Německo to myslí se syntetickými palivy vážně
Letos v březnu založená německá „Technologická platforma PtL“ (Power to Liquid) poskytuje letitému výzkumu průmyslové výroby paliv na bázi elektřiny Německého střediska pro letectví a kosmonautiku DLR pevné základy. Výzkum a vývoj syntetických paliv tak dostává u našich sousedů oficiální státní punc – nejedná se už jen o nějakou firemní iniciativu – například Porsche a dalších – ale o technologický trend, podporovaný státem.
Paliva na bázi elektřiny - známá také jako e-paliva nebo paliva na bázi elektřiny (PtL) - mohou v budoucnu významně přispět k tomu, aby odvětví energetiky, mobility a průmyslu byla skutečně kompatibilní s klimatem a životním prostředím.
Pro dosažení ambiciózních unijních i německých cílů v oblasti ochrany klimatu v silniční a lodní dopravě jsou vedle alternativních pohonů a všech dalších možností zlepšení nezbytná e-paliva. V letecké dopravě neexistuje žádná jiná blízká alternativa, zejména u dálkových letů. Emise CO2 v Německu mají být do roku 2030 sníženy o 65 % a kompletní klimatické neutrality má být dosaženo do roku 2045. Syntetická paliva představují nejúčinnější a zároveň nejrychlejší řešení k dosažení těchto cílů, protože mohou využívat mnohé stávající a spolehlivě fungující části současné infrastruktury tzv. fosilních paliv i stávající dopravní prostředky.
Za účelem výzkumu a vývoje technologií pro výrobu e-paliv v průmyslovém měřítku byla DLR pověřena na základě výhry výběrového řízení realizací projektu Technologické platformy PtL (TPP). K nastartování plánovacího projektu obdrží DLR od Spolkového ministerstva digitalizace a dopravy pro začátek 12,7 milionu eur tedy zhruba 300 milionů korun. Schválení hlavního projektu TPP a oznámení dalších finančních prostředků pro DLR na pozdější realizační fázi budou oznámeny na konci roku 2023. Celkovým koordinátorem německého projektu e-paliv je národní organizace NOW GmbH, která původně vznikla jako platforma pro koordinaci vodíkových technologií a později se rozšířila na obor e-mobility a klimaticky šetrné energetiky. Nositelem projektu je VDI/VDE Innovation und Technik GmbH. Jako organizace projektového managementu, servisu a poradenství je tato společnost prostředníkem mezi politikou a administrativou, podnikáním a výzkumem. Jedná se o společný podnik svazu německých inženýrů VDI a svazu elektrotechniky, elektroniky a informační techniky VDE.
DLR činí s pomocí nové technologické platformy rozhodující krok k rozvoji technologií pro masovou průmyslovou výrobu e-paliv. Cílem projektu je rychle překonat mezeru mezi vývojem a uvedením e-paliv na trh.
Obr. 1. Vizualizace DLR: pomocí „Technologické platformy PtL“ (TPP) překlenuje DLR propast mezi výzkumem a průmyslovou výrobou paliv na bázi elektřiny.
DLR není žádným nováčkem v oboru syntetických paliv. Už v roce 2020 zveřejnil zásadní dokument „Zero Emission Aviation“, ve kterém líčí perspektivu letectví do roku 2050 včetně elektrických bateriových a vodíkových i hybridních pohonů. „Paliva na bázi elektřiny jsou naší nejlepší možností, jak rychle a výrazně snížit dopad dálkových letů na klima a životní prostředí. Známe cestu, jak toho dosáhnout, a nyní začínáme přenášet potřebné technologie z laboratoří do průmyslového využití. Technologická platforma PtL je zásadním milníkem pro rozvoj syntetických paliv a dosažení úspor z rozsahu. Přispěje k zajištění budoucnosti průmyslu a mobility v Německu i v Evropě," uvedla Prof. Dr.-Ing. Anke Kaysser-Pyzalla, předsedkyně představenstva DLR. Zvláště u dálkových letů je použití elektrického pohonu zatím vyloučeno z hlediska hmotností baterií. Také vodíkový pohon by vyžadoval velké nádrže na vodík, což aktuálně rovněž není reálné.
