3 ROČNÍK XXIV (2014) Speciální plyny Linde Gas. Stav a perspektivy vodíkových technologií

Transkript

1 AKTUÁLNÍ INFORMACE Z CHEMICKÉHO PRŮMYSLU A LABORATORNÍ PRAXE 3 ROČNÍK XXIV (2014) TÉMA ČÍSLA PLYNY Stav a perspektivy vodíkových technologií Čerpání korozních par pomocí suchých vývěv Kapacita MOF materiálů pro skladování plynů měření vysokotlaké adsorpce metanu Vodík jako alternativa helia v plynové chromatografii s hmotnostní detekcí GC analýza cukrov po ich derivatizácii Využití rychlých kvadrupolů a plazmových detektorů nejen v analýze plynů Speciální plyny Linde Gas. Na přesnosti záleží x130 mm inz Chemagazin dle BM2.indd :37:30

2 4. mezinárodní veletrh plastů, pryže a kompozitů MSV 2014 IMT Veletrhy Brno Výstaviště, MSV 2014 Brno, a.s. Výstaviště Brno Tel.: Fax: plastex@bvv.cz

3 Naladěno na vaši vědu Představujeme revoluční systémy na úpravu vody PURELAB Chorus: inovace, možnost výběru, nový svěží přístup k vaší práci. Je to vaše laboratoř, váš rozpočet, vaše věda, tak proč byste neměli mít pod kontrolou způsob vaší práce? ELGA, jednička na trhu laboratorních úpraven vody přišla s inovační řadou modulárního řešení úpravy vody, která vám dává svobodu věnovat se pouze svoji práci. Čistota vody? Vyberte si jen ty technologie, které jsou vhodné pro vaši vědu a aplikace. Budoucí změny? Proveďte upgrade a rekonfiguraci podle nových potřeb. Máte málo místa? Umístěte vaše řešení na místo, které si sami vyberete. Chcete vědět více? Prohlédněte si PURELAB Chorus na nebo napište s dotazy na elga.cz@veoliawater.com ELGA. Our innovation. Your choice.

4 Dovolujeme si Vás pozvat k účasti na VII. konferenci PIGMENTY A POJIVA Konference je zaměřena na aplikovaný výzkum z oblasti pigmentů, pojiv a specialit pro povrchové úpravy materiálů pomocí organických povlaků a nátěrových hmot. Tematická oblast pigmentů zahrnuje antikorozní pigmenty, barevné pigmenty, oxid titaničitý, popř. další speciální typy pigmentů. Oblast pojiv se týká jak anorganických, tak organických a hybridních pojiv určených pro výrobu nátěrových hmot. Tato tematická část konference obsahuje rovněž i speciální aditiva nezbytná pro formulaci nátěrových hmot. Třetí tematický blok konference se týká širokého spektra nanomateriálů a novinek z oblasti povrchových úprav. Navazuje na předchozích šest ročníků mezinárodní konference Antikorozní pigmenty a nátěrové hmoty, která se uskutečnila naposledy v r Datum konání: listopad 2014 Místo konání: Kongres Hotel JEZERKA***, Seč u Chrudimi Témata konference 1. ANORGANICKÉ PIGMENTY, VÝROBA, VLASTNOSTI A APLIKACE Pigmenty bílé a barevné Antikorozní pigmenty Aplikace pigmentů stavebnictví, nátěrové hmoty, plasty a kaučuky 2. POJIVA, VLASTNOSTI A APLIKACE Anorganická pojiva křemičitá, hlinito-křemičitá a fosforečná pojiva pro keramiku, stavebnictví, vysokoteplotní nátěry, slévárenské směsi, speciální pojiva pro stavebnictví Organická pojiva pro nátěrové hmoty a stavebnictví Aditiva přísady a příměsi pro stavební chemii, aditiva nátěrových hmot Aplikace pojiv stavebnictví, nátěrové hmoty, slévárenství 3. NANOMATERIÁLY A SPECIÁLNÍ MATERIÁLY A TECHNOLOGIE Kovové nanomateriály (NM) Fe, Ag, Au atd. Uhlíkové NM nanotrubičky, fullereny, saze, nanodiamanty Organické NM nanovlákna, dendrimery, polystyren Oxidy kovů TiO 2, SiO 2, Al 2 O 3, ZnO, ZrO 2 Anorganické NM anorganická vlákna, jíly, zeolity, silikáty Aplikace nanomateriálů Vlivy NM na životní prostředí Organizuje: CHEMAGAZÍN s.r.o. ve spolupráci s Ústavem chemie a technologie makromolekulárních látek Univerzity Pardubice Kontakt: Dr.Ing. Petr Antoš, Ph.D., petr.antos@chemagazin.cz, T:

5 OBSAH Číslo 3, ročník XXIV (2014) Vol. XXIV (2014), 3 ISSN Registrováno MK ČR E CHEMAGAZÍN s.r.o., Dvouměsíčník přinášející informace o chemických výrobních zařízeních a tech no lo gi ích, výsledcích výzkumu a vývoje, la bo ra tor ních přístrojích a vybavení laboratoří. Zasílaný ZDARMA v ČR a SR. Zařazený do Seznamu recenzovaných neimpaktovaných periodik vydávaných v ČR, Chemical Abstract a dalších rešeršních databází. Vydavatel: CHEMAGAZÍN s.r.o. Gorkého 2573, Par du bi ce Tel.: , Fax: info@chemagazin.cz Šéfredaktor: Dr. Ing. Petr Antoš Ph.D. T: petr.antos@chemagazin.cz Redakce, výroba, inzerce: Tomáš Rotrekl T: tom@chemagazin.cz Odborná redakční rada: Cakl J., Čmelík J., Kalendová A., Kuráň P., Lederer J., Rotrekl M., Rovnaníková P., Šimánek V., Žáková P. Tisk: Tiskárna Rentis s.r.o., Pardubice. Dáno do tisku Distributor časopisu pro SR: INTERTEC s.r.o., ČSA 6, Banská Bystrica, SK Náklad: výtisků Stav a perspektivy vodíkových technologií... 8 BOUZEK K., PAIDAR M., DOUCEK A. Příspěvek přibližuje základní rámce vodíkových technologií a umožňuje případným zájemcům orientovat se v této problematice a cíleně vyhledávat další informace podle oblasti svého zájmu. Čerpání korozních par pomocí suchých vývěv SKEATES J., KUSAY R.G.P. Nové suché šroubové vývěvy, jako např. typ Edwards DRYSTAR, eliminují podmínky způsobující korozi, a proto mohou být standardní kovové vývěvy používány k odčerpání vysoce korozních par, což může často přinést značné úspory v rámci alternativních technologií a přitom poskytnout mnoho dalších výhod, které nabízí suché vývěvy. Kapacita MOF materiálů pro skladování plynů měření vysokotlaké adsorpce metanu DREISBACH F., PASCHKE T. V článku je diskutována vysoká kapacita porézních MOF materiálů (organometalických sítí) pro adsorpční skladování plynů jako perspektivní metoda pro používání zemního plynu a vodíku jako paliva pro mobilní aplikace. Vodík z plynového generátoru praktická náhrada hélia pro potřeby analytických a laboratorních technologií Celosvětové zásoby hélia se ztenčují, a proto se hledá vhodná alternativa využitelná v laboratořích a u analytických aplikací. Je tomu už mnoho let, co výrobci zařízení pro plynovou chromatografii doporučili využívat jako nosný plyn vodík namísto stále se zdražujícího hélia. Vodík jako alternativa helia v plynové chromatografii s hmotnostní detekcí EISNER A., SURMOVÁ S., ADAM M., BAJEROVÁ P., BAJER T., ČÍŽKOVÁ A., KREMR D., VENTURA K. Příspěvek potvrzuje, že je vodík možnou alternativou helia při jeho využití jako nosného plynu v plynové chromatografii s hmotnostním detektorem. Analýza cukrov plynovou chromatografiou po ich derivatizácii. 28 PATOPRSTÁ I. Aby mohli byť cukry separované plynovou chromatografiou, je nevyhnutná ich derivatizácia na prchavú formu. Na tento účel sú využívane rôzne derivatizačné činidlá. Príkladom takého činidla je N-metyl-bis-trifluóracetamid, ktoré bolo použité aj v tejto práci na konverziu cukrov na ich prchavé formy. Využití rychlých kvadrupolů a plazmových detektorů nejen v analýze plynů MAREK J. Plazmové a hmotnostní i klasické rychlé detektory ve spojení s plynovými chromatografy Shimadzu slouží nejen pro analýzu plynů a těkavých komponent kompletní sortiment příslušenství zahrnuje též techniky pro analýzu pevných vzorků plastů a obdobné úkoly. INZERTNÍ SEZNAM Uzávěrky dalších vydání: 4/2014 Pevné látky (uzávěrka: ) 5/2014 Biotechnologie, biochemie a farmacie (uzávěrka: ) CHEMAGAZÍN organizátor veletrhu LABOREXPO a konference PIGMENTY A POJIVA. LINDE Speciální plyny... 1 VELETRHY BRNO PLASTEX... 2 VEOLIA WATER Úprava vody... 3 CHEMAGAZÍN Konference Pigmenty a pojiva... 4 NÜRNBERG MESSE POWTECH MERCI Teplotní technika ACTIVEAIR Vakuová technika DENWEL Filtry UNI-EXPORT INSTRUMENTS Váhy.19 TRIBON Plastové potrubní systémy.. 19 HENNLICH Kompresory...20 NICOLET CZ Spektrometr PARKER Generátor hélia PRAGOLAB Rotační vakuové koncentrátory...26 PRAGOLAB GC a LC kolony...29 PRAGOLAB Modulární plynové chromatografy...35 SHIMADZU Hmotnostní detektor s trojitým quadropolem...40 CHROMSPEC Suché vývěvy INTERTEC Spalný kalorimetr...43 MERCK Systém pro zkoušky sterility.52 CHEMAGAZÍN Číslo 3 Ročník XXIV (2014) 5

