Vodík jako obnovitelný zdroj energie

Vodík, ultralehký plyn se značkou H2, je v kombinaci se zelenou elektřinou považován za velký příslib na cestě k dosažení klimatických cílů v celé Evropě. Vodík jako obnovitelný zdroj energie se nabízí jako jedna z možností přechodu na bezemisní energetiku v Evropské unii. Unie proto vhlíží silný rozvoj používání obnovitelných plynů, a především zeleného vodíku, který by měl být do Evropské unie dovážen hojně ze zahraničí. Již v roce 1874 předpověděl Jules Verne v románu Tajuplný ostrov, že voda bude uhlím budoucnosti. Tento ekologický zdroj energie se zatím nedokázal prosadit jako masový produkt.

Na cestě ke klimaticky neutrální společnosti se v posledních letech dostává vodík do popředí zájmu, a to i přes svou relativní nákladnost. A co víc, nejnovější vývoj podporovaný vizionářskými průkopníky i politiky slibuje skutečný průlom. Vodík je všude k dispozici v hojném množství, ale většinou ve vázané formě. Proto je jeho výroba nákladná a nesmírně energeticky náročná. Velmi rozšířeným procesem jeho výroby je elektrolýza. S využitím elektrického proudu se voda štěpí na vodík a kyslík.

Výzvy a omezení vodíkové ekonomiky

Realita ukazuje, že navzdory mnoha kladům je vodík coby zdroj energie ekonomický nesmysl. Ani dotace v řádu miliard eur nestačí na očekávaný technologický průlom a investoři se do vodíku nehrnou. Stephen R. Covey ve své knize 7 návyků skutečně efektivních lidí přirovnává firmu k četě, která si mačetami razí cestu džunglí. Po letech rozvoje byznysu se zeleným vodíkem se shora ozývá: „Špatná džungle!“.

Nákladná výroba a distribuce

Pokud jde o výrobu zeleného vodíku, nedošlo k očekávanému poklesu výrobních nákladů díky vývoji technologií a rozvoji obnovitelných zdrojů. Studie nizozemské organizace aplikovaného výzkumu TNO z loňského roku porovnala několik probíhajících projektů výstavby elektrolyzérů v Nizozemsku. Cena zeleného vodíku vycházela na více než 13 eur za kilogram, zatímco průměrná cena fosilního vodíku dosahovala 1,50 eura za kilogram. Hlavní část ceny představovaly náklady na elektřinu investice do technologie.

Vyrobený zelený vodík je potřeba vhodně skladovat a případně dopravovat na místo využití. Také tyto aspekty přitom představují problém. Jak jsme upozornili v naší publikaci v roce 2021, skladování a přeprava mohou výslednou cenu zeleného vodíku více než zdvojnásobit. S přepravou se navíc pojí vyšší bezpečnostní riziko. Vodík je výbušný, způsobuje křehnutí kovů a přepravuje se pod vysokým tlakem.

Čtěte také: Obnovitelný vodík: Klíč k budoucnosti?

Variantou pro přepravu je využití sítě plynovodů, což se testuje i na Slovensku. Problémem je však nízká hustota vodíku. Jeden jeho kilogram zabírá osmkrát větší objem než kilogram metanu, přičemž obsahuje pouze zhruba 2,5krát více energie. To znamená, že na uskladnění stejného množství energie je zapotřebí více než třikrát větší objem.

Neefektivní využití a bezpečnostní rizika

Nevýhodou využití vodíku jako zdroje energie je jeho energetická neefektivita. Nejúčinnější průmyslové elektrolyzéry vyžadují zhruba 50 až 55 kilowatthodin energie na výrobu jednoho kilogramu vodíku. Následným spálením se však uvolní pouze 39 kilowatthodin energie. To znamená, že více než pětina přijde vniveč. Když k tomu připočítáme ztráty při přepravě a samotném spalování, účinnost využití energie klesá pod 50 procent.

V případě vytápění domácností je situace o to horší, že několik studií potvrdilo zvýšené úniky plynu ze sporáků a kotlů, pokud se do něj přimíchává vodík. K rizikům patří zmiňované vlastnosti vodíku - absence zápachu a neviditelný plamen. Ani zemní plyn není cítit, ale jeho hustota umožňuje přimíchávání „smradlavých“ látek. Pro vodík neexistuje dostatečně lehká páchnoucí látka, která by se uvolňovala stejně rychle jako vodík.

Zelený vodík a jeho potenciál

Proto EU i další země světa od roku 2020 investují miliardy do výzkumu výroby, skladování a využití takzvaného zeleného vodíku, který vzniká elektrolýzou vody za použití obnovitelné energie. Vyvíjely se a vznikaly nové elektrolyzéry, testovaly se způsoby přepravy v síti plynovodů nebo vázáním vodíku do kapalných i pevných látek. Analyzovaly se možnosti jeho využití pro vytápění, v dopravě, průmyslu či jako úložiště přebytečné energie vyrobené z obnovitelných zdrojů.

