Voda jako palivo?

Opravdu létaly Hitlerovy rakety V2 na slivovici?

Již konstruktéři leteckých motorů spojeneckých bombardérů za 2. světové války vstřikovali vodu do sacího traktu svých motorů, aby bombardéry s maximálním nákladem bomb a plnými nádržemi vůbec vzlétly.

I naše babičky, pokud pálily v kamnech mour, ho vždy vlhčily. Nepochybně i Ostraváci si dobře pamatují doby, kdy před každým barákem byla na ulici kupka mokrého mouru, se kterým se pak celou zimu vesele topilo. Jak to tedy s vodou je? 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 pravda.

Vysvětlení je ale prosté, jednoduché – vstřikovaná voda totiž při svém odpařování ochladí spalovací směs, která tak rapidně sníží svůj objem, takže jí 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 pevných paliv 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, kdy 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 plynné).

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. A proto je třeba i uhlí venku chránit před deštěm přikrytím a co nejrychleji ho přemístit doma do suchého sklepa!

Naše babičky, pokud pálily v kamnech mour, ho vždy vlhčily. Mělo toto použití vody při spalování nějaký hlubší význam?
Naše babičky, pokud pálily v kamnech mour, ho vždy vlhčily. Mělo toto použití vody při spalování nějaký hlubší význam? |

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 °C). 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 desetkrát 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 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 °C) 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 ni 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.

  1. 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!
  2. 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).
  3. 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 apod.) 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 vysvětlením 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. 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 ve 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 – viz graf vlivu vlhkosti na výhřevnost. Přitom výhřevnosti jednotlivých druhů dřeva 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.

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 5 m3 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!

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

Úloha vody v kapalných palivech

Záměrně se voda do běžných kapalných paliv nepřidává, už z jednoduchého důvodu – voda se totiž v ropných palivech nerozpouští, a tak pokud se už do jejich nádrží nějaká vlhkost dostane, vysráží se okamžitě díky své vyšší hmotnosti na dně nádrže, kde je však zpravidla umístěn i výtok.

Spalovací kotle tak samozřejmě bez přívodu paliva uhasnou, spalovací motory s karburátorem se postupně též úplně zastaví, neboť voda v karburátoru (česky zplyňovač) zabrání odpařování benzínu a vytváření zápalné směsi, u motorů se vstřikovacím čerpadlem nastane jen snížení výkonu z nedostatku paliva a motor má nepravidelný chod.

V zimě však všem vozidlům hrozí navíc ještě zamrznutí jejich palivového systému, jehož nepříjemné následky většina motoristů z dřívějška velmi dobře zná.

Takže i zde se dělá vše pro to, aby se žádná voda či vlhkost do nádrží či palivového traktu nedostala, a pokud se tam už nějaká dostane a zkondenzuje, tak nezbývá než pravidelně čistit odkalovací jímku či filtr nebo jednorázově přidat do nádrže takovou látku, která vodu pohltí a pak bez problému shoří, nejlépe tedy u benzínu např. líh, u nafty pak čistou bionaftu.

Dnes už to ale není potřeba, neboť dle nového nařízení Evropské unie se několik procent lihu přidává do benzínu povinně již ve výrobě stejně jako řepkové bionafty do nafty, takže z vody zde žádné nebezpečí již nehrozí, ale ani zde nelze získat žádnou energii spalováním vody. Jedinou výjimkou byly snad jen německé rakety V2 z konce druhé světové války, ve kterých jako palivo byl použit alkohol s 25 % vody.

Alkohol po okysličení tekutým kyslíkem shořel za vysokých teplot na oxid uhličitý a vodu, takže přídavek vody se této reakce nijak neúčastnil a sloužil patrně jen k regulaci této bouřlivé reakce a ke snížení teploty výstupních reaktivních plynů na tehdy únosných 2000 °C.

A jako palivo zde nesloužila ani voda v parokyslíkové směsi z vyvíječe páry z katalytického rozkladu 80% peroxidu vodíku, která přes plynovou turbínku poháněla v raketě pouze obě čerpadla paliva. Takže ani zde nešlo v žádném případě získat dodatečnou energii „spalováním“ vody.