6 EDITORSKÝ SLOUPEK HODNOCENÍ VÝZKUMU Co nevidět proběhne každoroční hodnocení výsledků výzkumu systémem mezi vědci nazývaným kafemlejnek. Letošní rok bude od těch minulých trochu odlišný. Nečasova vláda v demisi totiž stihla 19. června 2013 usnesením č. 475 schválit novou Metodiku hodnocení , podle které se bude rozdělovat institucionální podpora vědy a výzkumu ve výši cca 10 mld. ročně. Metodika hodnocení výsledků výzkumných organizací a hodnocení výsledků ukončených programů je platná pro roky 2013, 2014 a Po roce 2015 by měl být vytvořen a zaveden nový systém hodnocení a financování výzkumu, vývoje a inovací. Tato metodika si při zachování kontinuity klade za cíl odstranit některé nedostatky stávajícího systému hodnocení výsledků. Na rozdíl od předchozích metodik však neobsahuje explicitní předpis pro stanovení institucionální podpory určené na rozvoj výzkumných organizací. Metodika je strukturována do tří propojených pilířů: Pilíř I: Oborové hodnocení publikačních výsledků. Pro každou oborovou skupinu metodika určuje relevantní druhy výsledků a jejich případné maximální podíly na bodových hodnotách. Některé výsledky v některých oborových skupinách nejsou hodnoceny vůbec, v jiných oborových skupinách mají stanoven procentní limit na bodovém množství této oborové skupiny. Hodnocení v Pilíři I. doplňuje tzv. Podpilíř I., který definuje proces a způsob hodnocení peer-review u vybraných druhů výsledků, tj. knihy, kapitoly v knihách a články v neimpaktovaných recenzovaných časopisech. Pilíř II: Hodnocení kvality vybraných výsledků. Každá instituce předloží omezený počet vybraných výsledků k expertnímu posouzení. Oborový verifikační a hodnoticí panel, ve kterém budou mít výrazné zastoupení zahraniční experti, vybere v rámci každé oborové skupiny maximálně 20 % nejlepších výsledků, které si zaslouží zvláštní bonifikaci. Kromě toho bude zvláštní bonifikace za excelenci náležet výzkumným organizacím, jejichž pracovníci uspěli v získávání projektů ERC (European Research Council). Pilíř III: Hodnocení patentů a nepublikačních výsledků aplikovaného výzkumu. Na rozdíl od dosavadní praxe paušálního bodování všech výsledků nepublikačního charakteru zůstává paušální ohodnocení pouze u druhu výsledku patent. Za ostatní výsledky se bude bodové skóre odvíjet podle finanční podpory jednak z projektů aplikovaného výzkumu a jednak ze smluvního výzkumu. Bodové hodnocení dle této Metodiky bude uplatněno na výsledky s rokem uplatnění 2012 a dalších. V roce 2013 bude při hodnocení plně uplatněn pouze Pilíř I. a III. Pilíř II. a úplná verze Podpilíře I. budou zavedeny až od roku Přechodový rok 2013 a etapovité spuštění dalších pilířů umožní včasnou přípravu výzkumných organizací na nově zaváděné postupy definované touto metodikou, vytvoří časový prostor pro příslušné aktualizace informačního systému výzkumu, experimentálního vývoje a inovací a jeho podpůrného programového vybavení a současně nenaruší již probíhající proces sběru dat. Bodování vědeckých výsledků se datuje od roku 2004 a rozdělování finančních prostředků na základě hodnocení od roku 2010, kdy podle novelizovaného zákona začal kafemlejnek státní podporu rozdělovat poprvé. Rozděloval tehdy necelou třetinu institucionální podpory, protože náběh byl rozfázován na tři roky. Teprve předloni v roce 2012 se rozdělovalo vše. Výčet zásadních změn, které se objevily v nové metodice: Zrušilo se bodování výsledků aplikovaného výzkumu podle počtu kusů a zavedlo se jejich bodování podle objemu prostředků na vědu a výzkum získaných z vnějších zdrojů v minulém období. Zrušilo se bodování odborných knih podle kusů a zavedlo se jejich peer-review zhodnocení umožňující jejich rozřazení do kvalitativních skupin. Omezil se prostor pro bodování v časopisech, které uměle zvyšují svůj impaktní faktor záměrným sebecitováním. Oborově se omezil prostor pro bodování těmi výsledky, které jsou v oboru únikem k nízké kvalitě. Dosavadní metodiky přidělovaly 85 % bodů (a tedy peněz) za publikační výsledky a 15 % za výsledky nepublikační. Lze do určití míry tvrdit, že první skupinu tvoří výsledky základního výzkumu a druhou výsledky výzkumu aplikovaného. Nová metodika pro bodování výsledků z první skupiny zavádí výraz I. pilíř a z druhé skupiny III. pilíř. Zároveň se zmíněný poměr upravil mírně ve prospěch aplikovaných výsledků. I. pilíř je stávající. Jediné, co se změnilo, je hodnocení vědeckých monografií. Dosavadní paušální bodování bylo nahrazeno rozřazením knih do tří kvalitativních skupin. V I. pilíři se i nadále bude rozdělovat většina peněz. III. pilíř představuje výraznou změnu, protože nepublikační výsledky se již nebudou bodovat za kusy, ale úměrně tomu, kolik prostředků výzkumná instituce získala z aplikovaných projektů a smluvního výzkumu. II. pilíř je peer-review hodnocení vybraných výsledků. Výsledky budou posuzovat hodnotitelé v 11 tzv. expertních panelech. Na jeho základě se má v prvním roce rozdělit 10 % rozpočtu. Riziko je v nízkém počtu hodnocených výsledků a bude posuzována pouze vědecká kvalita a ne ekonomické přínosy. Problém bude u vysokých škol a ústavů AV ČR, které působí ve více oborech. O počtech předkládaných výsledků často nebude rozhodovat jejich skutečná kvalita, ale to, kolik bodů danému pracovišti již dříve výsledek přinesl. Z pohledu aplikovaného výzkumu došlo v nové metodice k posunu ve prospěch základního výzkumu. Články v recenzovaných časopisech (do nich patří i CHEMAGAZÍN) jsou s nulovým ziskem bodů (mimo obory společenských a humanitních věd) a z článků ve sbornících z konferencí jsou uznávány pouze ty, které jsou uvedeny v databázích Scopus a Thomson Reuters. Dle seznamu schváleného radou pro výzkum, vývoj a inovace pro rok 2014 vychází v ČR 535 neimpaktovaných recenzovaných časopisů. S výjimkou oborů společenských a humanitních věd, kde je článek hodnocen paušálně čtyřmi body, budou mít redakce zejména technicky zaměřených periodik problémy zajistit dostatečnou vědeckou úroveň publikovaných článků. Výrazně nejspíš opadne zájem autorů publikovat v recenzovaných časopisech, jelikož to nemá přínos pro ně jako autory a též pro jejich zaměstnavatele. Při pohledu z tohoto úhlu ztrácí Seznam recenzovaných neimpaktovaných periodik vydávaný Radou pro výzkum, vývoj a inovace jakýkoliv smysl. Hodnocení ostatních aplikačních výsledků (užitné vzory, ověřené technologie, prototypy, funkční vzorky atd.) je opět bez bodů, i když jsou součástí RIVu a celkově je systém výpočtu institucionální podpory za nepublikační výsledky neprůhledný a lehce ovlivnitelný. To platí do určité míry i o výsledcích zařazených do I. pilíře. Roste snaha publikovat v domácích impaktovaných časopisech, nejlépe vydávaných redakcí personálně spřízněnou se samotnou výzkumnou organizací. Autoři i redakce se také snaží zvýšit impakt faktor časopisu umělým navyšováním citací. Roste snaha dostat nové domácí časopisy do databáze Web of Science a Scopus. Články vydávané ve spřízněných časopisech se dělí na kratší, které vydají na více kusů. Možná že nová metodika hodnocení výzkumných organizací přinese vyšší vědeckou úroveň základního výzkumu, ale současně potlačí přenos výsledků do aplikovaného výzkumu a tím i do praktického života společnosti. Nic se ale nemění na tom, že metodika zůstává hodnocením pouze výsledků výzkumu, nehodnotí přínosy výsledků, zejména ekonomické, ani nevypovídá o fungování výzkumných organizací. Na všech úrovních se proto odehrává boj o veřejné peníze mezi obory, mezi pracovišti a mezi institucemi. I přes výše uvedené skutečnosti chce i nadále redakce CHEMAGAZÍNu uveřejňovat příspěvky popisující výstupy výzkumu a vývoje jak průmyslových subjektů, tak i akademických pracovišť. Současně ale chceme udržet jak stávající odbornou úroveň tak i vypovídací schopnost širokému spektru čtenářů. Petr ANTOŠ šéfredaktor časopisu CHEMAGAZÍN petr.antos@chemagazin.cz 6 CHEMAGAZÍN Číslo 3 Ročník XXIV (2014)

7 TECHNICKÉ NOVINKY REVOLUČNÍ MIKROPROCESNÍ PLYNOVÁ CHROMATOGRAFIE INRAG AG, švýcarská firma z Birsfeldenu zabývající se instrumentací pro měření a regulaci procesů, nabízí inovativní mikroprocesní plynové chromatografy série I- Graphx. Ať už v provedení stacionárním nebo mobilním jsou přístroje I- Graphx vybaveny nejmodernější technologií a nabízejí vysoce výkonné plynové chromatografy s nízkými náklady na údržbu, kompaktními rozměry a krátkými analytickými časy. Plynové chromatografy jsou k dispozici v různých verzích a jsou ideálním řešením jak pro laboratorní, tak i pro terénní aplikace. Všechny přístroje I- Graphx jsou založeny na mikro modulu plynového chromatografu s jednou (standardní provedení) nebo dvěma (PRO provedení) kolonami. Řada I- Graphx zahrnuje 19-palcovou vestavnou panelovou verzi, stacionární přístroje, mobilní přístroje a přístroje certifikované dle ATEX do prostředí s nebezpečím výbuchu. Jádro I- Graphx tvoří unikátní, plně funkční plynový chromatografický modul (Standard a Pro) s integrovanou technologií mikro systému. Všechny kapalinové a elektronické komponenty GC jsou integrovány na vícevrstvé desce s tištěnými spoji velikosti moderního PDA. Dosažený pokrok v miniaturizaci umožňuje výrazně snížit spotřebu energie a médií. Přístroje I- Graphx tak umožňují dříve nepředstavitelné rychlé, mobilní, jednoduché, soběstačné a efektivní měření a analýzu plynů. I - Graphx je prakticky bezúdržbový díky své modulární konstrukci. Integrovaná technologie mikro procesoru v kombinaci se sofistikovaným software umožňuje parametrizaci kalibrace, vyhodnocování dat a výstup dat přes standardní rozhraní. To zajišťuje realizaci vlastní diagnostiky, automatizované rekalibrace a funkci vlastní validace. Přístroje jsou určeny pro nasazení v chemickém průmyslu typu rafinérií a zpracování olejů, zemního plynu a bioplynu včetně pyrolysách procesů. Výhody Analytika: velmi krátký měřicí cyklus (30 s 180 s), připravenost pro měření během vteřin, citlivost závisí na aplikaci a typu separační kolony, je cca 100 ppb = 0,1 ppm, vysoká reprodukovatelnost měření <<1% rel, krátké ohřívací a chladicí časy kolon, programovatelná teplotní rampa nad 8 C/s, teplotní rozsah separačních kolon nad 350 C, umožňuje jednoduchá i dlouhodobá měření, elektrická energie W, nosný plyn cca 100/500 μl/min, objem vzorku cca 1 ml/min, mobilní aplikace díky bateriovému zdroji a 100 ml zásobníku nosného plynu, nehrozí zničení při poruše dodávky nosného plynu, nehrozí zničení kolony a TCD oxidujícími komponentami, pracuje s různými nosnými plyny (He/Ar/N 2 / H 2 ), může být transportován letecky se 100 ml zásobníkem nosného plynu. Další výhody: extrémně robustní, lehké a malé zařízení, jak stacionární, tak i přenosný typ, výhodný poměr cena/výkon, inovativní a unikátní mikro systém. PRŮTOKOMĚR PRO PLYNOVOU CHROMATOGRAFII Firma SRI Instruments Europe GmbH nabízí průtokoměr plynu pro plynovou chromatografii Ellutia 7000 GC Flowmeter. Zařízení je kapesní velikosti, měří přesně a poskytuje opakovatelné výsledky. Zařízení je navrženo a vyrobeno ve Velké Británii. Velký OLED displej poskytuje jednoduše čitelné údaje a přístroj má vestavěnou dobíjecí baterii. Přístroj má 25 bodovou kalibraci podle UKAS standardu. Uživatel nastaví teplotu a tlak svého zařízení a průtokoměr automaticky kompenzuje tyto změny podle kalibračních podmínek. Přístroj je koncipován pro 8 nejvíce užívaných plynů v plynové chromatografii: vzduch, argon, argon /(5%) methan, oxid uhličitý, helium, vodík, dusík, kyslík. Kromě standardního měření průtoku, umožňuje průtokoměr měřit také lineární rychlost a dělicí poměr. Po zadání průměru kolony může být zobrazena lineární rychlost plynu. Uživatel může přepínat mezi standardním průtokem a lineární rychlostí. PŘELOMOVÁ NOVINKA V SYSTÉMECH DISTRIBUCE A MANAGEMENTU BEZPEČNÝCH DODÁVEK INERTNÍCH PLYNŮ PŘI VYSOKÉM TLAKU A PRŮTOKU Americká společnost CONCOA uvedla na trh nový vylepšený systém distribuce a managementu plynů pod vysokým tlakem a při velkém průtoku, který dokáže automaticky přepínat mezi dvěma plyny a zajišťuje zaměnitelnost obsluhu a nepřerušenost dodávek. Není určen do výbušných zón a pro zdravotnické účely. CONCOA IntelliSwitch II 544 Series je konstruován do nejnáročnějších aplikací a podmínek pro rutinní přepínání mezi zdroji dvou plynů bez přerušení. Tato řada přepínačů je ideální pro automatizační projekty zahrnující vysokotlaké plynové rozvody a jejich management při odběru plynů z různých zdrojů včetně kryogenických vysokotlakých nádob, vysokotlakých zásobníků, návěsů s vysokotlakými bombami, generátorů, kompresorů nebo plynojemů. Firemní ekonomizační software virtuálně eliminuje ztráty ve ventilech zásobníků kapalných plynů a podstatně snižuje zpětný tok reziduí. Přepínání je řízeno od nastavitelného bodu poklesu vstupního tlaku prostřednictvím webového rozhraní nebo sériového portu. Webový server umožňuje dálkový monitoring a ový příjem důležitých událostí. CONCOA IntelliSwitch II 544 Series obsahuje kontaktní spínač pro spojení s alarmy CON- COA Advantium nebo integraci do existujících systémů a je kompatibilní se všemi inertními nehořlavými plyny do tlaku 210 bar. Je schopen přepínat průtok 2,8 Nm 3 /min dusíku při 140 bar bez nutnosti regulace tlaku. Systém je použitelný pro přepínání průtoku netoxických, nekorozivních a nevýbušných plynů. SNADNÉ ŘEŠENÍ RUTINNÍCH ANALÝZ VOC A SVOC Plynový chromatograf Agilent Technologies 7820A přináší do vaší laboratoře výsledek 40ti leté tradice a poskytuje za nepřekonatelnou cenu stejnou úroveň i robustnost jako jiní přední dodavatelé. Vyznačuje se excelentní reprodukovatelností, přesností a precizností díky plně elektronicky-pneumatickému řízení (EPC) dostupnému pro všechny vstupy a detektory. Zjednodušený přední tlačítkový panel s displejem poskytuje dílčí informace, stav přístroje, provozní stav a minimalizuje chyby obsluhy. Obr. Plynový chromatograf Agilent 7820A Vnější kapalinový vzorkovač lze opatřit samplery buď pro 16 nebo 50 kapalných vzorků. Agilent 7697A Headspace Sampler a Agilent 7667A Mini Thermal Desorber zajišťují rychlý a bezpečný nástřik vzorku. Možnosti vstupu: split/splitless nástřik pro megabore a všechny typy kapilárních kolon, plněných kapilárních nebo běžných plněných kolon. Jako detektory lze využít FID, TCD, mikro ECD, NPD a jednokmitočtové FPD. Plynový chromatograf Agilent 7820A je určen pro nejširší použití od analýz FAME v biodieselu po stanovení VOC při enviro analýzách. CHEMAGAZÍN Číslo 3 Ročník XXIV (2014) 7

