Václav Skoblík, odborník na novou energetiku a obchodní ředitel skupiny UCED
Cíle Evropské unie (EU), v rámci ochrany klimatu, jsou do značné míry postaveny na přechodu k využívání vodíku. Podle analýzy Mezinárodní agentury pro obnovitelné zdroje energie (IRENA) by mohl v roce 2050 pokrývat až 12 procent světové spotřeby energie. Kromě silniční dopravy bude využíván například i v letectví. Už nyní se uplatňuje v chemickém průmyslu nebo ve stavebnictví.
Evropa v současnosti dováží téměř 60 procent primární energie. Jen velmi malou roli přitom hrají úspory. Pokud totiž chceme zachovat Evropu průmyslově vyspělou a zemědělsky soběstačnou, musíme pro její fungování zajistit dostatečné množství energie.
Při odklonu od fosilních paliv bude významnou roli hrát vodík. V nedávno zveřejněném balíčku s názvem REPowerEU si EU stanovila cíl výroby nebo dovozu dvaceti milionů tun obnovitelného vodíku do roku 2030. Zelený vodík vyráběný elektrolýzou vody, s využitím elektřiny z obnovitelných zdrojů, by měl představovat dvě třetiny budoucích celkových objemů. Modrý vodík, vyráběný ze zemního plynu s ukládáním CO2, bude tvořit zbývající třetinu.
Nejlepší podmínky pro produkci modrého vodíku mají lokality s výskytem zemního plynu
Vodík bude do EU proudit z několika směrů. Vhodné podmínky pro výrobu zeleného vodíku jsou zejména v severní a jižní Africe, v jižní Americe, na Arabském poloostrově či v Austrálii. V Evropě pak na Pyrenejském poloostrově, ve Skandinávii a na Ukrajině. Nejlepší podmínky pro produkci modrého vodíku mají lokality s výskytem zemního plynu. Jedná se o USA, Norsko a vybrané země severní Afriky.
Efektivitu výroby elektřiny můžeme demonstrovat na příkladu solární energie. V Česku se dá využít slunečního záření po dobu 1000 hodin za rok, zatímco ve Španělsku 2000 a v severní Africe 2700 hodin. Efektivita výroby elektřiny je tak dvoj až trojnásobná.
Podle údajů společnosti S&P Global Commodity Insights se náklady na výrobu obnovitelného vodíku v Nizozemsku pohybují v současnosti kolem 10,89 Eur/kg (11,48 USD/kg), zatímco například v západní Austrálii činily 2,91 USD/kg. Ve střední a severní Evropě vodík vyrobený elektrolýzou není konkurenceschopný. A to i v případě, kdy započteme přepravní náklady. Studie uvádí, že už v ruce 2024 se ekonomičtější vodík nebude v Evropě vyrábět, ale prioritou bude jeho dovoz.
Podle studie „European Hydrogen Backbone“ existuje pro import vodíku do Evropy 5 hlavních tras:
- Severní Afrika (Maroko, Alžír, Tunis, Sýrie, Egypt) –> Itálie –> střední Evropa
- Španělsko/Portugalsko -> Francie -> Německo
- Řecko/Rumunsko/Ukrajina –> Bulharsko –> Maďarsko
- Švédsko/Finsko –> Polsko
- Severní moře (Norsko, UK) –> Nizozemí, Německo.
Posledně jmenovaná tradiční plynová cesta a její koncová součást v nizozemském Rotterdamu bude transformována na vodíkový hub. Ten má Evropě do roku 2030 dodávat 4,6 milionu tun vodíku ročně. To představuje téměř čtvrtinu evropského cíle. Z pohledu zajištění bezpečnosti je rozložení cest dovozu správné. Obrovský potenciál výroby modrého i zeleného vodíku má Rusko, se kterým však Evropská komise ve svých plánech nepočítá.
Způsoby dopravy se budou lišit podle vzdálenosti místa výroby a spotřeby. Evropa musí být připravena na všechny varianty. Pro krátké vzdálenosti do 3 000 kilometrů lze ekonomicky využívat plynovody. Sdružení provozovatelů plynových přepravních soustav má již plány na úpravu stávajících plynovodů a výstavbu nových.
Ty nové bude nutné vybudovat zejména pro skandinávskou cestu – tedy ve Švédsku, Finsku a Polsku. Pro propojení Španělska a Francie bude nutná jejich výstavba i v jihovýchodní Evropě. Délka plynovodů pro dopravu vodíku by měla v roce 2040 přesahovat 50 tisíc kilometrů. Celkový objem investic pro výstavu plynovodů a skladovací infrastruktury, se bude pohybovat ve stovkách miliard eur.
Pro delší vzdálenosti je místo zkapalnělého vodíku výhodnější doprava amoniaku. Důvodem je, že při zkapalnění vodíku se ztrácí energie. Mezi další důvody patří náročnost na jeho udržování v kapalném stavu a na následné zplynění. Doprava amoniaku s vysokou energetickou hodnotou je mnohem jednodušší a amoniak lze přímo využívat v průmyslových aplikacích.
