Evropská unie a Německo chtějí být do roku 2050 (EU), respektive 2045 (Německo), klimaticky neutrální. Tento závazek znamená, že spotřebu a výrobky, které generují hodně emisí, nahradí bezemisní alternativy. Jednou z nich je ke klimatu šetrný vodík. Vodík ale není zázračný nástroj, který lze použít kdykoliv a všechny problémy budou rázem vyřešeny. Na to je příliš cenný a drahý. Často je levnější a smysluplnější použít elektřinu přímo.
1. Co je to vodík?
Vodík je chemický prvek s mnoha schopnostmi. Na zemi se v čisté podobě téměř nevyskytuje a musí se získávat ze sloučenin s jinými prvky, což je energeticky náročný proces. Z vodíku lze vyrábět různé výsledné produkty, např. syntetické zdroje energie na vodíkové bázi a základní chemikálie jako metanol, čpavek, syntetický metan a syntetická paliva (tzv. e-fuel).
2. Jak vodík souvisí s neutralitou vůči klimatu?
Vodík nám může pomoci, aby spotřeba a výrobky, které produkují mnoho emisí, emisí produkovaly méně, nebo vůbec žádné. A protože Německo chce být do roku 2045 klimaticky neutrální, je po takové spotřebě a výrobcích velká poptávka. Průmysl totiž bude na přechod na klimatickou neutralitu pár let potřebovat. Jde o dlouhodobé investice a firmy někdy budou muset postavit i úplně nová zařízení. Průmyslový sektor požaduje, aby mu politika zajistila spolehlivé rámcové podmínky. Chce vědět, že se mu investice do nových zařízení a obchodních modelů šetrných ke klimatu vyplatí.
Vodík nám může pomoci, abychom některé výrobky a spotřebu, kterých se v moderní společnosti nemůžeme a nechceme vzdát, dokázali zajistit způsobem šetrnějším ke klimatu.
Vodík je jednou z důležitých technologií pro ochranu klimatu. Bylo by zavádějící předstírat, že vodík dokáže vyřešit všechny problémy s klimatem a že je onou jedinou správnou technologií. Jednak existují v mnoha oblastech vhodnější alternativy úspory emisí, kromě toho ale bude vodík z ekonomických a technických důvodů k dispozici jen v omezeném množství.
3. Kde konkrétně může vodík pomoci?
V chemickém průmyslu by se dal ze zeleného vodíku vyrábět zelený čpavek. V chemickém průmyslu čpavek představuje důležitou surovinu. Syntéza čpavku je petrochemický proces, při kterém v současnosti vzniká nejvíc CO2. Uhlíková stopa chemického průmyslu by se se zeleným čpavkem významně zmenšila. Zelený vodík je smysluplnou alternativou fosilních zdrojů energie i při výrobě oceli. Ocel se vyrábí ve vysoké peci nebo kyslíkovém konvertoru. Při výrobě ve vysoké peci může zelený vodík nahradit injektáž tzv. prachového uhlí. Při výrobě v konvertoru lze zelený vodík použít místo zemního plynu.
Kdyby letadla létala na syntetický kerosin, který je produktem zpracování vodíku, mohlo by být o něco šetrnější ke klimatu i létání. Zároveň je však potřeba podporovat i jiná klimaticky šetrná opatření v oblasti letectví (vyrábět lehčí letadla, optimalizovat letové trasy atp.) a úplné alternativy k létání (jezdit vlakem atp.).
Někdy se vodíku přezdívá "šampaňské energetického přechodu", protože je velice cenný a měl by zůstat vyhrazen pro zvláštní příležitosti.
4. Jak souvisí vodík s čistou elektřinou?
Zaprvé: „zelený“ vodík se vyrábí pomocí čisté elektřiny. Zadruhé: čistou elektřinu lze „ukládat“ do vodíku.