8 VODÍKOVÉ TECHNOLOGIE STAV A PERSPEKTIVY VODÍKOVÝCH TECHNOLOGIÍ BOUZEK K. 1,2, PAIDAR M. 1, DOUCEK A. 1,3 1 Vysoká škola chemicko technologická v Praze, Praha 6; 2 Česká vodíková technologická platforma, Řež-Husinec 3 ÚJV Řež a.s., Řež-Husinec Vodík představuje jednu z významných surovin chemického průmyslu a jako takový je dnes odbornou komunitou vnímán především. Tomuto faktu odpovídá skutečnost, že v roce 2007 dosahovala produkční kapacita této komodity v Evropě Nm 3 ročně. Výroba je založena primárně na zpracování fosilních paliv, zejména pak zemního plynu, těžkých ropných frakcí, ale i uhlí. Konstruovány jsou převážně velkokapacitní výrobní jednotky, a to téměř výhradně přímo na místě spotřeby. Rozhodující většinu kapacity ( Nm 3 ) spotřebovávají producenti pro vlastní výroby. Nezanedbatelná část vodíku Nm 3 vzniká jako vedlejší produkt výroby jiné látky a bývá obvykle rovněž využita pro navazující výroby, nebo spálena na místě produkce. Zbývající část je obchodována. Za předpokladu plného využití instalovaných výrob dosahuje obchodovatelný podíl výrobní kapacity vodíku instalované v Evropě hodnoty 2 až Nm 3 [1]. Vodík je však již po několik desetiletí citován zejména v odborné literatuře v jiné souvislosti. Jedná se o soubor chemických a dalších technologií a procesů známých pod souhrnným názvem vodíková ekonomika. Význam této skupiny procesů rychle narůstá především v posledním desetiletí. V naší zemi je však pochopení celkového konceptu a vzájemných souvislostí vodíkové ekonomiky dosud na relativně nízkém stupni. To je dáno nejen dlouhodobou absencí domácího výzkumu a vývoje na tomto poli a pouze pomalým prosazováním těchto technologií do praxe, ale i nedostatkem odborníků a dosud slabým průmyslovým segmentem v této oblasti. Cílem tohoto příspěvku není detailní popis všech dotčených technologií a diskuse jejich technické podstaty, ale pouze nastínění základního rámce, které případným zájemcům o hlubší pochopení umožní orientovat se v celé problematice a cíleně vyhledávat další informace podle oblasti svého zájmu. Vývoj obsahu pojmu vodíková ekonomika Obsah pojmu vodíková ekonomika prodělal za dobu své existence řadu změn. V počátečních fázích byl poměrně úzký a zahrnoval vlastně pouze výzkum vodíku jako ušlechtilého paliva pro palivové články. Jako hlavní výhody pak bývala uváděna vysoká účinnost konverze energie společně s nulovými lokálními emisemi. Tento pohled však narážel na skutečnost, že vodík byl vyráběn prakticky výhradně z fosilních paliv. Došlo tedy sice ke snížení emisí díky vyšší účinnosti konverze a díky efektivnější velkokapacitní výrobě vodíku, změna však nebyla komplexní. S tím byly spojeny rovněž perspektivně uvažované oblasti uplatnění této technologie. Ty spočívaly zejména v napájení odloučených pracovišť a mobilních zařízení elektrickou energií. V souladu s tím dosáhly palivové články významnějšího praktického uplatnění téměř výhradně v kosmickém programu a následně ve vojenském průmyslu, konkrétně pak v elektrickém napájení konvenčních ponorek. K praktickému rozšíření mimo tyto exkluzivní oblasti však po dlouhá léta nedocházelo a vznikal dojem, že se jedná o slepou technologickou vývojovou větev. Tato situace ovšem doznala výrazné změny v průběhu posledních deseti let. Její příčinou byly revoluční změny probíhající v energetice jako v jednom z nejdůležitějších průmyslových odvětví. Co se skrývá za těmito změnami? Jedná se zejména o stále se zrychlující trend ústupu od fosilních zdrojů energie a příklonu ke zdrojům obnovitelným. Ten je motivován jednak snahou o snížení emisí CO 2 a dále o snížení závislosti na dovozu paliv z politicky nestabilních oblastí. Vedle již tradičně využívané energie vodní se jedná v naší geografické lokalitě zejména o energii větrnou a sluneční. Vedle svých nesporných výhod jsou tyto zdroje charakteristické i řadou nevýhod. Jednou z nejvýznamnějších z nich je skutečnost, že podléhají nejen dlouhodobým sezónním, ale i okamžitým výkyvům povětrnostních podmínek. Tato skutečnost je známa od počátku jejich uvádění do každodenního života. Nicméně v období nízkého podílu příkonu dodávaného těmito zdroji do distribuční sítě dosahujícího jednotek procent nepředstavovala kompenzace výkyvů prostřednictvím tradičních zdrojů závažný problém. V současné době prudkého nárůstu instalovaného výkonu obnovitelných zdrojů a s ohlášenými úmysly několika vlád evropských zemí o dalším omezení zdrojů založených na klasických fosilních palivech nebo jaderné energetice získává tento problém na významu. Ohrožena je stabilita distribuční sítě jako celku, a to ať již z důvodu okamžitého přebytku příkonu do sítě, či naopak okamžitého nedostatku energie. Tuto situaci dokumentuje na příkladu okamžité ceny elektrické energie na energetické burze EPEX (European Power Exchange) obrázek 1. Výrazné výkyvy v produkci spojené s neregulovatelnými zdroji způsobují významné změny v ceně energií, které mohou vést v extrémním případě až k její negativní hodnotě, viz To znamená, že odběratel za odebranou energii neplatí, ale je naopak placen. Je zřejmé, že další nárůst kapacity obnovitelných zdrojů energie již dnes poměrně složitou situaci dále zkomplikuje. Obr. 1 Vývoj okamžité ceny elektrické energie a obchodovaného objemu energie na burze EPEX Phelix (pro Německý a Rakouský trh) ( Jak je zřejmé, existuje několik způsobů řešení uvedené situace. První z nich představuje instalace natolik velké kapacity obnovitelných zdrojů, aby i v okamžiku minimálního výkonu pokrývaly základní spotřebu energie. Tento přístup však vyžaduje neúměrně vysoké investiční náklady. Ty jsou navíc využity vysoce nehospodárně, neboť v období zvýšené produkce je nutné jejich významnou část instalovaných zdrojů odpojit. Druhou možnost pak představuje zachování odpovídající kapacity tradičních zdrojů energie, které budou udržovány v pohotovosti a spouštěny podle potřeby k pokrytí deficitu energie v síti. Rovněž toto řešení je ekonomicky vysoce problematické. Poslední alternativou je instalace zdrojů odpovídajícího vyššího středního výkonu a ukládání okamžitých přebytků energie způsobem, který umožní její zpětnou rekuperaci v období nedostatečné produkce. Tento systém vychází z globálního pohledu jako ekonomicky nejvýhodnější. Proto bylo iniciováno významné výzkumné úsilí cílené na nalezení odpovídající technologie umožňující skladování a rekuperaci odpovídajících množství energie. 8 CHEMAGAZÍN Číslo 3 Ročník XXIV (2014)

