech

 Protože prakticky všechny kotle na tuhá paliva (výjimkou jsou pouze kotle na pelety, teplovzdušné či teplovodní krby, krbová kamna či sporáky) jsou regulovány pouze přívodem topného vzduchu a nikoliv též paliva, tak minimálně 95% doby provozu topí na snížený výkon a palivo je v nich spalováno při nedostatku kyslíku (vzduchu) nedokonale a jeho nespálená část se ukládá v chladnějších částech topného zařízení (především komínu) jako čistý uhlík, tedy známé saze. Ty se po určité době při náhlém zvýšení teploty spalování mohou vznítit a bouřlivě hořet za velmi vysokých teplot (až 1300 oC). Aby nedošlo k poškození komínu touto vysokou teplotou, tak se někdy občané snaží toto tzv. vyhoření sazí či komína uhasit kbelíkem s vodou, což často končí tragickým výbuchem a těžkým zraněním. Důvodem této exploze jsou nejen výše popsané reakce při hašení uhlí vodou, ale zde ještě navíc i přeměna vody na páru, která při takto vysoké teplotě okamžitě mnohonásobně zvětší svůj objem (10 litrů vody z kbelíku se okamžitě přemění na 17 m3 páry!) a mohutně tím podpoří explozi hořlavých plynů. Přitom k zamezení těchto těžkých úrazů a poškození komínů stačí tak málo – topit v kotlích vždy na plný výkon, tedy používat i ke kotlům akumulační nádrže (jak je známe např. u teplovodních krbů). Pak zůstane komín naprosto čistý, bez sazí i po několika letech provozu, protože jednak tím dochází vždy k dokonalému spalování pevných paliv bez tvorby nespáleného uhlíku – sazí, a pokud by přece jen část sazí vznikla, tak se v zahřátém komíně nemá kde usadit na chladné ploše, protože pokud kotel spaluje na plný výkon, tak i jeho komínové ztráty jsou několikanásobně vyšší, než pokud topí jen na zlomek výkonu, a proto je komín vždy dostatečně vyhřátý. A více jak poloviční spotřeba paliva je bonusem navíc pro uživatele, a 10krát nižší emise (pokud kotel pracuje na plný výkon, tedy spaluje za vysokých teplot, tak se tvoří minimální emise) bonusem pro nás všechny.

Tragický omyl při hašení uhlí vodou v Bani Handlová

 Co bylo příčinou nedávné tragické exploze v Bani Handlová na Slovensku, která měla za následek smrt několika záchranářů? Uhelný prach to nebyl, když se už nerubalo, metan také ne, ten by explodoval jako první a ne až po požáru. Samotné zplodiny hoření také ne, neboť uhlí shoří na oxidy uhlíku a to takovou explozi způsobit nemohlo. To, co explodovalo, byla směs kyslíku (vzduchu) s  tzv. vodním plynem. Kde se tam vzal?

Při nízkoteplotním (do 600 oC) zplyňování hnědého uhlí dochází za přítomnosti vzduchu ke vzniku tzv. chudého plynu, kde je přes 60 % dusíku, 30 % oxidu uhelnatého a jen 1 % třaskavého vodíku, a tak má velmi nízké spalné teplo pouhé 4 MJ/m3 a těžko může explodovat. Toho se využívalo běžně i u nás například při podzemním zplyňování uhlí přímo v dolech bez těžení, kdy se sloj odspoda zapálí, jednou svislou šachtou se tam vhání vzduch a druhou odtahuje tento tzv. chudý plyn a nic nikdy neexplodovalo.

Pokud se však místo vzduchu do uzavřeného prostoru vhání na hořící uhlí pára nebo voda, tak vzniká naopak vysoce výhřevný tzv. vodní plyn (skoro 12 MJ/m3), který má složení přes 40 % hořlavého oxidu uhelnatého a až 50 % vysoce výbušného vodíku – a to už je z hlediska možné exploze úplně o něčem jiném! A tomu též nasvědčují měření před výbuchem – žádný metan a hodně CO. Vysoce výbušný vodík vzniká reakcí při zplyňování uhlí (tedy hoření za nedostatku kyslíku, jinak by okamžitě též shořel) za přítomnosti vody, zatímco potřebné teplo pro tyto reakce je dodáváno hořením, tedy oxidací uhlí, proto je v hořící  štole kyslíku, pokud není stále přiváděn např. čerstvým vzduchem, záhy minimum.

Miliony let člověk hasil vždy oheň vodou a nikdy s tím nebyly žádné problémy. Tedy přesněji do doby, než hořelo uhlí nebo nafta (mazut) v uzavřených prostorech (šachty, pece). Tuto zásadní změnu podmínek si patrně dosud nikdo plně neuvědomil, a tudíž na ní správně nereagoval. Tam ty podmínky jsou zásadně odlišné především tím, že tam chybí kyslík (vzduch), takže pokud je proud vody slabý a neochladí a neuhasí oheň ihned, vzniká tzv. vodní plyn, který nemůže při nedostatku kyslíku v uzavřeném prostoru shořet, hromadí se a pokud se štolou dostane mimo ohnisko požáru, tedy až tam, kde je opět kyslík, vytvoří třaskavou směs a následně exploduje, tak jako v Handlové.