Tragický omyl při spalování mazutu v parních lokomotivách

Parní lokomotivy na první pohled sice „jezdily“ na vodu a uhlí, ale voda zde sloužila pouze k přeměně tepelné energie na mechanickou a spalování se vůbec neúčastnila. Obrovské nebezpečí však hrozí za určitých podmínek při spalování mazutu spolu s vodou, k čemuž v praxi bohužel také došlo.

Mazut je zbytek, chcete-li odpad, který vzniká na konci destilace ropy a je samozřejmě silně hořlavý s dobrou výhřevností, tedy na první pohled jde o levné palivo. Problémem je ale jeho skupenství, neboť při běžných teplotách jde o silně viskózní kapalinu, kterou je třeba k její dopravě na místo určení dostatečně zahřát, aby vůbec tekla.

Ve velkých průmyslových výtopnách, kde se mazut nejprve dostatečně zahřeje a pak se samotný již jako kapalina přivádí do velkých mazutových hořáků, pak s jeho spalováním není žádný problém. Ten nastal až u německých parních lokomotiv řady 555.0, tzv. němek, které v rámci válečných náhrad po stovkách zkonfiskoval Sovětský svaz poraženému nacistickému Německu a odvezl si je.

Tyto jinak výborné lokomotivy měly snad jedinou nectnost, a to, že spalovaly stejně jako všechny ostatní uhlí, zatímco po válce byl přebytek levnějšího mazutu. Proto jich velká část byla přestavěna na mazut, přičemž bylo nutné především předělat jejich topeniště.

Rošt na uhlí již nebyl třeba, naopak ale bylo nutné mimo jiné zvýšit a zesílit šamotovou vyzdívku topeniště, aby snesla žár dvou mazutových spalovacích trysek – menší pro pohotovostní režim, když lokomotiva stála, a větší pro jízdu na plný výkon.

Jízdní vlastnosti takto přestavěných lokomotiv, kterým se začalo říkat „mazutky“ (řada 555.3), se touto přestavbou podstatně zlepšily – nejen pro jejich větší hmotnost a s tím spojenou větší trakci, ale především pro možnost trvalého využití plného výkonu parního stroje, který již nebyl závislý na intervalovém přikládání uhlí, kdy před a těsně po přiložení již nebyl k dispozici plný topný výkon kotle, zatímco mazutové hořáky mohly topit neustále na plný výkon.

Vlaky tažené „mazutkami“ tak jezdily bez zpoždění a utáhly více vagonů a nezapalovaly jiskrami lesy a pole, takže v letech 1963 až 1966 bylo v Sovětském svazu i pro nás přestavěno několik desítek těchto lokomotiv.
Byl to však danajský dar.

Již po pár měsících jejich provozu vyletěla jedna z lokomotivního depa Bratislava do povětří i s osádkou a záhy na to další z lokomotivních dep v Brně a ve Zdicích a několik dalších jich shořelo, někdy dokonce i s výtopnou, jako např. v Kútoch na Slovensku.

Byla sice ihned ustavena vyšetřovací komise Ministerstva dopravy, která měla zjistit příčinu těchto tragických událostí, pravou příčinu se jí však přes veškerou snahu odhalit nikdy nepodařilo a „mazutky“ se tak stávaly pro železničáře postrachem.

A protože šlo o „sovětský zlepšovák“, tak jak jinak v té době, vše se oficiálně svádělo na chybu lokomotivních čet, že nedostatečně kontrolovaly hladiny vody v kotli, ale pro jistotu tyto přestavěné lokomotivy „mazutky“ byly v tichosti posílány postupně na „periodickou opravu“, ve skutečnosti však šly přímo do šrotu, zvláště poté, co se dodatečně zjistilo, že tyto lokomotivy létají do povětří i v Sovětském svazu, akorát nám to jaksi sovětští soudruzi zapomněli včas říci.