9 VODÍKOVÉ TECHNOLOGIE A právě řešení tohoto problému stojí za opětovným nárůstem zájmu o vodíkové technologie. Proč právě vodík? Představuje tento nejlehčí a značně reaktivní plyn skutečně optimální řešení? Příčin, proč padla volba na tuto látku jako na jedno z nejslibnějších řešení, je několik. Uveďme zde ty nejvýznamnější. První z nich je skutečnost, že energie vazby H-O v molekule vody je velmi vysoká. To umožňuje uložit do relativně malé hmotnosti vodíku značné množství energie. Druhým důvodem je vysoká reaktivita vodíku a jeho ochota slučovat se s kyslíkem bez významnějších energetických bariér. Posledním z hlavních důvodů pak je skutečnost, že vodíku se na zemi vyskytuje značné množství, byť ne v molekulární podobě, ale ve formě chemických sloučenin, nejčastěji vody. V úvahu pak připadá rovněž ta skutečnost, že produktem spálení vodíku kyslíkem jak v palivovém článku, tak klasickým hořením, je opět pouze voda, tedy látka ekologicky nezávadná. Existuje však samozřejmě i řada nevýhod. Zřejmě tou hlavní je plynné skupenství vodíku, které má výrazný negativní dopad na objemovou hustotu uložené energie, popř. klade významné nároky na použité tlakové nádoby a na energii potřebnou ke komprimaci plynu. Druhou nevýhodou pak je paradoxně značná reaktivita vodíku, zejména pak v kontaktu se vzduchem, která vzbuzuje obavy z bezpečnosti této skupiny technologií. Základní schéma vodíkové ekonomiky ukazuje obrázek 2. Jak je z tohoto obrázku zřejmé, okamžité přebytky energie mohou být využity k rozkladu vody za uvolnění vodíku a kyslíku. Zatímco kyslík je ve většině případů vypouštěn do ovzduší, vodík je skladován pro další využití, v tomto případě preferenčně ke zpětnému sloučení s kyslíkem za uvolnění odpovídajícího množství energie. Produktem je opět voda. Tím dojde k uzavření celého cyklu. Z uvedeného schématu je tedy zřejmé, že vodík neplní v žádném případě roli zdroje energie, ale jejího nositele, někdy též zvaného energetický vektor. Obr. 2 Základní schéma Vodíkové ekonomiky Hlavní technologie vodíkové ekonomiky Věnujme pozornost základním technologiím obsaženým v tomto cyklu. Jako první vyvstává zjevně otázka rozkladu vody pomocí okamžitých přebytků energie. V současnosti je rozvíjeno několik konceptů takového rozkladu. První z nich je založen na využití tepelné energie. Čistě termický rozklad vody je charakteristický extrémně vysokou potřebnou teplotou přesahující 2000 C. Využívány jsou proto termochemické cykly, které umožňují tuto teplotu snížit na hodnotu nižší než C. Avšak komplexnost celé technologie snižuje významným způsobem její flexibilitu a znemožňuje její využití pro děje vysoce proměnné v čase. Jako nejvýhodnější alternativa tak dnes vystupuje druhý směr založený na elektrolýze vody. Elektrolytický rozklad je typický právě svou principiální jednoduchostí a ve vybraných případech rovněž vysokou flexibilitou. V současnosti jsou intenzivně zkoumány tři základní varianty tohoto procesu: (i) nízkoteplotní alkalická, (ii) nízkoteplotní kyselá a (iii) vysokoteplotní. Každá z těchto technologií vykazuje významné výhody spolu s nevýhodami a různý stupeň technické vyzrálosti. Nejvyšší stupeň vyspělosti vykazuje nízkoteplotní alkalická elektrolýza, jejíž několik variant je průmyslově provozováno již řadu desetiletí. Tato technologie však byla primárně navrhována jako vysoce robustní s menším důrazem kladeným na flexibilitu, účinnost a intenzitu procesu. Z toho důvodu nepatří její tradiční varianty k nejvhodnějším pro plnění úkolu konverze okamžitých přebytků elektrické energie. Na druhou stranu, tato technologie nevyžaduje použití drahých kovů ani investičně náročných polymerních elektrolytů. Proto je jejich dalšímu vývoji věnována v posledních letech opět rychle rostoucí pozornost, zejména s ohledem na uplatnění ve stacionárních velkokapacitních jednotkách, resp. ve stacionárních CHEMAGAZÍN Číslo 3 Ročník XXIV (2014) systémech obecně. Na druhou stranu nízkoteplotní kyselá elektrolýza vody je považována za vysoce progresivní moderní technologii, která však na ověření dlouhodobé provozuschopnosti v průmyslových podmínkách dosud čeká. Nicméně i tato technologie již dospěla do stádia komerčně dostupných velkokapacitních jednotek o příkonu stovek kw. Její zásadní výhodou jsou vysoká flexibilita, intenzita a účinnost. Základní nevýhodu pak představuje nutnost použití platinových kovů jako elektrokatalyzátorů a nákladného polymerního elektrolytu na bázi fluorové chemie. Uplatnění je u tohoto typu elektrolyzérů plánováno zejména u mobilních jednotek, popřípadě u zařízení s extrémně vysokými nároky na flexibilitu, či kompaktnost instalace. Poslední, třetí technologie, vysokoteplotní elektrolýza, pak je ze všech uvedených na nejnižším stupni technického rozvoje a není dosud dostupná komerčně. Příčinou jsou zejména nároky na použité materiály spojené s provozní teplotou zařízení pohybující se okolo 800 C. Je zřejmé, že zařízení pracující při této teplotě jednoznačně ztrácí výhodu vysoké flexibility provozu. Získává však nezanedbatelné výhody, které jej odlišují od dvou předchozích technologií. První z nich je vysoká účinnost konverze. Ta je způsobena právě vysokou provozní teplotou, kdy je kinetika elektrodových reakcí dostatečně rychlá, aby se ztráty účinnosti způsobené tímto dějem blížily nule. Zároveň rychlá kinetika umožňuje pracovat bez použití nákladných katalyzátorů. Díky vysoké pracovní teplotě lze rovněž nezanedbatelnou část elektrické energie potřebné k rozkladu molekuly vody nahradit energií tepelnou, tedy energií méně ušlechtilou a získávanou s vyšší účinností. Zvláště v případě, kdy je využíváno odpadní teplo, je tato alternativa energeticky velice výhodná. Poslední velkou výhodou tohoto přístupu je pak možnost spojení elektrolýzy s další žádanou chemickou přeměnou. Mezi nejčastěji diskutované patří redukce CO 2 na syntézní plyn. Zkoumána je rovněž redukce CO 2 až do úrovně methanu. Význam této možnosti bude diskutován později v rámci tohoto textu. Druhou klíčovou konverzní technologií je zpětná přeměna energie chemické vazby na energii elektrickou. Existují dva principiální přístupy. Prvním z nich je využití tepelného stroje, ať již ve formě spalovacího motoru či plynové turbíny. Rovněž v tomto případě se jedná o vyspělé průmyslové technologie dlouhodobě komerčně dostupné na trhu. Jejich základní nevýhodou je relativně nízká účinnost omezená z termodynamického hlediska Carnotovým cyklem. Druhou alternativu představují palivové články, zařízení sloužící k přímé přeměně energie chemické vazby v energii elektrickou bez mezistupně mechanické práce. To jim umožňuje dosáhnout vyšší účinnosti konverze. Ačkoliv představují palivové články ve svém principu zařízení inverzní k elektrolyzéru pro rozklad vody, množství variant palivových článků je obecně vyšší, než je tomu u elektrolýzy vody. Nejčastější způsob jejich dělení je podle provozní teploty, kdy rozlišujeme články (i) nízko-, (ii) středně- a (iii) vysokoteplotní. Hlavními zástupci nízkoteplotních článků jsou články kyselé a alkalické (analogie k elektrolýze vody), pracující typicky při teplotách do 80 C. Středněteplotní palivové články jsou kyselého charakteru a pracovní teplota se pohybuje typicky do 200 C. Vysokoteplotní články pak rozlišujeme na bázi tavených uhličitanů a oxidické keramiky. Jejich pracovní teplota se pohybuje typicky v rozmezí 600 až 800 C. Výhody a nevýhody uvedených variant palivových článků jsou ve své podstatě shodné s těmi popsanými pro odpovídající typy elektrolyzérů pro rozklad vody. Poněkud vybočuje středněteplotní oblast, která v případě elektrolyzéru není dosud uspokojivě pokryta, byť rovněž v tomto směru probíhá výzkum. Je to dáno zejména tím, že dosud nebyl identifikován vhodný, pokud možno polymerní, elektrolyt pro tyto podmínky. V případě palivového článku představují obecně přijímané řešení materiály na bázi polybenzimidazolu a jeho derivátů impregnovaných kyselinou fosforečnou. Ty však nejsou stálé za podmínek elektrolýzy. Středněteplotní palivové články jsou zajímavé z toho důvodu, že nekladou extrémní nároky na použité materiály a umožňují poměrně značnou flexibilitu, avšak zároveň zvýšená teplota Dokončení na další straně 9