Oliver Luksic, parlamentní státní tajemník Spolkového ministerstva digitalizace a dopravy, vysvětlil: „Abychom mohli pokročit na cestě k rozšíření e-paliv na trhu, potřebujeme soustředěné know-how z teorie i praxe, z vědy i průmyslu. Za tímto účelem spoléháme nejdříve na demonstrační platformu v poloprůmyslovém měřítku. Na ní mohou účastníci celého hodnotového řetězce ruku v ruce pracovat na rozšiřování a optimalizaci technologie e-paliv. Jsem rád, že se nám podařilo získat v DLR síťového a zkušeného výzkumného partnera, který demonstrační platformu zřídí jako rozsáhlé výzkumné zařízení a zpřístupní ji třetím stranám."
Zatím největší výzkumné zařízení na výrobu e-paliv na světě
TPP se jako most mezi výzkumem a průmyslovou výrobou bude skládat ze dvou navazujících částí: ve výzkumné části zařízení bude DLR testovat nové technologie a postupy s dalšími aktéry z vědy a průmyslu. Za tímto účelem budou výzkumníci provádět podrobné vědecké analýzy a optimalizovat jednotlivé komponenty. Demonstrační část se zaměří na kampaňový provoz poloprůmyslového zařízení na výrobu e-paliv s kapacitou až 10 000 tun ročně. Aktuálně by se tak TPP stala největším výzkumným zařízením v oblasti e-paliv na světě. Pro demonstrační linku je plánována modulární struktura. To umožní testovat a porovnávat různé výrobní metody a pro ně potřebné technologie a komponenty z hlediska jejich praktické vhodnosti. To je obzvláště důležitý krok. Koneckonců ne vše, co funguje v malém měřítku v laboratoři, lze jednoduše postavit větší pro průmyslovou výrobu.
Obr. 2. Profesor Manfred Eigner – vedoucí projektu Technologická platforma PtL na DLR, dlouholetý ředitel Institutu pro spalovací techniku DLR ve Stuttgartu. (Foto: DLR)
Zaměření na celý procesní řetězec
Rozsah témat TPP sahá od obnovitelných zdrojů energie jako zdroje paliv na bázi elektřiny až po certifikaci a předvádění využití těchto paliv. Projekt vychází z komplexních odborných znalostí DLR v celém procesním řetězci a z jeho dlouholetých zkušeností v těchto oblastech: od návrhu paliv, tj. vývoje paliv s maximálním výkonem a minimálním dopadem na klima a životní prostředí, přes technicko-ekonomický výzkum a vývoj výrobních procesů a začlenění paliv na bázi elektřiny do celkového energetického systému až po aplikaci a měření emisí, například pomocí speciálních výzkumných letadel DLR.
Cílený design paliva snižuje i jeho dopady, nespojené s emisemi CO2
Paliva na bázi elektřiny mají potenciál nejen ušetřit velké množství CO2, ale také výrazně snížit další dopady. Mezi ně patří emise oxidů dusíku, sazí nebo vodní páry. V letectví jsou v současné době tyto sekundární dopady, nesouvisející s CO2, přibližně dvakrát vyšší než dopad vypouštěného CO2 na klima. Například částice sazí a vodní pára mohou v atmosféře způsobovat tzv. kondenzační čáry, které mají dodatečný oteplovací účinek. „Paliva na bázi elektřiny nabízejí v této souvislosti ještě jednu výhodu: takzvaný ‚design paliva.‘ To znamená, že můžeme optimalizovat chemické složení těchto paliv tak, aby například při spalování nevznikalo více sazí nebo jemného prachu. Tím se také zlepšuje kvalita ovzduší," shrnuje vedoucí projektu TPP profesor Manfred Aigner z Institutu spalovací techniky DLR ve Stuttgartu.
Co jsou paliva na bázi elektřiny?
Paliva na bázi elektřiny - nazývaná také e-paliva - jsou kapalná paliva. K jejich výrobě se používá CO2, například ze vzduchu nebo z biomasy, a zelený vodík, který se získává elektrolýzou. Pokud je použitá elektřina vyráběna z obnovitelných zdrojů, jako je větrná nebo solární energie, jsou takto vyrobená paliva klimaticky neutrální. To znamená, že se při jejich spalování uvolňuje pouze tolik CO2, kolik bylo předtím vázáno při jejich výrobě.
