Evropská unie se může pochlubit největší koncentrací vodíkových údolí na světě – v současné době jich zde vzniká více než dvacet a další dvě se rodí ve Velké Británii. Při aktuálním celosvětovém počtu 36 těchto údolí je tak evropský podíl zhruba dvoutřetinový. Nejrychleji se tyto projekty rozvíjejí v Nizozemsku, kde jich je v současné době rozpracováno pět. Patří mezi ně například vodíková údolí v rotterdamském či amsterdamském přístavu nebo ve městě Groningen.

Termín „vodíkové údolí“ se objevil teprve nedávno, někdy před dvěma lety. Označuje se jím integrace celého vodíkového cyklu na jednom místě, tedy to, že v dané lokalitě se ohledně vodíku odehrává vše od jeho výroby přes ukládání a distribuci až po spotřebu koncovými zákazníky, ať již v některém průmyslovém odvětví nebo v dopravě. Vodíková údolí lze podle velikosti rozdělit do tří hlavních kategorií: malé lokální projekty zaměřené především na dopravu, regionální a středně velké průmyslové projekty a velké projekty orientované hlavně na mezinárodní obchod s vodíkem.

Většina projektů se teprve rozbíhá

Přestože vodíková údolí v současné době poměrně rychle přibývají, úplného dokončení se zatím na celém světě dočkaly jen čtyři z nich. Jedno takové již dokončené údolí se nachází v severním Dánsku ve městě Hobro. Vodík se tam vyrábí s pomocí větrné energie a používá se k ukládání přebytků elektrické energie vyrobené větrnými turbínami a také jako palivo v tamním průmyslu. Náklady na výstavbu tohoto rozsahem spíše menšího projektu dosáhly 15 milionů eur.

Skutečně velkým projektem je výstavba vodíkového údolí s názvem Evropský vodíkový hub v přístavu Rotterdam. Po jeho dokončení by se tam mělo vyrábět každý den téměř 3 200 tun vodíku. Ten by měl najít široké využití v oblasti mobility, při výrobě elektřiny a v chemickém průmyslu.

Významným projektem je také Baskický vodíkový koridor. Ten by měl po dokončení každý den s pomocí solárních panelů a větrných turbín produkovat kolem 55 tun vodíku. Využívat jej bude především místní doprava – silniční i lodní – a energetika, uplatní se ale také v rafineriích a při zpracování oceli.

Ve Velké Británii byl loni zahájen obří projekt za 4 miliardy eur. Vodíkové údolí Hynet North West bude po dokončení v roce 2030 produkovat téměř 2 200 tun vodíku denně. Ten bude určen hlavně pro energetický sektor a rafinérie.  

Černý kůň pomůže nákladní dopravě  

Ambiciózním projektem je Black Horse – společný projekt zemí V4, tedy i České republiky, zaměřený na těžkou nákladní dopravu. Půjde o finančně náročný projekt – investice by měly dosáhnout téměř 6 miliard eur. Po dokončení projektu by měl vodík, jehož denní produkce by měla dosahovat až 320 tun, sloužit jako pohonná hmota pro flotilu zhruba 10 000 kamionů, pro něž v regionu střední Evropy vznikne 270 tankovacích stanic s vodíkem.

Velké projekty ale vznikají i za hranicemi Evropy. Například v Ománu se rodí rozsáhlý projekt vodíkového údolí v hodnotě 2 miliard eur. Jeho každodenní produkce by po dokončení, které je naplánováno na rok 2024, měla činit 390 tun zeleného vodíku, který bude převážně exportován do zahraničí.

V americkém státě Utah vzniká v režii společností Mitsubishi Power a Magnum Development tam úložiště čisté energie. Podle realizátorů by mělo jít o největší projekt svého druhu na světě. Kapacita úložiště by měla dosáhnout 1 000 MW / 100 000 MWh stoprocentně zeleného vodíku.

Mapa evropských vodíkových údolí (zdroj: Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking)

Od vodíkových čtvrtí k vodíkovým městům

U nás je ohledně vodíku velmi aktivní Ústecký kraj, který se jako první region České republiky zapojil do evropského partnerství Hydrogen Valleys. V tomto severočeském kraji také byla již před více než dvěma lety založena Vodíková platforma Ústeckého kraje, kterou v současné době tvoří 23 subjektů z řad firem, výzkumných organizací a měst.

Stavbu celé vodíkové městské čtvrti v nedávné době oznámila také česká průmyslová skupina Cylinders Holding, která je jedním z největších světových výrobců bezešvých ocelových lahví na technické plyny. Její H2 City District má vzniknout na haldě v ostravské Hrabůvce.

