Vodík a jeho využitie v energetike sa opakovane vynára v diskusiách o tom, ako dosiahnuť nízkouhlíkovú ekonomiku a spomaliť tempo klimatickej zmeny. V tejto súvislosti sa najviac spomína zelený vodík.
V diskusiách o možnom znižovaní uhlíkovej stopy dostáva vodík, tento najrozšírenejší prvok na Zemi a vo vesmíre, hneď niekoľko rôznych farieb. Bežne sa hovorí o hnedom, šedom, modrom či zelenom vodíku. Tieto adjektíva pritom, samozrejme, nevyjadrujú nejaké fyzické farebné rozdiely. Ich účelom je rozlíšiť rôzne spôsoby získavania vodíka na energetické použitie z hľadiska ich ekologických prínosov či, naopak, negatív.
Hnedý, šedý, modrý
Napriek tomu, že vodík je najrozšírenejším prvkom, nikde na Zemi sa nevyskytuje v čistom stave – vždy iba v kombinácii s inými prvkami. Z toho vyplýva, že na to, aby sme ho mohli používať, musíme ho najprv oddeliť. Takáto výroba vodíka ako nosiča energie si teda sama vyžaduje vynaloženie energie. Základná otázka sa teda ponúka sama: do akej miery môže byť zelený nosič energie, na získanie ktorého sa vynakladá nezelená energia?
Za hnedý alebo často aj čierny vodík sa považuje taký, ktorý bol získaný oxidáciou (spaľovaním) čierneho alebo hnedého uhlia pod veľkými tlakmi. Pri tomto procese sa uvoľňuje veľké množstvo oxidu uhličitého. Označenie šedý vodík sa používa vtedy, keď bol vodík získaný procesom reformy zemného plynu, respektíve metánu. Tzv. parné reformovanie je spôsob výroby plynu – v tomto prípade vodíka a oxidu uhoľnatého CO – pomocou reakcie uhľovodíkov s vodou. Pri výrobe jednej tony H2 takýmto spôsobom sa však podľa údajov ekologického webového magazínu renovlabesverdes bežne emituje asi 9 až 12 ton odpadového CO2.
Modrý vodík sa vyrába rovnakým postupom zo zemného plynu, ale pri procese sa používajú systémy na zachytávanie a skladovanie uhlíka, ktoré dokážu aspoň znížiť, ak už nie stopercentne zachytiť emisie CO2. Oxid sa môže ďalej používať pri výrobe syntetických palív a podobne. Ako modrý vodík sa občas označuje aj vodík vyrobený elektrolýzou vody, čiže najčistejším spôsobom s nulovou uhlíkovou stopou, pri ktorej sa však používa elektrina získaná z jadrových elektrární.
Zelený vodík
Je jasné, že bez dodatočných investícií do systémov a zariadení na skladovanie a ďalšie využitie zachyteného uhlíka môže byť vodík pre koncových odberateľov lacnejší (istým faktorom môže byť aj efektívnosť organických – fosílnych zdrojových surovín). Trhové štatistiky ukazujú až niekoľkonásobne nižšie ceny najšpinavších druhov vodíka v porovnaní s tými najekologickejšími. V Európe napríklad v súčasnosti náklady na výrobu jedného kilogramu vodíka zo zemného plynu dosahujú približne dve eurá, kým kilogram zeleného vodíka si vyžaduje až 5,5 eura. To je problém, ktorého nepríjemným dôsledkom pre boj s klimatickou zmenou je skutočnosť, že práve do spomínaných viac alebo menej špinavých kategórií spadá väčšina celosvetovej produkcie H2. Na prvom mieste je pritom výroba vodíka reformovaním zemného plynu, či už šedým alebo modrým spôsobom. Niektoré zdroje uvádzajú ešte aj tyrkysový vodík, ktorý sa vyrába metánovou pyrolýzou zemného plynu (tepelným rozkladom plynu bez prítomnosti kyslíka).
Ako vidno, takáto farebná terminológia je nejednoznačná, pretože plní skôr propagačnú, nie vedeckú úlohu. Za ekologicky nespochybniteľný spôsob získavania vodíka vo veľkom je však všeobecne považovaný proces elektrolýzy vody pomocou elektriny vyrobenej z obnoviteľných zdrojov energie. Takýto vodík má prívlastok zelený, pretože proces jeho výroby zanecháva nulovú uhlíkovú stopu. Jeho nevýhodou je zatiaľ už spomínaná relatívne vysoká cena v porovnaní so získavaním vodíka zo zemného plynu. Technologické spoločnosti na celom svete sa preto snažia dosiahnuť čo najväčšiu efektívnosť procesu elektrolýzy spolu s úsilím o zníženie cien obnoviteľných zdrojov energií a samotných zariadení používaných pri elektrolýze.
