Na cestě k vodíkové ekonomice

Při hledání ekonomicky i ekologicky výhodných řešení k zajištění dostatku energie se v poslední době stále častěji hovoří o zeleném vodíku. Evropská unie totiž chce být do roku 2050 klimaticky neutrální. Zdá se, že nejde o planá slova. Po letech diskusí Evropská komise představila v polovině září Klimatický plán do roku 2030, který si klade za cíl snížit škodlivé emise CO2. A České republice připadl úkol snížit je o 55 procent, i když původně se uvažovalo o 40 procentech. To je velice ambiciózní záměr, který se týká především energetiky, dopravy a průmyslu, tedy největších znečišťovatelů. Dosavadní testovací pilotní projekty ukazují, že za nadějné a dlouhodobé řešení bychom měli považovat přechod na vodík. Evropská unie má proto připravenu samostatnou vodíkovou strategii, která jej jasně staví do role paliva budoucnosti.

Jakou barvu má vodík?

Ze školních lavic, popřípadě z Wikipedie, si pamatujeme, že vodík (chemická značka H, latinsky Hydrogenium) je nejlehčí a nejjednodušší plynný chemický prvek, tvořící převážnou část hmoty ve vesmíru. Má široké praktické využití jako zdroj energie, redukční činidlo v chemické syntéze nebo metalurgii a také jako náplň meteorologických i pouťových balonů a do 30. let 20. století i vzducholodí. Může se získávat mnoha způsoby z širokého spektra vstupních zdrojů. Roční světová produkce vodíku je přibližně 55 milionů tun. V globálním měřítku dominuje v současné době výroba tzv. modrého vodíku, čili vodíku z fosilních paliv. Nás však více zajímá zelený vodík. Jak už pojmenování naznačuje, je vyráběn z obnovitelných zdrojů (větrných, slunečních apod.) a je tedy uhlíkově neutrální. Je totiž ekologicky výhodné přebytek elektřiny vyrobené ve fotovoltaické elektrárně neskladovat v bateriích, ale s její pomocí vyrobit zelený vodík. Ten se potom může skladovat a později v případě potřeby použít na výrobu elektrické energie za pomocí spalovací (plynové) turbíny nebo palivového článku. Tento postup obstarává Silyzer, což je elektrolyzér Siemens Energy, vyznačující se unikátní schopností efektivně zužitkovat nadbytečnou energii z obnovitelných zdrojů v produkčních špičkách. Už během několika sekund – od zaznamenání zvýšené produkce – se spustí výroba vodíku. Například Silyzer 300 v německé Mohuči dokáže pojmout až šest MW, a tak se v době uvedení do pro‑ vozu (v roce 2017) stal největším na světě. Výroba zeleného vodíku je obecně považována za nákladnou, stejně jako kdysi výroba elektrického proudu ze solární či větrné elektrárny. Předpokládá se ale, že díky rozvoji technologií na výrobu a využití vodíku a jejich masovou výrobou dojde k výraznému snížení nákladů a vodíkové technologie se stanou konkurenceschopné.

Výhody energetické farmy

Někteří průkopníci se už odhodlali vstoupit do zajímavých pilotních projektů, které umožní nasbírat zkušenosti s výstavbou a provozem těchto nových technologií. Příkladem může být německé město Herzogenrath se 46 tisíci obyvatel, které bylo v minulosti odkázáno na uhlí. Herzogenrath nyní plánuje pokrýt do roku 2030 veškerou svou spotřebu bezemisní energií, a to díky výstavbě nového energetické systému – energetické farmy. Koncept řešení pro město Herzogenrath vychází z existující solární elektrárny provozované společností GREEN Solar a mimo jiné zahrnuje rozšíření výroby sluneční energie a vybudování řady větrných turbín. Nadbytečná energie z obnovitelných zdrojů bude uložena, a ve chvíli, kdy nebude k dispozici síla slunce ani větru, bude z úložiště distribuována obyvatelům města. Teplo produkované těmito procesy, stejně jako to vyrobené z obnovitelných zdrojů, bude využito k zásobování místních domácností „zeleným“ teplem prostřednictvím sítí dálkového vytápění. Projekt „Herzogenrath“ počítá také s elektřinou a následně i vodíkem pro rostoucí počet elektromobilů. Do projektu budou zapojeny i místní průmyslové společnosti, které si takto zajistí bezemisní provoz. Hlavním cílem projektu je zajistit bezemisní, energeticky nejúčinnější a ekonomicky nejúspornější kombinaci solárních elektráren, větrných turbín, bateriových úložišť, tepláren a elektráren s kombinovaným cyklem, a také systémů skladování tepla a výroby elektřiny s využitím vodíku. To také zahrnuje celou logistiku pro přenos energie koncovým uživatelům na základě poptávky. Součástí projektu je samozřejmě i zařízení na výrobu vodíku. Nejnovější elektrolyzér Siemens Silyzer přemění přebytečnou elektřinu na vodík, který bude uložen pro pozdější výrobu elektřiny a tepla, nebo použit přímo k pohonu automobilů.

