Legendy o vodíku

Vodík. S těmito pěti písmeny se pojí velká očekávání. Tedy spíš obrovská očekávání. Má nahradit zemní plyn z Ruska. A protože je pálení vodíku opravdu bezemisní, měl by časem nahradit všechen plyn. Nejen ten v domácích kotlích, ale i ten, jehož pálení v elektrárnách vyhnalo ceny elektřiny do závratných výšin. Vodíkové palivové články by také mohly pohánět automobily včetně těch, u nichž jejich elektrický pohon nedává smysl (ostatně na masivní přechod na elektromobilitu nejsou evropské zdroje a sítě připraveny).

Vodík by evidentně mohl být permanentně fungující, řiditelnou, a proto přijatelnou energetickou alternativou k fanaticky prosazovaným občasně fungujícím obnovitelným zdrojům (OZE) – fotovoltaice a větrným elektrárnám. Tato jejich vlastnost OZE diskvalifikuje pro pozice zdrojů pro základní zatížení, které je pro elektrickou síť nezbytné. V každém případě, kdybychom vyráběli vodík ve velkém v době, kdy OZE jedou naplno, výsledkem by byl „zelený“ vodík. Tedy fakticky bezemisní palivo. To zní rozumně.

Všechny větrníky světa

Jenže to v praxi rozumné není. A ještě dlouho nebude. Problém – jako ostatně se vším, co je spojené s ideologií Green Deal – začíná hned na samém počátku ignorováním elementární logiky. V žádném členském státě Evropské unie totiž OZE – ze své podstaty – dosud nepokrývají jeho spotřebu. (Nemluvme o Norsku, jež má unikátní podmínky pro hydroenergetiku.) Státy dávané za příklad správného přístupu k potlačení fosilních paliv a přechodu na obnovitelné zdroje jsou závislé na elektřině z dovozu – jako Rakousko a Velká Británie – nebo pálí odpad či dřevo jako Švédsko, respektive Finsko.

Jak je nebezpečná sázka na dovoz základní životní komodity, vidíme na příkladu Ruska, které si díky dovozní závislosti států EU může na Ukrajině stále dělat, co chce. Takže Rusko útočí, Ukrajina se brání a evropské státy nevědí, čím budou topit nebo z čeho produkovat elektřinu. Protože se rozhodly, že je v elektrárnách místo uhlí lepší používat na oxid uhličitý celkově stejně emisní zemní plyn včetně toho z Ruska, jako to udělali Němci. A masivní pálení dřeva (biomasy) v elektrárnách je zase krokem k vysoušení krajiny, poklesu srážek, a tím i růstu teploty. To ve svých pracích s důkazy vysvětluje například třeboňská společnost ENKI a její ředitel Jan Pokorný.

Je fakt, že v době, kdy na severu Německa fouká, dochází v tamních větrných elektrárnách k nadvýrobě, takže se musí odstavovat i samotné větrné elektrárny. Jak je to možné? Němci za více než deset let nedokázali posílit své vedení sever–jih, a nemohou tak dostat elektřinu od moře do průmyslového Bavorska. Výstavba elektrolyzérů na výrobu vodíku na pobřeží by jim tak elegantně vyřešila jeden problém (který si předtím sami vytvořili). Nebo nevyřešila?

Německo chce být co nejdřív „uhlíkově neutrální“. Poslední gigawatty jaderného výkonu odstaví do konce letošního roku a uhelné elektrárny jej mají následovat do roku 2033. Jenže OZE nedokázaly loni Německou celkovou spotřebu elektřiny uspokojit byť jen na jedinou minutu za celý rok. Jejich zdrojová základna má přitom již zhruba o čtvrtinu vyšší instalovaný výkon, než má základna konvenčních zdrojů. Čili za obrovské investice, dotace a podpory získalo Německo paralelní síť z OZE, kterou však pro jejich nespolehlivost musejí permanentně zálohovat konvenční zdroje. Jejich výkon ovšem má podle německé vlády nadále klesat. Zvládnou za těchto podmínek OZE na severu země vyrábět dost elektřiny pro fungování celého Německa a v období nadvýroby pak dostatek vodíku, aby s ním stát mohl fungovat po zbytek roku? A aby jej mohl vyvážet? Kolik tisíc dalších větrníků by se tam proto muselo postavit? Je to vůbec reálné?

