Vodík a elektřina z větrné a sluneční energie jsou partnery při energetické transformaci

Převzatý článek od Prof. Dr. Birgit Scheppatová

Jak bude vypadat mobilita v budoucnosti, jak se budou vyrábět produkty a jaké jsou předpoklady pro fungování této nové vodíkové ekonomiky včetně „úplného provozu na elektřinu“? 

Díky programu Fit for 55, směrnici o obnovitelných zdrojích energie (RED II), směrnici o čistých vozidlech a dalším programům dala evropská legislativa jasně najevo, že cíle omezit globální oteplování na 1,5 °C může Evropa dosáhnout pouze tehdy, pokud bude realizovat celou řadu opatření k zamezení emisí CO2. Přechod od fosilních paliv k průmyslové společnosti poháněné elektřinou je klíčový. Byly vytyčeny různé cesty, ale jeden konkrétní výsledek je jistý: vodík bude důležitým energetickým hybatelem budoucnosti. A ano, bude to stát hodně peněz, ale také to umožní nabídnout mnoho nových a mnohostranných možností v různých oblastech využití. 

Ať už je vše poháněno elektřinou nebo vodíkem a palivovými články, výchozí bod je stejný, a to elektřina z obnovitelných zdrojů energie. K zajištění využití elektřiny z těchto zdrojů energie jsou zapotřebí tři věci: výroba, doprava a skladování energie. Výroba ekologické elektřiny z větru a slunečních paprsků je technicky objasněna a lze ji stále zdokonalovat. Byly splněny všechny nezbytné předpoklady pro dlouhodobé používání systémů a jejich tržní zralost. Naproti tomu tvrzení týkající se dopravy a skladování již nemají tak jednoznačnou odezvu. Kontroverzní a „sporné“ zůstává zejména uchovávání nebo poskytování energie ve formě „elektronů (akumulátor) nebo molekul (vodík)“. 

1 kg vodíku vyrobeného pomocí elektrické energie z fotovoltaiky a slunečních paprsků obsahuje 33,3 kWh energie – to odpovídá přibližně 2,75 l benzinu. V jednom kilogramu nejlepších lithium-iontových akumulátorů je uloženo až 500 Wh, tj. v jednom kilogramu vodíku lze uložit stejné množství energie jako v 66kg lithium-iontovém akumulátoru. To poukazuje na potenciál skladování energie s použitím vodíku. Účinnost výroby vodíku elektrolýzou se dnes stále pohybuje kolem 70 %. Tato hodnota však může být zvýšena, pokud se kromě kyslíku (např. v oblasti čištění odpadních vod) a odpadního tepla využívá i vodík. Zde můžeme dosáhnout účinnosti téměř 90 %. 

Technologie – akumulátory i palivové články / vodík – byly v podstatě vyvinuty. Otázky, které je třeba vyřešit, zejména pokud jde o výrobu vodíku, zní: jak rychle lze zavést sériovou výrobu systémů pro elektrolýzu a jak umožnit distribuci vodíku za rozumnou cenu, nejlépe potrubím atd. Je třeba usnadnit a rozšířit výrobu energie z fotovoltaiky a větrné energie a nastartovat trh, aby se tyto číselné údaje zvýšily – a tím i snížily ceny instalovaného výkonu. 

Vodík je prvek, který se hojně využívá v mnoha technických a chemických procesech. V chemickém průmyslu slouží k výrobě barev, plastů, maziv a hnojiv – ovšem za použití vodíku ze zemního plynu. Tento vodík byl dříve bezkonkurenčně levný, protože zemní plyn byl levný a oxid uhličitý vznikající při zpracování se uvolňoval do životního prostředí. Kromě toho bude v budoucnu zapotřebí velké množství vodíku v ocelářském a cementářském průmyslu. Náhrada za vodík je zde pouze otázkou nákladů. Jinými slovy, k udržení nízkých nákladů bude zapotřebí mnoha velkých výrobců obnovitelné energie plus potrubí. Využití tzv. zeleného vodíku závisí na tom, zda lze rychle a za rozumnou cenu vybudovat potřebné větrné a fotovoltaické systémy. Vodíkové hospodářství není nic nového. Německé komunální podniky (Stadtwerke) vyráběly městský plyn, který již obsahoval < 50 % vodíku. Pokud jde o manipulaci s vodíkem za nízkých tlaků do 300 barů, všechny technické otázky jsou již víceméně vyjasněny. Jakmile bude definována norma pro vodík, bude se vodík v různých aplikacích používat v tichosti – jako tomu bylo doposud. Jedinou otázkou, která zůstává skutečně kritická, je, jak rychle se podaří snížit náklady na generátory, úložiště a infrastrukturu a jak rychle je bude možné instalovat nebo rozšířit. 

Využití vodíku je skvělou příležitostí, jak zjistit, zda je prostor pro tyto nové technologie ve vlastním portfoliu společnosti. Kompozity kov/plast, ražba/lisování, povrchová úprava, těsnění, inteligentní řešení atd. – v mnoha z výše uvedených oblastí dosud probíhal pouze předprodukční provoz a v rovnici chyběla levná a spolehlivá čerpadla, turbodmychadla, snímače atd. Situaci lze vlastně označit za studnici nových příležitostí.

Předpokladem všeho je ale zapojení technologií a práce s nimi. Dříve nebo později přijdou na řadu. Dnešní procesy v průmyslu, budovách a dopravě se změní – evropská legislativa, která se v současné době zavádí, k tomu již připravuje prostor: RED II, Fit for 55 atd. K technologickým oblastem je třeba přistupovat se zvědavostí a být katalyzátorem vývoje. Bude to vyžadovat spoustu nových, dobrých, levných a udržitelných nápadů – a nyní je čas začít a nabrat tempo.