Navigace
Zpět na: Home / Časopis

Rozdílné pohledy na vodíkovou ekonomiku

 Dr. Ulf Bossel

Tento článek byl publikován v SOLARZEITALTER 2-2022 ve zkrácené verzi s úvodem od Irm Scheer-Pontenagel

Dvě školy jedné fyziky
Nedávno byla moje kritická analýza vodíkové ekonomiky interpretována tak, že existují „dvě různé školy“. Jedna je pro a druhá proti využívání vodíku jako univerzálního nosiče energie budoucnosti. Moje první reakce byl odkaz na fyzikální zákony. Pokud je vše uváženo správně, pak může existovat pouze jedno řešení, i když o řešení uvažují dvě školy.
Nyní však tento obrázek s radostí přijímám, protože na „dvě školy“ lze nahlížet i jako na postupné stupně učení. Na základní škole jsou základní znalosti o vodíkové ekonomice zprostředkovány pomocí obrazových znázornění. Někteří studenti si později prohlubují vzdělání na středních školách, kde jsou fyzikální vztahy vodíkového hospodářství vyjádřeny rovnicemi. Tyto dvě školy nejsou paralelní, ale uspořádané za sebou. Jevy vyučované na základní škole se na střední škole doplňují a upevňují na vědeckém základě. Toto prohloubení znalostí je však dáno jen málokomu. Diskuse na téma vodík se proto odehrává ve dvou informačních rovinách. To by mohl být důvod hádky o smyslu a nesmyslnosti vodíkové ekonomiky. Někteří pouze znají jevy a uznávají možnou budoucnost. Ostatní také znají fyziku a dokážou, že energetický přechod je stěží možný, pokud je zelená primární energie distribuována s uměle generovaným energetickým nosičem vodíkem namísto dodávání zelené primární elektřiny přímo konečnému spotřebiteli přes stávající vedení. Obojí je proveditelné, má ale oboje smysl? Je potřeba vyjasnění.

Základní škola pro vodík: Fenomény
Na základní škole se ukazuje vodíková ekonomika. Displeje zobrazují větrné turbíny, které jsou napojeny na elektrolyzér na okraji města přes vedení vysokého napětí. Odtud vedou potrubí do dalších budov, ve kterých se vodík využívá k vytápění, vaření a výrobě elektřiny pomocí palivových článků. Další linka vede k čerpací stanici. Vozidlo tam tankuje vodík. Vše je proveditelné, známé a již dostupné. Věrohodný obrázek slibuje budoucnost s vodíkem. Zdá se, že nazrál čas na vybudování vodíkové ekonomiky. Stát by měl prosím štědře podporovat rozvoj, protože jedině tak lze zajistit budoucnost lidstva.
V tomto kvalitativním ohledu se s vodíkem zachází jako s jakýmkoli jiným plynem. Dá se stlačit a zkapalnit. Vodík je nejrozšířenějším prvkem, ale u nás se vyskytuje pouze v chemických vazbách. Nejjednodušší způsob, jak získat vodík, je štěpit vodu zelenou elektřinou. Vodík pak může být přepravován jako zemní plyn tankerem, potrubím nebo tankerem. Stávající kotle lze vytápět vodíkem. Pomocí palivových článků lze také vodík přeměnit zpět na elektřinu. I auta mohou být poháněna vodíkem. Vodík vyrobený v létě s přebytkem zelené elektřiny se má skladovat na zimu.
Z takto zjednodušených reprezentací fyzikálních procesů lze vyvodit závěr, že vodíková ekonomika je nejen proveditelná, ale je také klíčem k úspěchu energetického přechodu. Politici se bohužel řídí tímto jednoduchým způsobem myšlení, aniž by kriticky zkoumali fyzikální vztahy, a rozvoj vodíkové ekonomiky považují za nezbytný předpoklad pro utváření energetické budoucnosti. A co víc, energetický plyn se má vyrábět ve sluncem zalitých pouštích Namibie, Austrálie pomocí solární energie nebo v Kanadě pomocí větrné energie a poté přepravovat lodí do Evropy, aby nahradil ruský problémový plyn. Na základní škole jsou tyto znalosti prezentovány kvalitativně. Vše je proveditelné, dostupné a otestované. Obrázky jsou přesvědčivé. Fyzikální zákonitosti se však na této úrovni vzdělávání ještě neřeší. Bohužel politika je založena na tomto kvalitativním znázornění vodíkové budoucnosti.