V zahraničí jsou plány tohoto typu ještě velkorysejší. Stavbu prvního stoprocentně vodíkového města chystá pět britských plynárenských firem. Jeho realizace by měla být jedním ze základních pilířů Zelené průmyslové revoluce, kterou britský premiér Boris Johnson ohlásil loni v listopadu. Tyto společnosti, které v současnosti zásobují zemním plynem 85 % britských domácností, hodlají do roku 2025 začít vodíkem zásobovat celou jednu větší vesnici, do roku 2030 pak jedno velké město a do roku 2050 plánují opustit distribuci zemního plynu zcela přejít na vodík.

Vodíkem poháněné město v současnosti již buduje japonská automobilka Toyota, více se o tomto projektu můžete dočíst zde.

Právní nejistota trvá

Rychlejšímu rozvoji vodíkové energetiky brání kromě řady stále nevyřešených technických problémů a značné finanční náročnosti projektů také nedostatečná právní podpora a jistota v oblastech, jako je určování cen emisních sloučenin uhlíku, technická standardizace a rychlost vydávání potřebných povolení. Podle průzkumu téměř 40 % developerů vodíkových údolí považuje špatně definovaný právní rámec za klíčový nedostatek. Faktem je, že v současnosti má v celé EU dobře zpracovanou národní strategii pro rozvoj strategického paliva pouze několik států.

Snahu EU o nápravu těchto nedostatků a o silnější podporu rozvoje celosvětové vodíkové ekonomiky nedávno demonstrovalo uzavření partnerství Clean Hydrogen. Tato mise, do níž se zapojily i neevropské země (partnerství uzavřely Evropská komise jako reprezentant celé EU, Austrálie, Rakousko, Kanada, Čile, Čína, Německo, Indie, Itálie, Maroko, Norsko, Saudská Arábie, Korea, Spojené království a USA), si stanovila za cíl urychlit v oblasti vodíkové energetiky inovační proces tak, aby se co nejdříve podařilo dosáhnout cenově dostupného a spolehlivého zásobování vodíkovou energií. Konkrétním výstupem spolupráce by mělo být vybudování minimálně stovky rozsáhlých vodíkových údolí po celém světě do roku 2030.

Bylo to na počátku loňského roku, ještě před vypuknutím koronavirové pandemie, kdy automobilka Toyota oznámila na největším veletrhu spotřební elektroniky CES v Las Vegas, že zahajuje přípravy nebývalého projektu: stavby autonomního a bezemisního města budoucnosti. Je třeba říci, že Las Vegas – samo bizarní město, obklopené pouští, plné neonů, heren a nablýskaných hotelů – bylo pro tento účel opravdu příhodnou kulisou. Rok se s rokem sešel a Toyota jak řekla, tak i začala činit: v prefektuře Šizuoka, na dohled hory Fudži, zahájila na konci ledna výstavbu této „živé laboratoře“ – města s názvem Woven City. Název (woven = tkaný) přitom odkazuje jak na technologickou propojenost všech prvků budoucího města, tak na historické počátky Toyoty. Tato firma totiž, jak známo, začínala jako výrobce tkalcovských stavů.

Celý projekt podle Toyoty představuje jeden z pilířů transformace z výrobce automobilů na firmu poskytující komplexní služby mobility. K tomu, aby mohla automobilka tyto služby rozvíjet co nejefektivněji, začala dokonce – jak je dnes obvyklé – vytvářet nové dceřiné společnosti. Letos v lednu začala fungovat společnost Woven Planet, která navazuje na aktivity výzkumného ústavu Toyota – Advanced Development. Jejím hlavním cílem je uvést do života vizi „Měj rád mobilitu a žij bezpečně“. Součástí této skupiny jsou společnosti Woven Core (zabývá se převážně vývojem technologií autonomního řízení), Woven Alpha (má na starost strategii rozvoje Woven City a dalších inovačních projektů sahajících nad strategický rámec automobilky) a Woven Capital (připravuje strategické investice s partnery projektu).

Všechny dceřiné firmy se budou v rámci projektu Woven City specializovat na konkrétní cíle, které by ve výsledku měly znamenat komplexní přeměnu způsobů, jakými dnes lidé žijí, pracují a pohybují se. Prostředky k tomu samozřejmě budou hlavně technologické inovace a investice, a to především v oblastech, jako je autonomní řízení vozidel, automatizace řízení budov či dopravní infrastruktury, efektivnější a ekologičtější výroba a využití energie nebo robotizace výroby a služeb. Očekává se, že projekt přinese bezpočet výzkumných a pracovních příležitostí firmám a odborným institucím z celého světa.

Rukopis známého architekta

Architektonický návrh města připravil známý dánský architekt Bjarke Ingels, autor či spoluautor takových projektů, jako je nová výšková budova World Trade Center v New Yorku, Lego House v Dánsku nebo sídlo Googlu v americkém Mountain View.

Podle jeho návrhu by ve Woven City měly vzniknout tři typy nadzemních komunikací, které se budou nacházet v jedné terénní rovině, budou se tedy vzájemně protínat. Jeden typ bude vyhrazen pro autonomně řízená vozidla, jeden pouze pro chodce a jeden pro chodce, kola, koloběžky, segwaye a další podobná vozítka. Tyto tři typy ulic doplní ještě čtvrtý – podzemní ulice, které budou sloužit výhradně k přepravě zboží.

