Evropská unie se během německého předsednictví definitivně připojila k trendu zavádění vodíkového hospodářství, a to krátce po zveřejnění německé Národní vodíkové strategie. Evropská komise uveřejnila 8. července 2020 plán „Vodíkové strategie EU“ spolu s „EU-strategií integrace energetických systémů“. Veřejnou proklamací unijní vodíkové strategie se pak stal „Hydrogen Week“ koncem listopadu, který na internetu sledovaly tisíce zájemců ze čtyřiceti zemí světa. Vodík by v celé EU mohl výrazně podpořit dekarbonizaci průmyslu, dopravy, výroby elektřiny a vytápění budov. Unie má zřetelně našlápnuto ke svému cíli stát se světovým lídrem ve vodíkových technologiích. Snadné to však nebude.
Strategie hovoří o tom, jak může být potenciál vodíkových technologií uvolněn pomocí potřebných investic, regulací, vytvoření řádného trhu i podpory výzkumu a inovací.
Přechod k vodíkovému hospodářství má probíhat v postupných krocích:
● 2020-2024: zřízení elektrolyzérů v EU k výrobě vodíku bez emisí CO2 s celkovým výkonem nejméně 6 GW a produkcí až 1 mil. tun zeleného vodíku ročně. Současná roční světová výroba převážně ‚šedého‘, tedy z fosilních surovin vyrobeného vodíku činí cca 50 mil. tun. Aktuálně jsou již v EU instalovány elektrolyzéry s celkovou kapacitou 1 GW.
● 2025-2030: vodík se stane podstatnou částí integrovaného energetického systému EU, celkový výkon elektrolyzérů k výrobě vodíku bude zvýšen na 40 GW a produkce vodíku stoupne na 10 mil. tun. Širší využívání vodíku proběhne v ocelářství, silniční nákladní, železniční a námořní dopravě.
● 2030-2050: masivní nasazení technologie výroby zeleného vodíku a aplikace ve velkém měřítku zejména do všech sektorů, v nichž je obtížná dekarbonizace klasickými prostředky.
K podpoře strategie založila EK „Evropskou alianci čistého vodíku“ spolu se zástupci průmyslu, občanské společnosti, ministrů na národní a zemské úrovni a Evropské investiční banky. Česká republika se stala zakládajícím členem této aliance. Další podporou budou společná opatření v oboru technických norem, názvosloví, certifikace, právních předpisů, koordinované daňové politiky EU. Cílem je dosažení maximální důvěry investorů ve spolehlivost a dlouhodobost rámcových podmínek. EK bude ve velkém měřítku podporovat zavádění potřebných opatření zvláště pomocí plánu výstavby „Next Generation EU“. Odhaduje se, že by vodíková strategie mohla přinést do roku 2050 až milion nových pracovních příležitostí. Podle odhadu analytiků by bezemisní zelený vodík mohl do roku 2050 pokrývat zhruba čtvrtinu světových energetických potřeb.
Vodík se hodí hlavně k dekarbonizaci sektorů, které jsou obtížně elektrifikovatelné. Jako příklad lze uvést ocelářství a těžkou silniční, železniční i vodní dopravu. Pomocí zeleného vodíku by bylo možno nahradit nebo snížit také spotřebu fosilního ‚šedého vodíku‘ při výrobě čpavku a metanolu v rafinériích. U letecké dopravy je zelený vodík vhodnou surovinou pro výrobu syntetického kerosinu.
Miliardové dotace
Jedním z vystupujících na „Hydrogen Week“ byl výkonný víceprezident EK, příslušný pro Green Deal Frans Timmermans, který také poznamenal, že je právě jeho zásluhou, že Evropská komise vodíkové hospodářství zařadila mezi svoje priority. Hodlá ho podporovat dokonce už i miliardami eur z Fondu obnovy v rámci programu rekonvalescence hospodářství unie, postiženého pandemií. „Vodíkové hospodářství může být motorem růstu k překonání hospodářských škod, které napáchal Covid-19,“ uvedl viceprezident.
EU zjevně vkládá do vodíkového hospodářství tolik nadějí, že člověka automaticky napadne otázka jak, kdy a zda to vodík skutečně dokáže a kolik to bude stát peněz. Jedná se totiž o velmi komplexní téma, se kterým nemá v plném rozsahu a v celostátním měřítku zatím zkušenosti žádná země světa. Navíc je možné, že ani masivní unijní dotace do vodíkových technologií nestačí v dohledné době k dosažení konkurenceschopnosti vodíkových technologií. Také proto budou levnější konkurenční – fosilní technologie – postupně stále více finančně i jinak znevýhodňovány zaváděním ekologických daní, zpřísňováním předpisů (automobilový průmysl) a podobně, což se už vlastně děje. Může tedy docházet k cenovým anomáliím na trhu, podobně jako u Energiewende.
