Polovina sluneční energie, která působí na naši planetu, se podle vědců spotřebovává v jediném procesu – v odpařování vody. Je to vcelku pochopitelné, když si uvědomíme, že voda pokrývá více než dvě třetiny zemského povrchu. Australská společnost Strategic Elements si však na tuto energii dělá zálusk. Spojila se proto s University of New South Wales a Organizací vědeckého a průmyslového výzkumu Commonwealthu (CSIRO) a nyní společně vyvíjejí samonabíjecí bateriovou technologii, která bude schopná pouze z okolní vlhkosti vzduchu vyrábět elektrickou energii a rovnou jí i napájet elektronická zařízení.

Akcie této společnosti na australské burze vyskočily o více než 40 procent poté, co oznámila, že se jí povedl velký pokrok ve vývoji. Tím měla na mysli, že se jí podařilo zvýšit kapacitu elektrického nabíjení z rozsahu miliampérhodin do škály ampérhodin. Strategic Elements tuto technologii nazývá Energy Ink a vyzdvihuje její přednosti: tvrdí o ní například, že je vyrobena z nehořlavých a „zelených“ materiálů a že ji lze vyrábět velmi jednoduše – tiskem na flexibilní plast.

Aktuálně se tato australská firma zaměřuje především na tzv. wearables, tedy „chytrá“ elektronická zařízení určená k nošení na lidském těle. Toto tělo na svém povrchu během dne produkuje značné množství vlhkosti, zvláště když vykonává nějakou fyzicky namáhavější činnost. Společnost Strategic Elements tvrdí, že její technologie, poháněná touto vlhkostí, již poskytuje více než dostatek elektrické energie pro fungování většiny aktuálně dostupných elektronických náplastí na kůži, jež dokážou snížit pocit okamžité bolesti a podporují tvorbu endorfinů. Takováto náplast funguje na principu transkutánní elektrické nervové stimulace, vysílá tedy jemné impulzy, které stimulují nervy v postižené oblasti. Mozek poté přijímá signály, které potlačí vnímání bolesti.

Nyní firma očekává, že do třetího čtvrtletí tohoto roku se jí podaří uvést do provozu i technologický demonstrátor, který dokáže napájet „nositelná zařízení“, jež tak již nebudou potřebovat jinou nabíječku, než je pouze lidská kůže.

Informace z druhé ruky

Strategic Elements se na svých webových stránkách o technických detailech příliš nerozepisuje, zmiňuje pouze to, že používá oxid grafenu a že na vývoji spolupracuje s již zmíněnými společnostmi UNSW a CSIRO. Sdílnější je studie, která byla publikována minulý měsíc v recenzovaném časopise Nano Energy a pojednává o flexibilních a tisknutelných generátorech na bázi oxidu grafenu (MEG), které k výrobě elektřiny využívají okolní vlhké prostředí. Jejím autorem je především tým Materials Science and Engineering School při UNSW a výzkumní pracovníci z CSIRO. I když tedy nemusí jít o přesně tutéž technologii, kterou Strategic Elements připravuje ke komerčnímu použití, zdá se být velmi pravděpodobné, že zde existuje jistá technologická souvislost.

Prototypové jednotky MEG, s nimiž zmíněná studie pracovala, již prokázaly schopnost spolehlivě napájet kalkulačky a malé senzory. Dvojice elektrod – v tomto případě se jednalo o stříbrnou pastu a FTO sklo – byla připojena k hydrofilní „funkční vrstvě“ oxidu grafenu. Protony ve funkčních skupinách jsou v této vrstvě, když je suchá, imobilizovány. Když je mezi oběma stranami zařízení výrazný gradient vlhkosti, jedna strana začne absorbovat molekuly vody ze vzduchu. Během tohoto procesu je ionizuje, což začne způsobovat disociaci ve funkčních skupinách, jako je COOH (karboxylová kyselina). Tím se uvolní pozitivně nabité vodíkové ionty, tedy kationty vodíku.

Na vlhké straně funkční vrstvy je vyšší koncentrace vodíkových kationtů než na suché straně, takže tyto kationty migrují směrem k suché straně, separují náboje a vytvářejí napětí na elektrodách. Pokud vlhkost na vlhké straně zmizí, kationty vodíku migrují zpět a rekombinují se s funkčními skupinami. Celý proces je spouštěn gradientem vlhkosti a běží obráceně, pokud tato se tato vlhkost ztratí.

Sloučením oxidu grafenu s kyselinou chlorovodíkovou se výše zmíněnému vědeckému týmu podařilo vytvořit napětí 0,85 V a proud 92,8 μA na centimetr čtvereční povrchu, což jsou podle tvrzení tohoto týmu dosud nejvyšší zveřejněné hodnoty v souvislosti s MEG. Sestavení těchto jednotek, ať již do série, nebo paralelně, znásobilo jejich výkon bez jakékoli ztráty, což výzkumnému týmu umožnilo napájet i malá elektronická zařízení. Aby vědci dokázali její flexibilitu, vyrobili baterii na kusu uhlíkové látky, poté ji ohnuli z 0 na 120 stupňů po dobu jedné sekundy a tento proces opakovali 2000krát. Na konci procesu MEG stále generoval 93 procent napětí, jež bylo na počátku.

Na větší plochu

I když tedy nevíme, jak souvisí tento výzkum s vývojem komerčního produktu Energy Ink, zdá se, že sliby této společnosti jsou v mezích možností. Společnost Strategic Elements uvádí, že její „ampérhodinová vlhkostní baterie“ měří přibližně 36 cm2. V následujících několika měsících se proto pokusí vyrobit testovací jednotku o ploše 100 cm2 s tím, že UNSW má údajně tiskárnu schopnou produkovat plochu o velikosti až 3 m2.

„Není to tak dávno, co mnozí tvrdili, že vyrobit z vlhkosti energii, která by se dala nějak využít, je nemožné,“ uvedl nejmenovaný zástupce společnosti Strategic Elements. „My se nyní snažíme zaměřit se na výrobu elektrické energie v rozmezí ampérhodin výhradně z vlhkosti ve vzduchu. Naše technologie se přitom nespoléhá na vzácné materiály a nenese ani žádná bezpečnostní rizika, navíc může učinit běžnou spotřebitelskou elektroniku flexibilnější,“ dodal.

Celosvětová roční spotřeba energie by podle vědeckých odhadů měla do roku 2040 dosáhnout 21 TWr (terawattroků). To by znamenalo nárůst o 130 procent oproti spotřebě v roce 2019. I s ohledem na současnou krajně nejistou energetickou situaci proto značná část odborné i laické veřejnosti upíná pozornost k solární energetice.

Podle některých odhadů Země ročně přijme zhruba 2,3 × 104 TWr solární energie, takže k uspokojení současných celoročních globálních energetických požadavků by stačilo zachytávat veškeré dopadající sluneční světlo po dobu pouhých 7 hodin. To je samozřejmě nedosažitelný ideál. Současná realita je taková, že fotovoltaické články dokážou přeměňovat sluneční energii na elektrickou s maximální účinností kolem 30 procent, takže většina solární energie se nejenže ztrácí v podobě tepla, ale přispívá také ke zhoršení výkonu článků. Navíc fotovoltaické články fungují pouze přes den. Existují již sice i projekty tzv. koncentračních solárních elektráren, které dokážou vyrábět energii i po západu slunce, tato zařízení jsou však konstrukčně velmi náročná (jejich součástí je soustava obrovských zrcadel, která koncentrují sluneční paprsky do teplonosného média, kterým jsou obvykle roztavené soli či syntetické oleje) a zaberou poměrně dost místa.

Mezinárodní tým vědců ze Švédska, Číny a Španělska nyní představil koncept, který by podle jejich přesvědčení měl fotovoltaiku posunout opět o kousek vpřed. Výsledkem jejich výzkumu a vývoje je kompaktní zařízení na bázi čipu, které umožňuje přímé skladování solární energie, již lze následně řízeně uvolňovat ve formě tepla a přeměňovat na elektrickou energii.

Elektřina třeba až za 18 let

První zárodky tohoto konceptu představil tým vědců ze švédské univerzity Chalmers tekniska högskola již v roce 2017. Vědci tehdy dokázali vyvinout novou technologii pro ukládání sluneční energie na bázi speciální kapaliny. Nyní se týmu podařilo připojit tento systém k ultratenkému termoelektrickému generátoru. Vizí vědců je pokračovat ve vývoji směrem k něčemu, co nazývají samonabíjecí elektronika. Taková zařízení by se podle vědců měla být schopna nabíjet solární energií zcela autonomně podle aktuální potřeby.

