Vodík: opomíjený prvek, nebo budoucnost zelené energie?

Spotřeba energie celosvětově roste. Analytici odhadují, že poptávka po energii bude v roce 2050 o 30 až 40 % vyšší než dnes, a to i za předpokladu, že v té době budeme výrazně energeticky efektivnější.

„Alespoň tomu nasvědčuje dosavadní vývoj. Za posledních 30 let se celosvětová poptávka po energii více než zdvojnásobila,“ podotýká ve svém příspěvku o budoucnosti zelené energie Jane Burstonová, vedoucí oddělení pro energetiku a životní prostředí v National Physics Laboratory.

Podle ní je nutná transformace toho, jak energii vytváříme. Ačkoli se obnovitelné zdroje zlevňují a v uplynulém desetiletí získaly celosvětově více než dva biliony dolarů investic, podíl energie získané z fosilních paliv se sotva pohnul.

Od roku 1980 se obnovitelné zdroje zvýšily z méně než 1 % primárního energetického mixu na dnešní více než procento. Fosilní paliva ale zůstávají na neustupujících 81 % primární energetické směsi.

Závislost na fosilních palivech se za posledních 35 let nezměnila. Image: World Bank, Enerdata, Our World in Data

Dominance fosilních paliv

Vývoj spotřeby fosilních paliv hovoří jasně. Za posledních 35 let se jejich využívání nesnížilo. Nízkouhlíkové zdroje energie a technologie proto musíme rozšířit mnohem rychleji, jinak bude populační růst nadále překonávat investice do obnovitelných zdrojů a fosilní paliva budou stále dominovat. Chtít ale více po stávajících technologiích, které se do dnešního dne zdály být úspěšné, podle Burstonové nemůžeme.

Mezinárodní agentura pro energii (IEA) zdůrazňuje, že pouze tři z dvaceti šesti oblastí inovací s nízkou úrovní uhlíku jsou vyspělé, komerčně konkurenceschopné a na cestě k tomu se podílet na splnění klimatických cílů stanovených na konferenci v Paříži v roce 2015. Jsou to fotovoltaické a větrné elektrárny, elektrická vozidla a s nimi související skladování energie ve vysokokapacitních bateriích.

Je ale velice nepravděpodobné, že z těchto tří technologických oblastí můžeme vytěžit více, než se v současné době plánuje. Solární fotovoltaické systémy a větrné elektrárny na pevnině nevyrábějí energii kontinuálně, tudíž je třeba je využívat ve spojení se skladováním energie nebo jinými formami výroby energie.

Vysokokapacitní baterie, které se používají jak pro skladování energie, tak v elektromobilech, vyvolávají obavy, zda dodávky surovin potřebných k jejich výrobě budou schopny držet krok s jejich rychlou absorpcí.

Výzkumná organizace Bloomberg New Energy Finance (BNEF) předpokládá, že poptávka po grafitu vzroste z pouhých 13 000 tun ročně v roce 2015 na 852 000 tun v roce 2030. Výroba lithia, kobaltu a manganu se do té doby zvýší více než stokrát, což vytváří tlak na dodavatelské řetězce a ceny těchto surovin, stejně tak se obrací zájem směrem k pracovníkům v dolech, kteří často pracují v neuvěřitelně špatných podmínkách.

Cena kobaltu potřebného k výrobě baterií strmě roste. Zdroj: Quandl.com

Jaké další možnosti tedy máme k dispozici? Nejnovější dokument Světového ekonomického fóra navrhuje několik odvážných myšlenek, jejichž cílem je výrazné urychlení udržitelné energetické inovace a podpora využívání budoucích zdrojů energie. Jedním z opomíjených zdrojů energie je vodík.

Vodíkový potenciál

Vodík má potenciál dekarbonizovat výrobu elektřiny, tepla i přepravu. Je produktem elektrolýzy vody, kdy za pomoci elektrického proudu dochází k rozštěpení molekuly vody (H₂O) na vodík a kyslík. Při tomto procesu nevznikají žádné znečišťující látky.

Jeho nejznámější použití je v současné době v dopravě. U klasických elektromobilů řidiče často znepokojuje, jakou vzdálenost jsou auta na baterii schopna ujet a kolik času zabere jejich dobíjení.

Vodíkové auto je také elektromobil. Jen místo baterie veze nádrž vodíku a svazek palivových článků, v nichž chemickou reakcí vzniká elektřina a z výfuku vycházející vodní pára. Auta na vodík mají tichý pohon, stejně jako klasické elektromobily, ale delší dojezdovou vzdálenost a mnohem rychlejší dobu doplňování paliva. Tankování je prakticky stejně rychlé jako u benzinu nebo nafty, a proto vyžadují jen málo změn v chování řidičů.