Tato změna městu přinese také zvýšení kvality života a nová pracovní místa. V neposlední řadě se město výrazně pozitivně zviditelní a jeho prestiž bezesporu stoupne. Společnosti GREEN Solar Herzogenrath GmbH a Siemens Energy pro město připravily ekonomicky životaschopný koncept se zajištěním dostupného financování od ze‑ mě Severní Porýní‑Vestfálsko, federální německé vlády a podpory EU pro uhelné regiony. Po zajištění dostatečného financování bude energetická farma provozována dceřinou společností založenou GREEN Solar.

Příklady táhnou

Přechod na vodíkovou energetiku a infrastruktury může být vhodný i pro česká města v uhelných regionech, protože si mohou vybudovat vlastní moderní energetické systémy za využití dotací EU. Tzv. uhelné regiony ČR – Ústecký, Moravskoslezský a Karlovarský kraj – jsou již nyní zapojeny do pilotní iniciativy Evropské komise pro uhelné regiony procházející transformací, v rámci které jim je poskytována podpora na základě jejich specifických potřeb. Jaroslav Lahoda, ředitel Siemens Energy, s.r.o., k tomu doplňuje: „Je to první projekt takového rozsahu v Evropě a může být inspirací i pro mnohá města v České republice. I ta totiž dnes řeší strukturální problémy související s útlumem klasické fosilní energetiky, přechodem k bezemisní výrobě elektřiny a tepla, stejně jako k bezemisní dopravě a průmyslu a na to navázanou zaměstnanost.“

Dalším příkladem využití v uhelném regionu je město Kolping v rýnském uhelném revíru. Město se 70 tisíci obyvatel změní svou energetiku do roku 2032 nejen za využití větrné a solární energie, ale i spalovacích turbín s částečným spalováním zeleného vodíku a parních turbín při kombinované výrobě tepla a elektrické energie. Výroba elektřiny a tepla v místě jejich spotřeby – decentralizace energetiky přináší městům kromě ekonomických výhod také jistotu dodávky elektřiny a ochranu před blackouty, tedy výpadky elektřiny způsobenými ať už poruchou elektrárny nebo častěji přenosovou soustavou.

Atraktivní turbina

V letošním roce se Siemens Energy zapojil do projektu HyflexPower se svým Silzerem 300 a spalovací (plynovou) turbínou, jež umí spalovat směs plynu a vodíku a která bude do roku 2023 předělána na spalování vodíku ze 100 procent. Projekt je financován Evropskou komisí jako součást rámcového programu pro výzkum a inovace Horizont 2020. Na jeho realizaci se podílí konsorcium tvořené společnostmi Engie Solutions, Siemens Energy, Centrax, Arttic, Německým střediskem pro letectví a kosmonautiku (DLR) a čtyřmi evropskými univerzitami. Jedná se o první integrovaný demonstrační projekt typu power‑to‑X‑to‑power, kdy „Power to X“ (neboli „P2X“) znamená podle Francouzské agentury pro životní prostředí a energii ADEME převod elektřiny na jinou formu energie. U projektu HyflexPower je touto formou „X“ vodík. Výsledné zařízení s moderní plynovou turbínou pro spalování vodíku bude uvede‑ no do provozu v Saillat‑sur‑Vienne ve Francii, v závodě společnosti Smurfit Kappa PRF, která se specializuje na výrobu recyklovaného papíru. „Cílem projektu je ukázat, že pomocí elektřiny z obnovitelných zdrojů lze vyrábět a skladovat vodík, a s ním potom až do výše 100 procent doplňovat zemní plyn, který se nyní používá pro kombinovanou výrobu tepla a elektřiny. Pro tyto aplikace zmodernizujeme stávající průmyslovou plynovou turbínu Siemens SGT‑400 tak, aby byla schopna přeměnit uložený vodík na elektrickou a tepelnou energii,“ vysvětluje ředitel Jaroslav Lahoda. Celkový rozpočet projektu, který byl zahájen letos 1. května, činí téměř 15,2 milionu eur, z čehož celých 10,5 milionu poskytne Evropská unie. Už v příštím roce se očekává instalace zařízení na výrobu, skladování a dodávku vodíku v pilotním předváděcím závodě. Za dva roky bude instalována plynová turbína poháněná směsí zemního plynu s vodíkem a na rok 2023 je naplánována pilotní demonstrace se 100procentním využitím vodíku. To jsou bezesporu chvályhodné první kroky na cestě k vodíkové ekonomice.

Připraveno ve spolupráci se společností Siemens