Švédy vyvinutá technologie ukládání sluneční energie, označovaná jako molekulární solární termální systém (Molecular Solar Thermal – MOST), se opírá o speciálně navrženou molekulu skládající se z atomů uhlíku, vodíku a dusíku. Když přijde tato molekula do kontaktu se slunečním světlem, atomy v molekule se přeskupí a vznikne energeticky bohatý izomer, který lze konzervovat v kapalné formě.

Předností tohoto systému je, že zachycená energie může být v kapalném stavu uložena až po dobu 18 let. K jejímu opětovnému uvolnění slouží speciálně navržený katalyzátor. Ten vrátí molekulu do jejího původního tvaru, při čemž se uvolní energie ve formě tepla. A právě v této fázi výzkumu tým Chalmers tekniska högskola navázal spolupráci s vědci Šanghajské dopravní univerzity. Výsledkem jejich kooperace je kompaktní termoelektrický generátor umožňující přeměnu získaného tepla na elektřinu. O nejnovějších výsledcích spolupráce vědci informovali minulý měsíc v Cell Report Physical Science.   

„Generátor je ultratenký čip, který by mohl být integrován do spotřební elektroniky, jako jsou sluchátka, chytré hodinky či mobilní telefony,“ je přesvědčen Zhihang Wang, který se na projektu podílí. „Zatím jsme sice takto vyrobili jen malé množství elektřiny, ale výsledky výzkumu ukazují, že tento koncept skutečně funguje. Vypadá to velmi slibně,“ dodává.

Malý výkon, ale funguje to

V současné době výkon generátoru údajně dosahuje 0,1 nW, což opravdu není mnoho, vědci však spatřují v technologii MOST velký potenciál, který by mohl řešit z podstaty věci přetržitý charakter solární energetiky tím, že takto vzniklou energii dokáže dlouhodobě ukládat.

„Toto je radikálně nový způsob výroby elektřiny ze sluneční energie,“ řekl vedoucí výzkumu Kasper Moth-Poulsen, který je také profesorem na katedře chemie a chemického inženýrství v Chalmers. „Umožňuje nám využít solární energii k výrobě elektřiny bez ohledu na počasí, denní dobu, roční období nebo zeměpisnou polohu. Je to uzavřený systém, který může fungovat, aniž způsobí emise oxidu uhličitého,“ upřesnil.

Vědci se nyní, poté co se jim podařilo prokázat, že výroba elektřiny je tímto způsobem možná, hodlají zaměřit na zlepšení výkonu tohoto energetického zdroje a zároveň začít připravovat i cenově dostupná komerční řešení, která by mohla sloužit, jak již bylo uvedeno, například k nabíjení běžné spotřební elektroniky nebo k vytápění domácností.

„Společně s různými výzkumnými skupinami zahrnutými do projektu nyní pracujeme na zefektivnění systému. Je třeba zvýšit množství elektřiny a tepla, které dokáže vyprodukovat. I když je energetický systém založen na jednoduchých základních materiálech, je třeba jej upravit tak, aby byl dostatečně nákladově efektivní a bylo možné jej vyrábět v širším měřítku,“ dodal Kasper Moth-Poulsen.

Nové plány Číny v oblasti obnovitelných zdrojů energie se zaměří na oblast Gobi a další pouštní regiony. Země výstavbu nových obrovských větrných a solárních elektráren a posílí své přenosové kapacity, uvedly regulační orgány v novém strategickém dokumentu.

Aby Čína, která je největším světovým producentem skleníkových plynů, splnila své klimatické cíle, připravuje politiky, které umožní „zelenou a nízkouhlíkovou transformaci“ jejího energetického systému, v němž tradičně převládá uhlí.

Peking chce do konce roku 2030 zvýšit celkovou kapacitu větrných a solárních elektráren na 1 200 gigawattů (GW), což je téměř dvojnásobek současné úrovně. Bude zároveň postupně snižovat využívání fosilních paliv ve snaze dosáhnout uhlíkové neutrality přibližně do roku 2060.

Národní energetická komise NEA, která má za úkol koordinovat čínskou energetickou politiku, však v pokynech zveřejněných ve čtvrtek 10. února uvedla, že Čína k dosažení cíle využívání „zelené energie“ potřebuje nová opatření a institucionální mechanismy. Informovala o tom agentura Reuters. Podle NEA země do roku 2030 vytvoří systém umožňující pokrýt veškerou novou poptávku po energii z nefosilních zdrojů.

Aby se tohoto cíle podařilo dosáhnout, plánuje NEA diverzifikovat kanály financování obnovitelných zdrojů energie a zlepšit pobídky a tržní mechanismy, včetně systému „certifikace zelených produktů“, který by povzbuzoval spotřebitele. Kromě zmíněných pouštních projektů bude také pracovat na zlepšení přenosové sítě na venkově a umožní vesnickým kolektivům investovat do obnovitelných zdrojů energie a podílet se na zisku.

Ačkoli chce, aby obnovitelné zdroje pokryly většinu nové poptávky po energii, Čína stále očekává, že spotřeba uhlí poroste nejméně do roku 2025. Analytici ze státní společnosti SGC, která má na starosti provoz sítě (a je tedy ekvivalentem českého ČEPS), předpovídají, že v letech 2021-2025 by mohlo být postaveno dalších 150 GW uhelných elektráren.

V nových pokynech se uvádí, že Čína učiní z čisté spotřeby uhlí prioritu a bude dále eliminovat malé a neefektivní doly, elektrárny a teplárny a zároveň bude více podporovat zachycování a ukládání uhlíku v tepelných elektrárnách.

Má šanci na úspěch

Čínské plány na stavbu obnovitelných zdrojů energie v odlehlých oblastech nutně znamenají, že energie se musí dopravit k zákazníkovi. To je bolavý plán německé Energiewende, která se stále nedokáže vypořádat s tím, že nejlepší místa pro stavbu nových zdrojů jsou na severu země (tedy hlavně na větrném pobřeží Severního moře), elektřinu ovšem ve velkém potřebuje i průmyslový vnitrozemský jih, který nemá příliš příznivé klimatické podmínky, a to ani pro stavbu fotovoltaiky, ani větrných elektráren.

Transformátor pro 1 110 kV vedení v Číně, který postavila společnost ABB (foto Jonas Bilberg/ABB)
Transformátor pro 1 110 kV vedení v Číně, který postavila společnost ABB (foto Jonas Bilberg/ABB)

Čínští plánovači mají ovšem situaci podstatně jednodušší. Stavba infrastrukturních projektů je v zemi výrazně jednodušší z legislativního hlediska, protože právě řečeno míra ochrany práv jednotlivce je výrazně nižší než v Česku. Trasy pro vedení také z části vedou přes velmi řídce obydlená území.

Výhodou je i to, že Čína má s těmito projekty rozsáhlé zkušenosti. Ve velkém měřítku dnes využívá stejnosměrné sítě ultra vysokého napětí“ (používá se často anglická zkratka UHVDC), tedy nad 800 kilovoltů, které jsou ideální pro efektivní přenos elektřiny na velké vzdálenosti.

Stejnosměrné vedení pak lze postavit jednodušeji a levněji než vedení střídavého proudu: už například proto, že není zapotřebí přenášet tři fáze. Velmi jednoduše řečeno, ušetří se na kabelech i sloupech vedení. Zároveň má stejnosměrné vedení na stejnou vzdálenost zhruba o třetinu menší ztráty než stejné vedení se střídavým proudem. 

Hlavní nevýhodou tedy byly a jsou náklady na přeměnu stejnosměrného proudu a do jisté míry i s tím spojené technické obtíže. Protože dnes už je problém efektivně technicky vyřešený, volba mezi AC (altering current, tedy střídavý proud) a DC (direct current) vedením je do značné míry otázkou vzdálenosti.

Nižší náklady na vedení a menší ztráty stejnosměrného vedení převáží nad nevýhodami v případě vzdáleností 600 až 800 kilometrů. Pokud se má stavět podmořský kabel, volba je jasná už při délkách nad 50 kilometrů, protože ponořené vodiče se střídavým proudem mají mnohem větší ztráty. 

Prvním projektem s dodávkami stejnosměrného proudu na větší vzdálenosti byl zhruba stokilometrový podmořský kabel spojující švédský ostrov Gotland s pevninou, který začal fungovat v roce 1954 (měla napětí 100 kV, dnes se používá i 1 000 kV). Dnes jich na světě stojí řádově několik desítek, z toho více než 30 ovšem právě v Číně.

Ta svou první UHVDC linku zprovoznila roku 2009, od té doby je pilně buduje. Nešlo přitom pouze o efektivitu přenosu. Budování linek plnilo i důležité politické cíle: Čínští představitelé přislíbili obyvatelům znečištěním sužovaných velkých čínských měst na východu země doslova modré z nebe, přesněji znovu modrou oblohu nad hlavou.