Podle plánů Toyoty by zpočátku mělo ve městě žít asi 360 obyvatel, převážně z řad seniorů, rodin s dětmi a výzkumníků procujících v Toyotě, resp. ve Woven City. Jejich počet by měl postupně vzrůst až na více než 2 000 lidí.

Všechny byty a domy budou splňovat kritéria tzv. chytrého bydlení. To znamená, že budou vybaveny nejmodernějšími technologiemi tak, aby jejich provoz byl maximálně energeticky úsporný a přitom přispíval k vysokému komfortu bydlení. Spotřebiče budou například schopny komunikovat s automobily, takže ve chvíli, kdy se spotřebič dozví, že auto s majitelem domu se blíží, zapne se konkrétní spotřebič (topení, klimatizace) nebo se provede potřebný úkon. Spotřebiče, vybavené prvky umělé inteligence se také budou samy přizpůsobovat obvyklému chování obyvatel domu či bytu, resp. vnějším klimatickým podmínkám, ať už se jedná o regulaci vytápění, klimatizace, osvětlení či zabezpečovacích prvků. Cílem je, aby se obyvatel domu či bytu cítil pokud možno neustále komfortně, a to při co nejmenší energetické náročnosti.   

Dále rozvíjet získané znalosti a zkušenosti

Slavnostního zahájení stavby experimentálního města se zúčastnil i prezident Toyoty Akio Toyoda, guvernér prefektury Šizuoka Heita Kawakatsu, generální ředitel firmy Woven Planet James Kuffner nebo prezident doslouživšího výrobního závodu Toyoty Higashi-Fuji (TMEJ), na jehož místě Woven City vzniká, Kazuhiro Mijauči.Rozvíjet

„Závod Higashi-Fuji zde za podpory místních obyvatel fungoval 53 let. Znalosti a zkušenosti, kterými přispěli všichni dosavadní pracovníci tohoto závodu, je nutné zužitkovat i v další kapitole. S ohledem na skutečnost, že Woven City nebude stát na zelené louce, ale v místech, kde se psala historie závodu Higashi-Fuji, nabídnu do budoucna nejvyšší možnou míru spolupráce,“ nechal se slyšet Kazuhiro Mijauči.

Závod za dobu své existence vyrobil 7,52 milionu vozidel, včetně známých modelů, jako byly Toyota Sports 800, Mark II, Corolla Levin / Sprinter Trueno, Crown, Century a JPN Taxi. Podle slov Akia Toyody byly tyto vozy opravdovou „hnací silou motorizace Japonska“.

Dojde i na vodík

Důležitou součástí experimentu Woven City je i zkoumání možností výroby a využití vodíku. Toyota se za tímto účelem spojila se společností ENEOS. Cílem jejich spolupráce bude vytvořit z Woven City komunitu s celosvětově největším podílem vodíku na energetické spotřebě a ukázat tak světu směr, kterým je možné dosáhnout uhlíkově neutrální společnosti do roku 2050. K tomu se ostatně zavázalo celé Japonsko i mnoho dalších zemí.

ENEOS je ve vodíkovém byznysu již zkušenou firmou, ve čtyřech hlavních metropolitních oblastech Japonska provozuje 45 vodíkových čerpacích stanic. Zabývá se jak vývojem technologií na výrobu zeleného vodíku, tak budováním celého dodavatelského řetězce.

Spolupráce se společností ENEOS bude probíhat v několika různých oblastech. Jedním z plánovaných projektů je například vybudování vodíkové stanice v těsné blízkosti Woven City. ENEOS pro ni bude zajišťovat samotnou výrobu zeleného vodíku, tedy vodníku z obnovitelných zdrojů. O zásobování města vodíkem se postará Toyota, která v něm nainstaluje stacionární generátory s palivovými články.

Většina dopravních letadel bude nejméně do roku 2050 využívat tradiční proudové motory, přičemž zavedení vodíkových motorů s nulovými emisemi bude omezeno na regionální letadla a letadla s krátkým doletem, uvedl Airbus ve zprávě pro úředníky Evropské unie. Briefing byl připraven v únoru, zveřejněn byl ovšem až v červnu letošního roku. 

Výrobce letadel se stal hlavním zastáncem vodíkového pohonu a uvedl, že do roku 2035 plánuje vyvinout první komerční letadlo s nulovými emisemi na světě. Veřejně ovšem Airbus neuvedl, zda bude tato technologie připravena včas pro další významný milník evropského průmyslu – náhradu letounu A320 pro střední tratě v roce 2030 -, ale zpráva pro úředníky EU to s velkou pravděpodobností vyloučila.

“Vodíková letadla s nulovými emisemi se od roku 2035 budou používat především pro letouny na regionální tratě či letadla s kratším doletem. Což znamená, že současné a budoucí iterace vysoce účinných plynových turbín budou při přechodu k roku 2050 stále potřebné, zejména pro provoz na dálkových linkách,” uvádí se v prezentaci.

