Vodíkem byl, je a bude člověk obklopen v jeho různých podobách v nepřeberném množství. Voda je odpradávna symbolem života a možná se stane i symbolem jeho zachování. Za téměř tři miliony let historie lidstva má poprvé naše generace ono v románech Julese Verna popisované štěstí chopit se jedinečného daru přírody – vodíku – a tvořivě i účelně jej využívat ve svůj propěch a přitom se chovat šetrně k přírodě.

Hlavní světové trendy v nové mobilitě

V roce 2018 byla zveřejněna studie „Global Automotive Executive Survey 2018“ společnosti KPMG International Cooperative, ve které jsou také výsledky průzkumu mínění 900 vedoucích pracovníků automobilového průmyslu ve 43 nejprůmyslovějších zemích světa během posledních pět let na téma ‚aktuálního stavu a vyhlídek jednotlivých branží do budoucna‘. Vodíkové technologie se podle této studie poprvé v roce 2018 staly nejvýznamnějším trendem v mobilitě, dokonce i před konektivitou & digitalizací a bateriovou elektromobilitou.

Obr. Budoucí trendy v automobilovém průmyslu, pramen: KPMG

Všeobecně lze konstatovat, že hlavním centrem vývoje a výroby vodíkových palivočlánkových technologií je v současné době Asie – zejména Japonsko, Jižní Korea a v neposlední řadě Čína, která již má ambiciózní státem subvencovaný program. Ten počítá mimo jiné s milionem palivočlánkových osobních aut v roce 2030.  V Číně se nachází také pravděpodobně největší světové vývojové středisko na palivové články. Podle zpráv expertů, kteří vývoj v Číně průběžně sledují, nastal určitý odklon od čisté bateriové elektromobility směrem k vodíkovým technologiím poté, co nastávají první větší problémy s horami vysloužilých baterií, obsahujících škodliviny a s přetěžováním místních elektrických sítí nabíjením elektromobilů. To ale neznamená, že by bateriové elektromobilitě nenáleželo – pro určité aplikace – odpovídající ‚místo na slunci‘. Naopak je žádoucím partnerem, neboť bez menšího množství baterií se neobejde ani vodíková mobilita.

Vodík pod lupou EU

Společný pohled na tématiku z pohledu EU se objevil ve studii Roland Berger GmbH ze září 2018 na zakázku FCH JU (Fuel Cell and Hydrogen Joint Undertaking) pod názvem: „Fuel Cells and Hydrogen for Green Energy in European Cities and Regions“. Ve studii jsou vyhodnoceny hlavní vodíkové technologie pro dopravu, energetiku i průmysl.

Z unijní studie vyplývá, že většina vodíkových odvětví již dosáhla technologické zralosti a představuje praktické a bezpečné řešení. Z důvodů nízké sériovosti jsou ale vodíkové technologie ještě drahé a nemohou konkurovat standardním technologiím. Jedinou výjimkou z ekonomického hlediska jsou palivočlánkové vlaky, které již dnes představují úspornější řešení než je elektrifikace příslušných tratí! Například u žalezniční trati v rakouském údolí Zillertal se očekávaly náklady na elektrifikaci ve výši 156 mil. eur. Převedení dieselových na vodíkové vlaky – se zahájením v roce 2022 – počítá jen s polovičními náklady 80 mil. eur. K tomu ještě přistupuje velmi důležitý faktor ochrany krajiny v této ‚Mekce lyžařů‘.

Obr. Přehled aktuálního stavu rozvoje jednotlivých vodíkových technologií. Vysvětlivky: tmavě modrá – vysoce rozvinuté technologie, světle modrá – středně rozvinuté technologie bílá – málo rozvinuté technologie Nápisy nahoře od leva: Technologická zralost – ekonomická efektivnost – výhodnost z hlediska ŽP – znak výsadního (monopolního) postavení – výkon – schopnost dodávek – viditelnost (z hlediska odborné i laické veřejnosti). Pramen: Roland Berger GmbH

U aplikací typu „back-to-base“ také tolik nevadí, že zatím není k dispozici důkladná infrastruktura vodíkových čerpacích stanic. Prostě se vybuduje jedna nebo dvě vodíkové čerpací stanice účelově pro nějaký nosný projekt a dopravní prostředky – vlaky, autobusy, nákladní auta – se k ní pravidelně vracejí.