Od roku 2013 běží program, který se emise snaží snížit několika přístupy najednou, od omezování vjezdu vozidel do měst po omezování podpory a rozvoje uhelných zdrojů (byť jak jsme i uváděli, ty jsou stále základem čínské energetiky). Koncentrace výroby energie do méně obydlených oblastí je samozřejmě z tohoto hlediska ideální řešení, ale bez efektivního přenosu energie velmi drahý.

Co to stojí

Takový proces není samozřejmě zadarmo. Podle odhadů Mezinárodní agentury pro energii vyjde proces modernizace čínské elektrické sítě během prvních několika dekád 21. století na zhruba čtyři biliony dolarů.

Zvýšené nároky na rozvodnou síť v posledních letech měly v Číně také jeden nečekaný důsledek. V roce 2016 došlo k nucenému rozdělení jihočínského rozvodné sítě, která dodávala elektřinu pro čtvrt miliardy lidí, na dvě menší sítě. V oblasti nově postavená stejnosměrná vedení během několika let rychle vyrostla v klíčový zdroj. Dodávala v některých chvílích až čtvrtinu celkové spotřeby, což v době rozdělení sítě činilo i více než 25 GW.

Solární panely v kalifornské poušti (foto Bureau of Land Management, CC BY 2.0)
Solární panely v kalifornské poušti (foto Bureau of Land Management, CC BY 2.0)

Simulace ukazovaly, že za určitých okolností by příliv stejnosměrného proudu z těchto vedení mohl způsobit vážné komplikace a kolaps celé sítě se střídavým proudem. V provozu se tedy nikdy nic nestalo, ale provozovatel se preventivně rozhodl rozdělit síť na dva menší a „zvladatelnější“ celky.

Jde o ojedinělý krok: na celém světě se v posledních desetiletích sítě spíše spojují do větších celků. Obecně se předpokládá, že ve větších sítí je jednoduše řečeno více možností spolupráce a výměny elektřiny, a z logiky věci by tedy měla být stabilnější a bezpečnější (tedy pokud je stabilita a bezpečnost cílem všech účastníků, samozřejmě).

Dálková stejnosměrná vedení ovšem mohou do jisté míry situaci změnit. Nejen, že umožňují efektivní výměnu mezi velmi vzdálenými oblastmi, mohou také (pokud jsou dobře navržena a postavena) posloužit jako „pojistky“ proti šíření velkých black-outů, kterých se provozovatelé i veřejnost oprávněné bojí.

Čínští inženýři doufají, že se jim podaří změny zvládnout s pomocí podobných spíše organizačních opatření typu rozdělení větších sítí na menší (o tom se údajně rozhodne především podle praktických výsledku z jižní Číny), ale také nový technologií. Země totiž hodlá v mnohem větší míře využívat také vedení střídavého proudu s velmi vysokým napětí, v jejím případě konkrétně s napětím 1 000 kV (připomínáme, že u nás je nejvyšší napětí ve vedení 400 kV).

Podobná napětí se už používala i v minulých desetiletích v jiných zemích, například bývalém SSSR a Japonsku (v obou případech 1 100 kV), Čína si samozřejmě vyvinula či nechala vyvinout vlastní standard a techniku. Měla by umožnit rychlou distribuci proudu ze stejnosměrných dálkových vedení v rámci střídavé sítě tak, aby ve skutečnosti nedošlo k problémům, které předpovídaly simulace v jižní Číně.

Debaty o přehodnocení dosavadního energetického směřování začaly v Německu v roce 1973 během první ropné krize. Ale abychom postupovali kontinuálně a navázali tam, kde jsme skončili v minulém článku, musíme se vrátit ještě o dvě desetiletí zpět.

V 50. a 60. letech minulého století byla energetická politika vnímána především z hlediska ekonomické efektivnosti. Po druhé světové válce došlo v Evropě k relativnímu poklesu cen energií, což vedlo k historicky nebývalému nárůstu jejich spotřeby. V letech 1950 až 1973 rostla celosvětová průměrná spotřeba energií ročně o 4,5 %, přičemž rozhodující roli hrála ropa, která se v tomto období stala nejdůležitějším zdrojem energie. Mezi lety 1948 a 1972 vzrostla spotřeba ropy v západní Evropě patnáctkrát.

Až do první ropné krize v roce 1973 se energetická politika průmyslových zemí vyznačovala tzv. energetickým syndromem, který definoval Leon N. Lindberg. Ten vedl k systémovému selhání energetického sektoru. Hlavními rysy energetického syndromu byly:

– potřeba neustále zvyšovat dodávky energie,

– absence komplexní státní energetické politiky a přílišná dominance výrobců energií,

– blokace alternativních řešení ze strany státního aparátu a průmyslových firem.

Cestou měkké energie

Je třeba zmínit i roli mediální sféry, protože v této době vznikly významné interdisciplinární vědecké časopisy, jako byly Human Ecology, Annual Review of Energy nebo Energy Policy, které položily základy pro institucionalizaci nově koncipovaného energetického výzkumu a v tomto duchu vznikaly i různé nové obory na univerzitách.

V USA se v době ropné krize zformovalo hnutí, jehož cílem bylo transformovat státní energetický systém a rozšířit zdroje obnovitelné energie. V roce 1976 americký fyzik Amory Lovins začal razit termín Soft Energy Path a popsal způsob, jak se postupně odklonit od centralizovaného energetického systému založeného na fosilních a jaderných palivech zvýšením energetické účinnosti a zaváděním obnovitelných zdrojů energie.

Lovins však v té době nebyl jediným silným hlasem. Již v roce 1975 předložil dánský fyzik Bent Sørensen ve vědeckém časopise Science plán, jak by mohlo Dánsko úplně přejít na větrnou a solární energetiku. Dánsko totiž bylo ropnou krizí poměrně těžce zasaženo, v roce 1972, těsně před jejím propuknutím, dováželo až 92 % primární energie v podobě ropných produktů. Úvahy o zásadní změně energetické koncepce proto byly nanejvýš naléhavé.

Obrat začíná

Počátky německé energetické transformace mají počátek v ekologických a protijaderných hnutích, která se zformovala v 70. letech minulého století, i pod vlivem Lovinsovy knihy. Její německý překlad se pod názvem Sanfte Energie na knihkupeckých pultech objevil v roce 1979 a setkal se s velkým ohlasem. Tento sílící názorový proud vykrystalizoval do podoby vědecké studie, kterou v roce 1980 vydal německý Öko-Institut. Publikace nesla název Energetický obrat – růst a prosperita bez ropy a uranu (Energiewende – Wachstum und Wohlstand ohne Erdöl und Uran) a byli pod ní podepsáni Florentin Krause, Hartmut Bossel a Karl-Friedrich Müller-Reissmann. Ti v ní absorbovali Lovinsovy teoretické úvahy a aplikovali je na německé poměry. V této knize se také poprvé objevil termín „Energiewende“. V 80. letech 20. století pak tento termín převzaly a začaly propagovat různé společenské proudy a skupiny, například Zelení, levicovější část sociálních demokratů a nemainstreamový tisk.  

Zelení ihned poté, co se dostali do Bundestagu, k čemuž došlo v roce 1983, začali požadovat okamžité ukončení jaderné energetiky. Po havárii černobylské jaderné elektrárny v roce 1986 se k Zeleným připojila i strana SPD, která až do té doby jadernou energetiku podporovala. Proti jádru začaly vystupovat i odbory. Požadavkem těchto uskupení přitom nebyl jen odklon od jaderné energetiky, ale také zahájení zcela nové energetické politiky.

Již v 80. letech došlo ve spolkových zemích ovládaných SPD k řadě pokusů o ukončení provozu jaderných elektráren, ale tehdejší spolková konzervativně-liberální vláda dále pokračovala v jejich podpoře. Na konci 80. let však již SPD a Zelení slavili první významný úspěch, když se jim podařilo prosadit zákonná opatření na financování obnovitelných zdrojů energie. Ještě důležitým momentem ale bylo přijetí zákona o dodávkách elektřiny v roce 1990, který spolkovému sněmu předložili Matthias Engelsberger (CSU) a Wolfgang Daniels (Zelení) a který byl následně velkou většinou (CDU/CSU, SPD, Zelení proti FDP) přijat.

Tento zákon nařizoval dodavatelům elektřiny nakupovat elektrickou energii i od výrobců elektřiny využívajících k její výrobě tzv. procesy regenerativní přeměny, tedy alternativní zdroje. Zákon byl de facto předchůdcem zákona o obnovitelných zdrojích energie, který byl přijat spolkovým sněmem o deset let později.

