ROZHOVOR: Kolem roku 2055 bychom mohli mít v ČR plnohodnotné vodíkové hospodářství

S Josefem Dohnalem, analytikem EGÚ Brno, jsme si povídali o současných způsobech využití vodíku zejména v energetice, úskalích přeměny plynárenské soustavy na vtláčení vodíku i možnostech České republiky při přechodu na ekologičtější zdroje energie.

Josef Dohnal, EGÚ Brno

V příštím roce mají vzniknout první vodíkové čerpací stanice v ČR, vnímáte to jako startovní čáru pro širší využití vodíku u nás, nebo je to jen špička ledovce a v plánu jsou mnohem sofistikovanější věci? 

Výstavba vodíkových stanic je správným krokem vpřed obzvláště proto, že oproti bateriovým elektromobilům je segment vodíkem poháněných aut pozadu z hlediska přístupu k infrastruktuře. Ti, kdo jsou kritičtí k bateriovým autům, se konečně dočkají alternativy. Jedno české rčení říká, že kdo chce chovat opici, musí mít na banány; ale ty banány musejí být nejdříve dostupné. A jak se zdá, opravdu konečně už budou k dispozici. A je to dobře, vždyť i největší automobilka světa – Toyota – je k elektrickému pohonu s bateriemi skeptická a vsází na vodík jako na „akumulátor“ budoucnosti. 

Proč rozvoj vodíku není rychlejší? Je to vysokými náklady?

Nepříznivá je relativně vyšší pořizovací cena vodíkového elektromobilu oproti spalovacím vozům, která bude alespoň tady u nás v ČR zásadní bariérou pro rychlejší rozšíření počtu těchto vozů. Cena vodíkem poháněného auta a bateriového se přitom od sebe nemusí lišit – jedná se zhruba o 1,6 milionu korun. Z mého pohledu je vodíkový typ pohonu smysluplnější. Vodíkové palivové články EU preferuje pro budoucí pohon lodí a vlaků v případech, kde by elektrizace stávajících tratí byla příliš nákladná. První takové vlaky již jezdí v Německu, přibudou v Rakousku a Francii. Budoucnost letecké dopravy bude pravděpodobně také spojena s palivy na vodíkové bázi. Upozaděný, jakožto alternativa k vodíku a bateriím, je čpavkový pohon. Zápas o místo na slunci začal, bateriová vozidla vedou.

Potrubí k distribuci vodíku, zdroj: EGÚ Brno

V EGÚ se věnujete možnostem vtlačení vodíku do plynárenské soustavy, co by to v praxi znamenalo?

Vtláčení vodíku do plynárenské soustavy je vnímáno jako cesta, kterou by se měl sektor energetiky vydat hned ze dvou důvodů – jednak jde o způsob uložení energie, ale také o transformaci sektoru plynárenství ve smyslu výměny fosilního plynu za obnovitelný. Plynárenská infrastruktura bude plnit jakousi roli „akumulátoru“, zároveň plyn v soustavě může mít „zelený“ původ. Je zde řeč o technologii P2G (power to gas). V době, kdy je spotřeba elektřiny výrazně nižší než výroba a kdy nelze elektřinu exportovat či jinak lokálně využít, pak je vhodné hledat jiný způsob akumulace, než jsou bateriová úložiště, jejichž kapacity by musely být enormní. 

A co konkrétně by to tedy obnášelo?

Po praktické stránce je třeba zajistit přísun potřebného množství upravené vody pro elektrolýzu, samozřejmě zdroj elektřiny pro elektrolyzér a kromě potřebného řídicího, komunikačního systému a bezpečnostních prvků je pak potřeba vyrobený vodík v kompresoru komprimovat, aby na výstupu z kompresoru dosáhl přetlaku oproti plynárenské soustavě. Vyrobený plyn v místě předávky do soustavy je třeba „změřit“, tedy zjistit jeho množství, složení (kvalitu) a spalné teplo. Na normativní a legislativní úrovni je třeba provést novelizaci patřičných zákonů, vyhlášek a norem v plynárenství. Ty vodík totiž zatím neznají. Tím problém uvedení vodíku nekončí – přizpůsobení na vodík je potřeba provést i u provozovatelů plynárenské infrastruktury a konečných zákazníků.

Vodík už jsme v naší potrubní soustavě kdysi měli

Jak se přizpůsobí stávající infrastruktura distribuci vodíku? Jaké odhadujete náklady na pokrytí například krajských měst? 

Pro plynárenské podniky a zákazníky je stěžejní koncentrace vodíku v zemním plynu, neboť ten se nyní v plynovodech de facto nevyskytuje – vzniká leda ve velmi nízkých koncentracích nahodile jako výsledek chemické interakce mezi sloučeninami nacházejícími se v zemním plynu. 