10 VODÍKOVÉ TECHNOLOGIE zabezpečuje rychlejší kinetiku elektrodových reakcí a nižší citlivost na vybrané katalytické jedy. Vyšší provozní teplota pak umožňuje efektivnější využití odpadního tepla formou kogenerace. Tento typ článku tedy představuje kompromis mezi článkem vysokoteplotním a nízkoteplotním. Jejich největší slabinou je dosud omezená životnost způsobená korozí platinového katalyzátoru vlivem kyseliny fosforečné a dále pak omezená stabilita polymerního elektrolytu. Poslední klíčovou komponentu uvedeného cyklu představuje skladování vyrobeného vodíku pro pozdější využití. Rovněž v tomto případě existuje několik přístupů zahrnujících klasické technologie a sahajících až k poměrně extravagantním řešením. Ač byly po jistou dobu studovány kryogenní systémy umožňující skladování vodíku v kapalné formě, z hlediska účinnosti se tato cesta ukázala pro většinu prakticky významných případů jako pouze obtížně schůdná. Alternativu představuje ukládání vodíku ve formě hydridů kovů. Tento systém je studován zejména s ohledem omezení rizika rychlého úniku vodíku do okolí spojeného s možností výbuchu vzniklé plynné směsi. I tento přístup však má svá omezení z hlediska skladovací kapacity, účinnosti a počtu opakovaného plnění nádrže. Tento systém je primárně uvažován ve spojení s mobilními aplikacemi. Největší úsilí a největší počet aplikací je však spojen se skladováním komprimovaného vodíku. Použité tlakové nádoby se opět liší podle aplikace. Pro mobilní aplikace jsou využívány vysoce pevné a lehké kompozity, přičemž standardem je dnes tlak 700 bar a uvažuje se o jeho dalším zvýšení. V případě stacionárních aplikací jsou pak nádrže ocelové a tlak nepřesahující typicky 30 bar. Komprese na nižší tlak zvyšuje celkovou účinnost cyklu uložení a rekuperace elektrické energie. Vodíková ekonomika a její uplatnění v současnosti Z výše uvedeného přehledu základního schématu vodíkové ekonomiky je zřejmé, že ačkoliv řada dílčích technologií již dosáhla vysokého stupně rozvoje, přetrvávají některé technické problémy a zejména dosud prakticky zcela chybí infrastruktura nezbytná k její komplexní realizaci. Náklady spojené s vybudováním odpovídající infrastruktury budou navíc enormní a vyžádají si značný čas. Řada problémů však existuje již dnes a žádá si rychlé řešení. Jsou proto navrhována a ověřována formou demonstračních jednotek dílčí, či alternativní řešení, která činí celý systém výrazně komplikovanějším. Detailnější pohled však ukazuje, že řada těchto alternativ je zajímavá i z dlouhodobého hlediska a lze je zařadit do širšího schématu vodíkové ekonomiky. Toto téma je však natolik komplexní, že jej nelze shrnout do jednoho krátkého článku. Lze nicméně nastínit některé základní principy a prezentovat rozšířené schéma. V současnosti již dosahuje reálných rozměrů problém stability distribuční sítě elektrické energie v okamžiku nadprodukce obnovitelných zdrojů. Dosud však je instalována a provozována dostatečná kapacita zdrojů tradičních. V prvním kroku je tedy zapotřebí řešit problém efektivního využití okamžitých přebytků elektrické energie s tím, že její rozsáhlá rekuperace není, s výjimkou ostrovních systémů, v prvním kroku bezprostředně nutná. Tomu odpovídá nutnost instalace elektrolyzérů pro rozklad vody produkujících vodík. Jak však naložit s touto látkou, pokud nebude opět využita ke zpětné produkci elektrické energie? Sledováno je několik možností. První z nich je vtlačování vodíku do distribuční sítě zemního plynu. Dojde tak k jeho využití ke zpětnému získání energie, primárně pak tepelné. Problém představuje omezené množství vodíku, které může být touto cestou využito. Je to dáno jednak tím, že stávající infrastruktura a spotřebiče nejsou navrženy na využití vodíku. Druhým aspektem pak je odlišná objemová výhřevnost vodíku a s tím spojené odlišné nastavení spotřebičů, stejně tak jako měření odběru u zákazníků. Alternativu pak představuje technologicky komplikovanější řešení katalytické methanizace CO 2 právě s využitím vodíku generovaného s využitím okamžitých přebytků elektrické energie a CO 2 zachyceného ve spalinách tepelných elektráren či podobných zdrojích. Takto připravený methan již může být bez jakýchkoliv omezení vtlačován do infrastruktury pro distribuci zemního plynu. Další alternativu pak představuje využití vodíku jako suroviny v petrochemickém a chemickém průmyslu, kde ho jsou spotřebovávány velké objemy, dnes vyráběné z fosilních paliv. V těchto oblastech je vysoce zajímavé využití vysokoteplotních elektrolyzérů umožňujících přímou výrobu syntézního či zemního plynu, které tak zjednodušují celou instalaci. Poslední předpokládanou možnost využití pak představuje palivo. Primárně je uvažováno palivo pro mobilní aplikace poháněné palivovými články, ale v úvahu připadají samozřejmě i další alternativy, jako jsou například plynové spalovací motory nebo již zmíněné plynové turbíny. Zajímavé jsou však rovněž aplikace v opačném směru. Jde zejména o kogenerační a mikrokogenerační jednotky. Tyto technologie jsou dnes dodávány jako alternativní technologie umožňující kogeneraci elektrické energie a tepla s využitím vhodného paliva. Vzhledem k aktuální absenci distribuční infrastruktury vodíku přestavuje alternativní palivo nejčastěji zemní plyn. Vzhledem k použitému palivu a k plánovanému účelu se v této souvislosti nejčastěji uvažuje o vysokoteplotních palivových článcích. Obr. 3 Rozšířené schéma vodíkové ekonomiky založené na využití okamžitých přebytků elektrické energie generované obnovitelnými zdroji [2] 10 CHEMAGAZÍN Číslo 3 Ročník XXIV (2014)

11 VODÍKOVÉ TECHNOLOGIE Obr. 4 Komerční vyzrálost hlavních vodíkových technologií [2] Přehledné schéma popsaného potenciálního využití vodíku generovaného pomocí okamžitých nadbytků elektrické energie, včetně rekuperace elektrické energie uložené do energie chemické vazby vodíku, ukazuje obrázek 3. V našich národních podmínkách je vodíková ekonomika považována za příliš vzdálenou praktickému uplatnění a z tohoto pohledu tedy za čistě akademickou záležitost. Tomu odpovídá postoj státní správy a podpora praktického rozvoje a implementace těchto technologií z veřejných zdrojů. A do značné míry rovněž zájem ze strany průmyslu. Pohled za hranice naší republiky však poskytuje poněkud jinou perspektivu. Zůstaňme v tomto okamžiku v nám nejbližší Evropě. Dne Evropská komise oficiálně založila Společný podnik pro palivové články a vodík (Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking, FCH JU), který je zodpovědný za rozdělování podpory výzkumu, vývoje a inovací vodíkových technologií z prostředků Evropské unie. Jedná se o společnou technologickou iniciativu Evropské komise a privátní sféry zaměřenou na co nejrychlejší uvedení vodíkových technologií do praxe. Evropská komise tak dala najevo význam, který těmto technologiím přikládá, stejně jako své přesvědčení, že jejich uvedení do praxe nepředstavuje příliš vzdálenou budoucnost. Tomu odpovídá rovněž zaměření výzev k podávání projektů publikovaných FCH JU. Financována je zejména oblast vývoje odpovídajících technologií a jejich ověřování v demonstračních projektech. Podporován je rovněž rozvoj standardizace a vývoj odpovídajících technických norem a nezbytné legislativy. Tyto aktivity představují nutný předpoklad k praktickému uplatnění uvedených technologií, ať již z pohledu nezbytného legislativního rámce nebo z perspektivy jejich ekonomiky. To dokumentuje obrázek 4 ukazující závislost nezbytných investičních nákladů násobených technologickým rizikem na technické vyzrálosti dané technologie. Na této závislosti jsou ukázány aktuální příklady vybraných technologií. Z uvedeného grafu vyplývá, že právě technologie ve fázi počátků komercionalizace jsou nejvíce zranitelné a vyžadují podporu z veřejných zdrojů. S tím propojenou druhou informací je pak skutečnost, že vodíkové technologie, resp. jejich značná část, jsou považovány za technologicky natolik vyspělé, že je očekáváno jejich uplatnění na trhu prakticky v současnosti či v nejbližším období. Tomuto hodnocení odpovídá rovněž skutečnost, že v Německé spolkové republice (NSR) byla komerčními společnostmi vůdčími v oblasti vodíkových technologií podepsána dohoda o vybudování 400 vodíkových čerpacích stanic na území NSR s celkovými náklady 350 miliónů EUR. Existuje celá řada dalších inciativ v tomto směru, jako je např. závazek Dánska k dosažení bezuhlíkové energetiky do roku 2050, stejně tak jako velkých demonstračních aktivit či blížících se komercionalizací vybraných produktů. Tento výčet by však CHEMAGAZÍN Číslo 3 Ročník XXIV (2014) přesahoval rámec tohoto příspěvku. Věnujme nicméně závěrem několik slov současné situaci v České republice. Ačkoliv Česká republika představuje mezi zeměmi střední a východní Evropy výjimku danou tím, že jako první instalovala vodíkovou čerpací stanici v Neratovicích a realizovala demonstrační projekt autobusu poháněného vodíkovým palivovým článkem, se situací v západní Evropě se dosud nemůže přímo srovnávat. V současnosti chybí zejména masivní podpora jak z veřejné, tak průmyslové sféry. V rámci realizovaných výzkumných projektů se vedle vodíkového autobusu podařilo instalovat v areálu ÚJV Řež a.s. demonstrační jednotku umožňující ukládání přebytků elektrické energie z fotovoltaické elektrárny a její zpětné rekuperace. V současnosti pak probíhají projekty zaměřené na vývoj alkalické a vysokoteplotní jednotky pro elektrolytický rozklad vody. Snaha o systematičtější podporu rozvoje této problematiky prostřednictvím Centra kompetence financovaného Technologickou agenturou ČR bohužel nebyla úspěšná. Lze však konstatovat, že povědomí o problematice vodíkových technologií se pomalu rozšiřuje a nezbývá než doufat, že nastoupený trend nezvrátí budoucnost, zejména pak vlivem vnějších okolností. Závěr Tento text si nekladl za cíl poskytnout detailnější technické informace či komplexní přehled současného stavu vodíkových technologií v mezinárodním měřítku. Jeho cílem bylo přiblížit čtenáři základní princip vodíkové ekonomiky a současnou situaci na poli jejího přiblížení praktické realizaci. Zájemci o aktuální informace o novinkách v oblasti vodíkových technologií se mohou obrátit na webové stránky České vodíkové technologické platformy, která zastřešuje aktivity na poli vodíkových technologií v rámci České republiky ( případně na další zdroje. Poděkování: Autoři děkují za finanční podporu výzkumu zaměřeného na oblast vodíkových technologií Ministerstvem průmyslu a obchodu České republiky v rámci projektu FR-TI3/561. Literatura [1] Guy Maisonnier, Jérôme Perrin, Robert Steinberger-Wilckens, Industrial surplus hydrogen and markets and production in European Hydrogen Infrastructure Atlas and Industrial Excess Hydrogen Analysis, Sören Christian Trümper (editor) [2] B. Decourt, B. Lajoie, R. Debarre a O. Soupa, Hydrogen-Based Energy Conversion Factbook, únor 2014, SBC Energy Institute, aspx 11

