Online magazín o tom, jak ušetřit a inspirovat se ve světě energií

Aktuálně čtete

Vodíková budoucnost
5 min 2447
5.3.2021 / Jiří Holubec / 5 min. čtení

Vodíková budoucnost

Vodíková budoucnost
Vodík je plný paradoxů. Je to nejstarší a nejrozšířenější prvek ve vesmíru, ale na Zemi ho v čisté formě takřka nenajdete. Skrývá potenciál ekologicky naprosto čisté energie, ale jeho výroba je energeticky i ekologicky extrémně náročná. Přes všechny tyto problémy se právě k vodíku v posledních letech upíná pozornost států uvažujících o urychleném přechodu na bezemisní ekonomiku. Na cestě k jeho využití ale stále stojí spousta překážek.

V současnosti celosvětově vyrobíme a spotřebujeme asi 120 milionů tun vodíku za rok.  Zhruba polovinu využívají rafinérské procesy, dalších 40 % jde na výrobu dusíkatých hnojiv. Zbylou desetinu si rozdělí všechny další aplikace od chlazení alternátorů v elektrárnách, přes svařování a obrábění kovů až po pohon raketových motorů. Nejrychleji se ale využití vodíku rozvíjí v automobilovém průmyslu a energetice. Obojí těží z výhod lehkého plynu, který velmi ochotně hoří, efektivně uvolňuje energii a jako odpad produkuje pouze čistou vodní páru. Jako pohonné hmotě motorů a průmyslových zařízení byla odjakživa vodíku předpovídána velká budoucnost. Na rozdíl od elektromobilů může auto na vodík odjíždět z čerpací stanice během pár minut. V energetice by pak vodík mohl nahradit zemní plyn v oblastech, které se nedají či nevyplatí elektrifikovat. Jeho využití ať už v čisté podobě nebo ve směsích by významně snížilo objem emisí CO2. Proč přes všechny výhody nevyužíváme vodík daleko více?

vodíková budoucnost_1

Vodík v barvách

Hlavní překážkou je, že čistý plyn vyrábíme z velké části nepříliš čistými procesy. Většina vodíku – kolem 95 % – vzniká parní reformací fosilních paliv. V současnosti se jako zdroj používá ze tří čtvrtin metan a zbytek pochází z uhlí. Problémem této technologie je extrémní uhlíková náročnost. Ačkoliv je výroba vodíku v současnosti poměrně malé průmyslové odvětví, je ročně zodpovědné za 830 milionů tun CO2 neboli 3 % jeho veškerých emisí. Pokud bychom tedy na vodík chtěli spoléhat jako na jeden z nástrojů snižování emisí, museli bychom jeho výrobu uhlíkové stopy zbavit.

vodíková budoucnost_infobox

Dobrá zpráva je, že tuto technologii dávno známe a již ji využíváme. Takzvaný „zelený“ vodík je vyráběn elektrolýzou vody, během níž se pomocí elektrického proudu molekuly vodíku oddělují od molekul kyslíku. Za předpokladu, že při jeho výrobě využijeme elektřinu z obnovitelných zdrojů, získáme naprosto čisté palivo nezatížené ani při výrobě ani při využívání uhlíkovou stopou.

I tento proces má pochopitelně své problémy, konkrétně termodynamický zákon, který nám říká, že na výrobu „zeleného“ vodíku je potřeba víc energie, než z něj můžeme získat. V současnosti proto zelený vodík vzniká takřka výhradně při využívání přebytků energie ve velkých solárních a větrných soustavách. Například Energiepark Mainz v německé Mohuči ukládá přebytečnou elektřinu z okolních větrných elektráren do „zeleného“ vodíku už od roku 2015. Dalšímu rozšiřování výroby však brání ještě jeden zásadní faktor – jeho cena.

Kolik stojí zelený vodík

Poradenská společnost S&P Global vydala k cenové problematice výroby vodíku vloni na podzim analýzu s názvem How Hydrogen Can Fuel The Energy Transition. Tvrdí, že aby se zelený vodík stal konkurenceschopným v porovnání s konvenčními palivy, musí náklady na jeho výrobu klesnout zhruba o polovinu – tedy na cca 2 dolary/kg. Analýza výrobního řetězce pak ukazuje, že na požadovanou cenovou hladinu se může vodík dostat především zlevněním výrobní ceny energie z obnovitelných zdrojů, která tvoří kolem 60 % celkových nákladů.

vodíková budoucnost_2

Pokud bychom dokázali dostat výrobní cenu elektřiny ze solárních a větrných zdrojů pod 20 dolarů za MWh, přiblížili bychom se cíli velmi reálně. Cena MWh z OZE se ale v současnosti pohybuje kolem 46-100 dolarů v případě větrných elektráren (46 na pobřeží a 100 ve vnitrozemí) a 51 dolarů u soláru. Ceny sice postupně klesají, ale požadované hladiny 20 USD/MWh by mohly do konce dekády dosáhnout jen některé země s ideálními podmínkami pro využívání OZE, jako je Chile, Austrálie nebo Saudská Arábie.