Poznámka: dřívější hlavní brzda rozvoje palivočlánkových technologií – velké množství drahých surovin – např. platiny, již dnes neplatí. Moderní palivovočlánkový svazek či anglicky ‚stack‘ obsahuje zhruba stejné množství platiny jako běžný katalyzátor u spalovacího motoru.

Stacionární vodíkové technologie v podobě Power-to-X – tedy většinou elektrolýzou vyrobený zelený vodík nebo synteticky vyrobený metan –  jsou již dnes pokládány za jeden z nevyhnutelných pilířů německé transformace energetiky „Energiewende“. Bude totiž zapotřebí skladovat nadbytečnou produkci elektřiny z obnovitelných zdrojů – hlavně energie větru a slunce. V Německu již existují desítky takovýchto velkých zařízení s velikostí až několik megawattů. Mezitím se budují a plánují další s výkonem v desítkách a stovkách megawatů. Proto je třeba v nejbližších letech v Evropě počítat s bouřlivým vývojem palivočlánkových technologií.

Vedoucí oddělení vodíkových technologií v ÚJV Řež Aleš Doucek, který má v oboru mnohaleté zkušenosti a podílel se na projektu vodíkového autobusu TriHyBus, k tomu dodává: „Silnou stránkou vodíku je dlouhodobé skladování velkých množství energie…. Na trhu jsou běžně technologie s megawattovým výkonem, které se navíc dají řetězit. S využitím vodíku lze mít energii pro celé továrny, sídliště i města. Jsou představitelné velké akumulace, řádově stovky megawattů, což jiné technologie prostě nezvládnou.“

Už v září 2018 byly vodík a ukládání energie hlavním tématem setkání ministrů energetiky zemí EU v Linci, kde členské země podepsaly Prohlášení k založení „Hydrogen Initiative“. Mezitím bylo podepsáno 25 zeměmi a dále více než 85 institucemi a podniky z EU.

Obr. Očekávaný rozvoj sítě vodíkových čerpacích stanic v Německu. Pramen: prezentace v rámci přednáškové řady ZOOM, organizované společností NOW GmbH – německou národní organizací pro vodíkové technologie

Moravskoslezský kraj bude ‚vodíkovým údolím‘

Vedení Moravskoslezského kraje správně a tvořivě uchopilo jedinečnou příležitost dneška pro epochální změnu regionu ze staleté uhelné ekonomiky na moderní a vysoce perspektivní vodíkové hospodářství. EU má v nynějším období, nasyceném plány na ‚ochranu klimatu‘, připravený měšec pro podporu hlubokých restrukturalizací, na jejichž konci jsou bezemisní technologie. To se týká zejména uhelných regionů Evropy, jako je Severní Porýní-Vesfálsko nebo Moravskoslezský kraj, kde se ročně spálí miliony tun uhlí. Jedním z těchto projektů jsou „vodíková údolí“. V posledních dvou letech se k této iniciativě EU připojilo 31 evropských regionů z třinácti zemí hlavně západní Evropy a společně navíc vytvořily „European Hydrogen Valleys Partnership“.

Moravskoslezský kraj oznámil zahájení projektu „vodíkového údolí“ v září 2019 a stal se tak prvním ve střední Evropě. Vedení kraje projekt pojalo ve velkolepém stylu – jako komplexní a dlouhodobý projekt zaměřený na výrobu, skladování, dopravu a aplikaci vodíku nejdříve v dopravě a později i v dalších oborech. Vodík bude v kraji už brzy pohánět autobusy, auta a později i vlaky. Ostrava už podepsala smlouvu na výstavbu první vodíkové čerpací stanice na Hranečníku a zahájila proces nákupu prvních tří vodíkových autobusů. Na jaře 2020 má být vyhlášen tendr na deset vodíkových autobusů, které budou jezdit mezi Ostravou a Havířovem.

„Jde nám o zavedení zcela bezemisní dopravy… To je pro náš kraj, který trápí časté smogové situace a nemůže se zrovna chlubit svěžím ovzduším, primární. Vodíková mobilita je budoucnost. Nejen proto, že vodíkový pohon je čistý … Zároveň vytvoříme nové, progresivní a inovativní průmyslové odvětví, kde najde práci spousta lidí a které pomůže kraji v budoucnu fungovat bez energetického spalování uhlí… Pevně věřím, že vodík se stane budoucností tohoto kraje.“ uvedl hejtman Moravskoslezského kraje Ivo Vondrák.

