Vodík směřuje od šedého přes modrý k zelenému a bude po něm poptávka

Nadbytečná elektřina z větrných farem se v tomto závodě v německém Mainzu (Mohuči) využívá k výrobě vodíku elektrolýzou vody
Foto: Siemens

Vodík je považován za energetickou surovinu budoucnosti – pro průmysl i pro dopravu. Fosilní paliva skončí nejen z důvodů ekologických, ale i geopolitických. Ovšem není vodík jako vodík a budoucí podpora bude směřovat jen k některému.

Každá encyklopedie sdělí, že vodík je bezbarvý plyn. A přesto se v textech o jeho budoucím využití v průmyslu a dopravě setkáváme s jeho (čistě symbolickým) označením třemi barvami.

Dnes je v ovšem v praxi používán prakticky jen vodík, kterému se říká šedý. Měl by se začít objevovat vodík modrý, ale ten nejvíce žádoucí je vodík zelený. Ten by měl zřejmě získat největší legislativní či dotační podporu.

Nadějné vyhlídky

Dnes je vodík především součástí průmyslových procesů, od výroby plastů a hnojiv po rafinaci uhlovodíků. Čeká se však od něj mnohem víc. Měl by být základem paliv pro komerční leteckou a lodní dopravu – už proto, že tam se s konkurenčními elektromotory přinejmenším prozatím počítat nedá. Může pohánět automobily – i když tam nad ním naopak elektromotory vedou.

Vodík by měl nahradit zemní plyn v průmyslu, dokonce při výrobě železa a oceli. A mohl by se stát i prostředkem pro skladování energie v době, kdy je sluneční nebo větrné elektřiny nadbytek, a dala by se tedy využít pro výrobu vodíku elektrolýzou vody.

→ Čtěte také: Ocel by se měla stát do budoucna přijatelnější díky upraveným technologiím

Šedá zatím vede

Ve směsi se vzdušným kyslíkem sice vodík tvoří silně hořlavou směs, ale sám o sobě je to neškodný plyn. Jeho současná průmyslová výroba ovšem tak neškodná ani zdaleka není. A k tomu zřejmě budou budoucí investoři muset přihlížet.

Podle Mezinárodní energetické agentury se nyní ve světě ročně vyrábí 94 milionů t tohoto plynu. Téměř všechen pochází z fosilních paliv, jako je zemní plyn. Při výrobě vodíku metan v zemním plynu reaguje s kyslíkem, uvolňují se molekuly vodíku a také oxid uhličitý, který se vypouští do atmosféry – ročně je ho tak 900 milionů t, což jsou 2 % nechtěných světových emisí skleníkového oxidu uhličitého.

Takovýto vodík se označuje slovem „šedý“, protože za sebou zanechává ošklivou uhlíkovou stopu, namísto toho, aby ji snižoval.

Dodejme, že vodík, který se dnes takto ve světě vyrábí, se z velké části používá pro chemické zpracování v základních průmyslových odvětvích. Mísí se s dusíkem ze vzduchu a vyrábí se z něj například čpavek, který je součástí hnojiv. Petrochemické rafinerie používají vodík k odstraňování síry z ropy nebo k rozkladu některých větších uhlovodíků na menší. A v chemickém průmyslu se vodík používá k výrobě obrovského množství produktů, jako je třeba metanol, který se zase používá při syntéze nesčetných dalších komerčních chemických sloučenin.

Ani modrá není dobrá

Modrou barvu, ale samozřejmě opět jen v názvosloví, vodík získá, pokud se při jeho výše popsané výrobě z fosilních paliv alespoň zachycuje vznikající skleníkový plyn oxid uhličitý a ukládá se pod zemi do zásobníků v geologickém podloží, aby se nedostal do ovzduší.

Ukládání do podzemí ovšem představuje další finanční náklady a stejně nezabrání úniku úplně všeho oxidu uhličitého do atmosféry. Navíc výroba „modrého“ vodíku potřebuje těžbu zemního plynu, která má své ekologické problémy. Ale i tak se modrý vodík považuje za dočasnou lepší náhradu vodíku šedého.

