Vodík v energetice

Vodík se v budoucnu stane součástí energetického mixu. V Česku vzniká vodíková laboratoř i nové elektrolyzéry

Vodík doplní evropský energetický mix. Do roku 2030 ho chce Evropa produkovat až deset milionů tun, a to s minimálními emisemi. V polovině února byla schválena státní podpora pro vodíkové projekty až ve výši 6,9 miliard eur v sedmi evropských zemích, Česko mezi nimi nicméně chybí. Tradičně uhelné české regiony ale sází na vodík jako na technologii, která může pomoci rozvoji obnovitelných zdrojů: na Ústecku vzniká vodíková laboratoř, v Moravskoslezském kraji pak první „vodíkové údolí”. Globálnímu vodíkovému trhu ale dominuje Čína, která se soustředí na praktické využití a má zároveň největší instalovanou kapacitu elektrolyzérů na světě.

Evropa si dala za cíl být do roku 2050 uhlíkově neutrální a právě vodík může být ideálním doplňkem energetického mixu. Umožní totiž na rozdíl od baterií skladování energii po delší časový úsek a do budoucna by měl doplnit a nahradit zemní plyn a také dekarbonizovat průmysl. Podmínkou nicméně je, že půjde o „zelený vodík“, který bude vyroben pomocí bezemisní elektřiny, tedy elektřiny z obnovitelných zdrojů. To je ale prozatím hudbou budoucnosti. „Absolutní většinu světového vodíku ale momentálně představuje tzv. šedý vodík vyrobený prostřednictvím fosilních zdrojů. Vodík má na evropské úrovni silnou politickou podporu a do roku 2030 počítá Evropa dle evropské vodíkové strategie s vlastní výrobou deseti milionů tun obnovitelného vodíku a stejným množstvím vodíku dovezeného ze zemí mimo EU,“ říká Kateřina Novotná, analytička portálu Evropa v datech.

Evropa se soustředí na ukotvení vodíku v legislativním rámci, podobně jako USA, její produkce je ale v porovnání s dalšími kontinenty zatím poměrně nízká. Naproti tomu Čína se soustředí na praktickou část vodíkového trhu – produkci, nové projekty a technologie.

Obrázek ve větším rozlišení zde.

Sedm členů EU podpoří vodíkové projekty miliardami eur, Česko mezi nimi není

V polovině února schválila Evropská komise možnost státní podpory pro vodíkové projekty ve výši 6,9 miliard eur. Projekt pro rozvoj vodíkové infrastruktury připravilo sedm členských států, a to Francie, Německo, Itálie, Nizozemsko, Polsko, Portugalsko a Slovensko. Tyto země tedy budou poskytovat podporu na úrovni jednotlivých států vodíkovým projektům ve výši 6,9 miliard eur a věří, že veřejná podpora vybudí i soukromé investice ve výši 5,4 miliardy eur. Měly by tak vzniknout nové elektrolyzéry o kapacitě až 3,2 GW na výrobu obnovitelného vodíku, 2 700 km nových a repasovaných potrubí, úložiště vodíku o kapacitě 370 GWh a 6 000 tun dovozní kapacity v terminálech ročně.

„Česko se do evropských vodíkových projektů (tzv. IPCEI, důležitých projektů společného evropského zájmu) zapojilo také, ale pouze v rámci první „vlny” společných vodíkových projektů. Ty se týkaly především výzkumu, vývoje technologií či inovativního využití vodíku,“ doplňuje Kateřina Novotná.

V Ústeckém kraji vzniká vodíková laboratoř pro studenty

První komerční projekt pro výrobu zeleného vodíku v Česku spustila v říjnu 2023 skupina Solar Global v Napajedlech na Zlínsku. Jeden z dalších inovativních projektů představuje Green Energy Centre (GET Centre) Univerzity Jana Evangelisty Purkyně (UJEP). Ten poskytne Ústecko-mostecké aglomeraci základnu pro vědu, výzkum a inovace v oblasti obnovitelných zdrojů energií. V areálu bývalého dolu Centrum vzniká terénní laboratoř, kde se bude v pilotním provozu vyrábět zelený vodík prostřednictvím obnovitelné energie z fotovoltaiky.