Vodíková střední škola: fyzika a chemie
Energetickou budoucnost nelze utvářet kvalitativními úvahami základní školy, protože pro základní rozhodování v oblasti energetiky je nezbytná fyzika. Na střední škole jsou diagramy nahrazeny fyzikálními znalostmi. Všechny kroky a kontexty vodíkové ekonomiky jsou zachyceny rovnicemi. Pro návrh energetické budoucnosti je srozumitelně popsána energetická cesta „od kolébky do hrobu“. Budoucnost energetiky patří k nejúčinnější cestě od zelené elektřiny k energetickým službám.
Cílem energetického přechodu je udržitelné zásobování energií čistou energií z obnovitelných zdrojů. Se sluncem, větrem, vodní energií a biomasou se musí navrhnout dlouhodobé zásobování energií. To je úkol, který je třeba vyřešit. Vyžaduje komplexní energetickou analýzu všech procesů přeměny mezi zelenou primární energií a spotřebou energie. Pro zelenou primární elektřinu byla nejjednodušší cesta přes stávající rozvodnou síť, kterou je jistě potřeba tu a tam modernizovat. Na konci energetického cyklu jsou topné kotle nahrazovány tepelnými čerpadly a spalovací motory elektrickými pohony. Fosilní nebo jaderné tepelné elektrárny již nejsou potřeba. Přímá cesta od zelené primární elektřiny k využití elektřiny zahrnuje několik, ale účinných fyzikálních transformací, tj. bez ztrátových elektrochemických přeměn energie. Tato cesta vede k vysoce efektivní „ekonomice elektroniky“, tedy k energetickému systému, kterému dominuje zelená elektřina.
Zastánci „vodíkové ekonomiky“ by však rádi učinili klíčovou měnou nového energetického systému energetický plyn uměle vyrobený ze zelené elektřiny. Vodík generovaný zelenou primární elektřinou je předán spotřebiteli jako sekundární energie a tam spálen k výrobě tepla nebo přeměněn zpět na elektřinu v druhém elektrochemickém procesu s palivovými články, které lze použít k napájení elektrických zařízení nebo pohonu vozidel. Ve vodíkovém řetězci je elektrolýza naprosto nezbytná jako první ztrátová přeměna energie. Při zpětné přeměně vodíku na elektřinu pomocí palivových článků nebo spalovacích motorů dochází k druhému ztrátovému kroku přeměny. Energetická vodíková cesta je těmito ztrátovými přeměnami silně zatížena.
V roce 2002 jsem předložil kompletní analýzu energetických vztahů vodíkové ekonomiky s názvem „Budoucnost vodíkové ekonomiky: jasná nebo pochmurná?“. Toto bylo publikováno v němčině v roce 2006 jménem Karlsruhe Institute for Technology Assessment s názvem „Vodík neřeší žádné energetické problémy“ a je online od roku 2010 [1]. Klaus Maier [2] dochází k podobným závěrům. V této práci jsou vědecky popsány energetické charakteristiky všech podstatných kroků vodíkového hospodářství na základě známých zákonů termodynamiky a mechaniky tekutin, tj. spotřeba energie a energetické ztráty na úpravu vody, elektrolýzu, kompresi, zkapalňování, transport, přenos a úložný prostor. Pro různé konverzní řetězce je stanoveno, kolik zelené elektřiny je třeba použít, aby bylo dosaženo požadovaného využití v konečné oblasti. Celková spotřeba energie vodíkových řetězců z větrné turbíny do vytápění místnosti nebo ze solární střechy do elektromobilu je porovnána s přímým využitím zelené elektřiny, která je distribuována prostřednictvím stávajících sítí a lze ji využít pro téměř všechny energetické služby v koncový sektor.
Toto energetické srovnání není založeno na často používaném násobení účinností, protože takové výpočty jsou přípustné pouze pro procesy, které jsou prováděny se stejným médiem, ale různými technickými zařízeními. Například se stejným kompresorem a se stejným stupněm účinnosti je ke stlačení vodíku potřeba osmkrát více energie než ke stlačení zemního plynu stejným způsobem. Spotřeba energie vyplývá z rozdílné molekulové hmotnosti a nikoli z konstrukce kompresoru. Při násobení účinnosti se často nebere v úvahu skutečný energetický výdej.

