Vodní plyn: Kde se ještě využívá?

Vodní plyn vzniká zplyňováním uhlí

Vodní plyn je směs vodíku a oxidu uhelnatého. Vodík tvoří zhruba 48 % směsi, oxid uhelnatý 43 %. Zbytek připadá na další obsažené látky, typicky dusík nebo kyselinu uhličitou.         Vodní plyn vzniká, když je přes rozžhavené uhlí, případně koks, vedena horká vodní pára. Z chemického pohledu vypadá tato endotermická reakce následovně:

C + H₂O → CO + H₂.

Vodní plyn sloužil nejčastěji jako palivo pro vytápění či svícení a to zejména v oblasti průmyslu. Vyráběl se ve speciálním generátorech, ve kterých byla vháněna vodní pára do vrstvy rozžhaveného uhlí či koksu – bez přístupu vzduchu při teplotách okolo 1100 stupňů Celsia. Následně došlo k využití vodního plynu ke zmiňovaným účelům nebo poměrně často k další úpravě, během které se vodík přeměňoval na metan. Vodní plyn byl ceněn pro svoji vysokou výhřevnost, jeho spalné teplo činí 11,7 MJ/m³.

Postup výroby vodního plynu si nechal patentovat T. S. C. Lowe

Teoretický základ vzniku vodního plynu byl poprvé popsán italským fyzikem Felicem Fontanou v roce 1780. K první reálné produkci vodního plynu docházelo v Anglii ve 30. letech 19. století. Nejpoužívanější postup si v roce 1878 nechal patentoval americký vynálezce Thaddeus S. C. Lowe. Někdy se proto můžete setkat s označením Lowův proces.

Vyšší výhřevnost dodávaly aerosoly kapalných paliv

Lowův proces výroby vodního plynu využíval dodatečnou konverzi vzniklého plynu. K objevení postupu došlo při zkoumání procesů, které probíhají při průchodu vysokotlaké páry vrstvou horkého uhlí. K udržování potřebného tepla sloužily speciální komíny. Výsledná směs plynů byla ochlazována a následně čištěna. Pro zvýšení výhřevnosti se do vodního plynu někdy dodatečně vstřikovaly aerosoly kapalných paliv. Tím vznikal tzv. karburovaný plyn.

Vodní plyn nahradily levnější látky

Lowův proces přispěl k výraznému rozmachu výroby vodního plynu a k vývoji podobných postupů u dalších plynů. Za všechny lze zmínit třeba Haber-Boschovu syntézu, která je v současnosti hlavní metodou při průmyslové výrobě amoniaku. Především z důvodu vysokých provozních nákladů se od používání vodního plynu časem upustilo. Nahradily jej levnější látky, z velké části například zemní plyn.

Kde se s vodním plynem stále setkáte?

Vodní plyn však zcela nezmizel. Stále se s ním setkáte v průmyslu, nejčastěji jako s meziproduktem při chemické výrobě. Vodní plyn hraje důležitou roli například při odstraňování oxidu uhličitého z palivových článků. Významnou úlohu zastává při výrobě dalších topných plynů nebo při získávání čistého vodíku za účelem syntézy amoniaku. Jedním z možných způsobů zisku vodíku je zplyňování biomasy, vodní plyn se tak může podílet na výrobě biopaliv.

Vodní plyn je rovněž základem Fischer-Tropschovy syntézy. To je katalyzovaná chemická reakce, při které jsou vstupní látky – mimo jiné vodní plyn – za vysoké teploty a tlaku přeměňovány na kapalné uhlovodíky. Pro průběh chemické reakce jsou nezbytné katalyzátory. Nejčastější se využívá kobalt, železo, ruthenium či nikl. Cílem tohoto procesu je výroba syntetických pohonných hmot.

Vodní plyn při Fischer-Tropschově syntéze

Právě posledně jmenovaný způsob využití by mohl vodnímu plynu opět navrátit větší význam. Fischer-Tropschova syntéza není ničím novým. Němečtí vědci Franz Fischer a Hans Tropsch si tuto metodu vzniku kapalných uhlovodíků nechali patentovat již v roce 1926. Na základě tohoto objevu mohly země bez přístupu k nalezištím ropy začít vyrábět benzín zplyňováním dostupnějšího uhlí. Z počátku produkce nebyla příliš efektivní, ale vzhledem k politické situaci dané doby směřovaly do této oblasti velké investice a celý postup se rychle zdokonalil.

V průběhu druhé světové války syntetické pohonné hmoty vyráběly například Japonsko a zejména Německo. Za zhruba jednou třetinou válečné spotřeby benzínu nacistického Německa stál právě syntetický benzín. Ten se ve větší míře vyráběl také za apartheidu v Jihoafrické republice.

Bude vodní plyn opět v kurzu?

Po skončení druhé světové války význam syntetických paliv upadl – především v důsledku levné a snadno dostupné ropy. V budoucnu, až se začne těžba klasické ropy snižovat, může tato metoda opět přijít na řadu. Je tedy možné, že vodní plyn znovu získá významnější roli, než jakou aktuálně hraje.