Na projektu GET Centre se podílí nejen UJEP, ale také Akademie věd ČR a průmysloví partneři, mezi kterými je mimo jiné skupina Sev.en Česká energie. „Do projektu GET Centre UJEP jsme se zapojili, protože vnímáme, že je důležité směřovat síly do vývoje technologií pro budoucnost. V rámci projektu vzniká laboratoř, která by měla být zprovozněna v příštím roce. Budou se zde školit studenti z UJEP, budoucí odborníci, kteří budou pro větší využití vodíku třeba a zatím je v Česku pro budoucnost postrádáme,“ vysvětluje Pavel Farkač, manažer rozvojových a transformačních projektů skupiny Sev.en Česká energie. „V rámci našeho zapojení do projektu budeme instalovat elektrolyzér o výkonu 750 kW, který přímo propojíme se dvěma novými fotovoltaickými elektrárnami v okolí, přičemž jedna bude plovoucí. V reálném provozním měřítku si tak studenti, jakožto budoucí energetičtí profesionálové, budou moci otestovat technologie spojené s výrobou zelené elektřiny a zeleného vodíku a například v reálném čase precizovat parametry ovlivňující čistotu vodíku nebo odpar z vodní hladiny. Vodíkové hospodářství ve spojení s fotovoltaickými zdroji bude dokončeno do konce roku 2027 a následně očekáváme, že tímto výrobním zázemím ročně projdou desítky studentů primárně z řad UJEP, ale i jiných spolupracujících univerzit,“ dodává Farkač. Vodíkové technologie tak mohou pomoci rozvoji tradičně uhelného regionu novým směrem.

Nová elektrárna zajistí pohon až pro 30 tisíc vodíkových aut

Nedaleko od dolu Centrum plánuje Orlen Unipetrol stavbu fotovoltaické elektrárny a elektrolyzéru: „Ročně budeme vyrábět 4 500 tun obnovitelného vodíku, což představuje například pohon pro 30 tisíc aut. Při výrobě budeme kombinovat naši vlastní energii vyrobenou ze slunce s dodávkami zelené energie od jiných dodavatelů tak, abychom zajistili chod výroby i v nočních hodinách,“ říká Pavel Kaidl, Vedoucí odboru externí komunikace ORLEN Unipetrol. Stavba by měla být dokončena do roku 2028.

Vodíkové technologie zažívají v tradičně uhelných regionech rozmach a mohly by se stát novým motorem rozvoje těchto oblastí a současně celkové dekarbonizace průmyslu. Význam těchto regionů a vznik tzv. vodíkových údolí ve svém projevu na konferenci Green Deal Summit vyzdvihovala i předsedkyně Evropské komise Ursula von der Leyen. Do vodíkových technologií mohu uhelné regiony investovat mimo jiné skrze Operační program Spravedlivá transformace, který je určen specificky pro ně. Další možností je využít finance z Modernizačního fondu, kde jsou na vodíkové projekty alokovány až čtyři miliardy korun.

Kromě Ústeckého kraje se na vodík zaměřuje také Karlovarský a Moravskoslezský kraj – letos tyto tři kraje podepsaly společné vodíkové memorandum. To má zaručit spolupráci ve využití vodíku a také koordinaci při vzniku českých vodíkových údolí. První z nich se rodí v Moravskoslezském kraji. Zdejší vodíkový klastr sdružuje, podobně jako GET Centre, zástupce kraje, univerzit i soukromých společností. Jeho strategickým cílem je v horizontu deseti let v regionu vytvořit fungující ekonomický systém výrobního a distribučního řetězce vodíku.

Vodík je nově součástí českého energetického zákona

Od ledna 2024 začala platit novela energetického zákona, podle které bude možné do distribuční sítě posílat nejen zemní plyn, ale právě také vodík či jejich směs. „Už dnes jsou naše plynovody a plynárenská zařízení připraveny distribuovat až 20% příměs vodíku v zemním plynu. Vedle toho pracujeme na tom, aby naše síť byla v budoucnu schopna distribuovat i 100% čistý vodík. Dlouhodobě proto investujeme do rozvoje naší infrastruktury,” popisuje mluvčí GasNetu Tomáš Pernis.

Dohoda mezi Českem a Saskem má otevřít dveře spolupráci obou zemí právě v oblasti budování vodíkové infrastruktury. Za klíčovou považují země přestavbu existujících plynovodů, jež umožní přepravu vodíku z východu a jihu Evropy. „Vodík se dle našeho názoru bude vyrábět primárně na severu Evropy, ve Skandinávii, kde mají levnou zelenou elektřinu, nebo na jihu, třeba v určitých oblastech Španělska. Evropu nicméně nejpozději v příští dekádě propojí systém přepravních plynovodů, který dostane levný vodík z těchto oblastí, a případně i z oblastí mimo Evropskou unii, do center poptávky,“ věří Veronika Vohlídková, výkonná ředitelka České technologické vodíkové platformy HYTEP.

Nedostatek obnovitelných zdrojů brzdí rozvoj vodíkové energetiky

V Česku je zatím vodíkových projektů poměrně málo, za čímž stojí i nedostatek obnovitelných zdrojů energie: „Zatímco například Německo má offshorové elektrárny, Česká republika tuto výhodu nemá. Fotovoltaika zase například v porovnání se Španělskem vyrobí takřka dvakrát méně elektřiny za rok (na 1 kWp). Přesto to neznamená, že by snad obnovitelné zdroje v Česku nedávaly smysl. Sice z nich bude elektřina dražší, přesto však nabízejí zvýšení energetické soběstačnosti a je potřeba se jim do určitého procenta energetického mixu věnovat,“ podotýká Veronika Vohlídková.