I na globální úrovni

Počátkem 90. let se ochrana klimatu stala také důležitým cílem globální politiky, i když některé vědecké studie globální oteplování předpovídaly již od 70. let. V roce 1992 se v Rio de Janeiru konala Konference Organizace spojených národů o životním prostředí (UNCED), na níž se 154 států zavázalo v Rámcové úmluvě OSN o změně klimatu zabránit narušování klimatického systému a zpomalit globální oteplování.

Od počátku 90. let také docházelo k exponenciálnímu růstu celosvětového vědeckého výzkumu udržitelných energetických systémů, a to jak v relativním, tak absolutním vyjádření. Zatímco v roce 1992 se počet vědeckých publikací o obnovitelných energiích pohyboval kolem 500 ročně, v roce 2011 bylo na Web of Science zaregistrováno téměř 9 000 nových (anglicky psaných) publikací. Nejvíce zkoumanou oblastí byla solární energetika.

Německá energetická transformace nabrala na dynamice za dvojí rudo-zelené vlády (1998–2005) kabinetu Gerharda  Schrödera. V její koaliční smlouvě byla již od počátku zakotvena řada klíčových cílů energetického přechodu, například zavedení ekologické daně ze spotřeby energie, tzv. program 100 000 střech nebo plán postupného vyřazování jaderných elektráren z provozu. Tyto cíle byly také v roce 2000 implementovány do Zákona o obnovitelných energiích (Erneuerbare Energien Gesetz – EEG), který vstoupil v platnost v roce 2001.

V tomto období podíl využití obnovitelných energií vzrostl z 29 TWh (v roce 1999) na 161 TWh (v roce 2014), zatímco výroba elektřiny v jaderných elektrárnách klesla ze 170 (v roce 2000) na 97 TWh (v roce 2014) a výroba elektřiny z uhlí klesla z 291 na 265 TWh.

Od Fukušimy do současnosti

Současná koncepce Energiewende se pravděpodobně zrodila v roce 2002. V polovině února onoho roku se v Berlíně pod patronátem spolkového ministerstva životního prostředí uskutečnila odborná konference Energetická transformace – vyřazení jaderné energetiky a ochrana klimatu. I díky této konferenci se začal drolit odpor německých konzervativců a liberálů vůči tomuto stále silnějšímu politickému trendu.

Koncepce energetické transformace byla revidována po havárii v japonské jaderné elektrárně Fukušima. V  červnu roku 2011 Bundestag celkem jednomyslně odhlasoval „13. zákon, kterým se mění atomový zákon“, jímž bylo upraveno ukončení využívání jaderné energie. Provozní licence byly okamžitě odebrány osmi blokům německých jaderných elektráren, zbývajících devět bloků mělo postupně ukončovat činnost, přičemž poslední se uzavře v roce 2022.

Toto zákonem stanovené rozhodnutí si v podstatě ihned získalo značnou mezinárodní pozornost a termín Energiewende se tak dostal do širokého povědomí a do jisté míry se stal i synonymem boje se změnou klimatu.

S německým slovem „Energiewende“ se již asi setkal kdekdo. Kdekdo je také má spojeno s posledními roky a německým odklonem od jádra a silným důrazem na tzv. alternativní zdroje energie. Historie Energiewende je však delší. Ta moderní, kdy se tímto slovem označuje poměrně přesně vymezený pojem, se datuje do 70. a 80. let minulého století. Prapočátky však spadají mnohem hlouběji do dějin.

Omezenost fosilních surovin byla známa nebo tušena – pravda, jen nemnoha učencům – již před průmyslovou revolucí. Například ve Velké Británii se již v 16. století objevily obavy, že zásoby uhlí by mohly být v dohledné době vyčerpány. Proto se v anglickém parlamentu opakovaně jednalo o zákazu vývozu uhlí a ve Skotsku byl takovýto zákaz v roce 1563 dokonce i schválen. I přesto ale až do 18. století převládal názor, že zásoby uhlí jsou nevyčerpatelné.

Na konci 18. století se opět rozhořely veřejné debaty o tom, zda jsou zásoby uhlí vyčerpatelné, případně kdy k tomuto vyčerpání dojde a jaký vlastně rozsah těchto zásob je. Tyto diskuse se poměrně rychle přenesly z Velké Británie na evropský kontinent. Ostatně i většina ekonomů počátku 19. století, jako například slavný Adam Smith, hovořila o prosperitě nikoli na základě trvalého ekonomického růstu, ale na bázi dlouhodobé stabilizace podmíněné přírodními okolnostmi.

Zásadním způsobem do těchto debat přispěl anglický ekonom William Stanley Jevons. Zatímco totiž dřívější předpovědi buď pouze extrapolovaly tehdejší roční spotřebu uhlí do budoucnosti bez jakékoli změny, nebo předpokládaly jen lineární růst, Jevons byl první, kdo tvrdil, že spotřeba uhlí poroste exponenciálně. V článku publikovaném v roce 1865 předpověděl, že tempo růstu bude 3,5 % ročně. Z toho usoudil, že po určité době nevyhnutelně dojde k tak enormní spotřebě, že jakkoli velký fosilní zdroj se dříve či později musí vyčerpat.

Až vyčerpáme uhelné zdroje

V Německu své znepokojení nad vyčerpatelností zejména uhelných zásob vyjádřil například fyzik Rudolf Clausius ve své knize z roku 1885 O energetických zásobách přírody a jejich využití ve prospěch lidstva. V ní navrhl přejít na takovou ekonomiku, která by s dědictvím dřívějších epoch, které je ukryto v zemi, zacházela uvážlivě a hospodárně. Píše: „Co nelze nahradit, nemělo by být promarněno.“ Jeho teze o nehospodárném využívání nerostného bohatství začala být záhy poměrně široce sdílena.

Na Clausiuse navázal sociolog a ekonom Werner Sombart, který nabyl přesvědčení, že po konci éry uhlí se lidstvo začne opírat o sluneční energii. Stejného názoru byl i laureát Nobelovy ceny za chemii Wilhelm Ostwald, podle nějž udržitelná ekonomika musí být založena pouze na využívání radiační, tedy sluneční energie.

V zásadě tak byl problém konečnosti fosilních paliv na sklonku 19. století již znám poměrně široce, ale toto poznání ještě nevedlo ke konkrétním úvahám o nezbytných celospolečenských změnách a adekvátních technologických řešeních.

Plodný konec století

Do 19. století spadají i počátky systematického zkoumání klimatu. Skleníkový efekt oxidu uhličitého objevil Angličan John Tyndall již v polovině 19. století. V roce 1896 pak na něj navázal švédský fyzik a chemik Svante Arrhenius, který poprvé poukázal na to, jaký negativní vliv může mít oxid uhličitý vznikající spalováním uhlí na celoplanetární klima. 

Počátky solární energetiky můžeme rovněž hledat v druhé polovině 19. století, kdy vynálezci jako William Grylls Adams, Augustin Mouchot, Alessandro Battaglia nebo John Ericsson stavěli zařízení na přeměnu solární energie pro účely vaření, destilace nebo chlazení. Mouchotovi se v roce 1860 podařilo zkonstruovat i funkční solární pec a později dokonce solární parní stroj. Ten se však nakonec v praxi ukázal jako nepoužitelný.

Zaměříme-li pozornost čistě na fotovoltaiku, pak zlomovým okamžikem byl rok 1883 – pouhý rok poté, co Thomas Edison uvedl do provozu první parní elektrárnu –, kdy Američan Charles Fritts vytvořil první funkční fotovoltaický článek. Jeho účinnost však byla pouze okolo jednoho procenta, a protože se k jeho výrobě používalo zlato, byl také velmi drahý. Fritts články přesto otestoval i v praxi, když je umístil na střechu jednoho domu v New Yorku.

Další milník přišel až v roce 1954, kdy vědci z Bellových laboratoří představili světu první křemíkový článek. Ten měl již účinnost šest procent, ale stále se jednalo o příliš drahou technologii. Cena těchto článků se pohybovala v tisících dolarů za watt jmenovitého výkonu a spotřeba energie na jejich výrobu přesahovala množství elektřiny, které tyto články vyrobily za celou dobu své životnosti. Využití tedy nacházely především v projektech masivně podporovaných státem, jako byly například vesmírné lety.