Obr. V době zveřejnění vodíkové strategie EU ještě zbývaly k vyřešení témata, označená červeným křížkem
EU se může stát ve vodíkových technologiích světovým lídrem
EU již několik let systematicky podporuje výzkum a inovace v oboru vodíkových technologií i při testovacích projektech v praxi – hlavně pomocí své organizace FCH JU (The Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking). Tak již dosáhla slušného náskoku u elektrolyzérů, vodíkových plnících stanic a velkých vodíkových palivových článků. Vodíková strategie EU se bude dále prohlubovat a rozšiřovat tento náskok na další části velmi komplexního dodavatelského řetězce vodíkového hospodářství při souběžném rozvíjení mezinárodní vodíkové agendy EU.
Mezinárodní dimenze je předpokladem
Spolupráce na regionální, bilaterální i mezinárodní úrovni je jedním z hlavních předpokladů úspěšnosti celé strategie EU. Není žádnou náhodou, že si EU všimla vodíku jako vhodné náhrady za fosilní energetické zdroje a nosiče. Už před čtyřmi léty vyhlásilo Japonsko svou národní strategii vodíkového hospodářství, představenou mimo jiné na Světové vodíkové technologické konferenci v Praze v roce 2017. Následovaly Jižní Korea, Austrálie a v EU pak Francie, Německo, Španělsko, Švédsko, Portugalsko. Svoje vodíkové strategie chystají také Kanada, Čína, Rusko a ČR. Vodíkové pilotní projekty jsou podporovány v USA, Brazílii a Indii.
Vzhledem ke svým přírodním podmínkám jsou vhodnými zdroji zeleného vodíku nejen jižní členské země EU, ale také blízcí sousedé jako Tunisko, Maroko nebo Turecko. O dodávky zeleného vodíku pro EU projevily zájem i Austrálie, Chile, Čína a další vzdálené země. Už se vyrábějí lodě na přepravu tekutého vodíku. Doprava a zpracování vodíku přinášejí nutnost vybudovat rozsáhlá zařízení a nové dopravní prostředky resp. infrastrukturu. S tím spojené nutné změny skupenství vodíku způsobují energetické ztráty, které je zapotřebí brát v úvahu při hodnocení celkové efektivnosti systému.
Pro některé členy EU zvláště lákavé
Pro některé země Evropské unie je zavádění vodíkového hospodářství téměř darem z nebes. Nizozemsko zhruba šedesát let profitovalo z těžby vlastního zemního plynu, ale po sérii indukovaných zemětřesení v souvislosti s touto těžbou a rozsáhlých škodách na budovách, se v roce 2018 usnesl nizozemský kabinet na postupném snižování těžby, až do roku 2030, kdy definitivně skončí. Zároveň Nizozemci usilovně hledali nějakou náhradu. Teď ji tedy - zdá se – konečně našli ve vodíku, jehož jsou nadšenými podporovateli. Ideální podmínky Nizozemska – větrné pobřeží Severního moře a tedy i občasné velké přebytky obnovitelné elektřiny z větru se příhodně doplňují s ještě energeticky hladovějším obřím sousedem – Německem. Spolková vláda už jasně deklarovala, že počítá s obrovskými importy vodíku hlavně z Nizozemska.
Tabulka: Dynamiku rozvoje vodíkového hospodářství EU lze ilustrovat na příkladu nejlidnatější spolkové země Severního Porýní-Vestfálska (NRW) pro cílové roky 2025 a 2030
Německo má také výborné podmínky pro rozvoj vodíkového hospodářství: zejména skvělou infrastrukturu potrubí zemního plynu (částečně použitelné i pro přepravu vodíku resp. syntetického metanu) a již existující infrastrukturu vodíkových potrubí, která už existuje například v Severním Porýní Vestfálsku. Jejich dalším rozvojem se může přinejmenším částečně vyřešit také problém výstavby dálkových vysokonapěťových elektrických přenosových sítí ze severu Německa s větrnými elektrárnami s přebytkem elektřiny z OZE na průmyslový jih Německa v rámci Energiewende. Ty vyvolávají značné emoce mezi obyvatelstvem a navíc jsou obrovskou investicí. Podstatně levnější a neviditelné podzemní plynové potrubí o průměru 1200 mm je schopno transportovat tolik energie, jako 8 paralelních vysokonapěťových vedení – tedy osm obřích sloupů vedle sebe, každý s přenosem po cca 3 GW.
K tomu ještě disponuje Německo právě na severu u nizozemských hranic obrovskou kapacitou podzemních jeskyní, které již dávno široce využívá pro skladování strategických zásob ropy a zemního plynu. První větší německý zkušební projekt ukládání vodíku do podzemní kaverny se nachází krátce před spuštěním.
Zelený vodík v centru pozornosti
Do vodíku s jeho mnohostranným využitím – zejména jako nosiče energie s možností její akumulace a dále výroby syntetických paliv na bázi vodíku (Power-to-X) jsou vkládány naděje zejména při propojování sektorů a dekarbonizaci celých odvětví – například výroby cementu nebo oceli.
