„Budou ji rozkládat snad elektřinou, která se stane mocnou a hybnou silou. Všechny velké vynálezy se nějakým nevysvětlitelným zákonem objevují současně a navzájem se doplňují. Ano, přátelé, já věřím, že vody bude užíváno jako paliva. Věřím, že prvků skládajících vodu bude použito odděleně. Voda tak vytvoří bohatý zdroj tepla a světla v množství, jaké uhlí dodat nemohlo. Jednoho dne budou skladiště parníků a tendry lokomotiv zásobeny stlačeným plynem, který se bude v topeništích spalovat s úžasným kalorickým účinkem. Zatím se nemáme čeho bát. Pokud bude tato Země obydlena, poskytne svým obyvatelům životní prostředky. Nikdy nebude nedostatek tepla a světla, i když už nebudou produkty živočišné, rostlinné a nerostné říše. Věřím, že jakmile budou uhelná ložiska vyčerpána, bude se topit vodou. Voda je uhlím budoucnosti.“
- Tajuplný ostrov, část I, kap. XXII.; Jules Verne, 1874
Vodík je, jak dobře známo, nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru. Jeho nevýhoda ale souvisí s tím, že se prakticky nevyskytuje samostatně, ale téměř výhradně se váže s jinými prvky. Jeho nejznámější sloučeninu na zemi dobře známe v pohodě H2O. Spalováním vodíku lze získat velké množství energie (96-120 MJ z 1 kg vodíku) bez vzniku skleníkových plynů.
Vodík je (doslova) všude
Kormě už zmíněného obecného rozšíření je vhodné dívat se na vodík ne coby palivo, tak jako ropu, zemní plyn nebo uhlí, ale primárně jako na nosič energie. Oproti kapalným molekulám benzínu nebo dieselu vážou molekuly vodíku téměř 1,6 krát víc energie na jednotku hmoty. Světová poptávka po vodíku přitom roste, mezi lety 1980 a 2018 se více než ztrojnásobila a v roce 2050 má pokrývat až 24 % světové poptávky po energii s trhem o velikosti kolem €630 miliard ročně. V současnosti se globálně používá přibližně 70 milionů tun vodíku ročně, zejména při rafinaci ropy a v chemickém průmyslu. Hlavním pozitivem vodíku je, že při jeho spalování nevznikají žádné emise CO2, negativem naopak je, že vodík je v současnosti vyráběn téměř výhradně z fosilních paliv, s čímž jsou emise CO2 naopak významně spojené.
Vodík má díky svým vlastnostem využití v celé řadě oblastí, mezi čtyři nejzásadnější lze jmenovat
• Energetické aplikace
• Čistá mobilita
• Dekarbonizace
• Průmysl
Pomineme-li průmyslové využití, které v kontextu chytrých zelených měst nehraje primární roli, dává smysl zaměřit se na první tři.
Energetika
Jak už padlo výše, vodík je vynikající médium pro uchovávání energie. Výhodou například oproti bateriovým úložným systémům je levnější škálovatelnost a možnost dlouhodobého uskladnění v horizontu měsíců až let s naprosto minimální energetickou ztrátou. I přesto, že je molekula vodíku velmi malá a snadno prostupuje materiály, dnešní technologie zvládá výrobu zásobníků tak, aby nedocházelo ke ztrátám.
Vztah vodíku a baterií bývá někdy vyostřený, podle mého názoru zbytečně, je nutné je brát jako technologie komplementární, kdy se při vhodně zvolené strategii velmi dobře doplňují. Vodík je a v budoucnosti stále více bude nedílnou součástí energetického mixu.
Důležité je se na vodík dívat i z pohledu energetické bezpečnosti. Právě možnost dlouhodobého ukládání energie, zejména přebytků z OZE, bavíme-li se o zeleném vodíku, dává základ pro budování energetické bezpečnosti u kritické městské infrastruktury – nemocnice, záchranné složky, podpora základních funkcí komunity, města či regionu atd.
Jen Jihomoravský kraj je vlastníkem asi 3 000 budov. Ne všechny jsou vhodné pro osazení solárními elektrárnami, ale pokud by to dávalo smysl jen u části z nich, máme zde naráz poměrně velkou výrobní kapacitu. Ta se nemusí nutně spotřebovat v době výroby, navíc v dnešní době nejistého obsazení (přesun řady pracovníků na home office) a s tím spojené nižší spotřeby se dlouhodobé ukládání přebytků přímo nabízí. Dalším příkladem mohou být školy – v době nejvyššího osvitu v letních měsících prázdné i v době mimo pandemii a s minimální spotřebou, uložené přebytky lze pak spotřebovat třeba v zimně. A to vše i za cenu nižší účinnosti než u bateriových systémů, kdy výhoda dlouhodobého uložení může v celkové bilanci převážit. Vše je proto potřeba správně navrhnout a případně zvolit kombinaci vodíkové i bateriové technologie.
