V prosinci loňského roku představila Evropská komise Zelenou dohodu pro Evropu, která představuje soubor ambiciózních opatření k dosažení klimatické neutrality. Jak se státy zavázaly podpisem Pařížské dohody, klimatické neutrality by mělo být dosaženo do roku 2050. Aby se tak mohlo stát, musí nezbytně dojít k dekarbonizaci průmyslu, dopravy a sektoru energetiky, které významně přispívají k produkci emisí CO2 a klíčem k této změně má být právě vodík.
Začátkem července 2020 zveřejnila Evropská komise konkrétnější strategii k využití vodíku, ze které je patrné, že s vodíkem se počítá nejen pro dekarbonizaci, ale má být také prostředkem k modernizaci hospodářství a ekonomické obnově v současné, epidemií otřesené Evropě. Očekává se, že vodíková a související průmyslová odvětví by měla přímo či nepřímo vytvořit až milion pracovních míst.
Atraktivita vodíku spočívá v jednak v možnostech jeho využití - především jako bezemisního paliva a prostředku k uchování energie, ale také v jeho ekologické nezávadnosti - jeho užíváním nevzniká CO2. Přesto data o jeho využití v současnosti nejsou nijak závratná: vodík tvoří pouhá 2 % energetického mixu v Evropě a navíc je většinově vyráběn z fosilních paliv, protože vodík vyráběný z obnovitelných zdrojů prozatím není dostatečně konkurenceschopný. Ve zmíněné strategii se však počítá výhradně s „čistým" vodíkem, který má do roku 2050 pokrýt 24 % celkové energetické spotřeby v Evropě.
Metody výroby vodíku
Mezi metody výroby vodíku z obnovitelných zdrojů patří např. parní reformování bioplynu, vysokoteplotní rozklad vody, zplyňování biomasy, ale jako nejperspektivnější se jeví již zavedená elektrolýza vody. Tato technologie využívá elektrickou energii k rozkladu vody, při kterém se uvolní kyslík a vodík. Z pohledu ekologie dosahuje tato metoda mnohem lepších výsledků než nejpoužívanější technologie výroby vodíku parním reformováním zemního plynu. Elektrolýzou vody lze získat z hlediska životního prostředí čistý vodík např. zpracováním přebytečné energie z větrných a solárních elektráren. Ta vzniká díky jejich v čase proměnlivému výkonu. Takto vyrobený vodík je možné využít pro ekologický pohon vozidel nebo z něj opět vyrobit elektrickou energii.
Elektrolýzu vody lze provádět několika způsoby. Mezi ty v současnosti dostupnější, nízko-teplotní, patří alkalická elektrolýza vody (tzv. AWE) a kyselá elektrolýza s protonově selektivním polymerním membránovým elektrolytem (tzv. PEM elektrolýza). AWE je vyspělá technologie zavedená v průmyslu již déle, než století. Její konstrukce je však optimalizovaná na konstantní výkon a vysokou robustnost. Nevyhovuje tak zcela požadavkům spojeným s využitím ve spojení s obnovitelnými zdroji energie. Na druhé straně nově zaváděná PEM elektrolýza je v tomto ohledu výrazně flexibilnější a charakteristická vysokou hustotou produkce. Její základní nevýhoda však spočívá v použití drahých kovů jako elektrokatalyzátorů. Z tohoto důvodu se jedná o nákladnou metodu, což brání jejímu širšímu použití. Nejnovější metodou elektrolýzy je alkalická elektrolýza vody využívající membránu na bázi alkalického polymerního elektrolytu (AEMWE). Ta kombinuje výhody dvou výše uvedených technologií, nicméně zatím nedosahuje technologické vyspělosti ani jedné z nich, a tím pádem není dostatečně konkurenceschopná. To má ale změnit výzkumný projekt NEWELY, koordinovaný Německým střediskem pro letectví a kosmonautiku (DLR), na kterém spolupracují také dvě české výzkumné instituce, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze a Ústav makromolekulární chemie AV ČR.
Výzkum elektrolýzy vody
Projekt s názvem „Next Generation Water Electrolyser" (NEWELY) má za cíl zdokonalit inovativní metodu AEMWE tak, aby byla účinnější a zároveň udržitelná. Právě tento cíl přesvědčil Evropskou komisi, aby projekt podpořila částkou 2,2 miliony EUR, a to prostřednictvím evropského Společného podniku pro palivové články a vodík (FCH JU). Projekt navíc podpořila také Korejská národní grantová agentura, a to částkou 300 tisíc EUR.
(Celý článek naleznete v příštím vydání Technického týdeníku.)