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

Že to tak nefungovalo i u „mazutek“, bylo zapříčiněno nešťastnou souhrou několika okolností a především neznalostí základních fyzikálních zákonitostí a procesů při „spalování“ vody.

Přestavbou jejich topeniště totiž došlo k tomu, že nejteplejší oblast spalování se přesunula z velké plochy rozžhaveného uhlí na roštu na dně topeniště o půl metru výše a na relativně malý prostor plamene mazutových hořáků, který byl však o to teplejší.

Zvýšení teploty topeniště dále přispívala též jeho vyšší a silnější šamotová vyzdívka, což spolu s možností trvalého, kontinuálního maximálního výkonu kotle vedlo k dalšímu posouvání nejteplejší oblasti spalování směrem ke stropu topeniště lokomotivy, a tudíž k jeho přehřívání.

Sovětští soudruzi s tím možná i počítali, ale uklidňovali se, že v nejhorším vytečou olovníky a voda s párou uhasí plameny mazutového hořáku stejně spolehlivě, jako vždy uhasila ty z uhlí, takže žádná tragédie nemůže nastat.

Bohužel už mezi nimi ale nebyl žádný odborník na zplyňování uhlí, neboť se tou dobou již i v Sovětském svazu používal přímo zemní plyn a nebylo třeba pracně a se ztrátami zplyňovat uhlí, takže si nikdo již ani nevzpomněl na tu výše uvedenou nešťastnou rovnici zplyňování uhlí, natož aby ji aplikoval též na spalování mazutu a domýšlel její možné negativní dopady při přestavbě kotlů starých německých lokomotiv.

Takže nikomu ani nepřišlo podezřelé nejjednodušší řešení, jak dostat v lokomotivních podmínkách mazlavý mazut až do topeniště, totiž vstřikovat ho do hořáků pomocí přehřáté páry, o kterou jedinou nebyla na lokomotivě nouze.

Při styku horké páry se silným mazutovým plamenem však pravděpodobně docházelo k výše uvedené masivní tvorbě tzv. chudého a vodního plynu, které spolu vytvořily velmi výhřevný tzv. generátorový plyn, který sice nevydal více tepelné energie, než měl přiváděný mazut, ale díky svému plynnému skupenství opět posunul oblast hoření ještě výše ke stropu topeniště.

Výsledek souhry těchto skutečností byl tragický. I při dodržování všech provozních předpisů tak u „mazutek“ nutně muselo občas dojít k masivnímu přehřátí stropu topeniště a k vytečení olovníků. U lokomotiv na uhlí to lokomotivní četa ihned poznala podle hlučného sykotu unikající páry a samozřejmě už dál nepřikládala, takže se jí dál už nic zlého (kromě odtahu do depa a nižších prémií) stát nemohlo.

Zatímco však uhlí hoří zcela potichu, mazutový hořák vydává silný zvuk podobný např. autogenovému hořáku a v něm se sykot unikající páry zcela ztratil. Tím však lokomotivní četa ztratila poslední možnost, jak zabránit katastrofě – totiž vypnout mazutové hořáky.

Pokud tedy běžely i za této situace nadále na plný výkon, tak je mnohokrát ověřenou skutečností, že proud vody a přehřáté páry z vyteklých olovníků jejich plamen nejen že neuhasil (přičemž je otázkou, zda hlavní proud vody a páry z nich mířil přímo na mazutové trysky), ale dle výše uvedené rovnice se při styku přehřáté páry a mohutného mazutového plamene vytvořil navíc jen další generátorový plyn, který opět svým plynným skupenstvím posunul nejteplejší oblast plamene ještě výše ke stropu topeniště, který se záhy, zvláště když únikem páry poklesla hladina vody v kotli a obnažený strop topeniště tak přestal být chlazený, katastrofálně přehřál.

Kotlové železo, ze kterého je tento strop vyroben, pak zcela ztratilo svou pevnost a pod tlakem páry se náhle zbortilo do topeniště.

Mohutný proud přehřáté páry tak vtrhnul shora do rozpáleného topeniště, kde spolu s tvořícím se generátorovým plynem explodoval a roztrhal topeniště především na té straně, kde nebyl protitlak páry, tedy na straně osádky. Ta tak neměla nejmenší šanci na přežití ať už z důvodů mechanických účinků exploze, či masivního popálení a opaření.

