Zelený vodík

Jako zelený vodík (GH2 nebo GH₂) je označován vodík vyráběný elektrolýzou vody za použití obnovitelné elektrické energie.^[1][2] Výroba zeleného vodíku způsobuje výrazně nižší emise skleníkových plynů než výroba takzvaného šedého vodíku, který se získává z fosilních paliv bez zachycování uhlíku.^[3]

Hlavním účelem zeleného vodíku je přispět k omezení globálního oteplování na 1,5 °C, snížit závislost na fosilních palivech tím, že nahradí šedý vodík, a poskytnout rozšířený soubor konečných použití v konkrétních hospodářských odvětvích, pododvětvích a činnostech. Tato koncová využití mohou být technicky obtížně dekarbonizovatelná jinými prostředky, jako je elektrifikace pomocí obnovitelných zdrojů energie. Jeho hlavní využití bude pravděpodobně v těžkém průmyslu (např. vysokoteplotní procesy vedle výroby elektřiny, suroviny pro výrobu ekologického čpavku a organických chemikálií, jako alternativa k uhelnému koksu pro výrobu oceli), dálkové dopravě (např. lodní, letecké a v menší míře těžká nákladní vozidla) a dlouhodobém skladování energie.^[4]

Od roku 2021 se zelený vodík podílel na celkové výrobě vodíku méně než 0,04 %.^[5] Jeho cena ve srovnání s vodíkem získaným z fosilních paliv je hlavním důvodem, proč je po zeleném vodíku menší poptávka.^[6] Například vodík vyrobený elektrolýzou poháněnou solární energií byl v roce 2018 přibližně 25krát dražší než vodík získaný z uhlovodíků.^[7]

Nejčastěji^[8] se zelený vodík definuje jako vodík vyrobený elektrolýzou vody za použití obnovitelné elektrické energie.^[1][2]

Přesnější definice někdy přidávají další kritéria. Celosvětový standard pro zelený vodík definuje zelený vodík jako „vodík vyráběný elektrolýzou vody pomocí 100% nebo téměř 100% obnovitelné energie s téměř nulovými emisemi skleníkových plynů“.^[9][10]

Širší, méně používaná^[8] definice zeleného vodíku zahrnuje také vodík vyráběný různými jinými metodami, které produkují relativně nízké emise a splňují další kritéria udržitelnosti. Tyto metody výroby mohou například zahrnovat jadernou energii nebo energii z biomasy.^[8]

Zelený vodík má potenciál hrát významnou roli v dekarbonizaci energetických systémů, kde existují problémy a omezení při nahrazování fosilních paliv přímým využíváním elektřiny. Vodíkové palivo může vyrábět intenzivní teplo potřebné pro průmyslovou výrobu oceli, cementu, skla a chemikálií, a přispívat tak k dekarbonizaci průmyslu spolu s dalšími technologiemi, jako jsou elektrické obloukové pece pro výrobu oceli,^[11] větší roli však pravděpodobně sehraje při poskytování průmyslových surovin pro čistší výrobu čpavku a organických chemikálií.^[4] Například při výrobě oceli by vodík mohl fungovat jako nosič čisté energie a také jako nízkouhlíkový katalyzátor nahrazující koks získaný z uhlí.^[12] Vodík používaný k dekarbonizaci dopravy najde pravděpodobně největší uplatnění v lodní dopravě, letectví a v menší míře v těžkých nákladních vozidlech, a to prostřednictvím syntetických paliv odvozených od vodíku, jako je čpavek a metanol, a technologie palivových článků.^[4] U lehkých užitkových vozidel včetně osobních automobilů vodík za ostatními vozidly na alternativní paliva značně zaostává, zejména ve srovnání s rychlostí zavádění bateriových elektromobilů, a v budoucnu nemusí hrát významnou roli.^[13]

Zelený vodík lze také využít pro dlouhodobé skladování energie v síti^[14][15] a pro dlouhodobé sezónní skladování energie.^[16]

V roce 2022 měl celosvětový trh s vodíkem hodnotu 155 miliard USD a očekával se jeho průměrný růst o 9,3 % v letech 2023-2030.^[17] Z tohoto trhu připadá na zelený vodík přibližně 4,2 miliardy USD (2,7 %).^[18] Vzhledem k vyšším výrobním nákladům představuje zelený vodík menší část vyrobeného vodíku ve srovnání s jeho podílem na tržní hodnotě. Většina vodíku vyrobeného v roce 2020 byla získána z fosilních paliv. Z 99 % pocházel ze zdrojů na bázi uhlíku.^[19] Výroba poháněná elektrolýzou představuje méně než 0,1 % celkového množství, z čehož pouze část je poháněna elektřinou z obnovitelných zdrojů.^[20]

Současné vysoké výrobní náklady jsou hlavním faktorem, který omezuje využití zeleného vodíku. Mnozí považují cenu 2 USD/kg za potenciální bod zvratu, který by zelený vodík učinil konkurenceschopným vůči šedému vodíku.^[21][22][23] Nejlevnější je vyrábět zelený vodík s přebytkem obnovitelné energie, která by jinak byla omezena, což zvýhodňuje elektrolyzéry schopné reagovat na nízké a proměnlivé úrovně výkonu (např. elektrolyzéry s protonově výměnnou membránou). ^[24]:s.5

Náklady na elektrolyzéry klesly od roku 2010 do roku 2022 o 60 %^[25] a předpokládá se, že náklady na výrobu zeleného vodíku budou do roku 2030 a 2050 výrazně klesat,^[24]:s.26 což povede ke snížení nákladů na zelený vodík spolu s klesajícími náklady na výrobu energie z obnovitelných zdrojů.^[26][27] Analýza Goldman Sachs v roce 2022, těsně před ruskou invazí na Ukrajinu, poznamenala, že „jedinečná dynamika v Evropě s historicky vysokými cenami plynu a uhlíku již vede k cenové paritě zeleného vodíku se šedým v klíčových částech regionu“, a předpokládala, že v celosvětovém měřítku dosáhne zelený vodík cenové parity se šedým vodíkem do roku 2030, a to dříve, pokud bude na šedý vodík uvalena globální uhlíková daň.^[28]