Slajdy z prezentace pro úřad místopředsedy Evropské komise Franse Timmermanse zveřejnila organizace InfluenceMap, která se zabývá lobbováním za klima a která uvedla, že je získala na základě žádosti o svobodné zacházení s informacemi.

“Zatím není rozhodnuto, na jaký segment trhu se první letadlo s nulovými emisemi zaměří,” uvedl následně pro server EurActiv mluvčí společnosti Airbus a odmítl únorové setkání dále komentovat.

Půjde to pomalu, tvrdí firma

Evropský letecký gigant Airbus považuje vodíkový pohon za “jednu z nejslibnějších dostupných technologií” pro dekarbonizaci letecké dopravy. Firma chce vodík využít v rámci plánů na zavedení letadel s nulovými emisemi do roku 2035. Ale firma je samozřejmě pod tlakem, aby technologii zavedla co nejdříve. V této souvislosti je právě důležitá náhrada u letounů střední třídy, kam patří i A320. Ten a jemu podobný Boeing 737 jsou totiž dnes hlavními tahouny letecké dopravy, a tak je z hlediska přechodu k bezuhlíkové letecké dopravě klíčové, aby tyto začaly využívat vodíku. Airbus uvádí, že letadlo A320 vzlétne nebo přistane každých 1,6 sekundy.

Když například v červnu loňského roku Francie oznámila navýšení finančních prostředků pro letecký výzkumný orgán CORAC, mluvila právě o nové generaci letadel na vodík. Stát přislíbil 1,5 miliardy eur na tři roky, která měla zachránit 500 z 15 000 pracovních míst ohrožených restrukturalizaci. Ministerstvo tehdy uvedlo mezi klíčovými důvody pro investici právě i vývoj nástupce A320, který měl podle úřadu využívat vodík a měl by být uveden do provozu v letech 2033 až 2035.

Koncept turbovrtulového vodíkového stroje společnosti Airbus
Koncept turbovrtulového vodíkového stroje společnosti Airbus

Z průmyslu se ozývají dlouhodobě opatrnější hlasy. Výkonný ředitel společnosti Boeing, jediného velkého konkurenta Airbusu, Dave Calhoun na začátku vyloučil, že by se vodík v letecké dopravě ve větší měřítku začal používat před rokem 2050. I výrobci motorů se v současnosti primárně soustředí na vývoj turbín na běžná paliva. Zástupci průmyslu vyhlídky na přechod rozšířených letadel typu A320 vidí nereálně jak kvůli jejich doletu a velikosti letadel, ale také kvůli budování nutné infrastruktury po světě.

  Představitelé společnosti Airbus v prezentaci pro zástupce EU tvrdí, že výzkum a vývoj v této oblasti povede k vývoji převratných technologií, která pravděpodobně budou zásadním způsobem formovat podobu příští generace letadel. Do té doby, než tyto technologie dozrají, Airbus a další společnosti vyzvaly k širšímu využívání udržitelných paliv ve stávajících letadlech.

Přesně to má zajistit připravovaný evropský návrh ReFuelEU. Ten má snížit emise v letectví, bude uplatňovat postupný mandát pro přimíchávání zeleného leteckého paliva, přičemž procento se bude zvyšovat zhruba v pětiletých intervalech.

Začíná se v malém

V únorové prezentaci Airbus ukázal prognózy, podle nichž by letouny A320 pro střední tratě s kapacitou 150-250 míst měly být poháněny nejprve “udržitelným leteckým palivem” ( “sustainable fuel”, čili SAF) a od roku 2050 “potenciálně i vodíkem”.

Menší stroj se 100-150 místy, kam patří například A220 či Embraer E2, by mohla využívat elektrický pohon, vodík a/nebo “udržitelná paliva” od roku 2040. Regionální letadla s 50-100 místy by mohla být připravena na vodíkový pohon v roce 2030. Airbus v současné době obsluhuje tento trh prostřednictvím svého 50-70místného turbovrtulového letounu ATR, na němž spolupracuje s italskou společností Leonardo.

V září loňského roku představil Airbus tři koncepty vodíkového letounu, který by měl být uveden do provozu v roce 2035, včetně turbovrtulového letounu, tradičně vypadajícího dvoumotorového letounu poháněného hybridními vodíkovými motory a radikálnějšího letounu se smíšenou karoserií.

Společnost Airbus uvedla, že v roce 2025 vybere konečný produkt pro nové dekarbonizované letadlo. Podle briefingu také zúží výběr již v polovině roku 2022.

Evropský parlament požaduje, aby si Evropská unie připravila plán na výrobu “zeleného” vodíku (tedy uhlíkově neutrálního) za komerčně konkurenceschopné ceny. Mezi členy parlamentu však panují neshody ohledně toho, zda a v jaké míře do té doby podporovat využívání vodíku vzniklého s pomocí fosilních paliv.