Základní rysy vodíkové ekonomiky jsou nyní prezentovány jako vodíkové lekce na střední škole.
Lekce 1: Vodík není zemní plyn

Organizační schéma vodíkového hospodářství bylo prezentováno již na základní škole. Vodík byl reprezentován jednoduše jako „plyn“. Důraz je kladen na zemní plyn, který je dnes distribuován potrubím a využíván různými způsoby. Pro všechny plyny platí stejné zákony. Kvůli rozdílným vlastnostem vodíku a zemního plynu se však získávají zcela odlišné výsledky. To se musí probrat v první hodině střední školy.
Je dobře známo, že vodík je mnohem lehčí než zemní plyn nebo metan. Molekulová hmotnost vodíku je 2, molekulární hmotnost metanu je 16. Ke stlačení vodíku na daný tlak je tedy potřeba 8krát více energie než u zemního plynu. V dané nádobě lze při stejném tlaku uložit osmkrát více zemního plynu než vodíku. To je důležité i pro přepravu plynu. Ať už na souši nebo na vodě, k přepravě energie s vodíkem je třeba použít větší přepravní objemy. Vyšší gravimetrický energetický obsah vodíku snižuje objemový poměr z 8 na 3,1.
Pro námořní dopravu se zemní plyn zkapalňuje při minus 110°C. Ke zkapalnění je potřeba asi 11 % energetického obsahu přepravovaného zemního plynu. To je ekonomicky životaschopné. Vodík však musí být ochlazen na minus 253 °C nebo 20 °K ve složitém vícestupňovém procesu zkapalňování. To vyžaduje asi 45 % energetického obsahu zkapalněného vodíku. S transportem kapalného vodíku jsou spojeny i značné ztráty odpařováním. V námořní dopravě se odpařující se vodík používá k pohonu lodí a v zemi příjezdu již není k dispozici.
2. lekce: požadavky na vodu
K výrobě jednoho kilogramu vodíku je potřeba devět kilogramů nebo devět litrů čisté vody. Pro Německo se pro rok 2050 předpokládá poptávka po vodíku 400 až 800 TWh [3]. Při výhřevnosti kolem 40 kWh/kg by se muselo ročně vyrobit 10 až 20 x 109 kg vodíku. K tomu je potřeba minimálně 90 až 180 x 106 m3 vody. Spotřeba vody města Frankfurt je 50 x 106 m3 za rok. Spolehlivé zásobování vodou je v Německu stěží proveditelné. Ve slunných pouštních oblastech to bude pravděpodobně ještě obtížnější. Mořská voda se musí používat se spotřebou energie asi 5 kWh/m3 těžit a odsolovat. Problém s vodou se zatím vážně neřeší, i když by ve skutečnosti měl být na začátku diskuse o vodíku.
3. lekce: výroba vodíku
Zemní plyn je přírodní zdroj energie, který je třeba po vytěžení pouze vyčistit a poté se na trhu objevuje jako primární energie. Sekundární nosič energie vodík však musí být uměle generován pomocí primárního proudu prostřednictvím elektrolytického štěpení vody. Pouze asi 60 % dodané elektrické energie se předá vodíku. Ztracené teplo lze využít jen výjimečně. V pouštních oblastech není potřeba vlažného odpadního vzduchu.
Opakovaně se požaduje výroba vodíku s přebytkem větrné energie. Přibližně 30 000 německých větrných turbín dodalo v roce 2021 přibližně 122 TWh elektřiny. Do sítě se přitom nepodařilo dodat 5,4 TWh, tedy 4,4 %. Investice do výroby H2 nelze z ekonomického hlediska ospravedlnit pro relativně malé a silně kolísající přebytky elektřiny .
4. lekce: Přeprava vodíku
Po elektrolýze je plynný vodík transportovatelný kompresí nebo zkapalněním. Pro první kompresní stupeň na 250 barů je zapotřebí asi 15 % energetického obsahu vodíku. Pro použití v silničním provozu musí být vodík dále stlačen na 900 barů. Celková kompresní energie se zvýší na přibližně 23 % množství akumulované energie. U zemního plynu při stejném tlaku by to bylo jen asi 2 až 3 %. Na zkapalnění vodíku je potřeba asi 45 % energetického obsahu (výhřevnosti), ale jen asi 11 % na zemní plyn.