Všestranné využitie
Vodík dokáže nahradiť fosílne zdroje všade tam, kde je odbúravanie uhlíkových emisií zložitejšie. Ako výborný nosič energie má potenciál aj ako systém skladovania energie – dlhodobo dokáže akumulovať energiu a potom ju v prípade potreby vydať na použitie. Samozrejme, azda každý už v súčasnosti počul o možnostiach využitia vodíka v doprave.
Tu je však problém ceny najvypuklejší, pretože koncoví zákazníci (obrazne povedané, vodiči na čerpacích staniciach) budú prirodzene dávať prednosť skôr palivovým článkom s niekoľkonásobne lacnejším, aj keď šedým alebo dokonca čiernym vodíkom pred čistejším, ale výrazne drahším zeleným vodíkom. Keby sa aj podarilo v dohľadnom čase uspokojivo vyriešiť problém nízkej energetickej hustoty vodíka v porovnaní s doterajšími fosílnymi palivami a vodík by sa tak dal masovo využívať aj ako priame palivo v motoroch s vnútorným spaľovaním, faktor ceny by zohrával ešte výraznejšiu úlohu.
Niežeby v technológiách využívajúcich vodík, obrazne povedané, vo všeobecnosti neležalo dosť peňazí. Globálny trh s vodíkom má v súčasnosti celkovú hodnotu odhadovanú nad 100 miliárd dolárov. Polovicu predstavuje využitie vodíka pri výrobe palív, 43 % sa využíva pri výrobe čpavku a hnojív, ale aj pri výrobe skla a ocele (6 %). Využíva sa však napríklad aj pri výrobe niektorých potravinárskych produktov. Podiel na výrobe elektriny a tepla, ale aj v doprave je však zatiaľ v celosvetovom meradle marginálny.
Vodíková rada
Podľa tzv. Vodíkovej rady (združenie veľkých technologických, energetických a automobilových spoločností z celého sveta, ktoré vzniklo v Davose v roku 2017) by však práve takéto využitie vodíka malo začať v najbližších desaťročiach prevládať. Vodík je ústredným pilierom energetickej transformácie potrebnej na obmedzenie globálneho otepľovania na dva stupne Celzia. Na dosiahnutie scenára dvoch stupňov bude musieť svet do roku 2050 znížiť emisie CO2 súvisiace s energetikou o 60 %, a to aj napriek tomu, že počet obyvateľov narastie o viac ako dve miliardy ľudí, uviedlo združenie v jednom zo svojich prvých vyhlásení po svojom vzniku. Vodík by mohol zohrávať jednu z hlavných úloh pri dekarbonizácii dopravy, či využívaní energie v priemysle aj stavebníctve (teplo a energie v budovách). Podľa vyhlásenia Vodíkovej rady by mohol vodík do roku 2050 uspokojovať 18 % celkového dopytu po energiách, globálny obchod s vodíkom by mal dosahovať ročný obrat vo výške 2,5 bilióna dolárov, zatiaľ čo vodíkové technológie by mali prispievať k znižovaniu emisií CO2 o 6 Gt ročne. Je to reálne? Možno. Je to žiaduce? Celkom určite.
Spojené nádoby
Keďže výroba zeleného vodíka si vyžaduje zelenú elektrinu, hlavným zdrojom elektriny potrebnej na elektrolýzu vody sú slnečné a veterné elektrárne. Občasný domnelý spor medzi zástancami elektriny z obnoviteľných zdrojov a vodíka je v tomto ohľade teda naozaj iluzórny: jedno podmieňuje druhé. Okrem zvýšenia výroby modrého vodíka zo zemného plynu so zachytávaním uhlíkových emisií (na rozdiel od výroby šedého vodíka) budú preto rovnako dôležité investície do výroby elektriny z obnoviteľných zdrojov. Európska únia napríklad vyčísľuje potrebné investície len do roku 2030 na 180 miliárd eur na elektrolyzéry a ďalšie komponenty na výrobu zeleného vodíka a ďalších 120 až 130 miliárd eur do plynovej infraštruktúry, skladovania energie, vodíkových čerpacích staníc a podobne.
Bez ohľadu na záujmy jednotlivých výrobcov je zrejmé, že ak chceme naozaj ešte v tomto storočí dospieť k hospodárstvu a energetike bez uhlíkovej stopy, kombinácia viacerých technológií a energetických zdrojov bude tou najschodnejšou cestou.
R
Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 12/2021. Ak ešte nie ste našou predplatiteľkou/naším predplatiteľom a chcete mať prístup k exkluzívnemu obsahu, objednajte si predplatné podľa vášho výberu tu.