12 VODÍKOVÉ TECHNOLOGIE HYDROGEN DAYS 2014 ČESKO PŘIVÍTALO ŠPIČKY VE VÝZKUMU VODÍKU Na mezinárodní konferenci Hydrogen Days 2014, která se uskutečnila v Praze ve dnech dubna 2014 debatovali experti o využití vodíkových technologií a palivových článků v energetice i dopravě. Pro evropskou energetiku jde o stěžejní téma, zvlášť pokud chce stále více využívat obnovitelné zdroje, říká Josef Šalamon, ředitel České vodíkové technologické platformy. Také s auty na vodík se podle něj budeme na silnicích setkávat stále častěji. Na osmdesát vědců, výzkumníků, zástupců průmyslu i veřejných institucí z celé Evropy se sjelo do Prahy představit novinky v oblasti vývoje i aplikace vodíkových technologií. Ty jsou podle hlasů z konference Hydrogen Days 2014, kterou uspořádala Česká vodíková technologická platforma (HYTEP), nadějí pro udržitelnou energetiku i dopravu. A nemusí se jednat o vzdálenou budoucnost. Je příznačné, že na konferenci vystoupilo několik zástupců německých univerzit a firem. Právě u našich sousedů jde vývoj vodíkových technologií velmi rychle kupředu. Souvisí to se změnou energetické politiky a odklonem od jádra pokud se chce Německo zaměřit na obnovitelné zdroje, musí vyřešit výkyvy počasí a tudíž skladování energie, vysvětluje profesor Karel Bouzek z Vysoké školy chemicko-technologické v Praze. A protože vhodných lokalit pro přečerpávací vodní elektrárny je málo, zůstává vodík nejnadějnějším řešením. V Česku se testuje například elektrolytická výroba vodíku pomocí fotovoltaiky nebo vysokoteplotní elektrolýza, která umožní efektivní výrobu vodíku v návaznosti na budoucí jaderné reaktory nové generace, uvádí Aleš Doucek, vedoucí oddělení vodíkových technologií v ÚJV Řež. Pracuje se také na vývoji ekonomicky úspornějších palivových článků, které umožní výraznější rozšíření vodíkových pohonů v dopravě. Nedávno jsme otevřeli studijní obor přímo s tímto zaměřením, doplňuje český příspěvek do světového vývoje profesor Bouzek. Obr. 1 TriHyBus trojitě hybridní autobus s vodíkovým pohonem (Foto: ÚJV Řež) Obr. 2 Čerpací stanice vodíku v Neratovicích (Foto: ÚJV Řež) Auta na vodík? Už si lze zapůjčit Konference zdůraznila také druhý aspekt vodíkového hospodářství dopravu. Zástupci automobilky Daimler, výrobce vozů Mercedes-Benz, tu představili svůj ambiciózní plán zprovoznit do konce příštího roku v Německu na padesát nejmodernějších vodíkových čerpacích stanic. Většina významných automobilek dnes má svůj model vodíkového automobilu téměř každoročně vidíme nové prototypy na světových autosalonech. Nejdále jsou v tomto nejen v Německu, ale také v Kalifornii nebo ve Skandinávii, kde je koncept už ověřen v praxi. Vodíkové modely se sice ještě nevyrábějí sériově, ale koncerny už je půjčují odborné i širší veřejnosti, uvádí Doucek. Upozorňuje, že i u nás se již lze setkat s dopravním prostředkem na vodík TriHyBusem. Autobus, který využívá palivové články, vyvinulo konsorcium právě pod vedením výzkumníků z Řeže. Setkat se s ním lze v Neratovicích, kde je také jediná vodíková čerpací stanice u nás. Doprava a energetika spolu v případě vodíku velmi úzce souvisí. Když hodně fouká nebo svítí slunce, můžeme vyrábět vodík a tyto přebytky pak využít jako palivo, vysvětluje Doucek. Z konference také zaznívají hlasy, že pro budoucí rozvoj vodíkových technologií a tedy i energetiky jako celku, je zásadní spolupráce komerční sféry, výzkumu a především veřejných institucí. V Česku jsou vodíkové technologie stále ještě vnímány převážně jako nadšenecká vize, my ale chceme ukázat, že jde o velmi reálné téma pro nejbližší budoucnost. Jak ukazuje i příklad Německa, vodík musí být vnímán jako součást celkové energetické i dopravní koncepce. Je šancí nejen pro obnovitelné zdroje, ale také sníží závislost na dovozu ropy, což má i pozitivní politické dopady, uzavírá Šalamon. O Hydrogen Days 2014 Mezinárodní konference Hydrogen Days navazuje na Vodíkové dny, tradiční setkání odborníků v oboru. Letos byla výjimečná tím, že rozšířila své pole působnosti za hranice České republiky. Zúčastnili se jí renomované evropské kapacity a experti z oblasti výzkumu a vývoje vodíkových technologií. Tématem konference jsou jak technické otázky spojené s využitím vodíku (palivové články, elektrolýza vody, skladování a distribuce vodíku atd.), tak možnosti komerčního využití vodíkových technologií v energetice i dopravě. Tato akce je zároveň předzvěstí prestižního celosvětového kongresu World Hydrogen Technology Convenience (WHTC), jehož pořadatelem bude Česká vodíková technologická platforma v roce O České vodíkové technologické platformě Česká vodíková technologická platforma (HYTEP) sdružuje hlavní subjekty, které se v Česku věnují vývoji vodíkových technologií a jejich využití v praxi. Jejím cílem je podporovat a koordinovat další výzkum, úzce spolupracuje s partnery v Evropské unii i jinde ve světě. Mezi jejich 12 členů patří jak vysoké školy a výzkumné instituce, tak komerční subjekty z oboru technologií a energetiky CHEMAGAZÍN Číslo 3 Ročník XXIV (2014)

13 PT14_180x130_CZ_CHEMAGAZIN_CL_CH.indd :26 Váš dodavatel teplotní techniky HUBER Chcete se dozvědět více? Neváhejte nás kontaktovat! CHEMAGAZÍN Číslo 3 Ročník XXIV (2014) 13

14 VAKUOVÉ SYSTÉMY ČERPÁNÍ KOROZNÍCH PAR POMOCÍ SUCHÝCH VÝVĚV Mnoho zpracovatelských procesů v chemickém průmyslu obsahuje korozní prvky. V minulosti to znamenalo, že standardní typy vývěv, jako jsou vodokružné vývěvy a parní ejektory, byly dodávány z neobvyklého materiálu. Nové suché šroubové vývěvy, jako např. typ Edwards DRYSTAR, eliminují podmínky způsobující korozi, a proto mohou být standardní kovové vývěvy používány k odčerpání vysoce korozních par, což může často přinést značné úspory v rámci alternativních technologií a přitom poskytnout mnoho dalších výhod, které nabízí suché vývěvy. Koroze je v podstatě reakce železa. K jejímu průběhu je nezbytná voda nebo jiná tekutina tak, aby mohlo dojít k oddělení iontů. Reakci můžeme jasně vidět na plynu HCI; suchý plyn HCI je nekorozivní, malé množství vody však umožňuje tvorbu chloridových iontů, které jsou vysoce korozní. Tradiční vakuové systémy používají páru, olej nebo vodu ve svém zdvihovém objemu, jakožto části provozu. To znamená, že kompresní objem je neodmyslitelně mokrý, a podmínky jsou tak ideální pro vznik koroze při čerpání korozních par. Proto jsou parní ejektory a vodokružné vývěvy běžně dostupné v širokém spektru materiálů, např. nerezová ocel, hastelloy nebo dokonce grafit a keramika. Zatímco je odstraněn problém koroze, náklady na zařízení značně rostou. Suché vývěvy eliminují potřebu kapaliny ve zdvihovém objemu. Suchý kompresní objem by zřejmě odstranil potřebu neobvyklých konstrukčních materiálů. Existuje však jiný zdroj kapaliny, a to kondenzace. Když pára prochází vývěvou, tlak se zvyšuje a způsobuje nárůst teploty nasycení páry. Klíčem k řešení problému s kondenzací je termodynamika komprese Některé mechanizmy suchých vývěv, jako např. šroubový systém DRYSTAR, mají kompresní okruh, který je zásadně neprostupný, tzn., že se teplo komprese používá ke zvýšení teploty plynu a teplota plynu stoupá, jakmile páry prochází vývěvou. Výkonnější kompresní okruh šroubového mechanizmu znamená, že se teplota plynu v rámci fáze nezvýší, a proto není vyžadována mezifáze chlazení čerpaných par. Když prochází páry vývěvou, jejich teplota stoupá důsledkem rostoucího tlaku. Teplota plynu však stoupá tak, že teplota varu čerpaných par je vždy nižší než aktuální teplota plynu. V poslední fázi, kde nejpravděpodobněji dochází ke kondenzaci, je teplota plynu ve šroubových vývěvách standardně v rozsahu C, přestože použití teplotně řízených vodních plášťů umožňuje nastavení této teploty dle požadavků na vyšší či nižší stupeň. Výsledkem je schopnost šroubových vývěv DRYSTAR čerpat korozní páry. Společnosti, jako např. Edwards, disponují suchými vývěvami poháněnými mokrým HCI, thionylchloridem, oxidem siřičitým, methylendichloridem, kyselinou octovou a celou řadou korozních látek. Sebedůvěra této společnosti je taková, že je připravena nabídnout záruky na korozi u svých DRYS- TAR vývěv vyrobených z běžných materiálů. Obr.1 Provozní podmínky suché šroubové vývěvy založeno na nasycené vodní páře při 30 C u sacího ventilu Ne všechny suché vývěvy však mají nepropustnou kompresi. Některé mechanizmy suchých vývěv, jako např. vícefázové Roots, mají kompresi, která je zásadně izotermická. Když se páry pohybují ve vývěvě, teplo komprese je eliminováno buď použitím externích chladičů plynu nebo recirkulací chlazeného plynu. To znamená, že teplota plynu při průchodu vývěvou zůstává v podstatě stálá. Ve skutečnosti teplota plynu při průchodu vývěvou značně kolísá. Stoupá, když prochází kompresní fází, klesá, když prochází externím potrubím a chladiči. Když teplota klesá, probíhá téměř vždy kondenzace, hlavně v posledních fázích s vysokým tlakem. Takto vzniká korozní prostředí, kde vždy probíhá koroze v chladičích, v externím potrubí a sběrači statoru, kam je znovu přiveden chlazený plyn. Proto nedoporučujeme vícefázové vývěvy Roots pro čerpání korozních par v místech, kde se vyskytují kondenzovatelné látky, hlavně vodní pára. Řešení, které výrobci vícefázových vývěv Roots musí začít používat, je vývoj suchých vývěv z korozi odolných materiálů. Někteří výrobci nyní pracují na nerezových vývěvách a korozi odolných nátěrech, např. PTFE. Tato řešení však mají jak technické tak praktické problémy a značně navyšují náklady na zařízení a náhradní součástky. Mnoho korozních látek, se kterými se setkáte ve vakuových systémech chemického průmyslu, jsou na bázi chloridu. Austenitické nerezové oceli, např. 304 a 316, nejsou příliš vhodné pro práci s korozními látkami na bázi chloridu, protože jsou náchylné na korozní praskliny, tzn. místo, kde koroze probíhá v bodě lokalizovaného tlaku. Prasklina vzniká v podkladu, který má na vrcholu bod vysokého tlaku způsobující další korozi. Tak se tvoří hluboká prasklina, která proniká hluboko do podkladu a způsobuje náhlý a potenciálně katastrofický defekt. Často totiž neexistuje žádné varování před hrozícím defektem. Během posledních deseti let nastal však v chemickém průmyslu značný pokrok ve studiu korozních prasklin způsobených chloridem. Současně jsme si uvědomili, že nerezová ocel může v mnoha ohledech poskytovat nižší korozní odpor než běžné kovové konstrukční materiály. Obr. 2 Provozní podmínky suché vícefázové vývěvy Roots založeno na nasycené vodní páře při 30 C u sacího ventilu. Obr. 3 Místa koroze na vícefázových vývěvách Roots Chloridové korozní praskliny vznikají za následujících podmínek: chloridové ionty, teplota nad 60 C, lokalizovaný bod tlaku, kyslík standardně ve formě vzduchu. Suché vývěvy standardně splňují poslední tři z těchto podmínek. Teplo komprese běžně způsobuje teplotu nejméně 100 C, zpracování s malou tolerancí znamená, že zde vždy najdeme lokalizované body tlaku a hlavní prvek čerpaného proudu bude vzduch z netěsného místa. Proto by se ve vývěvách měly používat austenitické nerezové oceli se zvýšenou opatrností. Je možné nainstalovat dražší část zařízení, 14 CHEMAGAZÍN Číslo 3 Ročník XXIV (2014)