Historie vodních elektráren se začala psát v anglickém Northumberlandu. Tam v roce 1878 William Armstrong vynalezl a uvedl do praxe první hydroelektrický systém na světě. Jeho praktické využití však bylo poměrně skromné: vodní zdroj byl používán k napájení jedné obloukové lampy v jeho umělecké galerii. Jen tři roky nato začala vyrábět elektřinu i vodní elektrárna Schoelkopf poblíž Niagarských vodopádů. O rok později zasáhl do vývoje i Thomas A. Edison, který uvedl do provozu vodní elektrárnu Vulcan Street Plant v Appletonu. Prvenství si připsala i vodní elektrárna vybudovaná v coloradském Ames v roce 1891, ta se totiž stala prvním komerčním zdrojem elektrické energie pracujícím se střídavým proudem. Ve všech těchto případech se však jednalo o zdroje s velmi malými výkony.

V úplném závěru 19. století přišel další zlomový okamžik, tehdy totiž byla zprovozněna první opravdu velká vodní elektrárna – stalo se tak v roce 1896 u Niagarských vodopádů. Její na svou dobu neslýchaný výkon 50 000 koňských sil se přenášel vysokonapěťovým systémem firmy Westinghouse do 40 km vzdáleného města Buffalo.

Výstavba soustavy elektráren na březích Niagary byla milníkem i tím, že se při ní definitivně rozhodla tzv. válka proudů, a to ve prospěch proudu střídavého.

Později se začaly přidávat další země, mnoho vodních elektráren bylo postaveno například v Norsku, kde jsou v současné době téměř výhradním zdrojem tamní elektrické energie, ale také ve Švýcarsku, Rakousku nebo Kanadě.

Poručíme větru…

V oněch letech se podařilo přimět k výrobě elektřiny i větrnou energii. První větrné elektrárny v podstatě navázaly na tradici tehdy ještě značně rozšířených větrných a vodních mlýnů, které v éře industrializace byly nejdůležitějším, protože nejdostupnějším zdrojem energie. V Německu ke zlomu této tradice dochází až v 80. letech 19. století, přičemž v některých jeho odlehlejších regionech si tyto zdroje energie udržely dominantní roli až do 50. let 20. století.

Úplně první větrné elektrárny navrhli nezávisle a krátce po sobě dva vynálezci. V Americe to byl v letech 1887–88 Charles F. Brush, v Evropě pak o tři roky později dánský učitel a velmi všestranný vynálezce Poul la Cour. Novinka se v Dánsku rychle ujala a již na konci první světové války zajišťovaly větrné turbíny přibližně tři procenta veškeré dánské spotřeby elektřiny.

Poul la Cour dokonce značně předběhl dobu, když vyřešil i akumulaci elektrické energie vyrobené větrnou elektrárnou. V elektrolyzéru vlastní konstrukce totiž vyráběl vodík, který používal ke svícení ve škole, kde učil.

V období mezi dvěma světovými válkami se podařilo, zvláště díky kontinuálnímu vývoji této technologie v Dánsku, položit solidní základy pro další rozvoj větrné energetiky, další pokusy se získáváním elektrické energie z větru byly činěny především v USA a Německu. První větrnou elektrárnou, která překročila výkon 1 MW, bylo zařízení postavené roku 1941 v americkém Vermontu. Konstruktéři Smith a Putnam pro tuto elektrárnu sestrojili unikátní rotor o průměru přes 50 metrů a se dvěma listy, které se při silnějším větru začaly automaticky sklápět, čímž se zmenšovala plocha a snižoval se tlak větru na rotor. Toto zařízení však od počátku sužovaly vážné technické problémy, takže vydrželo v provozu pouhé čtyři roky.

Velké plány s větrnou energetikou mělo nacistické Německo, ale zůstalo jen u nich. Větrné turbíny měly energií zásobovat takzvané vojenské zemědělce. Podílet se na tom měla společnost Ventimotor, jejímž hlavním konstruktérem byl Ulrich W. Hütter, který později významně přispěl k rozvoji technologie větrných turbín do dnešní podoby. Tehdy se však podařilo uvést do provozu pouze šest prototypů, na sériovou výrobu nedošlo.

O tom, jak další rozvoj alternativních zdrojů energie vykrystalizoval ve druhé polovině 20. století až do konceptu Energiewende, si povíme příště.

Výrobce čerpacích stojanů Adast plánuje, že v příštích letech zaměří svoji pozornost na vodík. Tuto alternativu k fosilním palivům dokáže díky CNG technologiím pro plnění do vozidel používat již nyní. Na svých čerpacích stanicích chce mít plnicí zařízení na vodík umístěná do roku 2027. Nejplynulejší přechod k vodíku přitom očekává u nákladní dopravy. Svůj výzkum a vývoj chce Adast v příštích letech soustředit také na zařízení umožňující využití vodíku v průmyslu nebo v domácnostech a rekreačních objektech v odlehlých oblastech.

„Vodíkové řešení pro klasickou dopravu máme připravené prakticky již nyní. Vychází z naší nové CNG stanice, která je koncipovaná tak, že v ní lze v určitém procentu pouštět i vodík. Zařízení stačí pouze osadit odlučovačem, který vodík z plynu vytáhne a umožní jeho uskladnění ve stanici. V momentu, kdy se tato alternativa začne v dopravě výrazněji prosazovat, můžeme kromě dosavadního plynu prakticky okamžitě začít využívat i vodík. Technicky se nejedná o nic složitého,“ řekl jednatel společnosti Adast Daniel Struž s tím, že společnost chce mít své technologie určené pro vodík k dispozici na čerpacích stanicích do roku 2027.

Podle celostátní strategie

Adast se svým přístupem snaží vycházet z Vodíkové strategie České republiky, kterou letos v červenci schválila vláda. Dotovaná vodíková vozidla by se podle ní měla v tuzemsku začít objevovat ve větší míře od roku 2024, vodíkový provoz na komerčním principu pak zhruba o devět let později. Aktuální infrastruktura čerpacích stanic s vodíkem přitom v Česku zatím neexistuje, ačkoliv se zde již první vozidla poháněná vodíkem objevují. Plnicí stanice lze najít nejblíže ve Vídni a Drážďanech, vůbec první veřejná plnička vodíku by pak měla vzniknout do konce roku v Dolní oblasti Vítkovic v Ostravě.

Vodíková strategie ČR počítá do budoucna s pomalu klesající cenou vodíku. Zatímco v nejbližších letech by se měl jeden kilogram vodíku pohybovat kolem 4 eur, po roce 2040 by měla jeho cena klesnout až k jednomu euru. Konkurenceschopné ceny s naftou by přitom mělo být dosaženo okolo roku 2027.

„U jednotlivých typů dopravy očekáváme nejplynulejší přechod k vodíku u té nákladní. Již dnes se zde ve větší míře používá CNG, které otevírá cestu k alternativám fosilních paliv,“ doplnil Daniel Struž s tím, že současný raketový růst cen energií včetně elektřiny by mohl nástup vodíku jako plně konkurenceschopného média ještě uspíšit.

Komplexní budoucnost

Adast přitom vnímá vodík nejen jako alternativu pro dopravu. „Vidíme v něm poměrně komplexní budoucnost, ke které nám chybí vývoj pouze některých komponentů. Ve finále tak může sloužit jak pro průmysl, tak domácnosti,“ říká Daniel Struž. Jako vhodný zdroj energie ho mohou využívat například odlehlá horská střediska, u nichž je připojení ke klasickým zdrojům buď komplikované, nebo příliš nákladné. Spousta těchto lokalit navíc leží v místech s podprůměrnou dobou slunečního svitu, tudíž zde není možné využít fotovoltaické panely.

„Odlehlá místa v nížinách se zase nemohou spolehnout ani na silnější vítr, a tak pro ně nepřipadá v úvahu ani větrná alternativa,“ popisuje jednatel společnosti Adast. Podle něj je tak řešením pro tyto lokality zásobník vodíku spolu s článkem přeměňující energii na elektřinu. Vodík by sem přitom v pravidelných intervalech vozil plnič. Adast se i proto chce v následujících pěti letech zaměřit na vývoj komplexního vodíkového řešení, aby domácnosti či řadoví uživatelé měli veškeré komponenty k dispozici od jednoho dodavatele.

Společnost Adast zároveň považuje za nutné vnímat vodík pouze jako jedno z možných řešení. Do kontrastu to dává s elektromobilitou, která byla donedávna obecně chápana jako jediná cesta do budoucna. „Řada aktérů už ale od tohoto pohledu upouští. Monotematická řešení jsou špatnou strategií, neboť jsou velmi náchylná na systémové výpadky,“ uzavírá Daniel Struž.