Zelený vodík je klíčovým bodem strategie EU zaměřené na dosažení uhlíkové neutrality v polovině tohoto století. K tomu, aby se stanovené cíle podařilo naplnit, však bude Evropská komise muset výrazně podpořit výzkum a stanovit jasnou investiční strategii, aby byla tato technologie komerčně konkurenceschopná, píše se v nedávné zprávě Evropského parlamentu.

Výroba zeleného vodíku, tj. dělení molekul vody na vodík a kyslík pomocí elektřiny získané z obnovitelných zdrojů, je technicky proveditelná, ale v současné době velmi nákladná, takže rozhodně nemůže ekonomicky konkurovat výrobě vodíku z fosilních zdrojů. Evropská komise ale chce podle své Vodíkové strategie, kterou zveřejnila loni, instalovat do roku 2030 v unijních zemích 40 GW elektrolyzérů na štěpení vody. Ty by měly produkovat až 10 milionů tun zeleného vodíku ročně. Do roku 2050 by se tak měl zelený vodík stát klíčovou součástí evropského energetického mixu, to si však v příštích zhruba 30 letech vyžádá investice až 470 miliard eur, tedy zhruba 12 bilionů korun.

Evropská komise proto již v příštím roce bude iniciovat založení partnerství pro čistý vodík s názvem Clean Hydrogen. Jeho hlavním cílem bude vyvinout technologii výroby, skladování a distribuce obnovitelného vodíku. EU tuto iniciativu podpoří 1 miliardou eur, dalšími masivními investicemi by měl přispět průmyslový sektor. Momentálně je v plánu vznik 6 partnerství veřejného a soukromého výzkumu, která se zaměří na dekarbonizaci konkrétních průmyslových odvětví, jako je železniční a letecká doprava či výroba oceli.

Šedomodrá fáze přechodu

Ve výrobě tzv. šedého vodíku hrají podstatnou roli fosilní zdroje a zůstává tak po ní výrazná emisní stopa CO2. Na druhou stranu je takto vyrobený vodík relativně levný, což hraje podstatnou roli při jeho prosazování do praxe. Při výrobě tzv. modrého vodíku sice vzniká výrazně méně emisí, avšak náklady na jejich redukci výrobu prodražují.

Evropský parlament podporuje tzv. zelený vodík, nevytvářející žádnou emisní stopu, současně však nezavrhuje variantu využívání šedého či modrého vodíku v přechodné fázi, kdy bude třeba vybudovat distribuční síť a celkově nastartovat trh vodíkové energetiky. Součástí tohoto scénáře však bude muset být i postupné vyřazování „nezelených“ energetických zdrojů.

Aktuálně je jedním nejvýznamnějších vodíkových projektů, a to jak v Evropě, tak celosvětově, projekt Refhyne. Výstavba tohoto 10 MW elektrolyzéru začala v roce 2019. Pro rafinerii společnosti Shell v německém Wesselingu jej buduje společnost ITM Power. Po zprovoznění letos v červenci by měl vyrábět až 1 300 tun vodíku ročně.

Španělsko aspiruje na vodíkového lídra

Skvělé podmínky pro to, stát se výhledově jedním z hlavních evropských uzlů výroby zeleného vodíku, má také Španělsko. Potvrzuje to například fakt, že velký americký výrobce motorů Cummins oznámil, že ve Španělsku postaví továrnu na výrobu elektrolyzérů na výrobu zeleného vodíku. Výroba v ní by měla být zahájena v roce 2023. Plánovaná výroba 500 MW vodíku ročně zajistí také 350 nových pracovních míst.

Velmi ambiciózní je i projekt Y Basque Green Hydrogen španělské energetické společnosti Iberdola, jehož cílem je elektrifikace španělské nákladní dopravy. Součástí projektu má být také výstavba zařízení na výrobu vodíku prostřednictvím elektřiny z fotovoltaických elektráren. Nainstalovány by měly být elektrolyzéry s celkovým výkonem 10 MW, které dokážou denně vyrobit až 4 tuny vodíku.

Do roku 2030 by se tedy i díky vodíku měly obnovitelné zdroje na španělském energetickém mixu podílet 42 % a jejich podíl na výrobě elektřiny by měl být až 74 %, uvedl nedávno španělský premiér Pedro Sánchez.

V této souvislosti stojí jistě za zmínku to, že v loňském roce se obnovitelné zdroje energie poprvé podílely na celkové produkci elektřiny v Evropské unii větším dílem než fosilní paliva. Jejich podíl byl 38,2 %, přičemž z fosilních zdrojů bylo vyrobeno 37 % elektrické energie. Z jednotlivých zemí EU dokázalo z obnovitelných zdrojů vyrobit nejvíce elektřiny Dánsko, a to 62 %.