Vodík lze přepravovat pod tlakem po zemi, po moři a potrubím. Pro přepravu plynu se vodík obvykle stlačuje na 250 barů. Skladování ve větších nádržích nebo kavernách však probíhá při nižším tlaku. Vzhledem k malé specifické hmotnosti je hmotnostní poměr vodíku k hmotnosti nádrže velmi špatný. Vozy na přepravu stlačeného vodíku (40tunové trubkové přívěsy) jsou vybaveny šesti trubkovými kontejnery. Při vnitřním tlaku 200 barů je však naloženo pouze kolem 500 kg vodíku. Patnáct takových 40tunových cisteren musí být v pohybu, aby přepravily stejné množství energie, jaké dodává jediný 30tunový benzinový tanker. Vodíkové cisternové vozy vybavené sklolaminátovými nádržemi přepravují kolem 700 kg vodíku. Lepší poměr užitečného zatížení snižuje počet vozidel na přibližně dvanáct. Ale i u těchto vozidel zůstává spotřeba paliva značná, protože prázdná cisterna musí absolvovat zpáteční cestu s téměř stejnou hmotností. Při přepravní vzdálenosti 200 km je pro přepravu na cestu tam a zpět potřeba přibližně 14 % energetického obsahu dodaného vodíku.
Údaje o námořní dopravě jsou ještě horší. Největší světový tanker Mozah pojme do svých nádrží o objemu 260 000 m 3 120 000 t kapalného plynu, ale pouze 19 000 t vodíku. Pro stejný transport energie musí jet s vodíkem třikrát. Vzhledem k nižší teplotě zkapalněného vodíku se však bez výrazných změn neobejde využití LNG tankerů. První tanker LH2 „Suiso Frontier“ nedávno přepravil 90 t kapalného vodíku z Austrálie do Japonska. O nákladech na doručení není nic známo. Námořní přeprava vodíku z Austrálie, Namibie, Kataru nebo Kanady do Německa s největší pravděpodobností povede k ekonomickému debaklu.
Přeprava vodíku ve stávajících či nových potrubích také není tak triviální, jak se prezentuje na základní škole. Technické problémy je třeba očekávat při využívání stávajících sítí plynovodů. Přechod na 100% vodík bude trvat roky. Během přechodného období se bude do zemního plynu přidávat stále větší množství vodíku. Směs však nelze použít ve vodíkových palivových článcích bez předchozího reformování. Trysky plynových hořáků je také nutné vyměnit. Vodíková ekonomika musí být nastavena pomocí nové plynárenské sítě.
Významné rozdíly vznikají u přepravy energie v potrubí. Při stejném tlaku je obsah energie ve vztahu k objemu vodíku pouze 32 % energetického obsahu zemního plynu. Při stejném transportu energie ve stávajících plynovodech musí proto vodík proudit rychleji, což vede k vyšším ztrátám prouděním. Část přiváděného množství plynu je použita k pohonu kompresorů instalovaných na vzdálenost cca 300 km. Při přepravní trase dlouhé 5 000 km by do cíle dorazila pouze třetina dodávaného vodíku.
Vodík je také jediným plynem (vedle helia – pozn. překladatele), který se při expanzi v normálním teplotním rozsahu zahřívá a neochlazuje se jako všechny ostatní plyny. Po naplnění 900 bar je vodík v nádrži horký. V případě náhlého úniku může rychlá expanze plynu vést k samovznícení.
5. lekce: Syntetické uhlovodíky
Motory, turbíny, kotle a elektrárny vyvinuté pro fosilní paliva se mají používat i v budoucnu. Za tímto účelem se dnes běžně používaná paliva mají vyrábět uměle ze zeleného vodíku a CO2. Potřebný oxid uhličitý se odebírá ze vzduchu. Energie je také nutná pro chemickou kombinaci obou plynů za vzniku plynných nebo kapalných paliv. Pouze několik procent zelené primární elektřiny lze stále využívat. Kapalná syntetická paliva budou v budoucnu vyžadována pouze pro dálkovou dopravu vzduchem a vodou. Pro denní potřebu však tyto přímo dodávané elektřině mohou jen stěží konkurovat. I zde vedou možnosti prezentované na základní škole k falešným nadějím.
