Vodík získává pozornost – a dotace

Skladování energie ve vodíku po dobu, než bude zapotřebí, je jen začátek. Představa je, že by vodík mohl nahradit zemní plyn v jeho energetickém využívání
Foto: Siemens

Energetická situace tlačí na změny a podporuje alternativní zdroje energie. Velkou roli má hrát vodík. Evropská unie podporuje jeho využívání, rodí se nové projekty.

Vodík by mohl sloužit v průmyslu namísto zemního plynu, k vytápění domácností, mohl by pohánět automobily... Je také vhodný jako krátkodobé úložiště přebytečné energie z obnovitelných zdrojů, především z větrných a fotovoltaických elektráren.

V současnosti se ho na celém světě ročně vyrábí kolem 90 milionů tun, v drtivé většině chemickým štěpením z fosilních paliv, což není dlouhodobě udržitelné, už proto, že je nebude možné dlouhodobě získávat za přijatelné ceny.

Jen asi procento z celkové produkce vodíku se vyrábí elektrolýzou vody s využitím elektřiny z nefosilních zdrojů. Právě tento „zelený“ či „obnovitelný“ vodík by se však měl prosadit výrazněji, aby změnil energetiku.

Evropská podpora

Aby podpořila rozvoj vodíkových technologií, Evropská komise nyní povolila vynaložit až 5,4 miliardy eur ze zdrojů členských států. Rozhodla, že tyto prostředky nenarušují hospodářskou soutěž. Díky tomu se může naplno rozjet 41 mezinárodních průmyslových projektů výzkumu a vývoje financovaných z národních zdrojů v rámci programu nazvaného Hy2Tech. Na projektu, který se připravuje už dva roky, se podílejí průmyslové podniky i akademické instituce z patnácti členských zemí EU včetně České republiky. Mají pomoci vytvořit celoevropský trh s obnovitelným vodíkem.

V programu Hy2Tech tedy bude například nevelký nizozemský podnik Nedstack vyvíjet palivové články pro stacionární a námořní použití, francouzská společnost Arkema bude pro zlepšení skladování vyvíjet materiály pro vodíkové nádrže na biologické bázi, aby se snížily náklady a doba výroby. Německý výrobce Daimler Truck bude vyvíjet nákladní vozidla poháněná kapalným vodíkem.

Cílem jsou průlomové objevy v obtížné situaci

Jde o nejnovější krok Evropské komise ve snaze vybudovat trh s obnovitelným vodíkem a dosáhnout stavu, podle nějž by se do roku 2030 spotřebovávalo v EU ročně 20 milionů tun zeleného vodíku.

Podporované projekty se týkají výroby vodíku, palivových článků, skladování, přepravy a distribuce tohoto plynu a aplikací pro koncové uživatele v dopravě. Komise doufá, že projekty přinesou průlomové objevy, které umožní větší využívání vodíku v průmyslu, dopravě i domácnostech. Podle předpokladů by do projektů mělo dále směřovat i 8,8 miliardy eur v soukromých investicích.

„Průkopnické projekty s sebou nesou velké riziko vzhledem k neexistenci evropského trhu a infrastruktury pro vodík,“ připustil Jorgo Chatzimarkakis, generální ředitel průmyslového sdružení Hydrogen Europe. „Odvětví potřebuje vytvořit celý vodíkový ekosystém od výroby vodíku přes dopravu, skladování až po konečné využití. To vše je třeba provést synchronizovaně, v rekordně krátkém čase a zajistit, aby to bylo komerčně atraktivní pro soukromé investice.“

Vodík se sice dá přepravovat podobně jako zemní plyn, avšak jeho atomy jsou obzvláště malé a mohou být snadno pohlceny v kovech. Například v případě ocelí, které se v této infrastruktuře běžně používají jako konstrukční materiály, může absorpce vodíku vést ke zhoršení vlastností materiálu. Při mechanickém namáhání, k jakému dochází v každé plynárenské síti, to může vézt ke vzniku trhlin a k únikům tohoto vysoce hořlavého plynu.

Vodík má hrát klíčovou roli v budoucím energetickém mixu Evropy. Evropská komise zveřejnila svou první vodíkovou strategii v roce 2020 a od té doby zvýšila ambice a požaduje, aby se do roku 2030 v EU využívalo 20 milionů tun vodíku z obnovitelných zdrojů.

Kontrola pro půl milionu kilometrů plynovodů

Současná energetická situace však vytváří poptávku i po dalších technologiích. Například Německo má více než 500 000 kilometrů plynovodů, které zásobují energií průmysl a domácnosti. Tato infrastruktura hraje ústřední roli při přechodu na vodíkové hospodářství, v němž bude zemní plyn postupně nahrazován vodíkem, jenž bude proudit už existujícími rozvody. Síť může sloužit také jako skladovací zařízení pro vodík. A k tomu se ještě plánuje výstavba nových vodíkových potrubí.

Avšak materiály a komponenty pro přepravu a skladování vodíku – například pro armatury, těsnění, distribuční potrubí a vodíkové plnicí stanice – je nutné pečlivě testovat z hlediska jejich vhodnosti a bezpečnosti. K tomu vyvíjí německý Spolkový ústav pro výzkum a zkoušení materiálů (BAM) inovativní zkušební metodu, která dokáže nové, ale i desítky let staré potrubí, těsnění a distribuční stanice otestovat, jestli se vůbec pro přepravu čistého vodíku hodí.

Nepříjemně malé atomy

Vodík se sice dá přepravovat podobně jako zemní plyn, avšak jeho atomy jsou obzvláště malé a mohou být snadno pohlceny v kovech. Například v případě ocelí, které se v této infrastruktuře běžně používají jako konstrukční materiály, může absorpce vodíku vést ke zhoršení vlastností materiálu. Při mechanickém namáhání, k jakému dochází v každé plynárenské síti, to může vézt ke vzniku trhlin a k únikům tohoto vysoce hořlavého plynu.

Při testování potrubních ocelí procházejí vzorky materiálu složitými zkouškami: jsou vystaveny působení vodíku v autoklávu a mechanicky namáhány. „Vzhledem k velkému množství potřebného vodíku vyžadují takové testy vysokou úroveň bezpečnosti, a jsou proto nákladné. To brání rychlému rozšíření zkušebních kapacit, které budou v příštích letech potřeba,“ říká Florian Konert, vědecký pracovník Kompetenčního centra pro vodík H2Safety@BAM.

Florian Konert a jeho tým proto vytvářejí testovací techniku, která v budoucnu umožní mnohem snadněji prokázat případné poškození, a to i levněji. Při tomto postupu se vzorek oceli zevnitř naplní vodíkem a současně se vystaví mechanickému tahovému zatížení. Metoda vyžaduje pouze zlomek množství vodíku ve srovnání s nynějším postupem, což výrazně snižuje problémy související s bezpečností.

Žebříček vhodných materiálů

„Jsme přesvědčeni, že náš přístup rozšíří možnosti testování a umožní rychlejší uvedení vodíku na trh,“ věří Konertův kolega Jonathan Nietzke, rovněž vědecký pracovník Kompetenčního centra pro vodík společnosti BAM.

Oba výzkumníci chtějí vytvořit žebříček materiálů podle jejich vhodnosti pro použití vodíku, včetně materiálů pro potrubí v distribuční síti zemního plynu. Výsledky mohou poskytnout společnostem, které provozují plynové sítě nebo vyrábějí komponenty pro vodíkové hospodářství.