Vodík při spalování neprodukuje žádné spaliny. Díky tomu je tento plyn ideální náhradou uhlí, ropy a zemního plynu v dopravě a průmyslu. Ve stlačené formě má vysokou koncentraci energie, a je proto vhodný pro pohon dálkové přepravy po silnici, po vodě a případně i ve vzduchu. Za tímto účelem se může buď spalovat, nebo přeměňovat na elektřinu v palivovém článku. Baterie, které se používají například v elektromobilech, jsou pro dlouhé vzdálenosti spíše nevhodné. Čím více energie z obnovitelných zdrojů využíváme, tím důležitější je řešení výkyvů v její dostupnosti.

Čtěte také: Přírodní zdroje vodíku

Výroba zeleného vodíku a elektrolýza

Jedním z klíčových hráčů je thyssenkrupp Uhde Chlorine Engineers GmbH (tkUCE), společný podnik firem thyssenkrupp Industrial Solutions AG a Industrie De Nora. „Vodík jako ekologický nositel energie má velký potenciál. Jeho nákladnost je pouze relativní. Vždy bude levnější těžit ropu nebo plyn, ale těžba ropy ani plynu se nepodílí na nákladech spojených s ničením životního prostředí, které způsobují. Kdyby ano, byly by najednou výrazně dražší, ale stále s ničivým dopadem.

Od roku 2016 je na stejném místě v provozu pilotní a testovací zařízení na elektrolýzu alkalické vody (AWE) vyvinutou společností thyssenkrupp UCE na bázi elektrolýzy chloru a alkalických hydroxidů. Tento pilotní elektrolyzér byl sestaven v rámci výzkumného projektu Carbon2Chem®. Elektrolýza vyžaduje chlazení a kondenzaci. Je třeba zohlednit různé materiály a požadavky na tlak, teplotu a odolnost. Plynný vodík je třeba extrémně hořlavý a za vhodných podmínek prudce reaguje při styku se vzduchem nebo s kyslíkem. Na straně vody jsou zase důležité možnosti čištění v závislosti na kvalitě chladicí vody. Problémů je mnoho a jsou složité.

Alfa Laval a technologie pro výrobu vodíku

Hlavním úkolem výměníků tepla společnosti Alfa Laval je chlazení vodíku, kyslíku a katolytu. Navíc dochází ke kondenzaci vlhkosti z vodíku i kyslíku. „Společnost Alfa Laval známe již dlouho jako spolehlivého a kompetentního partnera pro všechny naše technologické oblasti. Ve společnosti Alfa Laval spolupracujeme s odborníky, se kterými můžeme otevřeně hovořit, kteří se intenzivně věnují našim problémům a spolu s námi hledají nejlepší možné řešení.

Možnosti dovozu zeleného vodíku do EU

Vědci z Oxfordského institutu pro energetická studia zanalyzovali možnosti dovozu zeleného vodíku do Evropy. Materiál porovnává potenciál tří zemí - Maroka, Chile a Austrálie - pro vývoz zeleného vodíku do Evropské unie. Studie ukazuje, že tyto tři země mají vzájemně se doplňující slabé a silné stránky. Očekává se, že obchod s vodíkem bude podpořen dvoustrannými dohodami dlouho předtím, než se vodík nebo jeho deriváty stanou globálně obchodovanými komoditami.

Zmíněné tři země byly vybrány proto, že patří mezi země s největší potenciálem možné výroby zeleného vodíku na světě. Podle Mezinárodní agentury pro energii stanou do roku 2050 vývozci čistého vodíku. Přestože jsou tyto země od sebe geograficky vzdálené, přesto mají všechny silné obchodní vazby se zeměmi EU.

Čtěte také: Voda a rozpustnost vodíku

Potenciál Maroka

Maroko bylo vybráno vzhledem ke své geografické blízkosti k EU a existujícímu propojení s Unií, Španělskem, a také proto, že má nejvyspělejší zdroje obnovitelné energie v kombinaci s nejméně bohatými zdroji uhlovodíků v severní Africe. Maroko už před třemi roky představilo národní plán k výrobě zeleného vodíku, ten ale země dosud nezačala realizovat. Překážkou rozmachu výroby zeleného vodíku je nedostatečná výroba elektřiny. „Růst poptávky po elektřině v Maroku předstihl růst obnovitelných zdrojů i celkové kapacity výroby elektřiny, což znamená, že severoafrická země je v energetice závislá na dovozu (převážně uhlí) a v posledních letech často dováží elektřinu prostřednictvím propojení se Španělskem. To také znamená, že bude trvat dlouho, než bude možné využít elektřinu ze sítě k výrobě zeleného vodíku v Maroku.