Další nutné úspory pak budou muset proběhnout ve zvýšení efektivity a snížení ceny elektrolyzérů. U těch vývoj i ceny velmi závisí na poptávce, která je v současnosti stále malá. Podle International Renewable Energy Agency by požadovaný pokles nákladů o polovinu měl nastat kolem roku 2040.

Ani pak není vyhráno

Vyřeší klesající cena elektřiny z obnovitelných zdrojů všechny překážky, které nás dělí od plného využití vodíku? Bohužel nikoliv. I když budeme umět vyrábět levný „zelený“ vodík nezatížený uhlíkovou stopou, zůstane k dořešení řada dalších problémů. Hlavní je skladování a doprava. Vodík je extrémně řídký a lehký plyn. Pro jeho skladování jsou proto potřeba velké a dokonale těsné nádrže, což neusnadňuje fakt, že vodík má tendenci narušovat ocelové součásti, a hlavně pak sváry. To je důvodem, proč se vodík zatím příliš neujal jako pohonná hmota v automobilismu.

Nutnost velké nádrže schopné uskladnit plyn pod vysokým tlakem znemožňuje využití vodíku jako pohonu motocyklů a konstrukci osobních aut velmi prodražuje. Podle portálu Automotive News vyjde výroba vodíkového auta na asi dvojnásobek srovnatelného elektromobilu poháněného baterií. Většina velkých automobilek včetně Volkwagenu, Hondy či Daimleru (BMW) proto už dokonce projekty osobních vozů na vodík odložila a vývoj pokračuje pouze v oblasti nákladních aut.

vodíková budoucnost_3

K problémům také přispívá jeho vysoká hořlavost – několik plnících stanic v Norsku, Koreji a Kalifornii již zaznamenalo vážné nehody. Pokud tedy budeme chtít vodík využívat ve velkém, budeme k tomu muset používat speciální vysokotlaké nádrže, oddělená a vysoce odolná potrubí, popřípadě zařízení na tlakování a chlazení vodíku na kapalinu. To všechno kromě technologických překážek přidává do již tak energeticky náročného procesu další kvanta energie.

Vodíková budoucnost

Přes všechny nesnáze má vodík nadále pevné místo v procesu dekarbonizace světové ekonomiky a odhaduje se, že má do roku 2050 pokrývat skoro čtvrtinu světové spotřeby energie. Výzkum vodíku a vývoj technologií s ním spojených považuje za strategický zájem i EU. Velmi aktivní je v této oblasti Německo. V běhu je například ambiciózní společný projekt firmy Amprion a distributora plynu OGE. Má jít o elektrolyzér o výkonu 100 MW napojený na speciální potrubí, které bude distribuovat vodík na severozápadě Německa. Zařízení za 150 milionů EUR by mohlo být spuštěno už v roce 2023. V EU vyvíjí další projekty Nizozemsko, Rakousko, Francie a Norsko. Jinde ve světě se rozbíhají ve Velké Británii, Japonsku, Kanadě, USA, Číně a hlavně v Austrálii. V regionu Pilbara v současnosti vzniká obří 15 GW pole kombinující solární a větrné zdroje, které má kromě zásobování místních dolů vyrábět právě zelený vodík.

Snahy pokračují i v automobilovém průmyslu. Nadále technologii věří hlavně Toyota, jejíž Mirai se už dokonce dočkala druhé verze. Vývoj pokračuje také v BMW nebo v Huyundai a další výrobci se zaměřují na vodíkový pohon velkých průmyslových strojů. Rozšíření vozů na vodík ale brání stále malý počet plnících stanic. Největší propagátor vodíkové technologie, Německo, jich stihlo zatím postavit „pouhých“ 84. Druhé Norsko jich ale má jen 8 a celkem jich v Evropě najdete pouze 125. Nejvíc vodíkových plniček na světě má Japonsko – 135. Čína jich provozuje 104 a USA pouze 45 (z toho 43 v Kalifornii). U nás se o stavbě vodíkových plniček hovoří od roku 2019 a ministerstvo průmyslu a obchodu odhadovalo, že do roku 2030 by u nás mohlo jezdit 60 až 90 tisíc aut na vodík. První plničky měla uvést do provozu Benzina v roce 2020 v Praze, Brně a Litvínově. To se zatím nestalo a funguje pouze neveřejná vodíková čerpací stanice v areálu společnosti Veolia Transport v Neratovicích.

vodíková budoucnost_4

Na vodíkovou budoucnost si budeme muset ještě pár let počkat, pokud ovšem kartami nezamíchá nějaká nová technologie. Jednu takovou nedávno vyvinuli vědci z německého Fraunhoferova institutu. Jejich POWEPASTE obsahuje vodík ve směsi s hořčíkem, estery a kovovými solemi a má konzistenci pevné pasty. Je tepelně stabilní a až desetkrát energeticky hustší než běžné lithium-iontové baterie. Z nádrže se vytlačuje mechanicky pístem do komory, kde se po smíchání s vodou generuje vodík. Všechny výrobní složky jsou levné a snadno dostupné a v provozu již jsou první zkušební motocykly, které vodíková pasta pohání. Na další vývoj si však budeme muset ještě pár let počkat.

Nejlepší články e-mailem