Rozvoji vodíkového trhu by ale mohla pomoci i aktualizace české vodíkové strategie. Ministerstvo průmyslu a obchodu pracuje na revizi úrovní české vodíkové strategie z roku 2021, která by měla být představena v první polovině letošního roku. Firmy, které na vodík vsadily, ale na strategii nečekají a jednají. „Jsme připraveni na každý scénář vývoje české energetiky. To může být ve střednědobém horizontu další posilování pozice zemního plynu jako přechodového paliva při odchodu od uhlí, a společně s tím i postupné zvyšování podílu nových nízkoemisních plynů, jako jsou vodík nebo biometan. Vodík je čistá a obnovitelná energie. A hlavně je to plyn, který je skvělým médiem pro uchování a přenos energie. Stejně jako elektřina ze slunce nebo větru má i plyn svoji obnovitelnou budoucnost při využití biometanu a zejména vodíku,“ uzavírá Tomáš Pernis.

Kolik stojí vodík?

Boston Consulting Group ve své analýze z října 2023 odhaduje, že by se náklady na výrobu zeleného vodíku ve střední Evropě mohly v roce 2030 pohybovat v rozmezí 5 až 8 eur za kilogram. Ještě před dvěma roky byly ale odhady výrazně optimističtější, náklady na zelený vodík měly podle analytiků koncem desetiletí dosáhnout jen 3 eura za kilogram. Na výsledné ceně pro zákazníka se podílí náklady na pořízení elektrolyzéru, jeho využití, cena vody i obnovitelné elektřiny. Cena vodíku pochopitelně nikdy nemůže být nižší než cena energie, která je zapotřebí k jeho produkci. První pražská vodíková čerpací stanice otevřela v březnu minulého roku se zaváděcí cenou 278 korun za kilogram vodíku, na začátku letošního roku stál vodík už téměř 500 korun za kilogram. Na kilo vodíku ujede osobní auto přibližně stovku kilometrů.

Rekordní globální spotřeba vodíku za rok 2022

Globální spotřeba vodíku roste, za rok 2022 dosáhla rekordních 95 Mt, což představuje meziroční zvýšení o 3 %. Pouze 1 Mt však v roce 2022 připadla na zelený vodík. Poptávka po vodíku se zatím koncentruje na tradiční použití při rafinaci ropy a v chemickém průmyslu. Podle IEA tento globální růst neodráží ani tak úspěch politických snah o rozšíření používání vodíku, ale spíše souvisí s obecnými globálními trendy v energetice. I počet vodíkových projektů výrazně narůstá. Podle zprávy IEA z roku 2023 měl být globální instalovaný výkon elektrolyzérů do konce loňského roku více než 2 GW. Na základě oznámených projektů by pak do konce dekády mohla kapacita vzrůst na 175 GW či dokonce 420 GW včetně projektů v rané fázi. Instalovaný výkon jaderné elektrárny Temelín je pro srovnání 2 GW. Roční produkce zeleného vodíku by mohla v roce 2030 dosáhnout více než 20 Mt, pokud dojde k realizaci oznámených projektů.

Vodíkovému trhu vévodí Čína

První zemí, která představila svou vodíkovou strategii, bylo v roce 2014 Japonsko. Vsadilo tehdy na využití vodíku především v oblasti osobní dopravy, v té se ale dnes vodík používá okrajově. V současnosti se využívá především v při rafinaci ropy nebo při výrobě methanolu a amoniaku jako hnojiva. Jeho další použití ukázala například švédská ocelářská společnost SSAB, která vodík využívá při výrobě bezemisní oceli. Prostřednictvím vodíkové technologie HYBRIT (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology) dokázala produkovat ocel už v roce 2021 a o rok později otevřela velkokapacitní úložiště vodíku, které umožňuje snížit variabilní náklady na jeho výrobu o 25 až 40 %. Kromě SSAB ale existují i další příklady v automobilovém či stavebním průmyslu.

Vodíkový trh dnes opanuje Čína, v závěsu za ní stojí v produkci Severní Amerika. Čína využije 29 % aktuálně produkovaného vodíku a je i jeho největším producentem. V roce 2020 měla méně než 10 % celosvětové kapacity elektrolyzérů instalovaných pro výrobu vodíku. Ta v roce 2022 vzrostla na více než 200 MW, tedy 30 % celosvětové kapacity. Podle nejnovějších globálních dat ze září 2023 měla Čína do konce roku 2023 dosáhnout instalované kapacity elektrolyzéru 1,2 GW, tedy přibližně 50 % celosvětové kapacity. Čína navíc dominuje i na trhu s elektrolyzéry, která má největší kapacitu pro produkci této technologie a drží i rekord největšího elektrolyzéru na světě, a to o výkonu 260 MW.