Technologie P2G (power 2 gas), zdroj: Uniper

Přitom vodík už kdysi v naší soustavě přítomen byl. Éra svítiplynu, ve kterém byl vodík zastoupen okolo 40 %, skončila v ČR v roce 1996. Soustava v ČSSR byla posléze konvertována ze svítiplynu na zemní plyn, což si vyžádalo nutnost úprav na soustavě i na spotřebičích u koncových zákazníků. Avšak, z mého pohledu, původní záměna svítiplynu za zemní plyn je mnohem přívětivější než v opačném procesu.

Proč tomu tak je? Co takové komplikace způsobuje?

Při záměně svítiplynu za zemní plyn máme k dispozici potrubí o větších dimenzích, než by bylo potřebné. V opačném procesu, kdy měníme metan za vodík, je tomu naopak a máme k dispozici nižší světlosti, než by bylo vhodné. Pokud bychom tedy imaginárně nyní vyměnili zemní plyn za vodík, pak by se sice tlakové úbytky na plynovodech dramaticky nezměnily, ale výrazně by narostla rychlost toku v potrubí, což by se patrně promítlo do vyšší míry mechanického namáhání pláště potrubí. Aby plyn tekl potrubím pomaleji, musela by se buď zvětšit světlost potrubí, nebo by plyn musel být více komprimován a provozní tlaky v soustavě by se razantně navýšily, což může být nepřípustné s ohledem na pevnost používaných materiálů.

Stanovit míru nutných investic je velmi těžké – závisí totiž na požadované koncentraci vodíku v soustavě. Zároveň musí být soustava bezpečně provozována. Obecně spotřebiče podle principu, na kterém pracují, jsou více či méně citlivé na změnu složení zemního plynu.

Vzhledem k nákladům na úpravu plynárenské soustavy není jednodušší a efektivnější vybudovat novou, moderní infrastrukturu? 

Odhady nasvědčují tomu, že od určité hranice koncentrace tomu tak skutečně je – nemyslím tím ale výstavbu paralelní soustavy k zemnímu plynu. Smysluplné a ekonomické je postupovat tak, že soustava na zemní plyn bude postupně nahrazována vodíkovou. Odhady mluví o tom, že výstavba paralelní vodíkové soustavy by byla investičně asi 3krát náročnější.

Každopádně řada zahraničních společností se již nyní orientuje na čistě vodíkové hospodářství – tj. úplnou transformací, počínaje výrobou, přepravou, distribucí i spotřebou vodíku. Za zmínku stojí relativně čerstvý projekt HYPOS. V Bitterfeldu v Německu zdejší distribuční společnost Mitnetz Gas zprovoznila „vodíkovou vesničku“, a ano, zdejší skromná infrastruktura jede čistě na vodík, k distribuci paliva slouží asi 1,2 km dlouhý vodíkovod. Komplexní výsledky pilotního provozu by měly být k dispozici v roce 2021. V Holandsku (Zeeland) je od loňska v provozu 12 km dlouhý vodíkovod a malá množství vodíku se zde do distribuční soustavy již vtláčejí. Evropa, především pak zmiňované Holandsko, již o vodíkové infrastruktuře mluví s naprostou vážností. Chtějí ji mít připravenou k roku 2030. Energii k elektrolýze budou poskytovat větrné off-shore elektrárny.

Příležitostí pro firmy i náklady pro domácnosti

Pokud by šel vodík distribuovat plynárenskou soustavou, jaké nové příležitosti by se naskytly firmám? 

Pokud se podíváme na „palivový“ řetězec firem, pak jde o společnosti zaměřující se na zpracovávání fosilních paliv. A samozřejmě všechny s tím spjaté potřeby – firmy provádějící revizní činností, výrobci spalovacích spotřebičů, vodíkových článků, výzkumné ústavy, automobilky atd. Právě tyto firmy by mohly po vodíku začít, lidově řečeno, pošilhávat. Nebo mu alespoň věnovat pozornost, protože vodík se s velkou pravděpodobností v soustavě objeví. 

Ten, kdo s ním bude umět pracovat, bude mít velkou konkurenční výhodu. V zahraničí se proto již řada podniků připravuje na den, kdy se jim vodík v technologickém zařízení objeví. A podle toho postupují při obnově hmotného majetku – požadují od dodavatelů, aby vodík nebyl překážkou. 

Automobily na vodík, zdroj: UCSUSA.org

A jak na tom budou domácnosti? 

Drtivá většina lidí v produktivním věku nebude ochotna se neúměrně zabývat provozem svých energetických zařízení, která jim v domácím prostředí fungují komfortně a „tiše“. Jak budou domácnosti v budoucnosti fungovat energeticky, do toho bude promlouvat environmentální politika čím dál více, ale jakou roli by v tom mohl hrát vodík?