Nastartování nového průmyslu je pro kraj nadmíru aktuální v souvislosti s očekávaným útlumem hutní výroby a zánikem těžby černého uhlí.

V moravskoslezském kraji je k dispozici už nyní spousta potenciálního vodíku, obsaženého zejména v koksárenském, důlním nebo skládkovém plynu. Samozřejmě se ale počítá s postupným přechodem na tzv. „zelený“ vodík z obnovitelných zdrojů. Také rozvoj potřebného know-how má v tomto průmyslovém kraji na co navázat. „Vodíkové technologie máme připraveny. Jsme už dnes dodavateli čtyř z pěti velkých technologických světových hráčů – jak z oblasti energetiky, tak mobility a skladování. Máme vyřešeno skladování pro tlaky 350, 500 a 1000 barů a naší vlajkovou lodí je hydrogen transport, čili přeprava v mobilních zásobnících. Jsme rádi, že právě náš domovský Moravskoslezský kraj se chová osvíceně, sleduje nejmodernější trendy a rozhodl se vyjít z vodíkového pravěku Česka a nasadit jako vůbec první kraj v ČR tyto technologie v masovém měřítku,“ řekl předseda představenstva Vítkovice Cylinders Jan Světlík.

Na Vysoké škole báňské – Technické univerzitě Ostrava (VŠB-TUO) vzniká Centrum energetických a environmentálních technologií, které bude mít ve „vodíkovém údolí“ velkou roli.

Proton Motor – experti za humny

Bavorská společnost Proton Motor Fuel Cell GmbH (PM) s pouhými 75 zaměstnanci patří ke světové špičce v oboru vývoje a designu vodíkových PEM palivočlánkových systémů. Jedná se o jeden z nejběžnějších palivových článků s polymerní membránou, zvláště vhodný pro stacionární systémy, jako je akumulace energie z obnovitelných zdrojů a dále pro mobilní aplikace zvláště u těžších vozidel, jako jsou autobusy, nákladní vozy nebo lodě. Během 21 let své krátké existence již dosáhla několika světových prvenství – vyrobila první vodíkový vysokozdvižný vozík a první vodíkovou dopravní loď na světě. Plavidlo s kapacitou sto pasažerů bylo provozováno úspěšně několik let na hamburských říčních kanálech. Společnost také získala celosvětově první certifikaci palivového článku – v tomto případě TÜV – a podílela se významně na projektu prvního českého vodíkového autobusu TriHyBus, přestaveného veřejnosti v roce 2009.  Aktuálně prožívá PM v souvislosti s rostoucím zájmem o čisté technologie výrazný rozvoj – společnost získala několik významných zakázek, uzavřela smlouvy s kooperačními partnery a neposlední řadě v září 2019 byla za přítomnosti bavorského ministra hospodářství Huberta Aiwangera zprovozněna automatická linka na výrobu palivočlánkových svazků. Jedná se o projekt s náklady okolo 3 mil. eur, financovaný organizací FCH JU, která se v rámci EU zaměřuje na rozvoj vodíkových technologií. Kapacita robotického pracoviště činí 5000 svazků s výkonem 30 kW ročně a může být poměrně jednoduše zvýšená až na 30 000 svazků ročně. To je neobyčejně důležitý krok ke komercializaci technologie palivových článků. V současnosti nabízí PM dodávku největšího grafitového palivočlánkového systému s jedním svazkem na světě, a to s výkonem 71 kW. Výhodou je také modulární systém šitý na míru zákazníka s odstupňováním výkonů po 7 kW a možností články montovat jak vertikálně tak i horizontálně.

Aktuálně také dochází k dalšímu souznění čistých technologií: PM spolu s firmou Schäfer Elektronik GmbH založily letos společný podnik NEXUS-e GmbH, který se specializuje na vývoj, výrobu a prodej (i licencí na výrobu) rychlonabíjecích stanic elektromobilů na bázi palivových článků s připojením nebo bez připojení k elektrickým sítím.

Zdeněk Fajkus, Mnichov

Obr na úvod: Bavorský ministr hospodářství Hubert Aiwanger (vpravo) symbolicky spouští provoz robotického zařízení na výrobu palivočlánkových svazků ve firmě Proton Motor. Vlevo předseda představenstva Proton Motor Helmut Gierse, foto: Zdeněk Fajkus

Zdroj: CzechIndustry 4/2019