Představuje vodík budoucnost vytápění?

Ambiciózním plánem EU je dosáhnout do roku 2050 klimatické neutrality, jinými slovy, v průběhu nejbližších osmadvaceti let snížit emise CO₂ na rovnou nulu. Toho se však dá docílit jen za předpokladu, že se používání fosilních paliv sníží na minimum. Možností, jak a čím je nahradit, je více a jednu z nich představuje i vodík – zdroj energie, při jehož spalování se neprodukují žádné skleníkové plyny.

Je skvělý, ale…

Vodík (H₂) má jako palivo, resp. zdroj energie na vytápění, několik výhod. Vyskytuje se všude kolem nás v prakticky neomezeném množství. Je poměrně vydatným energetickým zdrojem – v 1 kg vodíku se skrývá stejné množství energie jako v 2,8 kg benzínu. Při jeho spalování vzniká voda, ne skleníkové plyny, a při vytápění bychom jím mohli relativně snadno nahradit zemní plyn.

Vodík je i s ohledem na budoucnost skvělý zdroj energie. Je k dispozici ve velkém množství, případně se může vyrábět trvale udržitelným způsobem a při jeho spalování nevznikají žádné skleníkové plyny.

Samozřejmě i v případě vodíku je třeba pokračovat minimálně jedním „ale“. Ačkoliv je nejčastěji se vyskytujícím chemickým prvkem ve vesmíru, na Zemi se téměř nenachází v čisté formě – jako nesmíchaný plyn. Je součástí některých sloučenin, z nichž nejběžnější je voda, ale je i složkou přírodních plynů, např. metanu, a nachází se též v ropě. Pokud tedy chceme vodíkem topit, musíme ho nejprve efektivně a ekologicky získat.

Není vodík jako vodík

Samozřejmě vodík je plyn, který je vždycky stejný, rozdíl je však ve způsobu jeho získávání. Rozdílné metody výroby vodíku mají přitom odlišný vliv na životní prostředí. A právě podle tohoto vlivu se označují odlišnými barvami čtyři hlavní typy vodíku: zelený, tyrkysový, modrý a šedý.

V současnosti je nejběžnější a cenově nejdostupnější šedý vodík, který se vyrábí ze zemního plynu a je nejméně ekologický. Cestu k evropské klimatické neutralitě však představuje jen výroba na bázi obnovitelných energií a bez emisí CO₂. Z tohoto pohledu je nejdůležitější tzv. zelený vodík, který vzniká při elektrolýze vody – při ní se molekuly vody štěpí na dva prvky, kyslík a vodík. K tomuto procesu se používá jen elektřina z obnovitelných zdrojů energie, přičemž nevznikají žádné emise a získaný vodík je klimaticky neutrální.

Tzv. zelený vodík se vyrábí z vody pomocí elektrické energie z obnovitelných zdrojů. Voda, která je ekologickým zdrojem vodíku, pokrývá asi dvě třetiny povrchu naší planety. Při výrobě zeleného vodíku z vody je vedlejším produktem kyslík a při spalování vodíku vzniká opět voda. Nahrazení zemního plynu vodíkem tedy vypadá z pohledu ekologie jako skvělý plán. Zdroj: Viessmann

Zelený vodík je momentálně asi čtyřnásobně dražší než šedý, podle mezinárodního institutu na průzkum trhu Bloomberg NEF by však měla jeho cena klesnout do roku 2030 až o osmdesát procent a do roku 2050 by měl být zelený vodík schopen konkurovat v oblasti nákladů zemnímu plynu. Uvidíme, jak ovlivní vývoj cen současná palivová krize, ale logika říká, že i tato situace bude nakonec hrát ve prospěch obnovitelných zdrojů energie včetně vodíku.

Vodíková „baterka“

Dalším pozitivem zeleného vodíku je eliminování jedné z nevýhod tzv. zelené energie. Výroba elektrické energie z obnovitelných zdrojů, především ze slunce a z větru, se totiž nedá moc regulovat. Jinak řečeno – elektrická energie se vyrábí tehdy, kdy to dovolí počasí, ne tehdy, kdy ji potřebujeme. Přebytečná elektřina má přitom nízkou, v některých případech až zápornou cenu, proto je výhodné ji uskladnit a spotřebovat až v době, kdy po ní bude poptávka a její cena bude výhodná.

A právě jako úložiště této energie má význam vodík, který se vyrábí elektrolýzou. Kapacity na uskladnění a distribuci H₂ už existují (lze k tomu využít tatáž zařízení jako u zemního plynu), naopak bateriová úložiště by bylo nutné vybudovat, a to s nezanedbatelnými náklady. Do jednoho kilogramu H₂ je přitom možné uskladnit až 39,4 kWh energie, zatímco do jednoho kilogramu baterií cca 0,3 kWh.