Japonsko se po Fukušimě vrhlo dravěji právě na vodík a Evropa, zdá se, bude podle dosažených výsledků v zemi vycházejícího slunce reagovat s mírným zpožděním. Využití vodíku v japonských domácnostech spočívá v palivových článcích pro výrobu elektřiny a tepla – tj. kogeneraci. Právě v Japonsku (program Ene Farm) letos překročilo číslo článkových kogeneračních jednotek hodnotu 300 000. Přitom udávané cenové rozpětí palivových článků je široké – záleží na výkonu jednotky a použité technologii –, jde o vysoké investiční náklady 100 000 až 230 000 korun na 1 kW. Pokud by se podařilo technologii nákladově optimalizovat, pak by domácnosti pomocí kogenerace mohly být více nezávislé na elektrizační soustavě, případně reagovat na její požadavky ve smyslu flexibility. Přitom komfort by zůstal zachován.

Pořízením jednotky ale u domácností výdaje nekončí. Pokud změna paliva v soustavě (vodík za zemní plyn) vyvolá nutnost investic do hmotných aktiv u přepravce i distributorů, pak se tyto náklady přesunou do složky regulovaných nákladů. A na ty se skládáme my všichni. Chceme změnu, tak ji musíme i zaplatit.

Za Evropou i světem zaostáváme

Na jakém projektu nyní pracujete a kdy budou v praxi viditelné výsledky? 

Co se týče vodíku a technologie P2G, tak zde jsme součástí pracovní skupiny Českého plynárenského svazu (ČPS), která připravuje Národní akční plán Smart grids, jehož součástí bude i část věnovaná integraci technologie P2G do života v české energetice. 

Za další, oslovili jsme ČPS i VUT v Brně, konkrétně Fakultu chemickou, zda bychom se nemohli podílet na výzkumu technologie P2G více, co se týče jejího zasazení do české energetické kotliny. Jde o to identifikovat potenciál výroby vodíku za pomoci výroby elektřiny z OZE, což jde ruku v ruce s uplatnitelností/využitím technologie P2G. ČPS naopak velmi detailně komunikuje se svými členy, kteří mohou provést analýzu připravenosti jejich soustav na vodík. Bylo by přínosné znát i ryze český pohled na věc. Zároveň vyvíjíme optimalizační řešení, které umožní efektivnější uložení energie v rámci technologie P2G.

Komplexnost problematiky P2G je to, čemu se chceme věnovat, a přinést tak pohled na možnosti využití technologie konkrétně v ČR. Doufám, že se to podaří a do dvou tří let budeme moci seznámit veřejnost s výsledky.

Dá se v souvislosti s vodíkem hovořit o další průmyslové revoluci? Jaké vidíte všeobecné využití vodíku? 

Ano i ne, záleží, z jakého úhlu pohledu se na to díváme. Můžeme říci revoluce, ale také náprava chyby. Máme tu fosilní paliva, CO2, skleníkový efekt a měřitelné klimatické změny, na kterých se lidstvo svojí činností určitě podílí. Na druhou stranu vlastnosti vodíku známe nějaký ten pátek, stejně tak způsoby jeho využití, což také jako revoluční ze současného pohledu nemusíme vnímat. Samotný přerod z fosilních paliv na vodík by ale revolucí bez pochyb byl. 

Rozhovor: Na vodík je ČR připravená, chybí ale investor

S tím by bylo dobré klást si další otázky. Přeci jen k výrobě zeleného vodíku potřebujeme elektrolyticky rozložit vodu. Z mnoha stran již zaznívá, že té pitné máme nedostatek – co s tím? A bude také potřeba zajistit velké množství elektrické energie pro elektrolýzu – kde ji vezmeme? Spalováním vodíku vznikne vodní pára – co se stane s klimatem, až ji budeme do ovzduší pouštět v ohromných koncentracích? Nebudeme pak tuto revoluci opět a jen zase hodnotit jako chybu? Kdo ví, jestli snahy o „ekologizaci“ nepovedou opět do slepé uličky.

Kdy si myslíte, že vodík začne být i u nás brán podobně vážně jako např. současný boom elektromobility? Ve světě (USA, Japonsko, Irsko, Německo) sledujeme zvýšenou aktivitu kolem vodíku…

Česko není země bohatá natolik, aby si mohla dovolit rozjíždět sólo projekty, natož aby své vize prosazovala, byť na celoevropské úrovni. Vidím spíš Česko v roli trpělivě čekajícího státu, který se ale o dění ve světě zajímá a třeba i v dílčích problematikách vypomůže. Chci tím říct, že změna přijde zvenčí, my se jí pak zúčastníme. Se zpožděním. Pokud budou vodíkové technologie životaschopné na Západě okolo roku 2035–2040, pak teprve přijde řada i na nás. Uvážíme-li, že Holandsko počítá s procesem obměny infrastruktury v horizontu 10–15 let, pak prostým přičtením vychází, že okolo roku 2055 bychom mohli mít v ČR plnohodnotné vodíkové hospodářství. Záleží samozřejmě také na tom, jak moc budeme jako ČR aktivní.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *