Obnovitelný vodík

V srpnu 2002 vyšel v časopisu Frontiers (Magazín BP o technologii a inovacích) článek, ve kterém ředitelka BP pro sekci alternativních paliv Carol Battershell poukazuje, že rostoucí obavy o změny klimatu a jiné environmentální problémy týkající se bezpečnosti zásob energie, prohlubování závislosti na dodávkách ropy a rozvoje technologie vedou svět ke "konečnému stavu, kdy vodíkové palivo bude produkováno pomocí OZE, např. solární nebo větrné energie, je to způsob, kdy nevznikají při produkci vodíku emise." Carol Battershell však konstatuje: "cesta získání vodíku je v současné době neekonomická a je před námi dlouhá přechodová fáze, založená na získávání vodíku z uhlovodíků jako je např. zemní plyn."

"Určitě nás čeká přechodné období", souhlasí Dr. David Hart, ředitel londýnské environmentální poradenské služby pro energii. "Nejsou absolutně žádné pochyby, že nejlevnější cestou získání vodíku je dnes ve většině případů využití zemního plynu nebo jiných fosilních zdrojů."

Přechod

V současné době spočívá velká část produkce vodíku v přeměně fosilních paliv za použití páry jako zdroje vodíku nebo využitím fosilních paliv jako zdroje energie pro výrobu elektřiny potřebné k pohonu elektrolyzérů používaných k oddělení molekul vodíku z vody. Je dokázáno, že OZE by mohly hrát významnou roli při výrobě elektřiny potřebné k pohonu elektrolyzérů. Prosazení využití OZE k pohonu elektrolyzérů při výrobě vodíku, který by mohl být energetickou zásobárnou, by mohlo pomoci také vyřešit občasný problém spojený s OZE, stejně tak jako pozvednutí ekonomiky producentů obnovitelné elektřiny, kteří často nemohou garantovat bezpečnost požadovaných dodávek v souvislosti se současným uspořádáním obchodování s elektřinou.

Ben Madden, ředitel britského konzultačního střediska Element Electricity, nedávno vytvořeného rozšířením multioborové poradenské služby Whitby Bird & Partners, říká: "Z počátku potřebujete generovat vodík z fosilních paliv a zároveň za pomoci OZE. Není nic špatného na zemním plynu, pokud se jedná o krátké období, ale otázkou je, jak dlouhé bude toto krátké období. Je důležité neztratit ideu, že dlouhodobé řešení, na které se těšíme, je řešení založené na vodíku vyrobeném pomocí OZE. Je pouze otázkou, jak dlouho to bude trvat."

Nedostatek infrastruktury je často citován jako překážka rozvoje ekonomiky vodíku. Dave Wardle (Guilford, European Manager Hydrogen Energy) říká: "Mnoho společností zabývajících se plynem se již zapojilo do dodávání vodíku jakožto komerčního průmyslového plynu a chemického produktu. Je velmi rozšířen a má velmi dobrý bezpečnostní výkaz." Většinu překážek přechodu k vodíku vidí v tom, že velká část vyspělých světových ekonomik ještě není k používání vodíku vybavena. Je však optimistický a věří, že se situace může změnit. "Protože výhody ekonomiky vodíku pokud jde o kvalitu místního ovzduší, redukci skleníkových plynů a využití OZE jsou skutečně pádné důvody," a poznamenává "mnoho vlád dnes předpokládá, že vodík bude v budoucnosti tvořit důležitou část infrastruktury energie."

V Evropě a Velké Británii existuje mnoho projektů zaměřených na to, aby demonstrovaly, jaké existují možnosti. "Zajímavé na těchto demonstračních projektech je to, že dokazují, že hospodářství založené na vodíku vyrobeném pomocí OZE je uskutečnitelné," říká Madden. "Takže budoucnost hospodářství vodíku se stává spíše otázkou ekonomie. Ačkoli dlouhodobě by to nemusel být problém, momentálně je většinou nákladnější jít cestou OZE." Politika společně s regionálními odchylkami v různých oblastech světa (např: postoj k energii a přírodě) bude hrát roli v ovlivňování výběru původu energie. Například, říká Madden, "pro USA je nejdůležitější hledisko bezpečnosti zásobníků energie, ale přestože i pro Evropu je otázka bezpečnosti důležitá, nejdůležitějším hlediskem v Evropě je snížení emisí uhlíku. Následkem toho má Evropa k problému trochu jiný postoj."