V boji s klimatickou změnou byl loňský rok pro Evropskou unii v jistém ohledu přelomový, poprvé se totiž členským zemím v celkovém součtu podařilo vyrobit více elektřiny z obnovitelných zdrojů než z fosilních paliv. Cesta k plánované uhlíkové neutralitě, stanovené na rok 2050, je však ještě dlouhá a státy sedmadvacítky se na ni vydávají z různých startovacích pozic. V některých jsou již dnes obnovitelné zdroje podstatnou součástí energetického mixu, jinde je jejich rozvoj teprve v začátcích.

Podíl elektřiny vyrobené z obnovitelných zdrojů energie v Evropské unii od roku 2010 výrazně stoupá. V loňském roce z nich pocházelo cekem 38 % vyprodukované energie. „Státy EU, které v největší míře využívají obnovitelné zdroje k výrobě elektřiny, včetně hydroenergie, jsou Německo (251 TWh), Itálie (117 TWh) a Španělko (108 TWh). Pokud bychom brali v potaz všechny evropské státy, dostaly by se na čelné příčky i země jako Norsko (150 TWh), Velká Británie (135 TWh) a Turecko (128 TWh),“ popisuje František Janíček ze Slovenské technické univerzity v Bratislavě.

Množství vyrobené elektřiny je však značně podmíněno velikostí a lidnatostí země, a proto je důležité sledovat, ve kterých zemích dosahují obnovitelné zdroje největšího podílu na konečné spotřebě elektrické energie. „V takovém případě se do popředí v rámci Evropy dostávají země jako Norsko či Island. U obou se jedná o téměř stoprocentní podíl,“ doplňuje František Janíček. V rámci EU se v tomto ohledu nejlépe daří Švédsku, Finsku, Dánsku, Estonsku, Lotyšsku, Rakousku a Portugalsku. Na opačném pólu se nacházejí státy Beneluxu a Malta. Jen s malým odstupem před nimi figuruje Česká republika a Slovensko.

Celkově se podle výzkumné zprávy institutů Ember a Agora Energiewende v minulém roce podařilo navýšit podíl vyrobené energie z obnovitelných zdrojů v Evropské unii o více než tři procentní body. Prakticky výhradně se na tomto nárůstu podílely investice do solární a větrné energie. Ve využívání těchto dvou zdrojů je unijním lídrem Dánsko, které z nich pokryje až 61 % své roční energetické spotřeby. Drtivá většina jeho elektřiny pochází z větrných elektráren, jež jsou pro tuto zemi příznačné. Nejstarší tam stála již v roce 1891 a byla vůbec první svého druhu v Evropě. Značnou část své spotřeby nasycuje pomocí větru a slunce i Irsko (35 %), Německo (33 %) či Španělsko (29 %).

Na špici je Norsko

Celosvětovým lídrem ve využívání obnovitelných zdrojů je však Norsko. Nová studie energetického portálu Utility Bidder zveřejnila žebříček 20 nejúspěšnějších zemí v oblasti využívání čisté energie, zmiňuje ale také ty, v nichž stále dominují fosilní paliva. Měřenými fosilními palivy byly uhlí, ropa a zemní plyn, za obnovitelné zdroje se počítaly biopaliva a spalování odpadu, vítr, slunce a voda. Všechny údaje uvedené ve studii pocházejí od Mezinárodní energetické agentury (IEA).

V Norsku podle těchto údajů pochází z obnovitelných zdrojů 67,5 % celkové domácí produkce energie. K této dominanci přispívají nejvíce vodní elektrárny (45 % celkové energetické produkce), jejichž produkce pokrývá přes 99 % norské spotřeby elektřiny. Voda může hrát tuto zásadní roli díky mnoha vysokých horám a strmým údolím, jimiž se valí dravé řeky, ale v poslední době také díky většímu množství srážek, jejichž nárůst je podle všeho důsledkem klimatických změn.

Norské vodní elektrárny poskytují celkový výkon 31 GW a v průměru ročně dodají do sítě 133 TWh elektrické energie. Velký potenciál má v Norsku také větrná energie, zvláště ta situovaná na moři – offshore, a také přílivové elektrárny nebo výroba bioenergie ze dřeva. Norsko coby severská země má omezené možnosti ve využívání solární energie, ale i přesto je jedním z největších světových výrobců křemíku pro solární panely i celých solárních panelů.

K dalším lídrům v oblasti využívání obnovitelných zdrojů energie jsou Brazílie a Nový Zéland. Brazílie je celosvětovým lídrem ve využívání biopaliv a odpadní energie. Tyto zdroje tvoří 32 procent celkové brazilské energetické spotřeby. Brazílie je druhým největším výrobcem etanolu, který slouží jako biopalivo. Tzv. bioethanol lze používat například jako pohonnou hmotu ve spalovacích motorech (má označení E85), je však třeba nejdříve provést na vozidle určité technické úpravy, takže jsou zde jistá pro a proti. Toto palivo se také přimíchává v množství 5 až 10 procent do konvenčních minerálních paliv. Zvyšuje se tak oktanové číslo paliva a snižuje se množství emisí CO2.

Na Novém Zélandu, na žebříčku třetím, představují obnovitelné zdroje energie 42 procent veškerých tamních dodávek energie. Země je světovým lídrem ve výrobě větrné a solární energie, která tvoří 25 procent veškeré její produkce. Těží totiž ze silných a stálých západních větrů a celoročně má také dostatek slunečního svitu. V zemi se tak v poslední době dynamicky rozvíjí například trh se solárními systémy pro ohřev vody.

Konec žebříčku pro Singapur

Nyní se podívejme na opačný konec žebříčku. Tam se shodně s 98procentním podílem fosilních paliv na produkci veškeré energie nachází Singapur. Hlavní roli mezi singapurskými fosilními palivy hraje ropa, jejíž podíl činí 73 procent. Singapur je totiž významnou námořní křižovatkou a druhým domovem velkých ropných společností, jako je například Exxon Mobil. Díky tomu má výhodné podmínky pro nákup a distribuci ropy, což se projevuje její naprostou dominancí v tamním energetickém mixu, pokud lze o mixu vůbec hovořit.

Singapur je těsně následován Austrálií (93procentní závislost na fosilních palivech) a Jižní Afrikou (91procentní závislost). Čtvrté a páté nejhorší místo zaujímají Lucembursko a Nizozemsko, jejichž závislost je shodně 90procentní. Nizozemsko má přitom největší zásoby zemního plynu ze všech zemí ve výše zmíněném žebříčku. O tom svědčí i podíl plynu na celkovém energetickém mixu země, který je 45procentní. Zajímavostí je, že celá polovina nizozemských zásob plynu se nalézá v okolí města Groningen. Jde tak o největší naleziště plynu v Evropě. Nizozemská vláda se však již zavázala, že v roce 2022 tam pravidelnou těžbu zastaví.

Britsko-nizozemská ropná společnost Royal Dutch Shell a výrobce zeleného vodíku Hydro Havrand, který je dceřinou společností norské firmy Norsk Hydro (nebo také jen Hydro) – firmy s více než stoletou tradicí, zaměřené na energetiku opírající se o obnovitelné zdroje, ale třeba i na zpracování hliníku – spolu podepsaly memorandum o porozumění. V první fázi jeho naplňování se obě společnosti budou soustředit zejména na identifikaci potenciálu a příležitostí pro výrobu a dodávky obnovitelného vodíku. Obě firmy plánují, že společnou výrobou vodíku za pomoci obnovitelné elektřiny zintenzivní dekarbonizační proces ve svých vlastních výrobních provozech, chtějí však tuto surovinu nabízet i jiným firmám působícím v oblasti těžkého průmyslu a dopravy.

Takzvaný zelený vodík je plyn s nulovou uhlíkovou stopou, tedy vyrobený elektrolýzou, při níž se k rozdělení vody na vodík a kyslík používá obnovitelný zdroj energie. Téma zeleného vodíku coby způsobu dekarbonizace stále silněji rezonuje zejména v průmyslových a dopravních odvětvích, která se i nadále ve velké míře opírají o fosilní paliva.

Najít nejlepší lokality

Shell a Hydro se v první fázi spolupráce pokusí zjistit, které evropské lokality jsou nejvhodnější k výrobě obnovitelného vodíku pro potřeby samotné společností Shell, v následné fázi pak hodlají zahájit aktivity i v dalších vhodných lokalitách. „Hledáme v místech, kde obě naše firmy působí, abychom mohli využívat vodík v našich stávajících výrobních zařízeních,“ uvedl ředitel společnosti Hydro Havrand Per Christian Eriksen.

Výroba vodíku by tak podle Eriksena mohla být v první řadě umístěna tam, kde mají Shell i Hydro relativně vysokou spotřebu plynu, ale také v místech, kde existuje potenciál dodávat zelený vodík třetí straně, například rafinériím nebo i jiným společnostem z oblasti zpracovatelského či jiného těžkého průmyslu, které již používají tzv. šedý vodík, tedy vodík vyrobený z neobnovitelných zdrojů energie.