V březnu příštího roku by se měly v Německu v pravidelném provozu objevit první vlaky na vodíkový pohon. Prvních 14 souprav od společnosti Alstom bude jezdit pod vlajkou dopravce EVB na 123 kilometrů dlouhé trati mezi dolnosaskými městy Cuxhaven a Bremerhaven.

Cílem dopravce je postupně nahradit flotilu dieselových lokomotiv, které jsou oproti vlakům na vodík mnohem méně přívětivější pro životní prostředí. Alstom očekává, že kvůli naplňování cíle snižování emisí skleníkových plynů do roku 2030 v EU bude nutné nahradit více než pět tisíc jednotek osobních dieselových vlaků na neelektrifikovaných tratích zejména v Německu, Francii, Itálii či Velké Británii.

Rakouský železniční přepravce ÖBB testoval vlaky na vodíkový pohon od společnosti Alstom již na podzim loňského roku a výsledky dopadly úspěšně. Zanedlouho by takové vlaky měly již pravidelně jezdit na mnoha rakouských regionálních tratích.

Vodík transformační?

Podle zprávy společnosti Deloitte se vodík může stát jedním ze základů energetické transformace. Je totiž čistým a stále levněji získávaným palivem, snadněji skladovatelným a současně se v něm skrývá významný investiční potenciál. Využití vodíku v dopravě zůstává zatím omezené kvůli málo rozvinuté infrastruktuře, nákladům na distribuci a skladování této suroviny, a také vzhledem k malé nabídce vozidel, která využívají vodík jako pohonnou hmotu, uvádí analýza.

Tato situace se však může změnit, přičemž možné měřítko a tempo rozvoje trhu ukazuje např. plán schválený v Japonsku, jenž předpokládá, že do roku 2030 dojde k dynamickému nárůstu počtu automobilů poháněných vodíkovými palivovými články na zdejších silnicích až na 800 tisíc, přičemž dnes jich jsou pouze 3000.

Vodíkový článek od společnosti Toyota (foto Toyota)
Vodíkový článek od společnosti Toyota (foto Toyota)

„Investice a vládní podpora rostou a technologie získávání a skladování tohoto paliva jsou připraveny se dále rozvíjet, zdokonaluje se efektivita technologií a definují se modely možných využití v průmyslovém měřítku. Může se tedy stát, že se z vodíku stane překvapení této dekády, jako byly v uplynulých letech překvapením sluneční a větrná energie,“ říká Tomasz Gasiński, ředitel týmu udržitelného rozvoje pro Střední Evropu v Deloitte.

Snížení nákladů na výrobu a zpracování vodíku bude v brzké době možné pod podmínkou, že budou celosvětově zavedeny programy, které budou podporovat další inovace a výzkumy. Bude také nutné vypracovat efektivní výrobní procesy a dodavatelské řetězce tak, aby se snížily náklady na konverzi, dopravu a uchovávání tohoto paliva.

Velkým propagátorem vodíku v dopravě i průmyslu je japonská Toyota. Ta již před šesti lety uvedla na trh první sériový automobil na palivové články Mirai. Ten je nyní na trhu již v druhé generaci a letos se začal prodávat i v Česku. Automobilka se také podílí na vývoji nákladních vodíkových vozidel, vlaků či lodí. Aktivní je rovněž v oblasti vodíkové infrastruktury v Japonsku, kde spolupracuje na projektech pro levnou a bezpečnou výrobu a skladování vodíku.

Velkým tématem současnosti je využití vodíku při přechodu k udržitelné energetické budoucnosti. Evropská unie přijala vodíkovou strategii v červenci 2020. Do roku 2030 by podle ní měly v Evropě vzniknout kapacity na výrobu vodíku ve výši až 40 GW a počítá i s dovozem dalších 40 GW vodíku ze sousedních regionů. Klíčovým problémem realizace ambiciózních plánů zůstává otázka různých technologií výroby vodíku, dostatku kapacit a ceny. 

Vodík k energetickému využití lze dnes vyrobit třemi způsoby, které se liší základním principem, složitostí, cenou a především dopadem na životní prostředí. Nejobvyklejší je výroba vodíku chemickým štěpením ze zemního plynu, při kterém ale zároveň vzniká a je vypouštěno do ovzduší velké množství CO2 – na jeden kilogram vyrobeného vodíku jej vzniká přes 5 kilogramů. Pro takto vzniklé palivo se používá název šedý vodík.

Ze zemního plynu se vyrábí i modrý vodík. V tomto případě je ale proces štěpení doplněn ještě o technologii (tzv. CCS) zachytávání a ukládání oxidu uhličitého.

Ekologicky nejpřijatelnější je zelený vodík, který nevzniká štěpením fosilního paliva, ale elektrolýzou vody, přičemž k jejímu rozkladu na vodík a kyslík se používá elektřina vyrobená obnovitelnou technologií; typicky přebytky výroby ve větrných a solárních elektrárnách.

