Jak si schovat elektřinu na horší časy nebo využít teplo z jaderných reaktorů, a ještě přitom získat palivo pro auta či autobusy? Výrobou vodíku z vody. Nové možnosti této technologie zkoumají odborníci v Řeži u Prahy.

Obnovitelné zdroje energie nezatěžují životní prostředí skleníkovými plyny jako fosilní paliva, ale jejich využití pro výrobu elektřiny má své nedostatky. Obvykle nejvíc fouká nebo svítí slunce jindy, než je elektřina nejvíc potřeba.

Jak se s tím vypořádat? Nejlépe tak, že si přebytečnou energii schováme na horší časy. Jednoumožností je využít akumulátory, při velkokapacitní výrobě elektřiny by to ale bylo příliš nákladné. Jiný způsob úschovy energie nyní testují odborníci z ÚJV Řež (dříve Ústav jaderného výzkumu Řež) a z Centra výzkumu Řež. Jejich pokusná elektrárna, která vznikla ve spolupráci s firmou Photon Energy, rozkládá pomocí elektrolýzy vodu na vodík a kyslík. Využívá se k tomu elektřina z fotovoltaických panelů, umístěných na střeše jídelny výzkumného areálu v Řeži.

Kyslík se vypustí do atmosféry a vodík uschová do tlakové nádrže. Kromě toho se část elektřiny ze solárních panelů ukládá přímo do olověných baterií. Na konci systému je simulovaná domácnost. „Zde napodobujeme spotřebu energie, která je typická pro běžnou domácnost, ve skutečnosti elektřinu odvádíme do vnitřní elektrické sítě v našem areálu,“ vysvětluje Aleš Doucek, vedoucí oddělení vodíkových technologií ÚJV Řež.

Z vody vodík a zase zpátky

Po setmění, když fotovoltaické panely přestanou vyrábět elektřinu, využívá simulovaná domácnost energii uloženou v bateriích. Když nestačí, přijdou na řadu palivové články, které vyrábí elektřinu elektrochemickou reakcí vodíku s kyslíkem ze vzduchu. Jediným vznikajícím odpadem je voda – jde tedy o čistě ekologický zdroj.

Pilotní projekt v Řeži, jehož cílem bylo celý systém otestovat a optimalizovat, probíhal v letech 2009 až 2013, pak následoval roční provoz a měření. Z něj vyplynulo, že i v případě naprosté tmy by plně nabitý akumulátor s kapacitou 2,2 kWh spolu s vodíkovou nádrží s 10 kilogramy vodíku, jež obsahují 330 kWh, utáhl kompletní provoz domácnosti po dobu dvou až tří týdnů.
„Testování ukázalo, že energetická účinnost jednotlivých zařízení při výkonech nižších, než je zhruba 30 procent jejich maximálního výkonu, rapidně klesá. Doplnění systému o krátkodobé skladování energie v bateriích umožňuje provoz elektrolyzéru a palivového článku při optimálních výkonech a tím dosažení vysoké účinnosti,“ shrnuje výsledky Aleš Doucek.

Kde se může takový systém uplatnit? „Ve Středomoří by asi neměl význam. Tam se špička slunečního záření kryje s maximální spotřebou elektřiny, protože klimatizace jedou přes poledne na plný výkon. Ale v našich zeměpisných šířkách může najít využití,“ konstatuje Aleš Doucek. Jako příklad uvádí uživatele, kteří touží po energetické nezávislosti. V řídce obydlených zemích, jako je Austrálie, může být takový systém jednodušším řešením než se napojovat na vzdálenou distribuční síť.
Pro výrobu vodíku je sice zapotřebí voda, ale v poměrně malém množství, takže ani v oblastech s nedostatkem vody se není čeho bát. „Z jednoho litru vody vyrobíte přes 100 gramů vodíku, v nichž jsou uskladněny přibližně tři kilowatthodiny energie,“ říká Aleš Doucek s tím, že při výrobě elektřiny z vodíku v palivových článcích opět vzniká voda, takže by nebyl problém ji recyklovat a znovu ji použít k další výrobě vodíku.

Teoreticky by se podobný systém mohl uplatnit všude, kde nelze připustit výpadek elektřiny – třeba v nemocnicích či komunikačních centrech. Zároveň ale odborníci připouštějí, že dnes využívané dieselové agregáty jsou díky nízké ceně silným konkurentem. A vzhledem k tomu, že se používají jen nárazově a krátkodobě, nikdo se zatím příliš nezabývá tím, že jde o zdroje využívající fosilní paliva.

Přesto se i na tomto poli začíná experimentovat: „V telekomunikačním centru v Mnichově měli plný sklep baterií, protože mají povinnost udržet v provozu telefonickou síť v případě blackoutu. Před časem zakoupili palivový článek, který dokáže všechny tyto baterie nahradit,“ říká Karin Stehlík z Centra výzkumu Řež.

V severnějších krajích, kde se fotovoltaika příliš neuplatňuje, zato tam hodně fouká, kupříkladu na severu Německa nebov Dánsku, se podobný systém může uplatnit k ukládání přebytečné elektřiny z větrných elektráren.