Na dvacetiprocentní příměs vodíku v zemním plynu jsou už v současnosti připraveny kondenzační kotle některých výrobců. Už dnes by se tak přimícháváním vodíku do zemního plynu mohly výrazně snížit emise CO₂. Ve fázi vývoje jsou plynová vytápěcí zařízení, která se budou dát bez problémů přestavět z provozu na zemní plyn, resp. směs plynů, na spalování vodíku ze sta procent – s vysokou účinností a zcela bez emisí CO₂ a CO. Zdroj: Vaillant

Navíc má elektrolýza vysokou účinnost (75 % tvoří výroba elektrické energie, 20 % teplo, které se dá využít přímo na místě). Výroba vodíku elektrolýzou má tedy praktický význam i z hlediska využití přebytečné elektřiny z obnovitelných zdrojů a „uskladnění“ energie.

Výzva pro výrobce i distribuci

I když má vodík jako zdroj energie mnoho výhod a odborníci se shodují, že v budoucnosti by měl být při vytápění náhradou za zemní plyn (ZP), změna nebude tak jednoduchá. Vlastnosti vodíku a zemního plynu se totiž výrazně liší.

Teplota vodíkového plamene je například velmi vysoká – přibližně 2 800 °C, naproti tomu plamen ZP má asi 1 700 °C. Hmotnost 1 m³ H₂ je zase jen 89,9 g, zatímco 1 m³ ZP má až 667 g. Pro nižší hustotu plynného vodíku je i jeho energetická hustota v poměru k objemu oproti zemnímu plynu jen přibližně třetinová (za běžných podmínek je energetická hustota H₂ cca 3,5 kWh/m³, ZP má energetickou hustotu cca 10,5 kWh/m³).

Na provoz s příměsí vodíku jsou už dnes připraveny i plynové kondenzační kotle Viessmann – testy ve zkušebních laboratořích prokázaly, že dokážou efektivně přeměnit na teplo zemní plyn s až třicetiprocentním podílem vodíku. Nástěnné kondenzační kotle řady Vitodens „H2 ready“ jsou inteligentní energetické centrály, které splňují nejvyšší požadavky na efektivní a zároveň komfortní zásobování teplem. Díky modernímu funkčnímu designu harmonicky zapadnou i do obytného prostředí. Zdroj: Viessmann

Tyto vlastnosti vodíku mají vliv téměř na všechny parametry spalování, s čímž si musejí poradit jak výrobci kotlů, tak i distribuční síť. S přidáváním vodíku do ZP například klesá energetická hustota výsledného plynu – při desetiprocentním obsahu H₂ poklesne výkon kotle přibližně o 2,7 %. A při topení čistým vodíkem, jehož výhřevnost je třikrát nižší v porovnání se ZP, bude třeba distribuovat třikrát větší množství H₂ než ZP, aby se odběratelům dodalo požadované množství energie.

Jeden plán, tři kroky

Vytápění vodíkem se budou spalovací zařízení i distribuční síť přizpůsobovat postupně.

1. Příměs vodíku

První fáze už začala. V jejím průběhu by se měl podíl H₂ v zemním plynu postupně zvyšovat až na 20 %. To umožní snížení emisí CO₂ až o 7 %. Z pohledu výrobců jsou tedy prvním krokem kotle připravené na provoz s příměsí do 20 % vodíku v zemním plynu. Dobrou zprávou je, že v současnosti jsou některé tyto produkty otestovány i certifikovány, takže nová generace kotlů od několika výrobců je na příměs H₂ už připravena.

2. Přechodné období

Druhým krokem mají být kotle připravené na vodík. Půjde o přechodnou generaci plynových kotlů, fungujících nejprve s 20 % vodíku, které se budou dát pomocí příslušenství upravit tak, aby mohly spalovat i 100 % H₂. V některých evropských zemích bude tato možnost konverze povinná už od roku 2025.

3. Budoucnost s vodíkem

Posledním krokem budou kotle fungující výhradně už jen na vodík. Na této cestě však ještě stojí mnoho výzev – bude nutné vyvinout normy, infrastrukturu i výrobní kapacity. Cíl je však jasný, v budoucnosti by měly nové kotle pracovat s čistým vodíkem, a to nejen s využitím současných distribučních sítí zemního plynu. Předpokládá se dokonce vznik nových energeticky autonomních čtvrtí s lokální výrobou zeleného vodíku.

Text: Erika Kuhnová z podkladů SPP, Vaillant, Viessmann
Foto: Vaillant, Viessmann
Zdroj: časopis HOME