Koncept energetických uzlů, který propojuje nezávislé obnovitelné zdroje energie
s ostatními formami energie a vodíkové hospodářství

Zkušební provoz

V současnosti je nejlepší využití energie vodíku jako paliva pro dopravu, které je bezemisní a neznečišťující. Existuje mnoho projektů všude na světě demonstrujících využití vodíku vyrobeného za použití fosilních paliv, který pohání palivový článek vozidel. Například EU podpořila projekt Clean Urban Transport for Europe (CUTE), jehož partnerem je BP a usiluje o zařízení tří autobusů poháněných vodíkem v každém z deseti evropských měst včetně Londýna. Tento projekt se plánuje na třetí či čtvrté čtvrtletí roku 2003. Významné projekty zkoumající technologii palivových článků probíhají také v Japonsku, Kanadě a USA (např. www.fuelcelltoday.com).

V Evropě probíhá také několik pilotních projektů zaměřených na průzkum využití vodíku vyrobeného pomocí OZE v dopravě. Je to řada malých regionálních demonstračních projektů jako je - vodík v dopravě pro Gaia Energy Centre v Delabole v Cornwell - Velká Británie, o kterém se v současné době diskutuje, až po rozsáhlejší projekty v oblasti dopravy jako je projekt USHER (Urban Integrated Solar to Hydrogen Energy Realisation) a ECTOS (Ecological City TranspOrt System) a projekty, které tvoří část náročného plánu Campaigne for Take-off, zaměřeného na dosažení absolutní nezávislosti na tradičních zdrojích energie do roku 2025 na švédském ostrově Gotland.

Gaia

Gaia Energy Centre je environmentální centrum sloužící jako turistická atrakce, které již významně přispělo k obnovení oblasti ve východním Cornwallu. Cílem projektu Gaia je využívat elektřinu získanou z nedaleké větrné farmy Dalebole Wind farm (první komerční větrná farma ve Velké Británii, která byla uvedena do provozu v roce 1991) pro elektrolýzu vody na vodík a kyslík. Vodík bude dále využíván pro pohon dvou autobusů na vodík, které zajistí veřejnou dopravu v okolí. Autobusy budou poháněny spalovacími motory zkonstruovanými k pohonu vodíkem. Projekt zajistí neznečišťující dopravu a obnovitelné palivo a bude také demonstrovat řešení problému nestability spojené s elektřinou vyráběnou větrnými turbínami. Partneři také doufají, že projekt vyvolá v regionu další zájem.

USHER

Hlavním cílem projektu USHER je ukázat uskutečnitelnost využívání elektřiny generované fotovoltaickým systémem k pohánění elektrolyzérů vyrábějících vodík pro pohon autobusů na palivový článek. Členy projektu jsou BP Solar; britská společnost provozující autobusy Stagecoach; výrobce elektrolyzérů Hydrogen Systems; společnost průmyslového plynu Linde AGA; strojírenská poradenská služba Whitby Bird & Partners; Cambridge University Estates; Cambridge University Engineering; Municipality of Gotland; Gotland Energy Agency a ISLENET a mnohá místní společenství pro šíření OZE. Tyto 5-ti milionové (Euro) projekty jsou financovány Evropskou komisí, národními vládami a společníky samotnými.

Projekt USHER probíhá ve dvou místech: v Cambridge (Velká Británie) a v Gotlands Kommun (Švédsko). V Gotlandu bude projekt obnášet 2 500 m² fotovoltaických článků, využívaných pro pohon elektrolyzérů produkujících vodík pro pohon autobusů jezdících ve městě Visby (světově uznávaná památka). V Cambridge se jedná o plochu 3 500 m² fotovoltaických panelů (největší souvislá plocha ve Velké Británii) produkujících 300 kWp, které budou instalovány na střeše kolonády v novém vědeckém parku vybudovaném na Univerzitě, ale umístěném mimo střed města. Doprava do vědeckého parku bude zajištěna autobusem na palivový článek plněný vodíkem získaným elektrolýzou za využití elektřiny z fotovoltaických panelů. Systém v Cambridge bude produkovat 30 m³ vodíku za hodinu ze 144 kW elektrolyzéru. Vodík bude v autobuse skladován pod vysokým tlakem a vodík pro dočerpání bude skladován v kontejneru v místě vědeckého parku. Autobusy měly být v Cambridge v provozu ve třetím čtvrtletí 2003, nicméně problémy, které se objevily, způsobily, že se celá akce opozdí.