Čistá mobilita
Dalším spíš kamenem než kamínkem do skládačky vodíkové budoucnosti je využití v dopravě. Primárním tahounem nebude doprava osobní, ale prvořadě městská a nákladní. Teprve po rozvoji těchto oblastí a s tím související infrastruktury, které u nás na rozdíl od jiných států na světě i v Evropě zatím neexistuje, můžeme očekávat rozvoj vodíkové mobility osobní. Kde není slepice, nemůže být ani vejce.
Vytvoření vhodné infrastruktury je tedy zásadní a mělo by být prioritou nejen státu, kde už jisté aktivity probíhají, byť je zatím nelze považovat za dostatečné, ale i na úrovni krajů a municipalit. Podle aktuálního Národního akčního plánu pro čistou mobilitu se u nás pro rok 2030 očekává 80 vodíkových plnících stanic, 870 autobusů a až 50 tisíc vozidel, byť většina z nich bude tvořit právě městská a nákladní doprava. První vodíkové „čerpačky“ mají vyrůst v roce 2021 v Praze a Litvínově, následovat bude Brno a znovu Praha v roce 2022 a rok na to Plzeň. Dobrý začátek, otázkou ale je, zda se tímto tempem podaří cíl 80 stanic v roce 2030 splnit.
V okamžiku, kdy bude vytvořena alespoň základní infrastruktura vodíkových čerpacích stanic, lze očekávat i rozvoj osobní vodíkové mobility. Jedná se o čistou a ekologickou variantu osobní dopravy s minimálním dopadem na životní prostředí a to i tehdy, pokud do celého životního cyklu započteme uhlíkovou stopu výrobního procesu a případné následné recyklace. Už dnes existuje řada více či méně sériově vyráběných modelů a značek (Toyota, Hyundai) a lze očekávat, že se k nim v následujících letech přidá řada dalších – do roku 2025 to má být Honda, Daimler a BMW. Dojezd je dnes až 800 km a doba plnění okolo 5 minut.
V Evropě v současné době funguje téměř 200 plnících vodíkových stanic, z toho v Německu je jich 90 a dalších 40 bude fungovat do roku 2021, ještě ambicióznější plány má pak Velká Británie
V rámci municipalitního dopravního plánování pak dává smysl vybudování centrálních uzlů spojujících městskou dopravu s možností plnění pro osobních auta, v ideálním případě i blízkost či napojení na lokální vlakovou síť, kde už existuje ve světě řada vodíkových řešení. Zatím nejdál je v této oblasti Moravskoslezský kraj.
Dekarbonizace
Třetí z významnějších aplikací pro využití vodíku na cestě k řešením pro snížení celkových emisí skleníkových plynů a chytrých zelených měst je dekarbonizace. Vodík lze využít v chemickém procesu pro eliminaci CO2, kdy jeho výsledkem je metan, tedy energetická surovina, kterou lze v dané lokalitě přímo spotřebovat nebo tlačit do plynárenské přenosové soustavy. To se týká všech znečišťovatelů, kteří vypouští právě CO2 a dnes spadají pod systém nákupu povolenek – ty ale situaci fakticky neřeší, jen problém odsouvají jinam. Jen v Evropě jde o zhruba 14 000 podniků. Představme si řešení, kdy tyto společnosti, řada z nich vlastněná městy či kraji, spolu s privátními či opět městskými bioplynkami, využijí vodíku a místo skleníkových emisí a dalších nákladů v podobě povolenek budou produkovat metan…
Vodíková budoucnost?
Ano, otázka je jen jak rychle a v jaké míře. Vodíku se nicméně nevyhneme, šíře jeho nasazení od energetiky, průmysl přes mobilitu po ekologii je tak široká, že dříve či později zasáhne každého. Těžit z něj budou ti, kdo se na jeho příchod připraví a začnou už dnes přemýšlet o zakomponování vodíku do strategických plánů budoucího rozvoje. Vodík rozhodně nebude dobře fungovat v samostatných izolovaných aplikacích, ale efektivně jen tam, kde bude součástí celého konceptu chytrých, zelených a energeticky soběstačných měst a regionů.
