Vodíkový sklad energie ožívá i díky českým vědcům

O vodíkových autech se už popsaly tuny papíru. Nejlehčí plyn by však mohl být užitečnější, kdyby se do něj ukládala elektřina. Mohl by se tím vyřešit problém nestabilní výroby z obnovitelných zdrojů energie. Přechod této myšlenky do praxe ovšem komplikuje řada technických detailů. Perou se s nimi i čeští vědci.

Elektrolyzér. Zařízení v německém Hamburku vyrábí vodík, který je pak využit ve vodíkových palivových článcích.
17.4.2013 8:20   |  

Jednodušší myšlenku, jak skladovat energii, si snad ani nelze představit. Přebytečný proud rozloží vodu, které je všude plno, na vodík a kyslík. Vodík se schová, a až bude energie zase potřeba, přemění se zpátky na elektřinu. Dalo by se tak snadno vyřešit kolísání výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů, které teď komplikují život všem provozovatelům přenosových a distribučních soustav.

Podobně jako většina geniálně jednoduchých myšlenek i tato při převádění do praxe havaruje na detailech. V případě využití vodíku jako skladu energie jde třeba o nákladnost drahých kovů používaných pro některé typy elektrolýzy. Hledají se materiály, které vydrží při vysokých teplotách a nezkorodují v kyslíkové atmosféře. Klíčová je také účinnost celého procesu přeměny energie na vodík a zase zpátky.

Česká stopa

Řešení všech těchto problémů hledají vědci poměrně intenzivně po celém světě. Včetně Prahy. Při ÚJV Řež (kdysi Ústav jaderného výzkumu) vzniká demonstrační jednotka složená ze solární elektrárny, elektrolyzéru pro výrobu vodíku a palivového článku pro zpětnou přeměnu plynu na elektřinu. „Bude se zjišťovat, jestli se taková akumulační jednotka dá použít pro řízení lokální elektrické sítě. Potřebujeme také zjistit, jak velká a výkonná vodíková jednotka by pro naše přírodní podmínky byla vhodná,“ vysvětluje Michal Morte z oddělení vodíkové technologie ÚJV Řež.

Vědeckou podporu má projekt financovaný ministerstvem průmyslu a obchodu na Vysoké škole technologické (VŠCHT). Tam se studiu přeměny energie na vodík a zpět věnují ve spolupráci se zahraničními výzkumníky už více než deset let. V laboratořích se snaží vymyslet, jak zvednout účinnost celého procesu, ušetřit na drahých materiálech nebo snížit množství používaných chemikálií.

Žádné velké sklady

O použití vodíku pro vyrovnávání nestabilního energetického výkonu obnovitelných zdrojů se hovoří už dlouho. V poměru k hmotnosti v sobě uchová hodně energie. Snadno se vyrobí a snadno se z něj energie uvolní. Nevýhodou je, že energie není až tak koncentrovaná, když se porovná s potřebným objemem plynu. „Není to technologie, která by se úplně hodila pro skladování velkého množství energie jako třeba přečerpávací vodní elektrárny. Musely by se budovat obrovské zásobníky, které by byly drahé,“ říká Karel Bouzek, vedoucí Ústavu anorganické technologie na VŠCHT.

Vodíkový článek. Kovový hybrid uvolňuje vodík po zahřátí.

Výhodnější by bylo používat malé vodíkové jednotky, které budou zálohovat menší zelené elektrárny. V ÚJV spočítali, že pro vyrovnání výkonu větrné elektrárny s instalovaným výkonem čtyři megawatty by po většinu roku stačila nádrž na pět tun vodíku. Celoročně by taková soustava mohla do sítě dodávat 800 kilowattů. V případě méně účinných solárních elektráren by vodíková jednotka mohla být menší. „Na jednotku energie jsme už teď v kombinaci s obnovitelnými zdroji levnější než investičně velmi náročné přečerpávací elektrárny,“ tvrdí Morte.

Megawatt tam, půlka zpátky

Při využití dostupných technologií pro výrobu vodíku zatím energetická bilance moc oslnivě nevypadá. Ze 100 procent energie, která do procesu na začátku vejde, se vrátí zhruba 40 procent. V laboratorních podmínkách se vědci dostávají k účinnosti 60 až 80 procent. Vyšší účinnost je ale u jedné z metod výroby vodíku vykoupená používáním drahých platinových a iridiových elektrod v elektrolyzérech. Jednotka s výkonem jednoho megawattu potřebuje platinové kovy za tři miliony korun.

