Karel Brož: Obnovitelné zdroje jsou na hranici svých možností

TZB-info: Už více než 10 let pracujete jako vysokoškolský pedagog v Ústavu techniky prostředí Strojní fakulty ČVUT. Pozorujete nějaké trendy ve výuce studentů? Klade se na některé předměty jiný důraz než před lety?

Karel Brož: Vidím především ústup od výuky jaderné energetiky, která se u nás na fakultě zavedla v 70. letech. Teď se jí na Strojní fakultě už prakticky nikdo nevěnuje. Se vstupem do Evropské unie se klade daleko větší důraz na hygienu a nezávadnost pracovního i obytného prostředí (např. ochranu proti hluku) a dále na způsoby, jak snižovat emise.
Na našem ústavu se mi v roce 1986 podařilo zavést do výuky předmět Alternativní zdroje energie. Mnozí naši posluchači u oboru zůstali a už mají za sebou různé realizace. To je pro mě velmi příjemný pocit. Někteří mí bývalí diplomanti si založili samostatné firmy, jiní pracují například ve firmách dodávající tepelná čerpadla - v PZP komplet, IVT, Veskomu a podobně.

TZB-info: Před časem jste vyvinuli jako světovou novinku vysoce účinný hybridní solární kolektor. V čem spočívala jeho novost? Proč je vůbec výhodné mít v kolektoru vzduch i kapalinu?

Karel Brož: Toto řešení jsme vyvinuli v době, kdy se masivně podporovaly elektrické přímotopy. Převážně sezónní využití kapalinových kolektorů v letním období nás vedlo k úvaze, že je zařízení během roku málo využito, protože velkou část zimy "prostojí". Napadlo nás, že kdybychom umístili takový kolektor na osluněnou zeď před místnost, která je vytápěná elektrickými přímotopy, tak právě v zimě, kdy je slunce nízko nad obzorem, dostaneme nezanedbatelné zisky, které účinně nahradí elektřinu. Navrhli jsme proto hybridní kolektor, který může být provozován jak na vzduch, tak i na kapalinu nebo na obojí současně.

TZB-info: Kolektory mají ale v zimním období malou účinnost proto, že je v zimě v našich podmínkách málo slunečního svitu. A tento fakt ani hybridní kolektor neodstraní?

Karel Brož: Neodstraní. Ale vodu potřebujeme ohřát dejme tomu na 50 °C, zatímco vzduch ohřátý na 25 °C už je pro místnost energetickým přínosem. A této teploty lze dosáhnout i v zimě.

TZB-info: Čili vodu kolektor v zimě ohřát nestačí, zatímco vzduch ano?

Karel Brož: Přesně tak. Odzkoušeli jsme toto řešení u výrobní firmy Ekosolaris v Kroměříži a výsledky byly i v zimě markantní. Toto řešení jsme také uplatnili na české stanici v Antarktidě, o které se v poslední době sice hodně hovoří, ale vesměs z hlediska jejího vědeckého přínosu. Je to škoda, protože stanice je velice zajímavá i z energetického hlediska. Teplovzdušné kolektory s plochou 36 m² jsou součástí osluněné severní stěny. Bude-li svítit slunce, stačí kolektory vytopit celou stavbu.

TZB-info: Navrhl jste celou koncepci energetického zásobování stanice. Jaké další zajímavosti se na stanici objeví?

