Vodík jako plyn budoucnosti v našich domácnostech? Co na to říkají odborníci?

Stále více je jasné, že emise CO2 musí být řešeny a čas se krátí. Sama Evropská Unie chce dosáhnou do roku 2050 klimatické neutrality, což bez radikální změny nejde. Jedním z možných řešení je i vodík, při jehož spalování žádné skleníkové plyny nevznikají. Možnost je to slibná. Je ale bezpečná a realistická?

Vodík může, podle svých zastánců, nahradit fosilní paliva a spektrum jeho využití je hodně široké. Nachází se všude kolem nás a jeho množství se dá označit za neomezené. Nelze ho těžit nebo někde čerpat ze země. V jednom kilogramu vodíku najdete stejné množství energie jako v 2,8 kg benzínu. Jeho spalováním vzniká voda a žádné skleníkové plyny.

Na Zemi se vodík v čisté formě prakticky nenachází. Můžete ho najít v některých sloučeninách (již zmíněná voda, ale i v metanu nebo v ropě). Aby bylo možné vodík efektivně využít, musí se nejdříve získat tak, aby se to vyplatilo a zároveň to bylo ekologické. Nejjednodušší způsob získání je pomocí elektrolýzy vody.  Jde o energeticky náročný proces, ale teoreticky by bylo možné tu stejnou vodu používat stále dokola.

V roce 2022 tvořil vodík méně než 2 % spotřeby energie v Evropě. Používal se především na výrobu chemických produktů, například plastů a hnojiv. Drtivá většina tohoto vodíku byla vyrobena ze zemního plynu, což vedlo ke značnému množství emisí CO2. EK navrhla, aby do roku 2030 došlo k výrobě 10 milionů tun obnovitelného vodíku a do roku 2030 dovezlo 10 milionů tun.

Jak vypadá vodík?

Podívejte se teď, jak vypadá vodík. Ač je to plyn bezbarvý, existuje celá duha jeho barev a různé typy technologií používaných k jejich výrobě. Ony jsou to v podstatě barevné kódy nebo přezdívky, které se používají v energetickém průmyslu, aby bylo možné rozlišit mezi jeho jednotlivými druhy. V závislosti na tom jsou vodíku přiřazeny různé názvy barev. Není však proto stanovena žádná konvence, a tak se mohou definice barev časem změnit.

• Zelený vodík: jeho výroba probíhá pomocí elektřiny z přebytečných obnovitelných zdrojů energie, jako je solární či větrná, k elektrolýze vody. Při procesu nedochází k uvolňování žádného oxidu uhličitého. Protože je výroba drahá, tvoří v současnosti jen malé procento z celkového množství vodíku. Pro EU ale ideální možnost.
• Modrý vodík: vyrábí se hlavně ze zemního plynu při procesu zvaném parní reformování. Zemní plyn a ohřátá voda ve formě páry se spojí. Vedlejším výstupem je ovšem oxid uhličitý a definice modrého vodíku obsahuje také zachycování a ukládání uhlíku. Není to varianta, kterou EU preferuje.
• Šedý vodík: v současnosti patří k nejběžnější formě. Vyrábí se ze zemního plynu neboli metanu pomocí parní reformace metanu, ale bez zachycování skleníkových plynů, které při procesu vzniknou. Při různých průmyslových procesech vzniká jako vedlejší odpadní produkt. Nejde o ekologickou variantu.
• Černý a hnědý vodík: tyto vodíky vznikají využitím černého a hnědého uhlí a v procesu výroby nejvíce poškozují životní prostředí.
• Růžový vodík: také vzniká elektrolýzou poháněnou jadernou energií. Jaderně vyrobený vodík je někdy označován jako fialový nebo červený. Takto by to šlo i v ČR, která by mohla využívat elektřinu ze svých jaderných elektráren v čase, kdy není energetická špička.
• Tyrkysový vodík: v žebříčku barev tohoto plynu jde o novinku a výroba musí být ještě ověřena. Vyrábí se pomocí procesu zvaného pyrolýza metanu, kdy vzniká vodík a pevný uhlík. V budoucnosti by mohlo jít o nízkoemisní vodík.
• Žlutý vodík: opět poměrně nová fáze, kdy se vodík vyrábí elektrolýzou pomocí solární energie.
• Bílý vodík: přirozeně se vyskytující, který se nachází v podzemních ložiscích. Zatím není jasné, jak by mohl být využit.

Zelený vodík je v současné době asi čtyřnásobně dražší než šedý. Mezinárodní institut na průzkum trhu Bloomberg NEF je ale přesvědčený, že jeho cena by měla klesnout do roku 2030 až o osmdesát procent a do roku 2050 už by mohl zelený vodík konkurovat náklady zemnímu plynu. Situace je ale zatím nejistá a toto jsou pouze predikce.

Jak je na tom ve srovnání s plynem? Má nízkou hustotu 90 g/m3. Výhřevnost 33 kW/kg a zemní plyn něco přes 13 kWh/kg. Objemově má ale vodík výhřevnost 3 kWh/m3 a zemní plyn 10,5 kWh/m3, což znamená třetinovou výhřevnost oproti zemnímu plynu.

Má vodík v našich domácnostech budoucnost?