Potenciál Chile

Pokud jde o Chile, Mezinárodní agentura pro energii očekává, že tato země do roku 2030 bude vyvážet největší množství vodíku z Latinské Ameriky. Vodík z jižní Ameriky by mohl být dražší kvůli dlouhému transportu. Vyšší cenu za dopravu by mohly snížit nižší náklady na výrobu naproti Maroku. Chile už oproti Maroku postoupilo v realizaci projektů, šest jich už běží a další tři podle expertů z Oxfordu získaly souhlas. „(Chilské) projekty zahrnují více cest, jako je e-metanol a e-paliva. Navíc je pravděpodobné, že domácí poptávka po zeleném vodíku v Chile bude nízká.

Potenciál Austrálie

Austrálie oznámila svou strategii „H2 pod 2 dolary“ pro rok 2030, do kdy chce snížit vyrovnané výrobní náklady na vodík na 2 australské dolary za kilogram vodíku. Objevily se už ale i předpovědi, že pokud by se výrobní náklady do roku 2030 dostaly pod 4 dolary za kilogram vodíku, stačilo by to k tomu, aby se Austrálie stala celosvětově konkurenceschopným dodavatelem ekologického vodíku. Vodík z Austrálie bude asi nejdražší, nejen kvůli dlouhému transportu, ale i vysokým výrobním nákladům. Australská vláda poskytla ze všech tří zemí největší podporu a je zde realizováno mnoho cest k zelenému vodíku, včetně přimíchávání do plynových sítí (v provozu), vyrovnávání elektrické sítě a zeleného čpavku.

Zdá se, že Austrálie má ze všech tří hostitelských zemí nejrozsáhlejší spolupráci s EU v oblasti kapacit pro výrobu zeleného vodíku, zejména s Německem, vzhledem k existujícím memorandům o porozumění, podle kterých má do roku 2030 dodávat členskému státu EU celkem 5,1 MT/rok.

Současný stav a budoucnost vodíku v Evropě

Evropská komise odhaduje, že v roce 2050 bude 24 % celosvětové spotřeby energie pocházet z vodíku. Vodík může také pomoct s řešením akumulace elektrické energie. Aby to ale dávalo smysl z hlediska snižování emisí CO2, je potřeba vyřešit jeden důležitý háček. Většina vodíku vyráběného v Evropě se dnes produkuje metodou parního reformingu metanu, který je založen na fosilním plynu. Podle nové evropské vodíkové strategie má být do budoucna kladen důraz hlavně na „zelený“ vodík pocházející z obnovitelné elektřiny.

Regulace a standardy EU

V září letošního roku Evropský parlament schválil novelizaci směrnice o obnovitelných zdrojích (krátce je označována jako RED III[2]). Stanovují se zde závazné cíle pro snížení emisí skleníkových plynů - přísnější, než byly dosud, a také cíle pro využití „zeleného“ vodíku[3] v dopravě a v průmyslu. Cíle jsou stanoveny pro rok 2030 a 2035. Už v současnosti existují dva „delegované akty“ Evropské komise, tedy prováděcí předpisy[4], které předepisují, jak se mají počítat emise skleníkových plynů a jak lze instalovat a využívat zařízení pro „zelený“ vodík.

Proč jsou v současnosti výrobní ceny obnovitelného vodíku tak vysoké a co brání většímu rozšíření jeho výroby v Evropě? Hlavním důvodem je podle analýzy České vodíkové technologické platformy (HYTEP) zbytečně přísná evropská regulace. Ta byla postavena na nerealistických očekáváních ohledně rychlosti rozvoje a nasazení technologie elektrolýzy.

Faktem však je, že před dvěma lety byla schválená pravidla pro výrobu obnovitelného vodíku nastavena příliš striktně a očekávala masové nasazení vodíkových technologií již v současnosti. To se ovšem neděje, a lze to očekávat až v příští dekádě,“ upozorňuje Veronika Vohlídková, členka představenstva a výkonná ředitelka České vodíkové technologické platformy (HYTEP).

Návrhy na zlepšení regulace

Česká vodíková technologická platforma (HYTEP) navrhuje šest změn pravidel, která zaručí legislativní jistotu a zároveň pomohou narovnat striktní evropskou regulaci. Mezi ně patří posunutí nástupu pravidla adicionality až po roce 2030 (pro přímé napojení) a 2035 (pro PPA kontrakty), včetně umožnění využívání elektřiny i z investičně či provozně podpořených obnovitelných zdrojů energie.

tags: #vodík #jako #obnovitelný #zdroj #energie

Oblíbené příspěvky:

• Správná velikost popelnice: Průvodce výběrem
• Podrobný postup instalace odpadu dřezu
• Ochrana zvířat
• Důsledky změn klimatu
• Ohrožené děti v ČR: statistiky