VODÍK – PALIVO BUDOUCNOSTI

Díky široké využitelnosti a environmentální šetrnosti lze očekávat poměrně výrazný budoucí rozvoj vodíkových technologií. Pro dosažení požadovaných cílů Zelené dohody pro Evropu budou v několika následujících letech nutné značné finanční intervence jednotlivých států i nadnárodních organizací.

Vodík má 2-3 x vyšší energetický obsah v porovnání s konvenčními palivy vztaženo na jednotku hmotnosti paliva. Snadno reaguje s kyslíkem, přičemž tato reakce je provázena uvolněním velkého množství energie v podobě tepla (142 MJ/kg) a vzniku vody. Na rozdíl od paliv založených na bázi uhlíku vodík neprodukuje při spalování žádné sledované vedlejší produkty.

Z environmentálního pohledu lze vodík klasifikovat několika způsoby, přičemž jeho emisní stopa určuje, zda se jedná o bezemisní tzv. zelený vodík, dekarbonizovaný/nízkoemisní tzv. modrý vodík nebo emisemi významně zatížený tzv. šedý vodík. Pro výrobu zeleného vodíku elektrolýzou vody musí být využity výhradně obnovitelné zdroje energie. Za modrý je považován vodík s emisní stopou nižší než 36,4 g CO₂/MJ¹. Modrý vodík je vyráběn stále převážně z fosilních zdrojů především tzv. parním reformingem zemního plynu (SMR - Steam methane reforming). Výroba je doplněna jímáním vzniklého CO₂ metodou CCSU (Carbon capture and storage/utilisation). 

V případě šedého vodíku emisní stopa přesahuje 36,4 g CO₂/MJ. Je vyráběn stejnými postupy jako modrý vodík, tedy převážně prostřednictvím SMR či parciální oxidací ropných frakcí. Jedná se o tradiční výrobní postupy široce rozšířené v ropných rafineriích, při nichž zpravidla není využita žádná technologie pro zachycování uhlíku (CO₂).

Výše popsané dělení na šedý, modrý a zelený, je obecně přijímáno, v posledních letech se však lze setkat s dalšími barvami klasifikace vodíku v závislosti na způsobu jeho výroby. Na tomto označení prozatím nepanuje obecná názorová shoda, pro větší komplexnost lze však označit za nutné tuto problematiku podrobněji vysvětlit. Různé barvy vodíku blíže popisu následující tabulka:

Vodík jako náhrada zemního plynu? V budoucnu možná realita

Zemní plyn byl mnoha evropskými vládami dlouhodobě považován za přechodnou etapu na cestě k celkové dekarbonizaci Evropy. Především v Německu na něj bylo pohlíženo jako na způsob, jak si zajistit velkou část dodávek elektrické energie po odstavení všech uhelných a jaderných elektráren, než dojde k vybudování dostatečného množství především obnovitelných zdrojů energie (OZE) a spolu s nimi i k vývoji efektivního způsobu, jak tuto energii dlouhodobě ukládat.

Určitou čáru přes rozpočet udělala těmto úvahám ruské agrese na Ukrajině, po níž uvalila Evropa na Rusko několik balíčků ekonomických sankcí a začala převažovat shoda na tom, že na dodávkách plynu od takto nespolehlivého dodavatele není možné environmentální cíle EU stavět.

V návaznosti na to vydaly jednotlivé orgány Evropské unie několik strategických dokumentů cílících v konečné fázi na celkové odstřižení dodávek ropy a především zemního plynu z Ruska. Čím však tento plyn nahradit?

Podle plánu REPowerEU vydaném Evropskou komisí v květnu 2022 k tomu vedou tři základní kroky:

1. Plošné úspory energie
2. Posílení výroby čisté energie
3. Diverzifikace dodávek energetických zdrojů

Plán cílí na dosažení evropské nezávislosti na ruských fosilních palivech do roku 2030, přičemž jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout, je i posílení výroby tzv. zeleného vodíku jakožto jednoho z obnovitelných paliv nebiologického původu (často používaná zkratka RFNBO - Renewable Fuels of Non-Biological Origin).