Mnohem efektivnější je pro výrobu elektřiny a tepla zemní plyn
Často se uvažuje o využití dováženého vodíku pro výrobu elektřiny. To je nesmysl. Z celkové vložené energie lze získat ve formě elektřiny pouze zhruba 30 procent. To znamená, že 70 procent energie poskytnuté do výroby vodíku elektrolýzou nebude využito. Mnohem efektivnější je pro výrobu elektřiny a tepla zemní plyn.
Ve strategii přechodu na využití vodíku existuje řada nástrah a nejasných bodů. Prvním z nich je infrastruktura. Jak jsem uvedl výše – pro dovoz plynného vodíku a amoniaku jsou nezbytné plynovody, zásobníky pro překlenutí sezónních výkyvů spotřeby a terminály.
Druhou oblastí je možná rychlost výstavby elektrolyzérů. V současné době neexistují výrobní kapacity, které by pokryly vzrůstající poptávku po výstavbě elektrolyzérů a náklady na jejich zhotovení významně rostou.
Poptávka po nových elektrolyzérech v Evropě bude konkurovat obrovským plánům na výstavu v budoucích exportních zemích. Ale nejen v nich, platí to i pro státy s největší spotřebou energií, jakými jsou Čína, USA, Indie a Rusko.
Nesmíme zapomínat ani na to, že solární a větrné elektrárny, které by měly zelený vodík vyrábět, dosud nejsou v provozu a musí být teprve vybudovány. V zemích mimo EU bude nutné nejdříve změnit celkovou energetickou infrastrukturu.
Například v Maroku je naprostá většina elektřiny vyráběna z uhlí. Evropská komise jistě nechce šedý vodík vyrobený z elektřiny a uhlí. Proto bude nutné nejprve zajistit v těchto zemích přechod na nízkoemisní výrobu elektřiny a teprve poté zahájit dodávky zeleného nebo modrého vodíku do Evropy. Co se výstavby plánu elektrolyzérů týče, rok 2030 tak není vůbec jistý.
Třetí, často opomíjenou problematikou produkce vodíku, je i dostatek vzácných kovů. Týká se to jak výstavby zařízení, tak i vlastní výroby vodíku. Mluvíme o niklu, zirkonu, iridiumu, platině a dalších kovech. O platinu bude „bojovat“ i e-mobilita.
Tyto vzácné kovy jsou těženy zejména v zemích jižní Afriky. Například Jihoafrická republika produkuje 75 procent platiny a 85 procent iridia. Současná aktivita Číny a Ruska v Africe je motivována snahami o zajištění jak vzácných kovů, tak i vyrobeného vodíku. Kromě toho vzácné kovy pro nové efektivnější technologie výroby vodíku jsou podle jedné ze studií IRENA k dispozici pouze v Číně.
Do úvahy o skutečném potenciálu využití elektrolýzy vstupuje i dostatek vody. Pro jeden kilogram vodíku je nutné využít kromě 50 kWh elektřiny hlavně 9 litrů vody. Plán 20 milionů tun vodíku tak vyžaduje obrovské množství vody. Bohužel oblasti s největším potenciálem výroby vodíku ze solární energie, trpí jejím nedostatkem.
Bez infrastrukturních „vodních“ investic bude potenciál využití solární energie omezený. Navíc tyto projekty jsou časově velice náročné a v Africe i politické. Příkladem je výstavba vodních akumulačních elektráren v Egyptě. Proto existují projekty, které by propojily země severní Afriky a jižní Evropy podmořskými kabely.
Vzorem mohou být již existující kontinentální propojení s Velkou Británii nebo Norskem. Pro dodávky stabilní energie nutné pro evropský průmysl budou ale muset existovat obrovské bateriové systémy. Ty ale vyžadují opět obrovské množství vzácných kovů.
Přechod na vodík je nevyhnutelný. Znamená ale obrovské investice mnoha stovek miliard eur. Energetická soběstačnost Evropy přitom výsledem nebude. Závislost na ruském plynu bude vyměněna závislostí na importu vodíku na budoucím konkurenčním globálním trhu. Lze očekávat dlouhodobé smlouvy s exportními zeměmi.
Cílem musí být vysoká diverzifikace dovozců vodíku s maximálním podílem jedné země na dodávkách vodíku do 10 procent. U zajištění dostatku vzácných kovů potřebných pro výrobu vodíku bude situace komplikovanější. Důvodem je již zmiňované omezené geografické rozšíření a využití téměř ve všech odvětvích průmyslu. Energetika podpoří a bude realizovat projekty pro výrobu, dopravu, skladování a využití vodíku, nikoli ale za každou cenu a na zavolání.
Nyní jsme na konci roku 2023. Pro splnění cílů 2030 máme pouze sedm let. Existuje vážné riziko, že definované cíle nebudou naplněny a jsou spíše přáním, než reálným a dobře naplánovaným projektem. Ostatně Green Deal může být příkladem. Stále musíme dávat velký pozor na zachování konkurenceschopné průmyslové a zemědělské výroby v Evropě.
Jsme rád, že už je jasné další využití jaderné energetiky. Od roku 2030 už i s malými modulárními reaktory. Očekávám také, že přechodové období pro energetické využití zemního plynu bude prodlouženo. Energetika byla, je a vždy bude speciální odvětví, které vyžaduje dlouhodobé plánování a investice. Musí navíc přečkat ve výborné kondici i několikaleté konjukturální cykly a krize. V energetice zajisté neplatí: „Čím dříve, tím lépe“.