Karel Brož: Stanice je 25,5 m dlouhá a 11 m široká, ale tepelné ztráty bude mít jen 8,5 kW, protože je velice dobře izolovaná. V Antarktidě vane téměř trvalý vítr, proto tam bude osm malých větrných elektráren, každá o výkonu 1,5 kW. Volili jsme malá zařízení z důvodů montáže i oprav - Rusové si na své stanici namontovali elektrárnu s výkonem 20 kW, ale při poryvu větru jim ulétla vrtule a už ji nikdo nikdy nenašel. Chtěli jsme tam dát i tepelná čerpadla typu vzduch - vzduch, ale z toho nakonec sešlo kvůli obavám, že by teplonosná látka při případném úniku mohla znečistit prostředí. Zákon o ochraně Antarktidy je totiž dosti přísný. Dále na stanici budou kapalinové kolektory na předehřev teplé užitkové vody. Stanice se posunula od původně vybraného místa o 300 km jižněji na neobydlený ostrov James Ross, kam se špatně jezdí, protože moře málo rozmrzá. Náklady na dopravu se tím zvýšily skoro na dvojnásobek. Nejsou odtamtud prakticky žádné klimatické údaje, ale foukat tam bude určitě také hodně. Proto myslím, že by stanice mohla být energeticky prakticky soběstačná. Jiné stanice spotřebují tisíce tun kapalného paliva ročně, zatímco pro naši stanici jsem to spočítal jen zhruba na 300 kg za rok. Naše stanice bude v Antarktidě jediná, která je takto energeticky vybavená a její provoz bude zajištěn téměř bez jakýchkoli emisí. Trochu mě proto mrzí, že se o tomto aspektu v našich médiích zatím nikdo nezmínil. Článek bude v březnu publikován i na portálu TZB-info.

TZB-info: Počátkem 80. let jste vyvinul mírně koncentrické kolektory, použité v Herbertově a v Hospozíně u Velvar. V Herbertově fungují dobře dodnes. Přesto se tento typ kolektorů nezačal průmyslově vyrábět. Proč myslíte, že se neujaly?

Karel Brož: Jednak mají díky parabolickým zrcadlům poněkud větší pracnost při výrobě. Druhou věcí jsou jejich rozměry. Tyto kolektory se nemusejí natáčet a montují se jako ploché kolektory, ale mají větší výšku - oproti cca 70 mm u plochých kolektorů mají výšku 165 mm. A konečně: my jsme tímto řešením chtěli ušetřit tenkrát drahocennou měď. Navržené řešení totiž umožnilo snížit spotřebu mědi na méně než polovinu. Dnes je ale měď mnohem dostupnější, dělají se z ní dokonce okapy, a tak není důvod s ní tolik šetřit. V řadě případů by se ale tento systém dal uplatnit i dnes a byl by i výhodný.

TZB-info: Podílel jste se na vývoji tepelného čerpadla poháněného plynovým motorem. Běžně prodávaná tepelná čerpadla fungují ale vesměs na elektřinu. Plynová čerpadla se také neujala?

Karel Brož: Plynové tepelné čerpadlo typu vzduch - voda bylo postaveno v Ústavu pro výzkum paliv v Běchovicích, kde jsem tehdy pracoval. Úkol byl dokončen v roce 1988. Ročním provozem jsme prokázali úspory plynu proti vytápění v kotli asi 60 %. Jenže v té době plyn dodávaný ze Sovětského svazu zlevnil z 1,80 Kčs/m³ na 1,20 Kčs/m³. Oponentní komisi se tehdy zdálo, že se takové věci nemohou nikdy zaplatit, když máme ze SSSR tak levný zdroj energie.

TZB-info: A dnes by se vyplatily?

Karel Brož: Dnes určitě.

TZB-info: Kde by mohly najít praktické využití?

Karel Brož: V době, kdy se měla rozšiřovat či stavět nová čistírna odpadních vod v Praze, se uvažovalo o tom, že vyčištěné vody, které odcházejí do řeky v zimě s teplotou cca 18 °C, by se mohly vychladit na teplotu zhruba stejnou jako má voda v řece. Zamezilo by se tak tepelnému znečištění vody, navíc využitelný tepelný výkon při ochlazení o 10 °C vycházel asi 300 MW. Právě pro toto řešení jsem navrhoval plynové turbiny s využitím odpadního tepla ze spalin jako pohon tepelných čerpadel. Projekt ale zapadl. Vyvinul jsem k tomu - zatím jen na papíře - hybridní tepelné čerpadlo, které by pracovalo na absorbčním principu s dvojicí látek čpavek - voda. Vše jsem propočítal, ale realizace zkrachovala na tom, že se nenašel výrobce.

TZB-info: Jaké typy druhotných zdrojů energie mají u nás největší budoucnost?