Správný nový postup při zdolávání požáru v uzavřených prostorech by měl být tedy následující:

  • Pokud není dostatek vody na okamžité ochlazení a uhašení celého požáru, zásadně nehasit vodou, a především v žádném případě nestříkat vodu do centra ohně, jinak hrozí exploze!
  • Je možné stříkat vodu jen na okraj ohně, kde dojde k okamžitému uhašení této části požáru a čekat na větší přísun vody (natáhnout další hadice).
  • Pokud není možný rychlý přísun velkého množství vody k okamžitému uhašení požáru, nezbývá než šachtu zazdít a kyslík nechat vyhořet, případně objekt (stoh slámy, seník, auto na dálnici, sklad pneumatik či plastů nebo barev a pod.) nechat úplně shořet za vysokých teplot a dostatku kyslíku. Částečné hašení totiž jen zbytečně ochlazuje plameny a tím dochází k nedokonalému spalování za nízkých teplot s několikanásobnými škodlivými emisemi.

To, že sloj občas sama zahoří, nelze asi zazlívat nikomu, to se občas přes veškerou snahu stává a zpravidla se to obejde bez vážnějších následků. Zásadní chybou v Handlové ale bylo, že se dle dosavadních zvyklostí k hašení velkého požáru ve sloji použila voda, která nebyla k dispozici v dostatečném množství. Je zarážející, že s tímto vysvětlení dosud nedokázali přijít příslušní odborníci ale já již několik dní po výbuchu a 500 km vzdálený. Budiž proto tento tragický případ poučením do budoucnosti vedoucím ke změně hasicích zvyklostí, aby se již něco takového nemohlo nikde stát!

A jaká je situace u biomasy?

 Ta se sice také běžně zplyňuje (za války při nedostatku benzínu i u nás jezdila auta přestavěná na tzv. dřevoplyn, a i nyní se u nás vyrábějí zplyňovací kotle na dřevo), ale na rozdíl od uhlí vždy bez přívodu vodní páry a též i vzduchu, jinak totiž začne hořet. I zde ale pokusy na jedné straně dokázaly, že nepatrný přídavek vodní páry do plamene z hořící zcela suché biomasy zlepšuje patrně v důsledku částečné tvorby generátorového plynu proces prohoření plynů, tedy účinnost spalování, ale na druhé straně je třeba počítat s určitou energetickou ztrátou na ohřev této vody a výrobu páry z ní, takže konečný výsledek je sporný a z praktického hlediska nezajímavý, zvláště když zcela suchá biomasa díky svým hygroskopickým vlastnostem existuje v reálné praxi vlastně jen v laboratorních podmínkách. Co se ale ví dle praktických pokusů zcela bezpečně je, že obsah vody v biomase nad 15 % snižuje výrazně účinnost topeniště.

Graf č. 1: Výhřevnost dřevní hmoty v závislosti na její vlhkosti

Takže se nejprve podívejme na kvalitu běžného palivového dřeva. Po pokácení má dřevo vlhkost 50 až 60 % a tomu odpovídající výhřevnost kolem 7 MJ/kg, po létě na krytém místě se jeho vlhkost může snížit až na 25 % a jeho výhřevnost zvýšit na 12 MJ/kg a za další rok lze snížit jeho vlhkost až k 15 % (níže se již vzhledem k silné hygroskopičnosti dřeva nelze na venkovním prostoru dostat) a tím zvýšit jeho výhřevnost i přes 15 MJ/kg, tedy více jak dvojnásobně, takže spotřeba paliva je pak sotva poloviční. A to je ten hlavní argument (kromě lepších emisí) pro spalování pouze opravdu suchého dřeva. (graf vliv vlhkosti na výhřevnost)

Přitom výhřevnosti jednotlivých druhů dřev vztažené na kg sušiny se příliš neliší, takže to, že si většina národa stále mylně myslí, že tzv. tvrdé dřevo má větší výhřevnost, plyne pouze z toho, že má větší objemovou hmotnost (je těžší) než tzv. měkké. (TABULKA výhřevností) Většinou ale kupujeme dřevo na objemové ukazatele – prostorové neboli rovnané metry (prm, rm = 1 x 1 x 1 m rovnaného dřeva) nebo plnometry neboli pevné metry (plm, pm = 1 m3 plné dřevní hmoty = 1,25 až 1,65 prm dle tloušťky polen a přes 3 m3 štěpky či přes 5m3 pelet), a tam má kubík dubu samozřejmě větší hmotnost než např. smrku, takže ho dle toho můžeme koupit méně kubíků a ušetřit tak skladovací prostor. Proto pro nákup palivového dřeva by neměla být rozhodující pouze jeho cena za prostorovou míru, např. prm, ale cena dle jeho hmotnosti násobená jeho výhřevností podle druhu dřeva a především upravená dle aktuální vlhkosti tohoto dřeva – za opravdu suché dřevo se totiž vyplatí zaplatit třeba i dvojnásobek ceny a ještě ušetříme!

Pokračování příště……

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

Aquatherm Praha 2020

3.3.2020 - 6.3.2020

Konference Brno

4.3.2020 - 4.3.2020

WE BUILD Energiesparmesse Wels

6.3.2020 - 8.3.2020

Jak na kvalitní dům po 2020?

12.3.2020 - 12.3.2020
Visit Us On FacebookVisit Us On Twitter