K prvnímu bodu: Takzvaný „zelený vodík“ se získává elektrolýzou. Při tomto procesu se voda (H2O) rozloží na vodík (H) a kyslík (O). Možná si to ještě někteří z vás pamatují z hodin chemie. Vypadá to přibližně takto:
K tomuto štěpení je potřeba elektrický proud. Při elektrolýze je jedno, jestli proud vyrobila elektrárna nebo větrník. Naopak pro ochranu klimatu a zachování našich základních životních podmínek je nezbytné, aby se vyráběla v zásadě už jenom čistá elektřina, a to především využitím větrné a sluneční energie.
Ke druhému bodu:
Čistou elektřinu z obnovitelných zdrojů lze používat přímo. Například při nabíjení chytrého telefonu a elektromobilu nebo při přepravě elektrifikovanou železnicí. Pomocí ekologického elektrického proudu lze také vyrábět vodík. Ekologický elektrický proud tak můžeme ukládat v podobě plynného vodíku. Abychom pak získali zpátky elektrický proud, je potřeba na něj plynný vodík opět přeměnit. Díky této své schopnosti ukládat elektřinu se vodíku někdy přezdívá „partner obnovitelných zdrojů energie“. Právě proto, že se tímto způsobem dá ukládat čistá elektřina.
The following picture illustrates how renewable generated electricity can be use directly or indirectly
5. Zelená a modrá – Co znamenají tyto barvy vodíku?
Vodík je sám o sobě bezbarvý. Tyto barvy jen symbolicky vyjadřují, jakou technologií a z jakých surovin byl vyroben. Víceméně bezemisní je pouze „zelený“ vodík, který byl vyroben elektrolýzou za pomoci ekologického elektrického proudu. Jistě, při výrobě technologického zařízení mohou vzniknout emise, ale to se týká i všech ostatních vodíkových zařízení.
„Modrý“ vodík vzniká stejně jako „šedý“ vodík ze zemního plynu. Ale protože se CO2 při výrobě modrého vodíku nedostává (okamžitě) do atmosféry, ale „uskladňuje“ se pod zemí, bývá modrý vodík označován jako klimaticky neutrální. Toto označení je však sporné, neboť při použití zemního plynu vznikají emise navíc. Dosud neexistují žádná zařízení, která by uměla modrý vodík vyrábět ve velkém množství.
6. Proč je modrý vodík diskutabilní?
I kdyby se CO2 po výrobě vodíku z velké části zachytil a uložil pod zem, zůstaly by emise škodlivé pro klima, které vznikly při těžbě a přepravě zemního plynu (tzv. výrobní emise). Problém představuje metan, hlavní složka zemního plynu. Když se metan dostane do atmosféry, působí tam déle než sto let 28krát škodlivěji než CO2. Více než dvacet let působí dokonce 84krát škodlivěji než CO2. Mnoho ekologických svazů se proto vůči modrému vodíku staví kriticky.
Jiní odborníci a také velká část průmyslu tvrdí, že modrý vodík potřebujeme jako přechodné řešení, než bude dostatek zeleného vodíku. Že bychom měli využít okno investičních příležitostí a v nově postavených zařízeních testovat využití vodíku, protože pro testování a uvedení na trh je modrý vodík pragmatickým řešením. Až by pak bylo k dispozici dost zeleného vodíku, mohli bychom z modrého přejít na zelený.
7. Co si máme myslet o vodíkových autech?
Vodíková auta nejsou výhodným způsobem, jak snížit emise v silniční dopravě, protože mají vysoké celkové provozní náklady a jsou málo energeticky účinné. Když už auta, tak jsou lepší elektroauta. Většina výrobců automobilů sází na bateriový elektrický pohon. Na trhu se auta s palivovými články téměř nevyskytují. Také neexistuje infrastruktura vodíkových čerpacích stanic. Musela by se draze vyvinout a vybudovat, což by mělo v důsledku vliv na koncové ceny pro zákazníky.
Electrification first" is the motto.