Co se týká podpory EU, tak ta je značná a z tohoto pohledu rozhodně budoucnost má. Ovšem zatímco v jiných státech už různé projekty běží kolem sedmi let, u nás ještě ani nezačalo testování. Něco by mělo začít v příštím roce, ale jisté to není. Vodík lze využívat různými způsoby a podle odborníků se jeho použití vyplatí. Pokud ho nelze použít v palivovém článku, je využitelný ke spálení v podobě mixování se zemním plynem. Tomu se říká blend. Přimíchat lze maximálně 30 % vodíku, ale jen 10 % lze momentálně využít ve stávající plynové síti. Vyšší využití se prozatím zkoumá a není jasné, jak by to mohlo ovlivnit stávající rozvody nebo spotřebiče. Zároveň je nutné také vědět, že blendováním se sníží výkon plynových spotřebičů. Potvrdila to zkouška na Slovensku. Topení běžným plynovým kotlem rozdílné není, ale ohřev vody na plotně už se prodloužil.

Vodík mohou spalovat ve směsi i běžné plynové kotle. Zdroj: Viessmann

Vodík bude potřeba skladovat, ale zároveň by neměl být příliš stlačený, jinak už to není tak ekonomické. U rodinných domů by mělo stačit stlačení na 20 MPa a u automobilů to je 70 MPa. Ve standardním rodinném domku nemusí být prostor pro uskladnění dostatečného množství. Musel by být nízkoenergetický se spotřebou do 30 kWh/m2 za rok, kdy mu stačí přibližně 4000 kWh na rok a u pasivního domu stačí přibližně na dva roky.

Je použití vodíku bezpečné?

Vodík má samozřejmě jistá negativa a lidé z něj často mají obavy. Je pravda, že hoří rychleji než zemní plyn, což je ale věc, která se obrovskou měrou řeší. Podle odborníků ale bezpečnostní riziko není větší než u zemního plynu nebo benzínu. Jeho výhodou je, že se rychle rozptýlí a nevytváří nebezpečnou koncentraci tak rychle. Není ani jedovatý. Velkým problémem je ovšem infrastrukturální náročnost. Je potřeba vybudovat místo pro skladování, přepravu a distribuci, To není zadarmo a není to hned. Zároveň je potřeba počítat s vysokými náklady, protože vyžadují pokročilé technologie a investice.

Regulovatelná energie

Výroba energie z obnovitelných zdrojů (hlavně slunce a větru) se moc nedá regulovat. Vyrábí se jen tehdy, když je počasí příznivé. Přebytečná elektřina má nízkou a někdy dokonce mínusovou cenu, proto je lepší ji uskladnit a spotřebovat až v době, kdy to bude výhodnější. U vodíku je to jednodušší. Kapacity na uskladnění již v mnoha ohledech existují, protože je možné využít stejná zařízení jako u zemního plynu, pokud jde o vodík vyrobený elektrolýzou. Naopak vodík v bateriích úložiště potřebuje a není to levné. Přitom do jednoho kg H₂ lze uskladnit až 39,4 kWh energie a do jednoho kg baterie asi 0,3 kWh.

Existuje i méně optimistický názor stran využití vodíku

Existuje několik studií, které tvrdí, že masové využití vodíku není realistické. Například akademici z univerzity ETH Zurich ve Švýcarsku vydali studii uveřejněnou v časopise Energy Conversion and Management, kde toto stanovisko jasně deklarovali. Ze studie vychází, že využívat 100 % zeleného vodíku k vytápění budov v celé Evropě je nereálné a stálo by dvakrát až třikrát více než elektrifikace pomocí tepelných čerpadel. Hlavně proto, že takový systém potřebuje čtyřikrát více elektřiny z obnovitelných zdrojů. Kdyby se takto používal modrý vodík pro vytápění Evropy, tak by to bylo cenově konkurenceschopné s plně elektrickou variantou, ale rozhodně ekologicky neudržitelné. Nejlevnější varianta je kombinace 4 % vytápění z vodíku a z toho 37,4 % zelený a 62,6 % modrý.

Podle vědců jsou lepší variantou tepelná čerpadla a využití jiných obnovitelných zdrojů než zdroje na bázi vodíku. Zároveň by se muselo vybudovat propojovací vedení mezi zeměmi a plynové elektrárny se zachycováním a ukládáním uhlíku, aby byl záložní zdroj energie, když nefouká vítr a nesvítí slunce. Názor na to, že vytápění bude spíš doménou tepelných čerpadel, je hodně silný a podobně to vidí i Mezinárodní energetická agentura IEA. Studie varuje před naprostým využíváním vodíku také s argumentem, že pro spotřebitele bude příliš drahý. Navíc se objevilo pár studií, které varují před unikáním vodíku do atmosféry, čím může docházet (ač ne v takové míře) ke skleníkovému efektu.

Podle některých jsou hudbou budoucnosti spíš tepelná čerpadla než vodík. Zdroj: Viessmann

Jaká je budoucnost vodíku?

I přes zjevné nevýhody a zatím spoustu otazníku je jasné, že vodíková duha bude hrát důležitou roli při snižování závislosti na fosilních palivech a hledání zelené alternativy pro napájení našich domovů, podniků a dopravy. Jakou měrou se na tom bude podílet a kdy, je zatím otázkou bez odpovědi.

Zdroj: sciencedirect.com, hydrogeninsight.com