6. lekce: akumulace elektřiny
Skladování energie bylo vždy problémem, od zimního palivového dříví až po uhelné zásobníky a nádrže na olej v suterénu. S elektrifikací přibylo akumulování noční elektřiny jako užitečného tepla v kotlích a akumulačních kamnech, aby bylo možné tepelné elektrárny provozovat nepřetržitě se stejným využitím. S přečerpávacím čerpadlem lze elektřinu šetřit po delší dobu.
Skladování elektřiny je organizační opatření. Kolísající nabídka je přizpůsobena poptávce, která kolísá různou rychlostí. Namísto vynaložení velkého úsilí na uskladnění přebytečné elektřiny v létě pomocí vodíku na zimu by se mělo využití elektřiny přizpůsobit dodávkám zelené elektřiny, aby se požadavky na skladování snížily na to, co je možné.
Průběh slunce vede k přebytku elektřiny během dne. V budoucnu by se stávající skladovací systémy mimo špičku již neměly nabíjet v noci, ale vždy, když je k dispozici přebytečná solární nebo větrná energie. Dobu nabíjení určuje dodavatel elektřiny na základě dodávky elektřiny. Totéž platí pro nabíjení baterií elektromobilů. Ne s elektřinou mimo špičku, ale v práci přes den, kdy auto stejně nejezdí. Pomocí opatření tohoto druhu lze vyrovnat krátkodobé výkyvy mezi nabídkou a poptávkou.
Pro sezónní skladování energie by mělo být rozumnější energetické využití biomasy. Palivové dřevo lze skladovat společně se zbytkovým dřevem všeho druhu pro potřeby zimního vytápění. Totéž platí pro bioplyn, který se zvláště silně hromadí v létě při fermentaci zeleného odpadu. Vyrobený plyn by neměl být okamžitě použit k výrobě elektřiny, ale měl by být uskladněn na zimu. Nemá smysl dodávat bioelektřinu do sítě v létě, když se elektrická síť již využívá na kapacitu solární energie, a přebytečnou elektřinu pak využít k výrobě vodíku pro zimní použití. Sezónní skladování biometanu má díky vyššímu energetickému obsahu a jednodušší manipulaci mnohem větší smysl než výroba a skladování vodíku s přebytkem letní elektřiny.
Teprve když budou implementována tato a další organizační opatření pro plynulou nabídku a poptávku, bude si uvědomovat, jak malý je požadavek na skladování vodíku. Než nastavíte sezónní skladování vodíku, měli byste snížit spotřebu energie v zimě pomocí organizačních a energeticky úsporných opatření.
7. lekce: Energetické bilance
Nejlepší způsob, jak vytvořit udržitelné zásobování energií, která má nejlepší energetickou bilanci. Všechny konverzní kroky a energetické ztráty je třeba brát v úvahu „od kolébky do hrobu“. Počínaje zelenou elektřinou existují dva způsoby dodávek energetických služeb: přímá distribuce elektřiny z primárního zdroje energie pomocí měděných vedení a dodávka energie pomocí sekundárního zdroje energie vodíku.
Pro přímou distribuci zelené elektřiny je třeba kromě ztrát v elektrickém vedení počítat pouze s malými konverzními ztrátami. U elektrických vozidel je nabíjení a vybíjení baterií, přeměna napětí a přeměna ze stejnosměrného na střídavý proud spojeno s přijatelnými elektrickými ztrátami.
Při zásobování energií vodíkem je třeba počítat s podstatně ztrátovějšími přeměnami. Zelená elektřina je nutná pro zásobování vodou a její úpravu. Poté přichází na řadu energeticky náročná elektrolýza. Vodík pak musí být přepravitelný kompresí nebo zkapalněním. Pro přepravu a dekantaci je zapotřebí energie. Následují další komprese pro plnění vysokotlakých nádrží vozidel s palivovými články. Vysoko ztrátová elektrochemická přeměna v palivových článcích probíhá pomocí dopravovaného vzduchu. Stejně jako u akumulátorových vozidel se stejnosměrný proud musí přeměnit na vysokofrekvenční střídavý proud.
Popsané dodávky energie pro pohon vozidla ilustrují jednoduchost plně elektrického řešení a složitost vodíkového řetězce. Podobné analýzy lze vytvořit pro všechny ostatní aplikace na cestě od zelené elektřiny k energetickým službám. Všechny vedou k ničivým výsledkům pro vodík.