Za tepla to jde lépe

Vědci hledají také způsoby, jak elektrolýzu více zefektivnit a vedle elektřiny využít k výrobě vodíku také teplo. Centrum výzkumu Řež ve spolupráci s ÚJV Řež, Vysokou školou chemicko-technologickou Praha a dalšími partnery hledá nové možnosti tzv. vysokoteplotní elektrolýzy.

V rámci projektu SUSEN (podle Sustainable Energy neboli udržitelná energetika) vzniká koncept, který má v budoucnu umožnit využití tepla z jaderných reaktorů 4. generace. Oproti dnes používaným reaktorům pracují při vyšší teplotě a část tepla se může, například pomocí heliového média, odvádět do tepelného výměníku, kde se vodní pára zahřeje na 800 stupňů Celsia. Pára se pak prožene speciálními keramickými články.

„Tyto články při vysoké teplotě propouštějí ionty kyslíku. To umožní rozdělit vodní páru na vodík a kyslík,“ popisuje princip Karin Stehlík. Výroba vodíku tak může být efektivnější než při nízkoteplotní elektrolýze.

„Navíc mohou tyto články fungovat obousměrně, lze je použít i jako palivové články – zužitkovat v nich vodík a vyrábět elektřinu,“ doplňuje Lukáš Polák, pracovník vědy a výzkumu z ÚJV Řež. Navíc podle jeho slov mohou spalovat nejen čistý vodík, ale i zemní plyn. V tom případě by sice při provozu vznikaly emise skleníkových plynů, konkrétně CO2, ale na druhou stranu má tento způsob blíže k praktickému využití.

Před několika lety sestrojili vŘeži první zařízení, na němž vysokoteplotní elektrolýzu testují. „V první řadě jsme chtěli vyzkoušet, že jsme schopni ji zvládnout v českých podmínkách a vyvinout a vyrobit potřebné komponenty,“ říká Aleš Doucek. To už se podařilo, nyní budou vědci dál pokračovat v hledání optimálních vlastností materiálů – elektrod i keramických destiček. Vpraxi by se seřadilo více destiček za sebe do tzv. „stacků“, čímž by se zvýšil výkon systému.

Výsledkem by mohla být opět zásoba čistého vodíku, který by se v případě potřeby využil k výrobě elektřiny. Pokud bude vodíku nadbytek, může sloužit také například k výrobě syntetického zemního plynu, čímž bychom omezili závislost na jeho dovozu ze zahraničí. A v neposlední řadě se dá vodík využít jako pohon automobilů nebo autobusů – k tomu lze ostatně využít i vodík vyrobený nízkoteplotní elektrolýzou popsanou v úvodu.

První vodíkový autobus

Některé automobilky už auta na vodík vyrábějí. V Neratovicích několik let jezdí v příměstské dopravě vodíkový autobus coby pilotní projekt ÚJV Řež. Přímo na palubě má palivové články vyrábějící elektřinu z vodíku uloženého v tlakových lahvích. Zatímale jezdí na vodík vyráběný z fosilních paliv, konkrétně ze zemního plynu, takže při jeho výrobě vznikají skleníkové plyny. Pokud by začal jezdit na vodík vyrobený elektrolýzou, mohli bychom konečně začít mluvit o skutečně čistém zdroji energie.

Při úniku vodíku může vznikat výbušná směs, přesto se o bezpečnost podle odborníků bát nemusíme. „Opatrnost je samozřejmě namístě, ale dnes se k vodíku přistupuje tak, že je bezpečnější než všechno ostatní. Do aut i do skladovacích prostor se instalují vodíková čidla, tak opatrně se dnes nezachází ani se zemním plynem, který má podobné vlastnosti,“ ujišťuje Aleš Doucek.

Neratovický autobus jezdí už šest let, ale proč je zatím osamocený? „Do roku 2008 se vodíkové technologie těšily poměrně velké podpoře, ale pak přišla krize a firmy, které předtím investovaly do alternativních zdrojů, začaly šetřit,“ vysvětluje Lukáš Polák. „Zdá se ale, že se věci mění k lepšímu a snad se s vodíkem začneme setkávat častěji,“ pokračuje vědec s tím, že je to i otázka politické vůle.

„Je škoda a trochu ostuda, že u nás v roce 2009 vznikl první vodíkový autobus ve střední a východní Evropě i s čerpací stanicí a od té doby rozvoj stagnuje. Okolní státy nás začínají dohánět a předhánět. NapříkladvNěmecku mají 15 vodíkových čerpacích stanic a do roku 2020 jich chtějí mít 80,“ podotýká Lukáš Polák s tím, že bez rozvinuté infrastruktury nemá vodíkové hospodářství šanci na úspěch.

Od roku 2006 existuje Česká vodíková technologická platforma, kterou podporují i CVŘ a ÚJV. „Chceme dosáhnout toho, aby Češi začali vnímat vodíkové technologie jako zajímavou alternativu v energetice, která stojí za zvážení. Stejnou myšlenku projevil i vicepremiér Pavel Bělobrádek v Otázkách Václava Moravce,“ dodává Karin Stehlík z CVŘ.

Zdroj:

Lidové noviny

Eva Vlčková