Vodíková rovnice nevychází

Leč to se týká jen samotného Německa. Kde budou brát vodík Česko, Rakousko, Slovensko, Maďarsko, Slovinsko, které nemají moře? Na pobřežní elektrárny se v tomto směru hodně sází. Ale zdaleka ne u každého moře fouká tak, jako v Severním moři a na jeho pobřeží. Třeba chorvatské podmínky pro větrnou energetiku jsou s těmi německými jen stěží srovnatelné. A i kdyby byly podmínky pro větrné elektrárny stejné napříč Evropou, stále to neřeší základní problém: vítr nefouká zdaleka pořád. Takže tyhle elektrár­ny fungují jen někdy. Stejně jako ty fotovoltaické.

„Faktor využití větrných elektráren v Severním moři je mezi 50 až 60 procenty. V tuzemsku však pouze 20 až 23 procent. A sluneční elektrárny? Ty v Česku vyrábějí na plný výkon zhruba 900 až tisíc hodin za rok, jejich využití je tedy přibližně 12 procent z ročního fondu,“ upozorňuje Radek Jirků, který se ve společnosti Sev.en podílí na vodíkových projektech.

V kostce to znamená, že v době, kdy jsou OZE v provozu, by musely dokázat dodat pro elektrolyzéry tolik elektřiny, aby tahle zařízení mohla vyrobit tolik zeleného vodíku, který by stačil na celý rok. Na topení i pálení v elektrárnách a teplárnách. Přičemž výroba vodíku má opravdu vysoké nároky na spotřebu elektřiny.

„Pro výrobu zeleného vodíku je potřeba mít dostatek zelené elektřiny. Té však zatím nemáme dost ani na náhradu fosilní a jaderné elektřiny. K tomu je před námi stále ještě dlouhá cesta,“ varuje Jirků. A co podle něj znamená pojem dlouhá cesta? „Když to půjde rychle, tak nějakých dvacet let. A když to půjde pomalu, tak to může být i sto let,“ odhaduje analytik.

Současně však podle všech realistických předpokladů má v zemích EU vzrůst samotná spotřeba elektřiny. Například v Německu by v roce 2030 měla být roční spotřeba zhruba o polovinu vyšší, než je dnes. Důvod je jednoduchý: elektrifikace všeho, co je technicky možné. Samotných elektrolyzérů by k tomuto roku mělo být v Německu přibližně 10 GW příkonu. Pro srovnání – špičkový příkon celého Česka v zimních měsících je přibližně 12 GW.

„Pokud máme být uhlíkově neutrální, potřebujeme zelený zdroj elektric­ké energie. Alternativa je vyrábět ,bez­emisní‘ vodík ze zemního plynu, pokud nějakým způsobem uložíte oxid uhličitý buď do produktů s dlouhou životností, jako jsou lepidla, nebo pod zem. Další varian­tou je získat vodík jako základní surovinu pro výrobu čpavku z vody rozštěpením na vodík a kyslík. K tomu ale potřebujete třináctkrát víc elektrické energie než na konvenční technologii. Nemáme-li zelenou elektřinu ani na dnešní způsob výroby vodíku, je jasné, že není reálné do roku 2030 splnit cíl vyrobit polovinu vodíku zeleným způsobem a do roku 2050 všechen. To nejde zvládnout časově ani ekonomicky,“ upozornil v lednu prezident Svazu chemického průmyslu Petr Cingr.

Vodíková rovnice prostě nyní nevychází. Mimochodem, snaha o její použití začala v Unii až loni na podzim, kdy vydala své programové prohlášení nová červeno-zelená německá vláda. Do té doby se všichni zaklínali – pokud vůbec reagovali – akumulací elektřiny z OZE do astronomicky drahých a technologicky ještě zdaleka ne dořešených velkokapacitních bateriových úložišť. „Kdo v programovém prohlášení současné německé vlády jedinkrát najde slovo akumulace, má u mě pivo,“ glosoval 180stupňový obrat Německa ředitel pro strategii EPH Jiří Feist.