Některé zdroje rozlišují ještě hnědý vodík vyráběný z uhlí a růžový, při jehož elektrolýze se používá elektřina výhradně z jaderného štěpení. Poradenská společnost Wood Mackenzie odhaduje, že do roku 2030 bude 80 % globální vodíkové kapacity tvořit modrý vodík.

Výrobně je v současnosti nejlevnější šedý vodík, jehož cena se pohybuje mezi 0,9 až 1,7 USD za kilogram. Modrý vodík je asi dvakrát dražší, zatímco současná cena zeleného vodíku dosahuje až sedminásobku ceny šedého vodíku. Podle studie poradenské společnosti Aurora Energy Research z ledna 2021 porovnávající ceny vodíku v EU, je v současnosti nejdražší zelený vodík vyráběný v Německu a i v budoucnosti bude importovaný modrý vodík levnější než zelený z produkce EU.

Z pohledu Německa bude podle studie v roce 2030 nejlevnějším zdrojem nízkouhlíkového vodíku modrý vodík z Nizozemska těsně následovaný modrým vodíkem z Norska, který by se přepravoval potrubím. Po roce 2030 by se mohl na první místo dostat zelený vodík z Maroka přepravovaný loděmi.

Také vodík z Chile, Kanady nebo Ruska, které ho plánují v příštím desetiletí vyrábět na export do Evropy, by podle studie mohl být navzdory drahé dopravě nákladově konkurenceschopný. Vysoké ceny evropského zeleného vodíku potvrzuje i zpráva poradenské společnosti Wood Mackenzie ze začátku letošního roku. 

Konkrétní projekty na výrobu zeleného vodíku jsou proto dosud spíš ojedinělé, naopak ale přibývají plány zejména ropných a plynařských společností na masivní výrobu modrého vodíku. V červenci 2020 oznámila norská společnost Equinor financování projektu Northern Lights CCS, což je 600 MW elektrárna v regionu Humber na severozápadě Británie.

Závod bude součástí Zero Carbon Humber, v rámci kterého chce Equinor ve spolupráci s National Grid a Drax Power dodávat energii a vodík do průmyslových center na východě Anglie. Koncem března 2021 ohlásil plány na výstavbu až 1 GW kapacit na výrobu modrého vodíku také ropný a plynárenský gigant BP. Kromě BP a Equinoru uvažují v současné době o vodíkových projektech i další celosvětově působící společnosti jako Shell, Enel, Engie nebo Orsted. Projekty ohlášené v roce 2020 dosahují 66 GW. 

Na současném vodíkovém boomu se podílí i Česko. Společnost Sunfire, ve které má podíl energetická skupina ČEZ, připravuje v areálu rafinérie obnovitelných paliv v holandském Rotterdamu výstavbu největšího světového vysokoteplotního elektrolyzéru na výrobu zeleného vodíku. Zařízení se začne budovat letos a do provozu má jít příští rok. ÚJV Řež, který je stoprocentní dcerou skupiny ČEZ, je jedním ze zakládajících členů České vodíkové technologické platformy HYTEP, jejímž posláním je podpora vývoje vodíkových technologií a zavádění vodíkového hospodářství v ČR. 

V Evropě má zpracovanou vodíkovou strategii do roku 2030 také např. polské ministerstvo pro klima a životní prostředí a vodíkovou platformu založilo i litevské ministerstvo energetiky. Řecká společnost DEPA zabývající se dodávkami zemního plynu nedávno podepsala memorandum o spolupráci s regionálním orgánem Severní Makedonie na rozvoji vodíkové infrastruktury.

Produkcí vodíku ve východní Evropě v současné době vyniká především Ukrajina, první člen skupiny Hydrogen Europe mimo EU. Země disponuje potrubím do Evropy a její kapacity se odhadují přibližně na 505 milionů metrů krychlových vodíku. 

Dovozem a dopravou vodíku do Evropy se chce zabývat i skupina jedenácti evropských provozovatelů plynárenské infrastruktury, která vloni ohlásila projekt evropské páteřní vodíkové sítě The European Hydrogen Backbone. Podle studie polského Emerging Futures Institute je vodíkové potrubí optimální cestou přenosu energie například z větrných farem v Baltském moři či v Norsku a z rozsáhlých instalací na Ukrajině nebo z fotovoltaik v severní Africe dál do střední a jižní Evropy a do Rakouska a Německa.

K projektu se v dubnu 2021 přidaly také Švédsko a Finsko, které chtějí potrubí pro přepravu čistého vodíku začít stavět do roku 2030. Ve střední a východní Evropě je nejaktivnější Maďarsko. První trasa z Ukrajiny přes Slovensko by měla být otevřena do roku 2035.

V jihoaustralském státě Victoria byl uveden do provozu první provoz na produkci zkapalněného vodíku, informovala agentura Reuters. Australsko-japonský projekt za 390 milionů USD je zaměřen na produkci vodíku z hnědého uhlí, jehož zásoby Austrálie nyní plánuje využívat jinak než doposud.