15 VAKUOVÉ SYSTÉMY Obr. 4 CXS - nové suché vývěvy 4. generace. Vyrobeno v ČR u které je koroze méně pravděpodobná než u běžných konstrukčních materiálů, závada se však může objevit náhle a bez varování. Diference vysoké teploty ve fázích Roots navíc ztěžují používání nerezové oceli, protože ocel má koeficient tepelné roztažnosti mnohem vyšší než železo. Mezi statorem a rotory musí být ponechány velké mezery, aby bylo dosaženo rozdílné roztažnosti, což způsobuje snížený výkon vakua. Šroubové vývěvy naopak mají mnohem pozvolnější nárůst teploty ve vývěvě, což znamená, že použití nerezové oceli je mnohem zřetelnější. Výrobci, jako je firma Edwards, používají nerezové suché vývěvy již několik let, ale jelikož zákazníci rozumí tlakové korozi a ví, že šroubové vývěvy z běžných materiálů se dokážou vypořádat s korozí, nedošlo zatím k nátlaku trhu ke komercializaci těchto produktů. Dalším řešením, které vyvinuli výrobci suchých vývěv, je nátěr. Byly vyvinuty dva typy nátěru teflonový, který je nastříkán, a keramický nebo kovový, který je nanášen. Teflonové nátěry jsou nastříkány před montáží. Tyto nátěry však mají malou přilnavost k podkladu a nízkou odolnost proti opotřebení. Jsou také porézní. Proto mohou být lehce poškozeny, hlavně když jsou přítomny částice např. ze sušičky. Nátěry se rychle opotřebují. Jakmile proniknou k podkladu, odlupují se. Z toho důvodu jsou značně neúčinné. Druhým typem nátěru jsou kovové nebo keramické nátěry, které jsou často nanášeny na podklad párou. Můžou však obsahovat malé dírky nebo jiné povrchové závady, hlavně na okraji nátěru nebo tam, kde vnikání pevných částic poškozuje nátěr. Koroze se prvně objeví kolem těchto poškození a způsobí odloupnutí antikorozní vrstvy. Protože se suché vývěvy spoléhají na provozní povrchy s malou tolerancí, tyto nátěry se musí navrstvit v malém množství předtím, než přijdou do kontaktu s protichůdným provozním povrchem a vytvoří problém a potenciální zavaření vývěvy. I když byl v oblasti nátěrů odveden kus práce, nátěry musí být dostupné také ve formě, která poskytuje značnou ochranu v prostředí, kde běžně dochází ke kondenzaci. Nátěry poskytují ochranu spíše během přechodného procesu za podmínek, kdy je kapalina nepravidelně aplikována do vývěvy a brzy poté odsávána. Závěrem můžeme říci, že šroubové vývěvy poskytují efektivní řešení čerpání korozních par, co se nákladů týče. Oproti tradičním technologiím vývěv a jiným typům suchých vývěv, jako např. vícefázová vývěva Roots, nevyžadují neobvyklé konstrukční materiály. Zpracoval: J. SKEATES a R.G.P. KUSAY, Edwards High Vacuum International, Crawley, West Sussex, England. Přeložil Ing. Martin PAPULA, Activair s.r.o. partner Edwards pro Českou a Slovenskou republiku, martin.papula@activair.cz CHEMAGAZÍN Číslo 3 Ročník XXIV (2014) 15

16 PRŮMYSLOVÁ FILTRACE FILTRY PORVAIR FILTRACE, SEPARACE, ČIŠTĚNÍ Britská společnost Porvair patří již 30 let mezi světové lídry ve výrobě průmyslových filtračních elementů včetně filtračních pouzder (housingů). Porvair působí všude tam, kde jsou filtrační a separační procesy nedílnou součástí průmyslové výroby. Filtry Porvair vynikají perfektním technickým zpracováním a jejich výroba podléhá přísné kontrole kvality. Výrobní program společnosti Porvair zahrnuje nabídku od jednoduchých filtrů až po filtry pro náročné podmínky, jako jsou vysoká teplota, tlak a agresivní prostředí, v různém materiálovém provedení včetně materiálu jako Hastelloy a Inconel. Ve spolupráci s koncovými uživateli věnuje společnost Porvair velkou pozornost výzkumu a vývoji a proto přichází na trh se stále novými materiály s takovými fyzikálně-chemickými vlastnostmi, které usnadňují a zefektivňují průběhy filtrací. Porvair vyrábí jednorázové polymerní filtrační elementy, regenerovatelné kovové filtrační elementy s delší životností a housingy pro kompletaci filtrů. Obr. 1 Polymerní filtrační elementy 0,02 µm do 90 µm. Filtrační elementy jsou k dispozici v celé řadě standardních délek od 125 mm (5 ) do mm (40 ). Filtrační elementy jsou vyráběny v čistých prostorách výhradně z materiálů schválených FDA a membránové filtrační elementy jsou navíc testovány na 100% integritu. Filtrační elementy jsou standardně dodávány se sadou těsnění a o-kroužků v různém materiálovém provedení, uživatel má tak možnost výběru materiálu, který vyhovuje jeho podmínkám výroby a způsobu sanitace či sterilizace. Velká variabilita koncových adaptérů umožňuje snadnou instalaci do stávajících filtračních pouzder housingů. Kovové filtrační elementy Porvair kovové filtrační elementy jsou vyrobeny ze sintrovaného kovového prášku, vláken či pravidelných sítí z nerezavějící ocele třídy AISI 316L nebo na přání z jiných materiálů. K dispozici je skládané provedení vláken a sítí, nebo prostý válcový tvar ze sintrovaných prášků. Hlavní výhody těchto elementů jsou filtrační rozsah od 1 µm do 450 µm, velká filtrační plocha; velká zadržovací kapacita, velká průtočnost, robustní konstrukce (celosvařované provedení) a čistitelnost, která prodlužuje životnost elementů. Obr. 2 Typy sintrovaných kovů ve formě prášku, vláken a sítě Obr. 3 Skládané kovové filtrační elementy Filtrační pouzdra Společnost Porvair dodává housingy z nerezavějících ocelí a speciálních materiálů v průmyslovém i hygienickém provedení s tlakovou odolností do 20 bar. Obr. 4 Filtrační pouzdra Polymerní filtrační elementy Porvair nabízí polymerní filtrační elementy pro předfiltraci, filtraci a membránovou filtraci. Z hlediska procesu filtrace se jedná o hloubkovou nebo membránovou filtraci s absolutním filtračním rozsahem od V nabídce je i řada housingů pro vysoké tlaky až do 350 bar. Provedení housingů je pro jeden nebo více filtračních elementů s možností různých typů připojení. Ing. Petr LINHART, DENWEL, spol. s r.o., 16 CHEMAGAZÍN Číslo 3 Ročník XXIV (2014)

17 TECHNIKA DOPRAVY PLYNŮ HENNLICH NOVĚ S INTELIGENTNÍMI KOMPRESORY Komprimace plynů je potřebná v mnoha průmyslových procesech a aplikacích. To umí téměř kde kdo. Problémem ovšem mnohdy je zachování čistoty plynů a absolutní zamezení kontaminace jak okolí, tak i samotného stlačovaného plynu. To zajišťují membránové kompresory německé firmy sera, která je rovněž výrobcem osvědčených dávkovacích čerpadel a kterou v Česku výhradně zastupuje společnost HENNLICH. Konstrukce kompresorů sera s kovovými membránami umožňuje dopravovat plyny jako vodík, kyslík či helium. Avšak díky absolutnímu oddělení přepravy plynu od pístu kompresoru, je zcela zabráněno tomu, aby se plyny znečistily nebo dostaly do okolního prostředí. Proto je možné pomocí těchto kompresorů dopravovat také jedovaté plyny, vysvětluje Jan Valníček, product manager divize HYDRO-TECH firmy HENNLICH. Procesní kompresory jsou nedílnou součástí mnoha výrobních i výzkumných zařízení. Nasazují se přitom nejen tam, kde je potřeba relativně velký přepravní výkon a vysoké provozní tlaky. Nové inteligentní kompresory sera s kovovými membránami typové řady MV 6 a 420.1/410.2 MLG mají integrovanou řídicí elektroniku. Zlepšují a zjednodušují procesy Obr. 1 Inteligentní kompresor řady sera ve všech oblastech průmyslu i výzkumu, kde jsou vyžadovány neznečištěné a životní prostředí neohrožující plyny při pracovních tlacích až do 500 bar. Pro speciální podmínky v pokusných provozech V pokusných provozech a poloprovozech, kde se vyvíjejí a zkoušejí procesy, musí být kompresory velice pružně použitelné. Právě pro tyto typy provozů byly vyvinuty nové membránové kompresory sera typových řad MV6 a 420.1/410.2 MLG. Obě typové řady dostaly integrovanou řídicí elektroniku, která na jedné straně umožňuje připojení do automatických procesů, ale na druhé straně dovoluje také ruční provoz s vkládáním parametrů přímo na kompresoru. Vedle trvalé kontroly membrány je možno přizpůsobit procesu i dopravní množství kompresorů, dokonce je možné dávkovat plyn šaržovitě. Obr. 2 Třístupňový kompresor s PTFE membránou Příkony motorů kompresorů dosahují až 2,2 kw. V závislosti na sacích a výtlačných provozních poměrech mohou být regulovány průtoky plynu od několika normálních litrů za hodinu až po cca 20 Nm 3 /h. Jako příslušenství dodává HENNLICH také nastavení zdvihu, které umožňuje rozšíření rozsahu regulace. V sortimentu je více typů kompresorů s průtokem až do Nm 3 /h a tlakem až do bar. TECHNICKÉ NOVINKY SVĚTOVÁ NOVINKA: PRVNÍ ZÁCHYTNÁ VANA Z OCELI VYROBENÁ PROCESEM HLUBOKÉHO TAŽENÍ DENIOS, dodavatel programu pro skladování nebezpečných látek, podnikové ochrany životního prostředí a bezpečnosti práce, představil světovou novinku první bezešvou záchytnou vanu UltraSafe, která je vyrobená z jednoho kusu oceli procesem hlubokého tažení a díky tomu je absolutně nepropustná. Proces tzv. hlubokého tažení je inovativní výrobní postup, který je znám z leteckého či automobilového průmyslu. Nyní se DENIOSu podařilo využít této technologie také při výrobě prostředků pro skladování nebezpečných látek. Nový standard bezpečnosti S novou záchytnou vanou UltraSafe společnosti DENIOS získává zákazník výrobek splňujicí vysoké požadavky na spolehlivost a design záchytnou vanu nové generace. Bezešvá vana, bez hran a rohů prezentuje nový bezpečnostní standard v zacházení s nebezpečnými látkami. Vnitropodnikový transport je usnadněn díky integrované konstrukci nožiček, která umožňuje bezproblémovou manipulaci paletovým vozíkem. Obr. Záchytná vana UltraSafe Záchytná vana UltraSafe je určena pro skladování dvou 200 l sudů a má záchytný objem 240 l. Je vyrobena z 3 mm ocelového plechu a absolutně splňuje předpisy o nepropust-nosti. Vana je v nabídce ve dvou provedeních, a to zinkovaném nebo lakovaném, vždy včetně pozinkovaného roštu. Technologie Za pomoci tlaku t dojde ke slisování surového plechu, který je následně za pomoci nástroje pro hluboké tažení upraven do potřebného tvaru. Současně zde probíhá tzv. efekt zpevnění za studena. Molekuly se uvnitř výrobku posouvají a vytvoří mezi sebou pevné vazby. Obojí zajišťuje trvalé zvýšení pevnosti a stability. PROCESNÍ ANALYZÁTOR PRO KONTROLU V REÁLNÉM ČASE ABB Inc. představila analyzátor pro kontrolu chemických procesů v reálném čase. TALYS ASP500 založený na průmyslovém FT-NIR analyzátoru konstruovaném pro on-line monitorování a kontrolu vsádkových i kontinuálních chemických procesů. Analyzátor je optimalizován pro nasazení nepožadující další instrumentaci. Může být připevněn na konzoly nebo přímo na stěnu zařízení bez dalších požadavků na zakrytování. S průtočnými měřicími kyvetami je propojen optickými kabely. Zařízení se vyznačuje vestavěným procesorem bez externího PC. Jádrem analyzátoru TALYS ASP500 je dvouosý kompaktní interferometr poslední generace vyvinutý ABB. Ten samý je užitý v laboratorním spektrometru firmy ABB MB Analyzátor je adaptovatelný do těžkých provozních podmínek. Spektrometr je robustní s malou údržbou a jeho kompaktní interferometr je plně uzavřen od okolního prostředí. CHEMAGAZÍN Číslo 3 Ročník XXIV (2014) 17