Tento vodík by měl spolu s rozvojem biometanu, zavedením energetických úspor, zvýšení energetické efektivity atp. nahradit zhruba 50 miliard m³ dovezeného plynu, což je téměř pětinásobek spotřeby ČR v roce 2021. Do roku 2030 se počítá s vybudování nových elektrolyzérů vody o instalovaném výkonu 17,5 GW s cílem zásobovat průmysl a dopravu 10 miliony tun obnovitelného vodíku s tím, že dalších 10 milionů by bylo dovezeno ze zahraničí.

Vzhledem k tomu, že např. v ČR se v rámci chemických firem produkuje v současné době necelých 250 000 tun vodíku ročně, který ani v jednom případě nesplňuje přísné evropské nároky na zelený vodík, lze objektivně konstatovat, že jde o skutečně ambiciózní cíle.

Jeho splnění by mělo podle Evropské komise dopomoci několik dílčích kroků. Tím prvním je především úprava legislativy, která by měla jasně definovat parametry zeleného vodíku tak, aby jeho nasazení vedlo v praxi ke skutečné dekarbonizaci.

Pro urychlení vodíkových projektů pak EU vyčlenila 200 milionů Eur dotační podpory cílené především na výzkum a vývoj či na projekty tzv. Společného evropského zájmu. Dokument EU External Energy Strategy počítá rovněž s navázáním dlouhodobého partnerství s dodavateli zeleného vodíku i technologií pro jeho výrobu, především pak s Ukrajinou, Moldavskem či zeměmi západního Balkánu. Počítá se rovněž s výstavbou páteřních vodíkových koridorů ze středomořské, respektive severomořské oblasti.

Co je to vlastně zelený vodík?

Jaká je však definice zeleného vodíku? Toto téma je předmětem poměrně komplexní diskuze napříč celou Evropskou unií. V polovině roku 2022 vydala Evropská komise návrh tzv. Aktu přenesené pravomoci, který definuje zelený vodík velice striktně a z pohledu středoevropské země i poměrně přísně.

Mezi nejzásadnější kritéria patří především požadavek na výrobu vodíku výhradně z obnovitelného zdroje elektřiny uvedeného do provozu nejpozději dva roky před pořízením elektrolyzéru, popř. jeho napojení na standardní elektrárenskou soustavu, v níž je však vyrobená elektřina z OZE zastoupená minimálně z 90 %. Zároveň tzv. zásada adicionality spolu s požadavkem na hodinovou korelaci mezi výrobou OZE a spotřebou elektrolyzéru de facto jasně stanovuje nutnost přímého napojení elektrárny na výrobu vodíku bez možnosti např. nákupu certifikátů od výrobce zelené elektřiny vzdáleného od místa, kde k výrobě vodíku dochází.

 Toto nařízení fakticky limituje producenty zeleného vodíku k jeho výrobě pouze v době dostatečného slunečního svitu (popř. dostatečné produkce větrných elektráren), což s ohledem na vysoké investiční náklady do zmíněných technologií prakticky znemožňuje ekonomicky přijatelnou produkci zeleného vodíku v zemích střední Evropy.  

Akt přenesené pravomoci byl podroben poměrně velkému množství kritických připomínek a vypadá to, že požadavky na zelený vodík nakonec nebudou tak striktní, jak bylo původně stanoveno. Podle posledních informací ze strany Evropského parlamentu by nakonec měla být zohledněna např. i možnost výroby vodíku z jaderné elektřiny, což dává mimo jiné i České republice poměrně slušnou šanci k rozvoji vodíkového trhu, který by tak nakonec mohl do budoucna zásadním způsobem přispět k dekarbonizaci a do určité míry i nahradit zemní plyn v energetice, průmyslu či dopravě.  

Zdroj: Spolchemie (Spolek pro chemickou a hutní výrobu, akciová společnost)