Cílem projektu je vytvořit první komplexní dodavatelsko-odběratelský řetězec, tedy nejen zajistit výrobu, ale také využití a odbyt pro produkt. Hlavním odběratelem by mělo být Japonsko.

Závod se nachází ve státě Victoria, kde se nachází čtvrtina známých světových zásob hnědého uhlí. Využívá technologie vyvinuté firmou firmy Kawasaki Heavy Industries, která v principu ovšem není v principu nijak nový: hnědé uhlí se v něm mění na palivové plyny. Zplynování uhlí se užívá již od 19. století, obvykle však výsledným produktem byl svítiplyn či energoplyn. Ale proces se využívá i k výrobě významné části průmyslově produkovaného vodíku.

Nový proces má jednu zásadní změnu v tom, že by měl mít negativní uhlíkovou bilanci. Při zplynování uhlí se totiž samozřejmě uvolňuje i uhlík. Ten by se však v tomto případě měl ukládat pod zem. Vodík bude v rámci provozu zkapalněn, a pak spotřebován v místě výroby, nebo (výhledově) dopraven k zákazníkům. Produkce této prototypové linky by měla dosahovat zhruba 70 kilogramů denně (což je vzhledem k nízké hustotě vodíku cca 8 000 m3 vodíku denně, nebo zhruba 1 m3 kapalného vodíku).

Lom Anglesea v Austrálii (foto John Englart)
Lom Anglesea v Austrálii (foto John Englart)

Uhelná velmoc hledá budoucnost

Projekt je také součástí snah australského byznysu (i státu) najít si nové místo v mezinárodním obchodu. Země má jednu z největších zásob uhlí na světě, a tuto surovinu také ve velkém exportuje, především na asijské trhy. Vodíkový experiment tedy je součástí australské strategie k „ozelenění“ světové energetiky.

Země také chce zřejmě částečně využit svých zkušeností a infrastruktury z obchodu se zkapalněným zemním plynem. Na tomto trhu je Austrálie světovou dvojkou. Znovu se orientuje hlavně na asijské trhy, které právě na zkapalněný plyn spoléhají ve větší míře než Evropa či USA.

O výrobě vodíku se dnes obvykle mluví spíše v sousvilosti s obnovitelnými zdroji. Při tom se má využívat jednoduššího procesu elektrolýze vody. OZE vyrábí elektřinu, která se pak v případě nedostatku poptávky v síti má využívat k rozkladu vody na kyslík a vodík.

Francouzský výrobce letadel Airbus by mohl mít svůj první vodíkový letoun hotový do roku 2035. Jako nejpravděpodobnější se jeví varianta turbovrtulového letadla s doletem bezmála dvou tisíc kilometrů.

Podle agentury Bloomberg, která o posunu ve vývoji očekávaného modelu informovala, by mělo jít o letoun zhruba o velikosti modelu A320, tedy stroj pro zhruba stovku cestujících. V provozu by měl být kolem roku 2035. Počítá se s doletem necelých dvou tisíc kilometrů.

Výrobce nyní řeší především skladování vodíku, který má výrazně (pro zajištění stejného doletu zhruba šestkrát) vyšší objem než běžné letecké palivo. Z různých důvodů by právě turbovrtulový design letounu má být nejvhodnějším řešením.

Ve Francii se od roku 2023 budou testovat vlaky na vodík. Země podepsala smlouvu až na 14 souprav určených pro čtyři regiony. Propojit by měly i města Lyon a Clermont-Ferrand, uvedla agentura AFP. Vodíkový pohon je šetrný k životnímu prostředí, vypouští jen vodní páru a vodu. Francouzský národní železniční dopravce se zavázal, že do roku 2035 vyřadí vlaky s naftovým motorem.

Vodíkový vlak společnosti Alstom vyjel na koleje v roce 2018 v Německu. Francouzi plánují, že takové vlaky budou jezdit po neelektrifikovaných vedlejších tratích, kde zatím vládnou motorové soupravy s dieselovým pohonem.

Elektřinu potřebnou k pohonu vlaku vyrábí palivový článek instalovaný ve střeše. Míchá palubní vodík s kyslíkem získávaným z okolního vzduchu. Elektrická energie vznikající při brzdění se ukládá v akumulátorech a znovu využívá k pohonu vlaku.

Nákup souprav financují jednotlivé francouzské regiony. Za první z nich zaplatí 17,3 milionu eur, zhruba 452 milionu korun, o třetinu více, než kolik stojí běžný vlak. Francie investuje do přechodu na vodíkový pohon vlaků 47 milionů eur a další prostředky do něj vloží výrobce Alstom a státní dráhy SNCF.

Alstom v letech 2018 až 2020 provozoval prototypy v Německu a loni i v Nizozemsku a v Rakousku. Francouzský podnik následně získal v Německu závazné objednávky na 41 vlaků, které by měly zahájit komerční jízdy příští rok. Šest souprav prodala firma do Itálie.

Načíst další