Čtyři bateriová vozidla stejné velikosti mohou být provozována se zelenou elektřinou potřebnou k provozu jednoho vozidla s palivovými články. Nebo se zelenou elektřinou, která je nutná k vytápění budovy kotlem a vodíkem, by mohly být vytápěny tři stejné budovy přímo zelenou elektřinou či devět tepelnými čerpadly. K dodání elektřiny do plynové turbíny na vodíkový pohon je potřeba nejméně čtyřikrát více zelené elektřiny než k přímé distribuci elektřiny prostřednictvím stávající sítě. Vodík je v chemických procesech užitečný pouze tehdy, pokud se používá jako redukční činidlo, a ne jako zdroj tepla. Pro vysoké pece by proto mělo platit následující: elektricky vyhřívané a pro redukci rudy používat pouze vodík při vysoké teplotě.
Lekce 8: Srovnání energetických nákladů mezi vodíkem a přímou elektřinou
Protože pro nepřímé zásobování energií vodíkem je potřeba podstatně více zelené energie (a tedy i FV nebo systémy větrné energie) než pro přímou distribuci zelené elektřiny stávajícími vedeními, musí být energie, kterou platí spotřebitel, odpovídajícím způsobem dražší. Zelená elektřina je již nyní bezkonkurenčně levná ve srovnání s elektřinou z fosilní nebo jaderné výroby. Nejde o srovnání budoucích dodávek energie s dnešními, ale o náklady na energetickou službu, která je poskytována přímo distribuovanou zelenou elektřinou nebo nepřímo dodávanou vodíkovou energií. Energie dodávaná vodíkem bude vzhledem k fyzikálně daným krokům přeměny a s tím spojené energetické destrukci vždy výrazně dražší než zelená elektřina ze zásuvky.
Uživatelské náklady na vodík jsou často srovnávány s náklady na fosilní paliva, topný olej a zemní plyn. Taková srovnání jsou zbytečná. Po klimatické a energetické transformaci se bude energie získávat hlavně z obnovitelných zdrojů. Srovnání s fosilními formami energie má pak pouze historický význam. Zbývá srovnání dvou tras dodávek zelené elektřiny. Energie proudí nejvýhodněji do energetických služeb elektrickým vedením. Zásobování energií vodíkem vždy zůstane jen zbožným přáním.
S rychle rostoucí výstavbou solárních a větrných elektráren po celém světě se náklady na instalaci natolik snížily, že náklady na výrobu zelené elektřiny jsou nyní nižší než náklady na elektřinu z fosilních nebo jaderných elektráren. Bohužel se stále tvrdí, že energie z obnovitelných zdrojů je cenově nedostupná. Toto tvrzení již neodpovídá skutečnosti. Solární a větrné elektrárny jsou dnes ziskové i bez dotací. Zelená elektřina získaná ve vaší zemi bude tak levná, že rozvoj vodíkové ekonomiky s dodávkami energie ze vzdálených pouštních oblastí již nebude pokračovat. Neexistuje trh s vodíkem, který je nejméně čtyřikrát dražší než zelená elektřina.
9. lekce: Doprovodná opatření
Z mnoha opatření, která doprovázejí energetický přechod, zde bude diskutováno pouze jedno zásadní, které má velký význam při přechodu na zásobování energií založenou na elektřině: energetická renovace budov. Cesta vede k elektrickému tepelnému čerpadlu. Protože jsou však tyto provozovány v zimním období, povede výměna kotlů za tepelná čerpadla se stejným jmenovitým výkonem nevyhnutelně k výpadku proudu v chladném období. Budovy by proto měly být nejprve energeticky zrekonstruovány před instalací malých tepelných čerpadel pro výrazně sníženou potřebu vytápění. Lepší standardy budov a opatření na úsporu energie vytvářejí podmínky pro úspěšnou přestavbu energie, ať už to uděláte jakkoli, s vodíkem nebo elektrony.
Lekce 10: Změny v energetickém sektoru
Energetická technologie vždy následovala zdroje energie. Uhlí vedlo do parního stroje, ropa do spalovacího motoru a zemní plyn do plynové turbíny. Pro vytápění budov byla kamna na uhlí nahrazena kotli na topný olej nebo zemní plyn. Použití rotujících strojů k výrobě elektřiny změnilo svět. Nyní se blíží další zásadní změna. Budoucnost musí být navržena s energií z obnovitelných zdrojů. Slunce a vítr již dodávají elektřinu za nejnižší ceny.