Nízká energetická hustota

Ale zpět k problémům spojeným se zamýšleným přechodem na vodík. Ty totiž samotnou výrobou teprve začínají. Dokonce začínají ještě před výrobou. Protože v současnosti je o vodík, mimo pár oblastí, jen malý zájem. Tím pádem nemá nikdo důvod investovat do výstavby elektrolyzérů. Jenže dokud nebudou stát tato zařízení, nejlépe tam, kde jsou OZE, nebude zelený vodík.

„Vodík zabere přibližně čtyřikrát větší prostor pro stejné množství dodané energie, než kolik zabere zemní plyn. Takže při použití v existující infrastruktuře budeme přepravovat čtyřnásobně méně energie,“ upozorňuje Radek Jirků. To vlastně znamená, že souběžně s obrovskými investicemi do výroby zeleného vodíku a jeho energetického zajištění bychom potřebovali postavit plynovody s větším průměrem, nebo musíme znásobit počet těch současných.

Nízká energetická hustota ve srovnání se zemním plynem vodík v energetice značně penalizuje. „Nahradíme-li například polovinu objemu zemního plynu zeleným vodíkem, ušetříte jen dvacet procent emisí oxidu uhličitého a současně si snížíte množství energie na polovinu ve stejném objemu plynu,“ vysvětluje Jirků jeden ze základních problémů. Čili ono přimíchávání do zemního plynu, s nímž začala počítat Evropská komise, má své fyzikální mantinely. Ty se ostatně týkají i současných domácích spotřebičů.

Jenže nejde jen o samotnou přepravu vodíku do elektráren, tepláren, firem a domácností. Protože potenciál pro výrobu dostatečného množství zeleného vodíku nemají zdaleka všechny státy v Evropské unii. To znamená, že pokud má toto palivo pohánět celou Unii, části členů nezbude, než jej dovážet. Sice jen v rámci EU, ale dovážet. Což problém s průměry plynovodů rozšiřuje i o ty tranzitní. A s prováděním liniových staveb je problém nejen v Česku či Německu.

Recept známe. Teoreticky

Nezbytnou součástí vodíkového systému budou samozřejmě také zásobníky, stejně jako je tomu u zemního plynu. Jejich výstavbu však bude komplikovat fakt, že objemu vodíku je na stejný získaný výkon potřeba víc. Pro představu, největší současný zásobník na tento plyn je v kosmickém středisku J. F. K. na Floridě v USA. Má objem 3 250 krychlových metrů. „To je množství, které by paro­plynové elektrárně Počerady stačilo na pět hodin provozu. Pokud by měl vodík poskytnout palivo na pět tisíc hodin provozu této elektrárny, a pokrýt tak sedm procent spotřeby Česka, museli bychom takových zásobníků mít rovný tisíc,“ připomíná Radek Jirků.

Ale aby bylo co dovážet a plnit do zásobníků, musí se to někde vyrábět. Kromě Německa má dobré podmínky pro výrobu zeleného vodíku z větrných elektráren také Dánsko, Nizozemsko, Belgie nebo Polsko. S pomocí fotovoltaiky by jej mohly produkovat jižní státy u Středozemního moře. Ovšem nejdřív potřebují dosáhnout toho, že budou vyrábět elektřinu pro běžnou potřebu bezemisně, a pak teprve mohou začít vyrábět vodík. Logicky však nejdřív pro vlastní potřebu a teprve potom na export.

Co to celé znamená? Že teoreticky známe recept na vyřešení plynové závislosti evropských států. Prakticky jej však budeme schopni – v rámci kontinentu – využívat až za řadu let. Rychlý recept k bezpečné přeměně energetiky a teplárenství na bezemisní zkrátka není k dispozici. Kdo tvrdí opak, šíří cílenou dezinformaci, jak se moderně říká v médích. Zkrátka lže, jak se říká mezi lidmi. Všimnou si toho někdy takzvaní factcheckeři a další „hlídači pravdy“?