Největší elektrolyzér

Společnost Shell je v poslední době v oblasti vodíkové energetiky velmi aktivní, například letos v létě, po dvou letech výstavby, uvedla v německém Wesselingu u své rafinérie do provozu největší elektrolyzér svého druhu v Evropě. Očekává se, že ročně vyrobí přibližně 1300 tun zeleného vodíku. Zařízení s názvem Refhyne disponuje výkonem 10 MW a mělo by vedle nemalého přispění k dekarbonizaci zajistit i stabilizaci celé tamní elektrizační soustavy.

Do roku 2024 plánuje Shell doplnit tento elektrolyzér zařízením ještě zhruba desetkrát výkonnějším. Pokud se tak stane, půjde o největší elektrolyzér na světě.

Na globální trh

„Hydro Havrand a Shell nyní mohou společně pracovat na úkolu, jímž je vytvoření integrovaných vodíkových hodnotových řetězců a v posledku i silného globálního trhu s vodíkem,“ uvedla Elisabeth Brinton, výkonná viceprezidentka společnosti Shell pro oblast obnovitelných zdrojů a energetických řešení.

Podle Arvida Mosse ze společnosti Hydro se obě firmy hodlají v nadcházejících devíti měsících věnovat intenzivnímu zkoumání možností spolupráce. „Pro dekarbonizaci celé společnosti je totiž důležité, aby na rychlejším hledání řešení spolupracovali i velcí průmysloví hráči, protože to, co nyní potřebujeme, je široký záběr,“ zdůraznil Arvid Moss.

Rusko, USA, Francie, Čína nebo Korea? O tom, z které země bude pocházet dodavatel dlouho slibovaných budoucích jaderných bloků pro Česko, se mluví roky. Tak dlouho, až čas na podobné debaty v podstatě vypršel.

Česko se dnes totiž ocitlo v nezáviděníhodné situaci: politiky i některé výrobce překvapila změna, o které se mluvilo dlouhé roky. Naše země je do značné míry stále závislá na zdrojích, které se přestávají vyplácet a jejich náhrada není připravena. V situaci, kdy se počítá s rozvojem elektromobility a dalším zvyšováním spotřeby elektřiny, všechny reálné odhady počítají v příštím desetiletí spíše se snižováním tuzemské výroby.

Konec veterána

Začněme u největšího nevyřešeného problému: Česko se těžko může obejít bez uhlí. Uhelné elektrárny u nás v posledních letech vyrábějí přes 40 procent celkově vyrobené elektřiny. Část elektřiny přitom jde na vývoz, takže ve výsledku více než polovina u nás spotřebované elektřiny pochází právě z uhlí. V českých podmínkách samozřejmě výlučně hnědého.

Ovšem uhlí se v posledním roce dostalo pod enormní cenový tlak kvůli zdražování emisních povolenek. To není nijak nový nástroj, fungovat začal už v roce 2005. Až v posledním roce začala cena povolenek stoupat způsobem, který citelně zasahuje do cen elektřiny. Před čtyřmi lety 2017 stála povolenka na vypuštění tuny oxidu uhličitého cca šest eur. V srpnu 2021 je to cca 60 eur. Zdražení přitom přišlo v posledních měsících, na jaře loňského roku byly ceny zhruba třetinové.

Při spálení jedné tuny uhlí se uvolní zhruba tuna CO2. To tedy znamená, že cena elektřiny prodané z těchto zdrojů přestává být konkurenceschopná. Vždyť v posledních letech se elektřina prodávala běžně za ceny pod 30 eur za MWh. Byťuž cena začíná stoupat, i tak je uhlí v současné době v Evropě v opravdu těžké situaci. Což ostatně byl cíl celého obchodu s povolenkami.

V současné podobě tento zdroj nemá velkou budoucnost. Odchod od uhlí bude téměř jistě postupný. Nejspíše se udrží déle v teplárenství než v energetice, ale přijde. Otázkou je, kdy to bude, a za jakých podmínek. Jde přitom o obří úkol. Instalovaný výkon, který bude zapotřebí nahradit, převyšuje 10 000 megawattů, což je zhruba pětinásobek dnešní kapacity dvou reaktorů v jaderné elektrárně Temelín.

Jednou skončí i jádro…

Česká vláda zatím v této věci nic jasného neřekla, což je bohužel v oblasti energetické politiky opakující se motiv. Vedení země zatím vzalo na vědomí doporučení tzv. uhelné komise, podle kterého by mělo Česko skončit s uhelnou energetikou v roce 2038. Tedy pokud v té době bude za uhlí dostatečná náhrada v podobě nové jaderné elektrárny v Dukovanech.

Což samozřejmě při stávajícím tempu přípravy také není nic jistého. To je spíše mnohem pravděpodobnější, že v té době budou ještě stále fungovat dnešní jaderné zdroje. S dukovanskými reaktory dnes většina energetických scénářů počítá i po roce 2040, s některými dokonce i v roce 2050. Ale to je nejspíše přehnaně optimistický odhad. Současné reaktory by se mohlo reálně podařit udržet v provozu do roku 2045, tedy zhruba 60 let od jejich spuštění, déle už to bude obtížné.

Technicky by to mělo být možné. Příkladem mohou být dva floridské reaktory v elektrárně Turkey Point, kterým americký regulační úřad NRC (Nuclear Regulatory Commission) udělil povolení k prodloužení jejich životnosti na 80 let. O této hranici se v ČR zatím nemluví, ale to je dáno i tím, že Evropa má jiný systém posuzování stavu reaktoru než USA. Reaktory musí procházet hodnocením každých deset let, nemohou tedy dostat jednorázovou licenci na provozování na 20 let jako za oceánem.

To jsme ovšem poměrně daleko v budoucnosti. Ne, že by se na Česko nemělo připravovat již nyní, nás ovšem v důsledku zdražování uhlí začnou pálit i bližší roky.

Z vývozce dovozcem

Stávající výrobu z uhlí bude muset nahradit nejspíše dříve. Nebo ji samozřejmě nějak dotovat, což je v případě uhlí řešení politicky nejspíše jen těžko průchozí. Největší výhodou uhlí je nízká cena, bez ní žádnou velkou přitažlivost nemá.

Dnes jsou k dispozici různé scénáře a představy, z nichž několik představujeme v grafice pod tímto odstavcem.

Srovnání několika scénářů transformace elektroenergetiky ČR (grafika faktaoklimatu.cz)
Srovnání několika scénářů transformace elektroenergetiky ČR (grafika: faktaoklimatu.cz)

Některé jsou nepochybně méně reálné než jiné. Například scénáře agentury BloombergNEF a think-tanku Ember počítají s masivním rozvojem větrné energetiky v ČR. I skromnější plán Emberu předpokládá, že v Česku bude v roce 2030 více než tisíc turbín.

Mělo bych ji být snad i více než v Bavorsku po 20 letech Energiewende. Zatím přitom nejsou vybrána místa pro stavbu „větrníků“, tím méně získána stavební povolení. A chybí hlavně souhlas obyvatel v okolí možných lokalit, kteří obecně v Česku (a dnes už velmi často ani v Německu) nejsou jejich stavbě v sousedství svých sídel nakloněni.

Plán Bloombergu je v oblasti větrné energetiky ještě ambicióznější. A jeho realizace je tedy ještě méně pravděpodobná.

Scénář transformace elektroenergetiky ČR podle BloombergNEF (grafika faktaoklimatu.cz)
Scénář transformace elektroenergetiky ČR podle BloombergNEF (grafika: faktaoklimatu.cz)

Z trochu jiného důvodu stojí za pozornost i vládní Vnitrostátní plán České republiky v oblasti energetiky a klimatu (označený jako NECP) z roku 2019. Ten se v podstatě odpovědi na všechny důležité otázky vyhýbá. V podstatě počítá se zachováním statu quo s malým rozvojem obnovitelných zdrojů. Ale i to je v dnešní situaci předpoklad spíše nereálný.

Transformace české elektroenergetiky podle Vnitrostátního plánuČeské republiky v oblasti energetiky a klimatu (NECP) (grafika faktaoklimatu.cz)
Transformace české elektroenergetiky podle Vnitrostátního plánuČeské republiky v oblasti energetiky a klimatu (NECP) (grafika: faktaoklimatu.cz)

Všechny tyto scénáře mají navíc ještě jedno společné: nepočítají s nárůstem výroby. A to i přesto, že v současné situaci, třeba kvůli již zmiňovanému rozvoji elektromobility, by to bylo nepochybně záhodno.