Schematický diagram ilustrující projekt USHER (Cambridge).
Systém v Cambridge vyprodukuje 30 m³ vodíku za hodinu
z elektrolyzéru o výkonu 144 kW.

Bohužel prozatím je situace taková, že až bude celá akce dokončena, demonstrační projekt USHER neumožní takové zhodnocení fotovoltaického systému, jako kdyby byla vyrobená elektřina dodávána přímo do sítě, týká se to zejména cen energie, podílu emisí, architektury, bezpečnosti, technické proveditelnosti, veřejného přijetí a reálnosti. Projekt pomůže demonstrovat využití vodíku jako prostředku překonání občasných problémů, které způsobují výkyvy a nepravidelnost generované elektřiny z fotovoltaiky.

ECTOS

Koncem 20. století si Island, země, která navzdory hojnosti geotermálních a vodních zdrojů produkuje na osobu více plynů způsobujících skleníkový efekt než jakákoli jiná země, dal za úkol vytvořit první vodíkové hospodářství na světě založené na OZE. Projekt ECTOS zahájený v březnu 2001 byl prvním krokem přechodu k hospodářství založeném na vodíku. Na projektu se podílejí obyvatelé Islandu, zahraniční a mezinárodní společnosti jako např. Daimler Chrysler, Shell Hydrogen a Norsk Hydro. Úkolem projektu je demonstrovat prostřednictvím tří autobusů na palivové články = 4 % autobusů v Reykjavíku, jak může fungovat hospodářství založené na vodíku vyráběném pomocí OZE. Vodík bude vyráběn z vody elektrolýzou s využitím vydatné geotermální a vodní energie, poté stlačen a uskladněn v čerpacích stanicích postavených pro tento účel, kde budou autobusy na palivové články doplňovat palivo. Konference na téma zpřístupnění vodíku veřejnosti se konala na Islandu koncem dubna 2003 při příležitosti otevření čerpací stanice.

GOTLAND

Ostrov Gotland má velký potenciál pro rozvoj využití větrné a sluneční energie a energie z biomasy, roku 1996 byl zahájen Eco-Programme, který zveřejnil cíle "stát se během jedné generace ekologicky obnovitelnou společností". Produkce vodíku založená na pohonu solární energií je pouze jednou částí celého spektra možností jak využít OZE pro vytvoření kompletní energetické nezávislosti ostrova Gotland. Ostrovní energetický plán také zahrnuje rozvoj získávání energie z biomasy, větru a slunce, stejně jako zavedení měření účinnosti energie pro snížení celkové spotřeby energie.

Gotland již podnikl mnoho kroků k dosažení těchto cílů. Větrná energie již činí 15 % dodávky elektřiny na ostrově a očekává se, že během pěti let dojde ke zdvojnásobení. Velmi dobře se také vyvíjí využití dálkového topení na rostlinná paliva. Stejně tak jako produkce elektřiny pro pohon elektrolyzérů vyrábějících vodík v rámci projektu USHER. Solární panely byly instalovány na některých městských budovách a cílem je využití solární energie k zajištění energetických potřeb nové městské knihovny a univerzitních budov ve Visby.

Ale je možné toto uskutečnit i jinde? Možná, říká Hart, ale bude to nějakou dobu trvat. "Cíl ostrova Gotland - být kompletně energeticky nezávislý - je určitě proveditelný. Gotland, jako mnoho malých ostrovů, má velkou kapacitu OZE, ale díky poměrně malému počtu populace jsou potřeby energie relativně nízké. Pokud je však ostrov větší a lidnatější, jako např. Velká Británie, je řešení ekonomiky založené na OZE mnohem obtížnější. Avšak za předpokladu inteligentního managementu má OZE na mnoha místech díky rozvoji technologie a postupů příležitost. Nemyslím si, že by ekonomika založená na OZE byla dlouhodobě nereálná, ale změna ještě nějaký čas potrvá."

Překlad: Marie Hovorková
Zdroj: Refocus May/Jun 2003