18 GRAVIMETRIE KAPACITA MOF MATERIÁLŮ PRO SKLADOVÁNÍ PLYNŮ MĚŘENÍ VYSOKOTLAKÉ ADSORPCE METANU DREISBACH F., PASCHKE T. Rubotherm GmbH V článku je diskutována vysoká kapacita porézních MOF materiálů (organometalických sítí) pro adsorpční skladování plynů jako perspektivní metoda pro používání zemního plynu a vodíku jako paliva pro mobilní aplikace. Nově vyvinuté materiály typu MOF s vysokou kapacitou pro skladování zemního plynu jsou velmi důležitým tématem výzkumů. Přesně naměřené hodnoty adsorpce plynu jsou základem pro vyhodnocení a srovnání potenciálu nových a klasických MOF materiálů pro skladování plynu. Gravimetrická měření rovnovážných adsorpčních parametrů i kinetiky vahami s magnetickou spojkou Rubotherm poskytují vysoce přesná data v širokém rozmezí tlaků. Úvod Zemní plyn, stejně jako metan (CH 4 ), má pro mobilní aplikace významné výhody oproti konvenčním palivům jak z ekologického hlediska, tak i z hlediska jeho dostupnosti a zásob v přírodě. Článek se zabývá skladováním zemního plynu adsorbovaného v porézních materiálech, t.j. skladovací kapacitou metanu, jakožto perspektivní metodou pro využívání jako paliva s dostatečně vysokou hustotou energie. Proto je vývoj nových porézních materiálů a měření jejich skladovací kapacity pro metan při vysokých tlacích velmi důležitou oblastí výzkumu. Materiály Materiály používané pro adsorpční skladování plynů by měly mít velký specifický povrch proto jsou porézní materiály nejperspektivnějšími kandidáty. Klíčovým faktorem pro jejich interakci s metanem je velikost pórů. Numerické simulace ukázaly, že maximální skladovací kapacita metanu je dosažena při průměru pórů 1,1 nm. V polovině 90tých let minulého století byla vyvinuta nová skupina porézních materiálů nazvaných organometalické sítě materiály MOF (metal-organic framework) nebo koordinační polymery. Tyto MOF materiály se skládají z atomů kovů nebo kyslíko-kovových klastrů spojených organickými linkery. Obr. 1 IRMOF-1, MOF materiál na bázi Zn s póry o průměru 1,4 nm a 0,9 nm Výběrem různých linkerů a kovových klastrů mohou být syntetizovány stovky různých porézních materiálů s velkými specifickými povrchy a přesně definovanými velikostmi pórů v nanometrové oblasti. Experimentální vyhodnocení skladovací kapacity MOF materiálů Gravimetrický snímač představuje nejpřesnější měřicí zařízení pro měření adsorpce za vysokých tlaků. Gravimetrické měřicí systémy vybavené vahami s magnetickou spojkou jsou široce používány ve výzkumu metod skladování plynů jak pro gravimetrická adsorpční měření tak i v navazujícím materiálovém výzkumu, t.j. výzkumu MOF materiálů. Rubotherm nabízí tři vysokotlaké verze gravimetrických adsorpčních analyzátorů (HP do 150 bar, HPII do 350 bar a HPIII do 700 bar). Obr. 2 Průtočný diagram vysokotlakého gravimetrického adsorpčního analyzátoru s váhou s magnetickou spojkou S použitím vah s magnetickou spojkou lze provádět sorpční měření, měřit rovnovážná ad- a desorpční data stejně jako kinetiku adsorpce v rozsahu od vakua do daného tlakového maxima v širokém rozmezí teplot (od 77 K do 420 K v závislosti na použitém termostatu). Aktivace vzorku materiálu, t.j. MOF materiálu, ve vakuu při teplotě 670 K je monitorována in situ a snímá se úbytek hmotnosti vzorku díky aktivačnímu procesu. Výsledky Na obr. č. 3 jsou uvedeny výsledky sorpčního měření, rovnovážná ad- a desorpční data metanu (CH 4 ) na třech různých MOF materiálech. Izotermy byly měřeny při 303 K v tlakovém rozmezí od vakua do 200 bar [1]. Materiál Cu 3 (btc) 2 vykazuje nejvyšší skladovací kapacitu pro metan (CH 4 ) mezi třemi zkoumanými MOF materiály. Mezi ad- a desorpční větví izoterm se neobjevila žádná hystereze. Nejvyšší exces adsorption t.j. nejvyšší skladovací zisk způsobený adsorpcí ve srovnání se skladováním stlačené plynné fáze byla nalezena jako maximum zobrazených izoterm při tlacích mezi 75 a 120 bar. Kinetika adsorpce t.j. čas potřebný pro dosažení rovnováhy po změně tlaku je vahami s magnetickou spojkou také zaznamenána. Z informací této tzv. uptake (přijímací) křivky mohou být získány informace o parametrech kinetiky (difuzní koeficienty). Na obr. 4 jsou zobrazeny 4 uptake křivky čtyř různých plynů na SIFSIX- -3-Zn-MOF jako gravimetrická adsorpce v závislosti na čase [2]. Diskuze Měření skladovací kapacity MOF materiálů gravimetrickými analyzátory dává nám cenné informace o kvalitě MOF materiálů. Adsorpce plynů na porézních MOF materiálech může zvýšit hustotu energie plynných paliv ve skladovacích nádržích pro mobilní aplikace. 18 CHEMAGAZÍN Číslo 3 Ročník XXIV (2014)

19 GRAVIMETRIE Obr. 3 Ad- a desorpční izotermy CH 4 na třech různých MOF materiálech při 303 K Obr. 4 Gravimetrické uptake křivky CH 4, CO 2, H 2 a N 2 na SIFSIX- -3-Zn-MOF [2] U nově syntetizované porézní materiály, jako např. MOF, může být jejich potenciál pro skladování plynů měřením rovnovážných a kinetických adsorpčních charakteristik potenciálních plynných paliv (CH 4, H 2,...). Váhy s magnetickou spojkou umožňují provedení těchto měření v širokém teplotním i tlakovém rozsahu s nejvyšším rozlišením a přesností. Výsledky uvedené v tomto článku byly měřeny s pomocí vah s magnetickou spojkou Rubotherm IsoSORP STATIC (G-HP). Literatura Vybrané publikace výzkumníků používajících systémy Rubotherm pro podobná měření: [1] Senkovska, I., Kaskel, S.: High pressure methane adsorption in the metal-organic frameworks Cu 3 (btc) 2, Zn 2 (bdc) 2 dabco, and Cr 3 F(H 2 O) 2 O(bdc) 3 ; Microporous and Mesoporous Materials 112 (2008), [2] Nugent, P., Belmabkhout, Y., Burd, S.D., Cairns, A.J., Luebke, R., Forrest, K., Pham, T., Ma1, S., Space, B., Wojtas, L., Eddaoudi, M., Zaworotko, M.J.: Porous materials with optimal adsorption thermodynamics and kinetics for CO 2 separation; Nature Vol. 495 (2013), [3] Luzan, S.M., Jung, H., Chun, H., Talyzin, A.V.: Hydrogen storage in Co-and Zn-based metal-organic frameworks at ambient temperature; International Journal of Hydrogen Energy 34 (2009) [4] Pedicini, R., Saccà, A., Carbone, A., Passalacqua, E.: Hydrogen storage based on polymeric material; International journal of hydrogen energy 36 (2011) Přeložil Ing. Marek ČERNÍK, Uni-Export Instruments, s.r.o., uniexport@uniexport.co.cz. RUBOTHERM CHEMAGAZÍN Číslo 3 Ročník XXIV (2014) 19 Uni-Export_88x130.indd :05

20 TECHNOLOGIE NOVÁ ŘADA DESKOVÝCH VÝMĚNÍKŮ ALFA LAVAL S TANTALOVÝM POVRCHEM MINIMALIZUJE NÁKLADY VE VYSOCE KOROZIVNÍCH APLIKACÍCH Společnost Alfa Laval uvádí na trh výměníky tepla s tantalovou povrchovou úpravou. Nová řada nabízí výjimečně vysokou odolnost tantalových výměníků vůči korozi, avšak za mnohem nižší pořizovací cenu. Ve srovnání s výměníky tepla z ušlechtilých slitin, grafitu, karbidu křemíku nebo skla vede spojení nízkých pořizovacích nákladů, dlouhé životnosti a minimálních nároků na údržbu k výraznému snížení celkových nákladů. Jedinečná povrchová úprava Tantal je jedním z nejvíce korozivzdorných kovů. Je ovšem také velmi drahý a činí tak tantalové výměníky tepla extrémně nákladnými. Výměníky z nové tantalové řady jsou nerezové pájené výměníky, které mají veškeré povrchy přicházející do styku s korozivním médiem ošetřeny tenkou metalurgickou vrstvou tantalu. Výsledkem je maximální odolnost vůči korozi a mechanická stabilita s nízkými pořizovacími náklady, které činí tuto technologii dostupnou pro celou řadu využití. Konstrukce pro ty nejnáročnější podmínky Tantalový povrch umožňuje použití nových výměníků tepla Alfa Laval s těmi nejkorozivnějšími médii až při teplotě 225 C. Na rozdíl od mnoha ušlechtilých slitin byla nová Obr. Tantalový výměník tepla Alfa Laval tantalová řada výměníků zkonstruována tak, aby mohla být použita se smíšenými médii a při různých koncentracích. Minimální náklady na údržbu Vysoká chemická odolnost a robustní provedení minimalizují potřebu údržby. Pokud je výměník zapojen v aplikaci, kde dochází k jeho znečištění, je jediným požadavkem na údržbu chemické čištění pomocí CIP. Unikátní profil desek výměníku zajišťuje silně turbulentní průtok, který pomáhá snižovat znečištění a zefektivňuje chemické čištění. Ocelové jádro dává tantalovým výměníkům tepla Alfa Laval vysokou mechanickou stabilitu. Robustní konstrukce jim dodává vyšší odolnost vůči teplotním šokům, než mají skleněné, karbidové nebo grafitové výměníky tepla. Kompaktní rozměry a malé nároky na prostor Nové tantalové výměníky tepla Alfa Laval jsou založeny na deskové technologii. Díky vysoce turbulentnímu průtoku je jejich tepelná účinnost mnohem vyšší než u trubkových výměníků. Při porovnání tepelné účinnosti trubkových výměníků tepla z nekovových materiálů (grafit, sklo nebo karbid křemíku apod.) a tantalových výměníků tepla Alfa Laval, je třeba vzít v úvahu rozdílnou tepelnou vodivost a požadovanou tloušťku materiálu. Díky spojení vynikajících průtokových charakteristik s vylepšenými vlastnostmi pro přenos tepla nabízejí tantalové výměníky oproti nekovovým trubkovým jednotkám až stokrát vyšší tepelnou účinnost. V důsledku menší teplosměnné plochy mají tantalové výměníky tepla Alfa Laval mnohem menší prostorové nároky než výrobky z grafitu, skla nebo karbidu křemíku. Minimalizují tak náklady na instalaci a umožňují uživateli zvýšit výrobní kapacitu ve stávajících prostorách. Inteligentní kompresory pro průmysl _05_inzerat_190x95_Inteligentni_komperesory_prumysl_01.indd :33:43 20 CHEMAGAZÍN Číslo 3 Ročník XXIV (2014)