I když základem vodíkové strategie je prioritně tzv. ‚zelený vodík‘ (vyrobený elektrolýzou s pomocí elektřiny z OZE), zpočátku budou ještě brány na milost i další formy vodíku s méně emisemi při výrobě. Tedy ‚modrý vodík‘, sice z fosilního zemního plynu, ale s ukládáním CO2 do podzemí (CCS) nebo ‚tyrkysový vodík‘, vyráběný tepelným štěpením metanu, přičemž místo CO2 vzniká jako odpad pevný uhlík.
Vysoká výrobní cena zeleného vodíku
Kritici vodíkových technologií se zaměřují zejména na značnou technickou náročnost, vysokou cenu a velké ztráty energie při převádění vodíku mezi jednotlivými formami skupenství (plynné/tekuté) a energie (elektřina/vodík/elektřina). K tomu je ale možné podotknout, že lidstvo už s vodíkem v průmyslu má více než stoletou zkušenost. Potřebné základní technologie dopravy a skladování jsou tedy k dispozici a budou dále rozvíjeny. Vysoká cena – např. aktuální v podstatě ‚umělá cena vodíku‘ ve veřejných čerpacích stanicích pro silniční vozidla v Německu okolo 9,5 €/kg – bude postupně klesat s rostoucí konkurencí a stoupajícím množstvím zeleného vodíku na trhu. Výrobní cena zeleného vodíku 2,5 až 5,5 €/kg je zatím nekonkurenceschopná vůči výrobní ceně nejběžnější produkce šedého vodíku ze zemního plynu v EU (1,5 €/kg bez přihlédnutí k nákladům na CO2) a modrého vodíku (cca 2 €/kg). Ceny zeleného vodíku se ale budou snižovat. Například ceny elektrolyzérů klesly za posledních deset let o zhruba šedesát procent a další pokles jejich cen o polovinu se očekává do roku 2030.
Na druhé straně si rozsáhlé přebudování a vybudování výrobních, skladovacích, dopravních a distribučních kapacit vodíku vyžádají obrovské investice, které se nutně promítnou do cen energie. Německo už má dnes pravděpodobně nejvyšší cenu elektřiny pro domácnosti mezi vyspělými zeměmi a míra trpělivosti jeho obyvatel není bezmezná.
Část kritiky ztrácí zdůvodnitelnost
Často kritizované energetické ztráty při dopravě, skladování a zpracování vodíku ztrácejí na svém významu s rostoucím množstvím nadbytků obnovitelné energie. Pokud se totiž například přebytečná větrná elektřina v Německu nezpracuje elektrolýzou na vodík, (nebo neprovede jiná forma akumulace energie), musí se povětšinou vyvézt do zahraničí, mnohdy za ztrátové ceny. Nebo se dokonce „úředně“ zastaví její produkce a provozovateli větrných turbín se přesto platí, jako by dál vyráběl obnovitelnou elektřinu. Během jednoho dne tak mohou být jen v Německu zaplaceny desítky milionů eur za „pomyslnou elektřinu“, která mohla být, ale nikdy nebyla vyrobena, protože by došlo k přetížení sítí.
Bude zapotřebí více elektřiny z OZE
Předpokladem zdárného rozvoje vodíkové strategie a dostatečné výroby zeleného vodíku je další silné rozšíření výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů, zejména z větru. Ale možnosti jsou omezené. Na pevnině již má Německo instalováno okolo 30 tisíc větrných turbín a vstřícnost obyvatelstva k dalším projektům se postupně vytrácí. V německém pobřežním šelfu Severního moře už je postaveno okolo 1 500 větrných turbín, ale hovoří se o nutnosti až zpětinásobit současné off-shore kapacity. To nebude jednoduché ani technicky – jedna turbína představuje zhruba 1700 tun betonu, oceli, umělých hmot a dalších surovin. Recyklace starých větrných elektráren je složitá a drahá. Klimatičtí aktivisté zatím k těmto otázkám převážně cudně mlčí – jak dlouho ještě?
Další problém je nečekaně avízován z Kalifornie. Tamní uživatelé vodíkových palivočlánkových aut narážejí na nedostatečnou kapacitu vodíkových čerpacích stanic, před kterými se občas tvoří dlouhé fronty. I v Česku jsou plánovány vodíkové plničky s kapacitou pouhých zhruba 10 autobusů a 30 osobních aut denně. Vodíková auta tak přinejmenším lokálně přicházejí o jednu ze svých hlavních výhod oproti bateriovým elektromobilům – rychlé tankování. Dovedeme si představit podobnou situaci v celoevropském měřítku?
Odborná diskuze by měla pokračovat
Alternativ je mnoho a velmi by prospěla široká odborná diskuze, zbavená pokud možno ideologických, zájmových a jiných nánosů. Za těchto okolností asi také nebude moudré zbavit se nenávratně fosilních a jaderných energetických zdrojů, které jsou v některých zemích stále důležitými součástmi energetického mixu. Jinak se pouštíme do těžko odhadnutelného rizika.
Při rozumném postupu má vodíkové hospodářství neobyčejný potenciál. Přílišný spěch, politický a ideologický nátlak ale mohou způsobit i ‚vodíku‘ více škody než užitku.
Zdeněk Fajkus
Zdroj: CzechIndustry 4/2020