To snad poměrně dobře dokládá, jak moc Česku chybí jasná představa dlouhodobého rozvoje energetiky. V takové situaci se tedy budeme muset uchylovat hlavně k řešením snadno a rychle dostupným. Nebo alespoň jednodušším a rychlejším, než je dostavba jaderné elektrárny v současných českých podmínkách.

„Přechodové palivo“

Část chybějící výroby bude možné nahradit z obnovitelných zdrojů, to je nepochybné. Jak už jsme na stránkách SPE psali, v našich podmínkách nejsou pro žádný z nich skvělé podmínky. Ale nejlépe ze všech nakonec vycházejí dnes fotovoltaické elektrárny.

Jejich stavba je technicky i „papírově“ nejjednodušší. Navíc bude mít řada subjektů možnost dosáhnout v příštích letech na dotace na jejich stavbu (platby za vyrobenou elektřinu již k dispozici nebudou).

Obnovitelné zdroje ovšem bude nutné doplňovat. Jednou možností by byla z čistě technického hlediska instalace velkých baterií (kapacity pro přečerpávací elektrárny jsou reálně řečeno malé). Díky kombinaci stále poměrně vysokých cen a zatím také stále velmi pramálo přívětivé české legislativy jsou v tuto chvíli ovšem prakticky mimo hru.

Může se to poměrně rychle změnit, ale baterie stejně neřeší vše. Obecně se totiž předpokládá, že elektřina bude ve stále větší míře sezónní zboží. Během některých částí roku bude díky většímu zastoupení obnovitelných zdrojů poptávka větší a baterie v dohledné době těžko bude možné používat k vyrovnávání sezónních výkyvů.

Jedinou skutečně reálnou a také reálně budovanou náhradu za uhlí a zálohu pro obnovitelné zdroje představují plynové elektrárny. Může jít o velké paroplynové celky, jako je ten, který byl před několika lety dokončen v Počeradech, nebo o menší jednotky určené primárně pro stabilizaci sítí.

Plynové elektrárny jsou poměrně flexibilní. Od prvního pokynu dispečera mohou dodávat elektřinu do sítě do jedné hodiny, ty nejmodernější to zvládnou dokonce za poloviční čas. Díky tomu se hodí jako záložní zdroj právě pro podporu nedostatečných dodávek z obnovitelných zdrojů nebo pro vykrývání nepravidelné spotřeby.

Oproti jádru mají totiž plynové elektrárny velkou výhodu – jejich výstavba je rychlá a levná. Zatímco výstavba nového jaderného bloku trvá i více než 20 let, nová plynová elektrárna může být postavena za méně než 5 let, a to včetně schvalovacího procesu. Samotná výstavba trvá asi 3 roky. Cena je také řádově nižší, a tak návratnost je kratší.

Emise oxidu uhličitého ze zemního plynu jsou výrazně, cca o 60–70 procent, nižší než uhlí, a tak tyto zdroje snesou vyšší cenu povolenek. Palivo navíc nemusí být příliš drahé.

V Evropě je hlavním dodavatelem Rusko, ceny se ovšem dnes tvoří již na otevřeném trhu. Moskva tak nemá nad svými zákazníky tak velikou moc jako ještě na začátku 21. století. Rostou také možnosti dopravy plynu po moři, byť si těžko představit, že by mohly být za cenu nižší než potrubím přiváděný plyn z východu.

Nepředvídatelnost

I plynové zdroje se ovšem musí potýkat s jistou nepředvídatelností dalšího vývoje. Jak upozornila Zuzana Kubátová ve svém nedávném komentáři, emisní povolenky obecně trpí jistou nestabilitou. Povolenky se staly součástí obchodů finančních investorů, takže jejich cena se neodvíjí od skutečného stavu na energetickém trhu.

Vývoj jejich cen je tedy do budoucnosti nejasný. Takže je těžké určit, jaký přesně bude mít vliv na energetiku, ale i na peněženky spotřebitelů a preference politiků. Otázkou je, zda i v Evropě nepřišel čas zavést daň z uhlíku, která má tu výhodu, že je pevně nastavená, a je tedy jasné, koho na kolik přijde.

Jak by mohla vypadat, můžeme se podívat například v Izraeli, kde uhlíková daň byla zavedena nedávno. V podstatě jde o obdobu daní z tabáku či alkoholu, které jsou stanoveny právě i proto, aby se spotřeba těchto produktů snížila. Tento mechanismus zdanění doporučily Mezinárodní měnový fond, Světová banka a Izraelská národní banka.

Daň bude zastropována, především pokud jde o zemní plyn, a to tak, aby nárůst cen elektřiny během tohoto období činil maximálně pět procent. Na naftu používanou v dopravě nebude uvalena žádná dodatečná uhlíková daň, protože stávající daně na tato paliva již patří k nejvyšším v OECD, uvádí se ve vládním prohlášení. Ovšem část dnešní spotřební daně bude oficiálně převedena na uhlíkovou.

Předvídatelnost je výhoda i z jiného hlediska. Vládám umožní vypracovat mechanismus, který zmírní dopad zdanění uhlíku na sociálně slabší vrstvy. Ostatně všichni politici mají v paměti protesty „žlutých vest“ ve Francii, jejichž rozbuškou bylo v podstatě jen malé zvýšení nominálních cen paliv. Izraelská vláda také tvrdí, že podnikne kroky ke zmírnění zátěže domácností, podniků a průmyslu, například prostřednictvím podpory zavádění úspor či přechodu na jiné zdroje energie.

Analýza ministerstva životního prostředí vytvořená ve spolupráci s Izraelským demokratickým institutem uvádí, že samotné stanovení cen uhlíku sníží do roku 2050 emise skleníkových plynů o 67 % oproti roku 2015. Zavedení uhlíkové daně by také podle stejné práce mělo mít zanedbatelný vliv na hospodářský růst. Údajně by snížení znečištění ovzduší mohlo do roku 2050 ušetřit přibližně 20 miliard šekelů (cca 130 mld. korun podle současného kurzu).

Něco podobného by jistě stálo za zvážení i v Česku. Vždyť plyn tu s velkou pravděpodobnosti bude plnit v příštích letech roli „přechodového paliva“. Tím se obvykle míní, že plyn poslouží jako palivo pro postupnou transformaci směrem k energetice bez emisí uhlíku. Protože v České republice evidentně není jasné, kam vlastně směřujeme, jak a proč, bude asi lepší přesněji nekvalifikovat. Vždyť kdo ví, jak dlouhou dobu v „přechodu“ vlastně strávíme.

Odborníci v jaderné elektrárně Temelín zkontrolovali při odstávce druhého bloku tlakovou nádobu reaktoru. Je ve velmi dobrém stavu, umožňuje provoz další desítky let, uvedl ČEZ na základě výsledků.

Stav bloku odpovídá bezpečnostním požadavkům. Tlakovou nádobu reaktoru druhého bloku prověřovalo téměř dva týdny zařízení v hodnotě desítek milionů korun. Odborníci posuzovali pomocí ultrazvuku celistvost a tloušťku materiálů, využili i kamery. Prozkoumali 100 metrů čtverečních, které považují za reprezentativní vzorek stavu nádoby. Druhý blok byla během měření v dvouměsíční odstávce, která má skončit na přelomu srpna a září.

„Loni jsme takto zkontrolovali tlakovou nádobu na prvním bloku. I letošní výsledky naplnily naše očekávání. Také tlaková nádoba reaktoru druhého bloku je ve velmi dobrém stavu a umožňuje bezpečný provoz další desítky let,“ uvedl ředitel temelínské elektrárny Jan Kruml. Dodejme, že to sice může být jeho odborný názor a klidně i pravda, ale samozřejmě nejde o závazné prohlášení. Ve skutečnosti jaderná elektárna dostává povolení od Státního úřadu pro jadernou bezpečnost (SÚJB) vždy na desetileté období. První blok dostal povolení v loňském roce, druhý by měl dostat svolení k provozu snad ještě během letošního roku.

Temelín je největší výrobce elektřiny v zemi, kryje zhruba pětinu domácí spotřeby. ČEZ uvedl elektrárnu do provozu v prosinci 2000. Loni vyrobil Temelín 15,75 terawatthodiny (TWh), letos od začátku roku 8,6 TWh. V Česku se stále hovoří o tom, že v Temelíně by se mohly dostavět jeden nebo dva nové jaderné bloky. Ale tato možnost se stává v blízké budoucnosti stále méně pravděpodbonou – Česko má evidentně problém připravit jaderný tendr tak, aby se opravdu uskutečnil. Kdy a jestli se to někdy změní, je dnes otevřená otázka.

Load More