Karel Brož: Hlavně samozřejmě odpadní teplo. Technologií, kde je odpadním zdrojem palivo, totiž mnoho není. Existují některé chemické technologie, kde je odpadním produktem vodík - např. v Severočeských chemických závodech v Ústí nad Labem. Chtěli ho využívat jen k výrobě tepla, tedy spalovat, případně ho míchat se zemním plynem, a tím si snížit odběr dálkového tepla. Vodík je ale škoda pálit, získává se totiž poměrně těžko, tak jsem jim navrhoval, zda by nechtěli raději zkusit kyslíko-vodíkový palivový článek. Tím by si zároveň vyráběli i elektřinu, což by bylo velice výhodné, ale počáteční investice byla vysoká a oni si na toto řešení netroufli.

TZB-info: Jak v současné době vypadá situace s chemickými palivovými články, rýsují se nějaké možnosti širšího využití?

Karel Brož: Musíme oddělit využití palivových článků v energetice a v ostatních oblastech. V energetice se nedá čekat, že by došlo v dohledné době k náhradě fosilních paliv vodíkem, ať už získaným z vody, uhlí či jakkoli jinak, protože se to prostě nevyplatí. Při elektrolýze vody se téměř 50 % elektřiny přemění na teplo a dalších více než 50 % se spotřebuje na rozdělení molekul kyslíku a vodíku. Vezmu-li vodík získaný s touto 50% účinností a zavedu ho do palivového článku, kde z něj vyrábím teplo a elektřinu, tak vyrobím elektřinu asi ze 45 % energie, kterou vodík obsahuje. Nakonec tedy získám něco přes 20 % původní elektrické energie, kterou jsem měl. Smysl by to dávalo jen v případě, že by byl vodík vyráběn z obnovitelné energie, třeba z fytomasy nějakým chemickým pochodem, nebo ze sluneční energie. V energetice to ale podle mě ve větším měřítku nepůjde.
Větší možnosti vidím v dopravě, kde je cena kapalného paliva již dnes vysoká a bude časem ještě vyšší. Cesta je zde otevřena už vzhledem k emisím, které doprava vytváří, protože zde by se emitovala jen vodní pára. V budoucnosti, až se vyčerpá ropa a další fosilní paliva, to ostatně ani jinak nepůjde. Zbudou nám obnovitelné zdroje a jaderná energie.

TZB-info: Podívejme se na budoucnost obnovitelných zdrojů během nejbližších řekněme deseti let. Myslíte, že může v této době nějak výrazně stoupnout jejich účinnost? Třeba u tepelných čerpadel - dá se čekat podstatně vyšší topný faktor?

Karel Brož: U tepelných čerpadel určují topný faktor teplotní podmínky nízkopotenciální strany a odběru. Při stejných podmínkách už topný faktor příliš růst nemůže. U kompresorových tepelných čerpadel záleží na dokonalosti kompresoru, zejména na velikosti tzv. škodného prostoru. Pístová zařízení, která už se u malých zdrojů opouštějí, mají hodně škodného prostoru, který tam musí existovat mezi hlavou pístu a ventily. Ale spirálové kompresory scrolly už škodný prostor skoro nemají, proto mají vyšší účinnost. Něco by se ještě dalo zlepšit hledáním takových teplonosných látek, které v plynné fázi nepotřebují tolik energie ke stlačení. Ve vnitřním ději komprese by se možná daly najít kombinace, které by znamenaly menší spotřebu kompresní práce, a tím by se topný faktor mohl ještě o něco zlepšit.

TZB-info: O kolik?

Karel Brož: Jen o několik procent.

TZB-info: A co solární kolektory?

Karel Brož: Některé z nich už mají velice pěknou účinnost. Celoročně jsou nejúčinnější kolektory vakuované, už proto, že musí mít selektivní vrstvu. Ploché kolektory jsou ve špičkovém provedení už také na hranici možností.
U větrných elektráren je vývoj ještě možný, ale pro nás jako malý stát nemá smysl do vývoje těchto zařízení investovat. U kotlů na fytomasu jsou cesty, jak zlepšit provoz, kontrolu spalin a podobně. Co do účinnosti je možné se u nich vyrovnat plynovým kotlům.

Děkuji za rozhovor.