Vodík může být také použit k vytápění domácností. Lze jej smíchat se zemním plynem, ale hoří i samostatně. K jeho přepravě by mohla být použita stávající plynárenská infrastruktura, což by vyloučilo investiční náklady na posílení elektrické přenosové soustavy, které jsou nyní v souvislosti s větší elektrifikací tepla nutné.

Vodík má tu výhodu, že je nejen krátkodobým zdrojem, ale i dlouhodobým zásobníkem energie. Zastánci tohoto alternativního zdroje přicházejí s návrhem, že by přebytečná energie z obnovitelných zdrojů – vyráběná například v noci, kdy fouká vítr – mohla být využita k výrobě vodíku, který by byl následně skladován v solných jeskyních nebo ve vysokotlakých nádržích.

Výzvy pro výzkumníky

Vodík má jednoznačně několik různých potenciálních využití. Než ho ale budeme moci používat ve větším měřítku, je nutné se zaměřit na výzkum v oblasti jeho výroby a bezpečnosti.

Vodík by mohl přinést revoluci do způsobu, jakým vyrábíme, uskladňujeme a využíváme energii. Image: National Physical Laboratory

V současné době se téměř celá světová produkce vodíku (96 %) vyrábí přeměnou metanu (CH₄), tedy postupem, který nakonec produkuje oxid uhličitý. Aby byla tato metoda výroby udržitelná, je třeba ji zdokonalit, uhlík zachytit, což samo o sobě potřebuje další rozvoj.

Elektrolýza přitom neprodukuje žádné emise uhlíku. Přesto množství vodíku, které lze vyrobit pomocí této metody, závisí na nákladech a dostupnosti elektřiny z obnovitelných zdrojů. Zpráva nezávislé britské vědecké akademie Royal Society naznačuje, že se z toho důvodu elektrolýza nehodí pro centralizovanou výrobu vodíku ve velkém měřítku, ale její využití mimo distribuční síť a u vodíkových aut podporuje.

MOHLO BY VÁS ZAJÍMAT:

Co se Česku vyplatí víc? Nové jaderné bloky, nebo obnovitelné zdroje?

Zamíří Česko mezi velmoci v těžbě lithia? Zásoby na to má

Brzda v rozvoji elektromobility? Nedostatek některých surovin, třeba kobaltu

Přítomná hrozba bez vůně a zápachu

Rovněž je třeba řešit obavy ohledně bezpečnosti jeho používání. Vývoj bezpečného, cenově dostupného a energeticky efektivního způsobu uskladnění vodíku je klíčový pro budoucnost vodíkových technologií a palivových článků.

Vodík má ze všech paliv nejmenší hustotu a nejnižší bod varu, což značně komplikuje jeho skladování. Při jeho spalování navíc není vidět plamen. Prvek je navíc bez vůně i zápachu. Pro to, abychom mohli detekovat jeho úniky z distribuční soustavy, ale i z vysokotlakých nádob, je nutné nejdřív najít odorant, tedy láku, která při působení s vodíkem uvolňuje určitou vůni.

Chtění prozkoumat vodík jako zdroj energie roste rychle, ale je třeba ho následovat i skutky. Spolupráce při vývoji a testování této technologie bude rozhodující. A zdá se, že si to vlády i firmy uvědomují. Loni na Světovém ekonomickém fóru v Davosu vznikla nadnárodní iniciativa, jež sdružuje desítky firem z oblasti energetiky, průmyslu a dopravy, jež mají společnou ambici – vysvětlit, proč je vodík důležitým prvkem energetické transformace.

Na začátku tohoto roku se na společném postupu dohodly i vlády, které v rámci iniciativy Mission Innovation představí téma zaměřené na zavádění vodíkových technologií na trh.

Vodík není všelékem, ale tím nejsou ani solární elektrárny, ani ty větrné na moři. ani vysokokapacitní baterie. Pokud se máme úspěšně zbavit uhlíkových emisí, potřebujeme různé a rozmanité technologie. A vodík se velmi pravděpodobně jeví jako jedna z nich.

Autorkou příspěvku, který byl přeložen a redakčně upraven, je Jane Burstonová, vedoucí oddělení pro energetiku a životní prostředí v National Physics Laboratory. Článek původně vyšel na stránkách Světového ekonomického fóra.