Vodíkový automobil?

Nejde o automobil, k jehož pohonu by sloužil vodík. Na takových konstrukcích se pracuje. Tentokrát se míní automobil vyrobený z vodíku. Tedy z vodíku jako kovu. Že to zní hodně fantasticky? To nepopírá ani dr. William Nellis, fyzik z americké Lawrencovy livermorské národní laboratoře, jehož oborem je fyzika vysokých tlaků.

I tento vědec přiznává, že představa automobilu vyrobeného z vodíku je zatím v oblasti spekulací, nikoli však úplně nereálných. Její splnění ovšem předpokládá, že by vodík musel existovat v podobě kovu. Něco takového si asi sotva představíme.

Proto, než se dostaneme k pokusům dr. Nellise, si připomeňme pár faktů o vodíku. Je to nejjednodušší chemický prvek. Jádro jeho atomu tvoří jediný proton, kolem něhož se pohybuje rovněž jediný elektron. Atomy vodíku spolu ochotně chemicky reagují a vytvářejí dvouatomové molekuly, které se jako nejlehčí z plynů vyskytují v malém množství ve vzduchu. Jako nejlehčí plyn se vodík stal náplní vzducholodí a jeho hořlavost v přítomnosti kyslíku se roku 1937 stala osudnou německé vzducholodi Hindenburg, která explodovala následkem výboje statické elektřiny. Jako každý plyn se dá zkapalnit, což nastává při teplotě -253 stupňů Celsia, a stejně je možné připravit jeho tuhou formu. K tomu je třeba dosáhnout teploty pod -259 stupňů Celsia. Ovšem v žádném z těchto skupenství se vodík nechová jako kov. Naopak, z hlediska vedení elektrického proudu je to izolátor. Jako by se nám představa automobilu vyrobeného z vodíku ještě více vzdalovala, tím spíš, že tuhá forma tohoto plynu je stálá při teplotách hodně vzdálených těm, v nichž žijeme. A přece, když si vybavíme periodickou tabulku prvků, vodík je úplně vlevo nahoře a pod ním následují kovy: lithium, sodík, draslík... Přitom prvky ve skupině, tedy jak jsou zapsány pod sebou, mají blízké vlastnosti.

Už ve třicátých letech vědci soudili, že jestliže se vodík stlačí na velmi vysoký tlak, jeho molekuly se rozpadnou na jednotlivé atomy a může vzniknout elektricky vodivá struktura. V šedesátých letech se dokonce objevil názor, že kovový vodík by neměl klást odpor elektrickému proudu, tedy by měl být supravodivý. Ovšem od teorií k jejich uskutečnění bývá dlouhá cesta, což platí v tomto případě obzvlášť.

Prvním problémem bylo, na jaký tlak by se měl vodík vlastně stlačit, aby přešel do kovové formy. Názory kolísaly mezi 25 až 2000 gigapascaly, což je pro názornost 250 000 až 20 milionů atmosfér. Novější odhady se omezily na rozmezí 400 až 600 gigapascalů, což je pořád čtyři až šest milionů atmosfér.

Navštivme teď laboratoř dr. Nellise. Tento badatel zkonstruoval spolu se svými kolegy zařízení, které nikoli nepřípadně nazývá dvoustupňové plynové dělo. Podoba se zbraní tu skutečně je. První stupeň tvoří desetimetrová ocelová roura o průměru devíti centimetrů naplněná vodíkem, v níž se pohybuje píst o hmotnosti 6,8 kg. Exploze 3,3 kg střelného prachu tento píst vystřelí, a výsledkem je stlačení vodíku v hlavni asi na 1000 atmosfér, což stačí k tomu, aby se prorazil uzávěr vedoucí do další trubky. Ta je devět metrů dlouhá o průměru jen 28 milimetrů a hlavně vzduchoprázdná. Na jejím začátku je však další projektil, jen dvacetigramový. Vodík stlačený v první trubici je vehnán do této tenší a urychlí tu projektil na rychlost 7 km/s. Touto rychlostí pak projektil naráží na zkoumaný vzorek, jímž je půl milimetru silná vrstva kapalného vodíku uzavřená v hliníkovém pouzdru mezi dvěma safírovými destičkami. Náraz projektilu na toto pouzdro stlačí kapalný vodík na 1,8 milionu atmosféry, ovšem současně jeho teplota stoupne přibližně na 3300 stupňů Celsia.

Potud aparatura, před jejímž spuštěním musí všechen personál opustit laboratoř. Malá příměs kyslíku by mohla vést k mocnému výbuchu. Pokusy ukázaly, že čím většího tlaku se podařilo dosáhnout, tím byl elektrický odpor kapalného vodíku nižší, až konečně při 140 gigapascalech klesl na hodnotu odpovídající kovovým vodičům. Vědci tak připravili vodík, jenž vykazoval charakteristickou vlastnost kovů, totiž elektrickou vodivost. Ovšem připomeňme, že to byl vodík kapalný, takže dr. Nellis hovoří o kovově se chovající kapalině. Pokud jde o fyzikální stránku, za těchto podmínek se část dvouatomových molekul vodíku rozpadá na atomy, přičemž jak molekuly, tak atomy si předávají elektrony, což se navenek projevuje vedením elektrického proudu. Kovovou vlastnost by tedy vodík měl, ovšem připomeňme, že v popsaných pokusech byl kapalný a měl teplotu kolem 3 000 stupňů Celsia.

Je jasné, že k vyvolání elektrické vodivosti v tuhém vodíku bude zapotřebí dosáhnout ještě vyšších tlaků, a hlavně by se tato pozoruhodná podoba vodíku musela ochladit. Zachová si i potom elektrickou vodivost? Co mechanické vlastnosti? Tady by zřejmě pomohl přídavek vhodných chemických prvků a v tomto směru jsou dnes zkušenosti s paladiem, které se připravuje pro změnu ve sklovité formě. Zatím je jasné, že se kapalný vodík může stát elektrickým vodičem, ale stejně tak je jasné, že automobil z kovu - vodíku hned tak nepostavíme.