Vlaky tažené "mazutkami" jezdily bez zpoždění a utáhly více vagonů. Již po pár měsících ovšem první z nich vyletěla do povětří.
Vlaky tažené „mazutkami“ jezdily bez zpoždění a utáhly více vagonů. Již po pár měsících ovšem první z nich vyletěla do povětří. |

A co moderní palivové články?

Ty sice též vyrábějí energii (elektřinu nebo teplo), ale nikoliv z vody, ta z nich naopak vytéká jako odpad po sloučení (chcete-li spálení, i když bez plamene) vodíku a kyslíku. Oba tyto plyny sice můžeme získávat též i z vody jejím rozkladem, ale jen při vložení většího množství energie, než získáme pak jejich spálením, takže se to nevyplatí.

Přesto jeden ze způsobů získání vodíku (a o ten právě jde, kyslíku je ve vzduchu kolem nás habaděj) je například z hydridů lehkých kovů, které po jejich reakci právě s vodou uvolňují vodík, který pak můžeme spálit v palivovém článku, přičemž je prokázáno, že tímto postupem získáme více vodíku, než ho bylo vázáno v původním hydridu, takže to vypadá, že vlastně spalujeme vodu.

A pokud navíc použijeme pro aktivaci vodíku z hydridu zpětně vodu získanou z palivového článku, máme perfektní perpetuum mobile na výrobu vodíku z vody.

Ale jen do doby, než si uvědomíme, že abychom plynný vodík dokázali uskladnit v „pevném stavu“ jako hydrid, tak spotřebujeme obrovské množství energie, přičemž část právě této energie je pak posléze využita též k rozkladu přidané vody na vodík a kyslík, takže opět žádný zisk energie z vody se bohužel nekoná.

Existuje možnost, jak získávat energii „spalováním“ vody?

Pravděpodobně jedinou možností, jak získat dodatečnou energii z vody při spalování je její kondenzací v moderních kondenzačních především plynových, ale i olejových kotlích, a nově dokonce i spalováním dřevěných pelet.

Při hoření zemního plynu vzniká chemická reakce CH4 + 2O2 = teplo + CO2 + 2 H2O, tedy voda, která ve formě vodní páry odchází bez užitku komínem do ovzduší. Pokud se nám ale podaří tuto vodu zkondenzovat, pak můžeme získat tepelnou energii ve formě kondenzačního tepla (tedy tepla, které je potřeba k odpaření této vody).

U zemního plynu můžeme tak získat až 11 % tepelné energie navíc, u olejového kotle jen 6 %, u pevných paliv (pelet) ještě méně, ale na druhé straně lze využít ke kondenzaci i jejich zbytkové vlhkosti, která bývá kolem 10 %.

Jediná potíž je ale v tom, že u spalování plynu dochází ke kondenzaci až při snížení teploty spalin pod 57 °C, u topného oleje dokonce pod 47 °C, a k dokonalé kondenzaci veškeré vody ve spalinách je třeba při únosně velikém výměníku spalin se dostat s teplotou zpátečky někam až ke 30 °C.

Tak nízkou teplotu však máme jen při částečném zatížení kotle (tedy na jaře a na podzim) nebo při podlahovém topení. Takže výrobci těchto kotlů uváděnou účinnost až 109 % (po odečtení ztrát) je třeba brát s velkou rezervou, navíc nejde o účinnost (ta nemůže nikdy překročit 100 %), ale o normovaný stupeň využití paliva.

Nicméně pokud kupujeme nový plynový kotel a máme podlahové topení nebo alespoň předimenzované radiátory po předchozím zateplení domku, pak je to asi jediný možný způsob, jak můžeme získat tepelnou energii z vody při spalování za přiměřených vícenákladů na koupi dražšího kondenzačního kotle.