V roce 2021 se odhadovalo, že investice do zeleného vodíku bude činit 121 gigawattů kapacity elektrolyzérů ve 136 projektech ve fázi plánování a vývoje v celkové hodnotě více než 500 miliard dolarů.^[29] Pokud by byly všechny projekty realizovány, mohly by do roku 2030 představovat 10 % výroby vodíku.^[29] Podle Goldman Sachs by trh mohl mít do roku 2050 hodnotu přes 1 bilion dolarů ročně.^[30] Jeden z analytiků energetického trhu na začátku roku 2021 navrhl, že cena zeleného vodíku by v zemích, které mají levnou obnovitelnou energii, klesla do roku 2031 o 70 %.^[31] Na druhou stranu, podle analýzy Boston Consulting Group bude cena v roce 2030 se pro Evropu 5 až 8 EUR/kg, což pro jisté aplikace bude znamenat nekonkurenceschopnost.^[32]

Od roku 2021 vytvořilo několik společností aliance, jejichž cílem je zvýšit výrobu tohoto paliva v příštích šesti letech padesátkrát.^[33] Společnost Sinopec si vytkla za cíl vyrobit do roku 2025 500 000 tun zeleného vodíku.^[34] Vodík vyráběný z větrné energie by mohl být nákladově efektivní alternativou pro regiony závislé na uhlí, jako je Vnitřní Mongolsko.^[35] V rámci příprav na zimní olympijské hry v roce 2022 zahájil provoz vodíkový elektrolyzér, označovaný za „největší na světě“, který bude pohánět vozidla používaná na hrách. Elektrolyzér byl poháněn větrem na pevnině.^[36]

Německo investovalo 9 miliard eur do výstavby 5 GW kapacity elektrolyzéru do roku 2030.^[37]

V dubnu 2021 Portugalsko oznámilo plány na výstavbu první solární elektrárny na výrobu vodíku do roku 2023.^[38] Lisabonská energetická společnost Galp Energia oznámila plány na výstavbu elektrolyzéru pro napájení své rafinerie do roku 2025.^[39]

V únoru 2021 oznámilo třicet společností průkopnický projekt poskytování vodíkových základen ve Španělsku. Projekt zamýšlel do konce desetiletí dodat 93 GW solární a 67 GW elektrolýzní kapacity.^[40]

V březnu 2021 se objevil návrh na využití větrných elektráren na moři ve Skotsku k napájení přestavěných ropných a plynových plošin na „zelené vodíkové centrum“, které by dodávalo palivo místním lihovarům.^[41]

V červnu 2021 oznámila společnost Equinor plány na ztrojnásobení výroby vodíku ve Spojeném království.^[42] V březnu 2022 oznámila společnost National Grid projekt zavedení zeleného vodíku do sítě pomocí 200m větrné turbíny pohánějící elektrolyzér, který by vyráběl plyn pro přibližně 300 domácností.^[43]

Společnost Vattenfall plánovala v roce 2025 vyrábět zelený vodík z testovací větrné turbíny na moři poblíž Aberdeenu.^[44]

Federální zákon o investicích do infrastruktury a zaměstnanosti,^[45] který vstoupil v platnost v listopadu 2021, vyčlenil 9,5 miliardy dolarů na iniciativy v oblasti zeleného vodíku.^[46] V roce 2021 plánovalo americké ministerstvo energetiky (DOE) první demonstraci vodíkové sítě v Texasu.^[47] Ministerstvo se již dříve pokusilo o vodíkový projekt známý jako Hydrogen Energy California. Texas je považován za klíčovou součást zelených vodíkových projektů v zemi, protože stát je největším domácím výrobcem vodíku a má síť vodovodních potrubí.^[48] V roce 2020 oznámila společnost SGH2 Energy Global plány na využití plastů a papíru prostřednictvím plazmového zplyňování k výrobě zeleného vodíku poblíž Los Angeles.^[49]

V roce 2021 tehdejší guvernér státu New York Andrew Cuomo oznámil investici ve výši 290 milionů dolarů do výstavby závodu na výrobu zeleného vodíkového paliva.^[50] Státní úřady podpořily plány na vývoj palivových článků, které by se používaly v nákladních automobilech, a výzkum přimíchávání vodíku do plynové sítě.^[51] V březnu 2022 guvernéři Arkansasu, Louisiany a Oklahomy oznámili vytvoření vodíkového energetického uzlu mezi státy.^[52] Společnost Woodside oznámila plány na výstavbu závodu na výrobu zeleného vodíku v Ardmore v Oklahomě.^[53] Zákon o snížení inflace z roku 2022 zavedl desetiletou daňovou úlevu na výrobu, která zahrnuje dotaci 3,00 USD/kg na zelený vodík.^[54] V roce 2022 byla schválena nová daňová úleva na výrobu zeleného vodíku.

V říjnu 2023 společnost Siemens oznámila, že úspěšně provedla první test průmyslové turbíny poháněné 100 % zeleného vodíku vyrobeného elektrolyzérem o výkonu 1 megawatt. Turbína funguje také na plyn a jakoukoli směs plynu a vodíku.^[55]

V tomto článku byly použity překlady textů z článků Green hydrogen na anglické Wikipedii a Grüner Wasserstoff na německé Wikipedii.

• Ukončování využívání fosilních paliv
• Vodík