Obr. 3. Výzkumný letoun DLR- Falcon 20E provádí měření v proudu výfukových plynů Airbusu A350. DLR zkoumá se svými partnery již mnoho let možností snížení emisí, například sazí, i klimatických vlivů kondenzačních čár, které s jejich pomocí vznikají. (Foto: DLR)
V dlouhodobém horizontu bude mnoho odvětví mobility závislých na velkém množství kapalných zdrojů energie. Patří mezi ně zejména letecká a lodní doprava, ale také nákladní vozidla, která nelze snadno elektrifikovat, protože jsou těžká a musí překonávat velké vzdálenosti.
K dalším výhodám e-paliv patří snadná přeprava, distribuce a skladování z velké části s využitím stávající infrastruktury a vozidel, letadel a lodí bez nutnosti velkých technických úprav.
Naléhavé úkoly při dalším vývoji syntetických paliv
Optimalizace chemického složení a tedy dosažení požadovaných vlastností syntetického paliva a dále výrazné snížení nákladů výroby představují dva hlavní okruhy pro další vývoj. Syntetické palivo pro letectví - Sustainable Aviation Fuel (SAF) - musí splňovat požadavky na palivo určené pro dálkové lety, na dostatečně nízkou teplotu mrznutí a na co nejdelší skladování při minimalizaci dopadů na klima a životní prostředí. Už při dosavadním testování 100procentního syntetického paliva v leteckých motorech bylo zjištěno, že jejich emise vykazují jen asi čtvrtinu sazí, polovinu jemného prachu a nulový kysličník siřičitý, což je dobrá zpráva i pro pozemní personál letišť.
V Německu se spotřebuje ročně okolo 9 milionů tun leteckého paliva a dalších více než 50 milionů tun tekutých paliv.
Jaké jsou nevýhody paliv na bázi elektřiny?
Profesor Eigner odpovídá: „Nejvýznamnější nevýhodou je cena. Výroba paliv na bázi elektřiny z obnovitelných zdrojů bude vždy dražší než výroba fosilních paliv. Regulační opatření, jako je emisní daň z CO2, mohou zvýšené náklady na e-paliva alespoň částečně kompenzovat. Kromě toho se dá při výrobě stále dosahovat mnoha zvýšení její účinnosti. Lepší a větší výrobní zařízení rovněž přispívají k hospodárnější výrobě, a tím ke snížení nákladů na e-paliva.
Obr. 4. Pilotní projekt plně automatické výroby syntetické nafty (SynCrude) společnosti „atmosfair“ v dolnosaském Werlte s kapacitou 350 tun ročně. Z této suroviny se pak v konvenční rafinérii vyrábí syntetický klimaticky neutrální letecké palivo SAF - Sustainable Aviation Fuel. Foto: Siemens
Řešení i pro automobilovou dopravu
Využívání e-paliv má smysl i v automobilové dopravě: v Německu je v současné době registrováno téměř 50 milionů osobních automobilů. Bude trvat desítky let, než bude celý vozový park osobních automobilů převeden na vozidla na baterie nebo vodíkové palivové články. K dosažení klimatických cílů ve stanoveném časovém horizontu je proto nezbytné obojí: palivo na bázi elektřiny i alternativní pohonné systémy.
A co říci skeptikům?
„Předložili jsme všechny jednotlivé důkazy na to, že syntetická e-paliva jsou technicky realizovatelná, provozně bezpečná, že prospívají leteckému provozu, chrání klima a životní prostředí, že existují energetické zdroje k jejich výrobě. Ukázali jsme také, jak v zásadě vypadají potřebné technologické procesy. A nyní je musíme realizovat, a to co nejrychleji, protože klima na nás nepočká,“ shrnuje profesor Eigner.
Zdeněk Fajkus
Pramen: DLR
Zdroj: časopis CzechIndustry 2/203, který vychází tento měsíc
Obr. Malý. Závodní vůz Toyota GR Supra GT4 s výkonem 450 PS poháněný výhradně syntetickým palivem skončil letos na 46. místě mezi 136 startujícími slavného vytrvalostního závodu 24 hodin Nürburgring – na nejtěžší závodní trati světa. Výrobcem syntetického paliva je v tomto případě Chemieanlagenbau Chemnitz (CAC) ve spolupráci s Technickou univerzitou Freiberg. Jejich zařízení má teoretickou kapacitu jednoho milionu tun e-paliva ročně. Foto: Griesemann Gruppe by TR Team
.jpg)