Efektivitu se na VŠCHT snaží zvýšit i u levnější, ale méně účinné metody výroby vodíku v zásaditém prostředí. Používáním nových typů tenkých membrán, které od sebe oddělují vyvíjený vodík a kyslík, se už vědci kolem Karla Bouzka dostali na šestkrát nižší potřebné koncentrace používaného hydroxidu a také k větší výrobě plynu v přepočtu na vloženou energii.

Hudba budoucnosti

Všechny tyto detaily zatím brání většímu nasazení vodíku do praxe. „Komerčně se ve velkém bude používat nejdříve za 15 až 20 let,“ odhaduje Bouzek. Bude záležet na tom, jak silně se Evropa a svět bude přiklánět k používání obnovitelných zdrojů. Pokud zvítězí cesta zelené energie, bez vodíku se energetici neobejdou.

I tento scénář má ale ještě jeden zádrhel. Vodíkové jednotky se stejně jako obnovitelné zdroje nejlépe uplatní v decentralizovaných inteligentních energetických sítích. Ty na základě přenášených dat od výrobců a spotřebitelů dokážou přenášet elektřinu a usměrňovat její výrobu a spotřebu, a stabilizovat tak celou elektrickou síť. Přebudování stávající soustavy na inteligentní sítě je však extrémně nákladné.

Schéma navrhovaného propojení fotovoltaické elektrárny (FVE) a vodíkového akumulačního systému

Česko se proto možná vodíkových akumulátorů nedočká ještě dlouho. Přechod k inteligentním sítím se zatím neplánuje. Dostavba Temelína jen zakonzervuje stávající centralizovaný způsob distribuce elektřiny. Neznamená to ale, že práce českých vědců je zbytečná. „V Německu se zaváděním vodíku do praxe intenzivně zabývají. Když naše znalosti neuplatníme doma, určitě o ně bude zájem tam,“ myslí si Michal Morte z ÚJV Řež.


Více k tématu: Rozhovor s Michalem Mortem


Slibné vodíkové „peklo“

Hitem posledních několika let se mezi vědci, kteří zkoumají využití vodíku pro skladování energie, stala vysokoteplotní elektrolýza vody. Kyslík a vodík se při ní vyrábí za teplot kolem 800 stupňů Celsia. „S ohledem na účinnost je to slibná technologie. Na vodík se přemění až 90 procent dodané energie. Jenže řešíme třeba problémy, jaké materiály při takto vysokých teplotách používat,“ vysvětluje Karel Bouzek, vedoucí Ústavu anorganické technologie na VŠCHT v Praze, kde vysokoteplotní metodu zkoumají.

K oddělení částí, kde se vyvíjí vodík a kyslík, se například nemohou používat plasty jako u nízkoteplotních metod, ale keramické materiály. Potíže vznikají i při utěsnění celého zařízení, aby z něj vodík neucházel. Zatím se používá sklo, které ale zařízení utěsní jednou provždy. Takže nejde rozebrat a znovu složit. Elektrolyzér zatím ve větším měřítku umí provozovat jen dvě laboratoře na světě.

Praktické nasazení této technologie bude potřebovat levný zdroj tepla. Vědci navrhují, aby se vodíková jednotka používala spolu s koncentračními solárními kolektory, které pomocí zrcadel generují vysoké teploty. Nebo by technologie mohla využívat zbytkového tepla z jaderných elektráren čtvrté generace. Ty pracují s podstatně vyššími teplotami než stávající reaktory.


Čtěte také:

Nová metoda by mohla vodík přiblížit motoristické realitě

Automobilky přestávají snít o elektromobilech, hledají nové možnosti

Autor: Jan Stuchlík

Komentáře

Čtěte také

Shell omezil investice do fotovoltaiky. Musí prý zjistit, jak na ní vydělat

Shell omezil investice do fotovoltaiky. Musí prý zjistit, jak na ní vydělat

Ropná společnost Royal Dutch Shell omezí investice do solární energetiky, dokud nebude dostatečně zisková. Prohlásil to generální ředitel Ben van Beurden. Na jednání s akcionáři… více

Komerční prezentace
Mobilní web