Elektřina se tak stává klíčovou měnou v energetickém systému. Po určitých úpravách elektrické sítě je zelená elektřina dodávána do sítě jako primární energie a dostává se přímo k uživateli. V primární oblasti dnešní energetické soustavy však budou odstaveny tepelné elektrárny. Sekundární proud produkovaný při vysokých ztrátách je nahrazen zeleným primárním proudem. Energetická revoluce skončí „elektronickou ekonomikou“, ve které hodně zelené elektřiny proudí víceméně přímo „ze střechy domu do kuchyně“, tedy je využívána nejkratší cestou s nejnižšími ztrátami ve vedení.
Tento vývoj se řídí fyzikálními zákony. Jak je uvedeno výše, politika je založena na kvalitativních popisech základní školy a nikoli na zde prezentovaných kvantitativních zjištěních střední školy. Hluboké fyzikální znalosti zvažuje pouze menšina. Vodíkovou ekonomiku nemůžete vynutit většinovými rozhodnutími. Neměli bychom se také řídit sliby sdružení, jejichž účelem je utvářet vodíkovou ekonomiku. Podle fyziky vývoj povede k elektronické ekonomice.
Lekce 11: Postřehy
Všechny znalosti získané na střední škole pro vodík dokazují, že vodík se z fyzikálních důvodů nikdy nemůže prosadit jako univerzální nosič energie, protože vždy konkuruje svému vlastnímu základu existence, zelené elektřině. Vysoké energetické ztráty elektrochemických přeměn a vysoké energetické nároky na provoz činí vodíkové hospodářství nevhodným pro realizaci energetického přechodu. Neefektivnost vodíkového řetězce je způsobena fyzikálními faktory a lze ji jen stěží zlepšit, a to i při vynaložení velkého úsilí. Ve srovnání s přímou alokací zelené elektřiny prostřednictvím stávajících energetických sítí zůstává ztrátový faktor čtyři. Koncoví zákazníci nemusí platit za výstavbu čtyřnásobně větších zelených elektráren, které jsou na začátku vodíkové cesty. S vodíkem se ve srovnání se zelenou elektřinou ze zásuvky vše mnohem prodraží. Vzhledem k fyzicky předem dané cenové struktuře budou pro všechny energetické služby nalezena elektrická řešení. Dodávky energie založené na vodíkové technologii se nemohou rozvíjet bez masivní vládní podpory.
Především se zdá důležité, že vytvoření vodíkové ekonomiky se již nepovažuje za nezbytné opatření pro realizaci energetického přechodu, a proto by se štědře podporovalo. Bylo by správné veřejně přiznat, že po důkladném prozkoumání fyzikálních vztahů se dospělo k závěru ukončit spekulativní vodíkovou cestu, protože energetickou přeměnu nelze realizovat pomocí vodíku ekonomicky ospravedlnitelným způsobem. Stát si drahými programy na zřízení vodíkové ekonomiky nedělá laskavost.
Voliči podpoří vyhlídky na levné a čisté dodávky zelené elektřiny z domácích zdrojů. Na vodíkovou ekonomiku založenou na dovozu energie se již dnes pohlíží skepticky. Hrozí vývoj obdobný „závodu mezi zajícem a ježkem“ z Grimmovy knihy pohádek. Kdykoli si vodíkový králík myslí, že dosáhl svého cíle, místo je již obsazeno elektrickým ježkem (nebo jeho manželkou). V současnosti to zažíváme v silničním provozu. Vodíkové a palivové články jsou smeteny z ulic elektrickými řešeními. Nakonec zvítězí „ekonomika elektroniky“. Politici by měli rychle rozpoznat fyzikální změnu a doprovodit ji podporou.

Literatura

[1] Ulf Bossel: Vodík neřeší energetické problémy
https://www.leibniz-institut.de/archiv/bossel_16_12_10.pdf
[2] Klaus Maier: Odborný posudek k Hessian Hydrogen Future Act
https://www.stromdaten.info/wp-content/uploads/2021/10/Maier_Gutachten_Hessen-Zukunft.pdf
[3] Německý Bundestag: studie vodíkové spotřeby
https://www.bundestag.de/resource/blob/894040/0adb222a2cbc86a20d989627a15f4bd8/WD-5-024-22-pdf-data.pdf

Přeložil Milan Smrž
https://www.eurosolar.de/2022/11/10/sza-bossel/

© eurosolar.cz 2024