Zelený vodík ze staré dobré, ale drahé elektrolýzy vody

Bez vzniku skleníkových plynů se dá vodík získat postupem, jehož princip je už dvě staletí starý – elektrolýzou vody neboli jejím rozložením za působení elektrického proudu procházejícího mezi elektrodami pokrytými katalyzátorem. Ovšem pozor, elektřina pro tuto operaci nesmí pocházet z fosilních zdrojů, ale ze zdrojů obnovitelných, případně aspoň „nízkouhlíkových“, jako jsou třeba jaderné elektrárny. Pak se může tento vodík pojmenovat jako zelený.

Elektrolýza ovšem není úplně levná, momentálně se jí dá v průmyslovém měřítku připravit kilogram vodíku za 5 dolarů. Avšak podle předpokladů citovaných vědeckým časopisem Nature by měla cena do roku 2030 klesnout snad až na jeden dolar za kilogram vodíku, a to v důsledku průmyslové velkovýroby přístrojů pro elektrolýzu.

Šedý vodík se dá ze zemního plynu vyrobit za o něco méně než dolar za kilogram, ale to se v důsledku války Ruska proti Ukrajině zejména v Evropě mění, protože cena zemního plynu vzrostla. Dá se tedy čekat, že zelený vodík se cenově s šedým vodíkem přinejmenším srovná a celospolečensky získá nejen ekologický, ale i bezprostředně ekonomický smysl. A k tomu se jako výhoda pro výrobce přidávají dotace či daňové úlevy zejména ve Spojených státech a Evropské unii.

→ Čtěte také: Vodík získává pozornost – a dotace

Poptávka po zeleném vodíku je poptávkou po nefosilní elektřině

Investice do vodíkových projektů zažívají podle Rady pro vodík – průmyslové skupiny v Bruselu – velký rozmach. Tato instituce vypočítává, že průmysl ve světě oznámil přípravu 680 velkých projektů, tedy s elektrolýzou o výkonu nad 1 MW. Představují investice ve výši 240 miliard dolarů do roku 2030. To představuje ve srovnání se stavem v listopadu 2021 nárůst o 50 %.

Bez vzniku skleníkových plynů se dá vodík získat postupem, jehož princip je už dvě staletí starý – elektrolýzou vody neboli jejím rozložením za působení elektrického proudu procházejícího mezi elektrodami pokrytými katalyzátorem. Ovšem pozor, elektřina pro tuto operaci nesmí pocházet z fosilních zdrojů, ale ze zdrojů obnovitelných, případně aspoň „nízkouhlíkových“, jako jsou třeba jaderné elektrárny. Pak se může tento vodík pojmenovat jako zelený.

Rada pro vodík však současně soudí, že připravované investice se musí do roku 2030 ztrojnásobit na 700 miliard dolarů, aby pak bylo možné dosáhnout globálního cíle bezuhlíkového vodíku do roku 2050.

Ovšem pozor: jenom celosvětové nahrazení nyní vyráběného šedého vodíku vodíkem zeleným by vyžadovalo ročně přes 4 500 TWh elektřiny z nefosilních zdrojů. Jak připomíná redakční analýza časopisu Nature, odpovídá to roční výrobě elektřiny ve Spojených státech.

Jenže pokud se připočítá i zelený vodík potřebný pro naplnění nových energetických požadavků, vznikne podle Mezinárodní agentury pro energii poptávka po 14 800 TWh ročně, aby byly nulové emise z výroby vodíku dosaženy v roce 2050. Což ovšem přesahuje polovinu současné světové spotřeby elektřiny ze všech zdrojů.

K tomu si přidejme, že souběžné s poptávkou po zeleném vodíku se bude výrazně zvyšovat poptávka po bezemisní elektřině pro elektromobily.

Není tedy zdaleka jisté, že současné i bezprostředně budoucí obnovitelné a jaderné zdroje elektřiny dokážou všechen tento zájem uspokojit. Jisté však je, že po nich bude obrovská sháňka.