8. A co syntetická paliva?
Pro výrobu e-paliv je nejprve nutná elektrolýza, tedy rozklad vody na vodík a kyslík. Když se k vodíku přidá CO2, vznikne metan. Dalšími chemickými procesy se pak získávají příslušná paliva. Chemicky se neliší od tradičního benzínu, nafty nebo kerosinu. Proto je propagují příznivci spalovacích motorů. Jenže to má háček: k výrobě „zelených“ e-paliv je potřeba velké množství ekologického elektrického proudu. Je mnohem efektivnější tuto ekologickou elektřinu využít přímo, v bateriovém elektromotoru. E-paliva jsou kvůli náročnému výrobnímu procesu a malé dostupnosti velmi drahá. V současné době by jeden litr e-paliva stál přibližně 4,50 euro.
Motto zní „Electrification first“, především také v silniční dopravě.
9. Kolik vodíku bude v Německu v budoucnosti potřeba?
Německá národní spotřeba se momentálně pohybuje mezi 55 a 60 terawatthodinami ročně. Tvoří ji téměř výlučně šedý vodík z plynu a ropy, tedy takový, který klima velice poškozuje. Následující grafiky znázorňuje scénář výroby a spotřeby, přičemž cílem je klimatická neutralita v roce 2045. Podle tohoto scénáře by Německo v roce 2030 potřebovalo 63 terawatthodin vodíku, tedy jen o něco málo více, než dnes. Do roku 2045 by poptávka vzrostla na 265 terawatthodin ročně. V roce 2030 scénář počítá s mixem zeleného a modrého vodíku. Ale do roku 2045 by zelený vodík ten modrý zcela nahradil.
Spotřeba (zeleného) vodíku by byla větší než množství, které lze v Německu vybit. Německo je relativně hustě osídlenou zemí a také tam slunce nesvítí celý rok. To omezuje kapacity větrné a solární energetiky. Od roku 2030 by se proto musely dvě třetiny potřebného vodíku dovážet.
10. Na co je potřeba si dát při dovozech vodíku pozor?
Z fyzikálního hlediska mají pro výrobu zeleného vodíku dobré podmínky země, které disponují dostatečnou rozlohou, sluncem a větrem. Jedná se převážně o země tzv. globálního Jihu. Když se těchto zemích bude ve velkém vyrábět (zelený) vodík na vývoz, hrozí nebezpečí, že to bude mít negativní vliv na lidi a přírodu exportujících zemí. Na elektrolýzu je například zapotřebí velké množství vody. V slunečných zemích globálního Jihu je však voda většinou vzácným zdrojem. Muselo by se zajistit, aby tam – i přes výrobu vodíku – bylo zaručeno bezpečné zásobování pitnou vodou. Totéž platí i pro ekologickou elektřinu. Zařízení na výrobu ekologické elektřiny by musela míst dostatečný výkon, aby se udržitelně pokryla místní spotřeba i výroba zeleného vodíku. Lidé a ekonomika by měli celkově z vodíku trvale profitovat.
Pro dovoz vodíku dosud neexistují závazná pravidla. Proto mají Německo a Evropa nyní příležitost jít příkladem a svou tržní silou prosadit přísné a kontrolovatelné standardy. Soubor pravidel spojených s robustními sankcemi by mohl přispět k tomu, aby se z vodíku stal skutečně udržitelný, globální projekt: sociálně spravedlivý, ekologický a ekonomicky úspěšný.
Z německého originálu přeložila Kateřina Sitařová.
Originální německý a anglický text je součástí dossieru o zeleném vodíku: https://www.boell.de/en/green-hydrogen
Video recording of the "Introduction to Hydrogen #1 - Production and application climate-friendly hydrogen" on October 13, 2021.
#1 Herstellung und Anwendung von klimafreundlichem Wasserstoff (1/2) - Heinrich-Böll-Stiftung
Watch on YouTube
Video recording of the "Introduction to Hydrogen #2 - Political framework for climate-friendly hydrogen" on October 14, 2021.
This article first appeared here: www.boell.de