Odlišná situace je u tepelných čerpadel. V nich se voda „nespaluje“, ale jen se teplo o nízké teplotní hladině jeho dalším ochlazením převádí pomocí kompresoru a výparníku na vyšší teplotní hladinu (umí to ale jen maximálně do 65 °C), aby se mohlo použít též pro vytápění či ohřev vody.

Získáme ho sice tím několikanásobně více, než bychom získali jen z vložené elektrické energie nutné pro pohon kompresoru a čerpadel, ale na druhé straně investiční náklady tepelných čerpadel jsou oproti spalovacím zdrojům též několikanásobné, takže bez vysokých státních dotací opět žádný zázrak.

Závěr

Z toho všeho vyplývá tedy jediné – vodu (ať přímo jako kapalinu, či jako vlhkost nebo páru) jako „palivo“ v žádném případě nelze doporučit, neboť v běžné praxi vždy snižuje účinnost spalování, čímž dochází ke ztrátě využitelné energie paliva a s tím spojenému zvýšení emisí CO a CO2, protože palivo se jednak spaluje nedokonale a za druhé je ho třeba několikanásobně více.

Od partnerů ASB

Dále vzhledem k nízkoteplotnímu spalování dochází i k podstatnému zvýšení emisí škodlivých látek, které se nestačí rozložit vysokou teplotou na neškodné, a navíc voda při spalování bývá často příčinou mnoha poruch.

A konečně je třeba přehodnotit dosavadní zvyklosti při hašení požárů vodou, kdy při jejím nedostatku v uzavřených prostorách může být dokonce i životu nebezpečná a naopak na otevřeném prostranství může docházet ke zvýšeným emisím škodlivin při zbytečném ochlazování plamene vodou!
Energie vody
Existují však i jiné možnosti, jak získat energii z vody. Vodní energie je technicky využitelná potenciální (polohová, tlaková), kinetická (pohybová) nebo geotermální (tepelná) energie veškerého vodstva na Zemi. Jedná se hned po biomase o druhý nejvyužívanější obnovitelný zdroj energie.Zařízení, která proměňují polohovou či pohybovou energii vody, se nazývají turbíny, jejichž předchůdci byly tzv. Archimedův šroub a vodní kola, která však měla malou účinnost pod 30 %. Druhů turbín je celá řada a jejich použití se řídí podle spádu vody a jejího množství.

Nejznámější jsou Francisova, Peltonova, Bánkiho, Kaplanova, vrtulová, vírová, SETUR či HONE (turbína s čerpadlem v jednom pro přečerpávací elektrárny), přičemž posledních pět typů dokonce vzniklo na území naší republiky.

Jejich výhodou je, že mají účinnosti až 90 % a nemají negativní vliv na životní prostředí. Jejich nevýhodou však je, že jsou závislé na vodě, která je v dané lokalitě k dispozici jen v určitém množství a spádu, což se navíc mění podle ročních a meteorologických podmínek.

K alespoň částečnému odstranění tohoto omezení se proto stavějí přehrady, které sice narušují přírodu, ale současně zvyšují možnosti využití plného potenciálu těchto turbín, a ještě vyššího využití lze dosáhnout v přečerpávacích elektrárnách. U nás sice pokrývají jen několik procent spotřeby elektrické energie, ale té nejdůležitější – špičkové.

Geotermální (tepelná) energie vody vychází ze skutečnosti, že teplota podloží naší Země s hloubkou stoupá a tím i teplota vody, pokud ji získáváme z co největší hloubky nebo v místech tektonických poruch.

Zatímco na Islandu jim tryská na povrch spousta horké vody, tak u nás jen vlažná v okolí Karlových Varů, takže její přímé využití je v našich podmínkách minimální. Na druhé straně je však i u nás možné (a využívané) nepřímé využití vlažné vody odebráním její tepelné energie tepelnými čerpadly.

JUDr. Ing. et Ing. Mgr. Petr Měchura
Autor je předním odborníkem v oblasti vytápění, spalování a úspor energií a mj. stojí například za zavedením tzv. kotlíkových dotací.
Foto: archiv autora, Shutterstock

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB Haustechnik 1/2020.

RubrikyEnergie