Výhled do vodíkové budoucnosti

Vodíková osobní i nákladní auta, vodíková letadla, ukládání energie do vodíku. S tím vším bychom se jednou měli běžně setkávat. Zdá se, že snižování emisí skleníkových plynů se bez rozvoje vodíkových technologií neobejde.

Jejich současným problémem je vysoká cena, a tak se vědci snaží přijít na to, jak ji snížit. Jedním z nich je profesor Vladimír Matolín, který působí na Matematicko-fyzikální fakultě UK v Praze. Nechce, aby jeho vědecké poznatky zůstaly ztracené v „džungli“ vědeckých článků. A tak je přes svou malou firmu uvádí i do praxe. Přesto – nebo možná právě proto – si uvědomuje, že vodík má i své limity.

Ilustrační foto

„Vždycky jsem chtěl, aby to, co vybádáme v základním výzkumu, bylo k něčemu dobré,“ prozrazuje Vladimír Matolín. Za velký problém považuje, že hodně vědeckých výzkumů zapadne. Skončí granty a výstupy vědeckého projektu nejsou vidět. Nezpochybňuje, že i takové výzkumy rozšiřují vědecké poznatky a vedou ke vzdělávání mladých vědců. „Nicméně je dobré, když vznikne nějaká nová technologie, nebo alespoň její základy,“ doplňuje.

A tak profesor Matolín není jen akademikem, ale i podnikatelem. Spoluzaložil malou firmu, která vyvíjí a testuje vodíkové palivové články, elektrolyzéry nebo generátory. Ke svým vědeckým poznatkům Vladimír Matolín přichází na půdě Katedry fyziky povrchů a plazmatu na Matematicko-fyzikální fakultě UK v Praze. A daří se mu.

Před několika týdny v německém Stuttgartu se svými kolegy získal významné mezinárodní ocenění f-cell award. Mezi odborníky na vodíkové technologie má tato cena vynikající renomé. Komise, která cenu udílí, hodnotí především míru inovace vynálezu, potenciál jeho uplatnění na trhu, pozitivní vliv na životní prostředí a společenský dopad. Vladimír Matolín a jeho kolegové cenu získali za vynález speciální proton-vodivé membrány. Pro její výrobu jsou potřeba drahé kovy jako iridium a platina. Tým profesora Matolína přišel na to, jak těchto kovů použít co nejméně. Výsledkem by mělo být zlevnění vodíkových palivových článků.

Levné pro vědu, pro byznys s rozvahou

Ale nebude to tak jednoduché. Právě na příkladu tohoto vynálezu se prý ukazuje rozdíl mezi vědou a byznysem. „Mysleli jsme si, že vyrobíme levný katalyzátor a firmy nám budou trhat ruce. Ukázalo se, že vůbec ne,“ popisuje prvotní překvapení profesor. Aby se jím vynalezeným způsobem membrány daly vyrábět, musely by firmy pořídit novou výrobní technologii. Ta už levná není, a tak se jim výroba levných palivových článků vyplatí jen tehdy, když jich budou vyrábět hodně. To proto, aby se jim vrátila prvotní investice.

A i když Matolín spoluvlastní firmu na výrobu palivových článků, zatím používá membránu, která drahých kovů obsahuje více. „Membránové soustavy od dodavatele teď objednáváme ve stovkách, možná brzy v tisících. Začínáme tak mít přehled o tom, co je možné prodat. A snad nastane okamžik, kdy si řekneme, že se nám vyplatí investovat třeba deset milionů korun do nějakého poloprovozního zařízení a můžeme jednat o nákupu licence s Univerzitou Karlovou, která je majitelem práv k patentu.“

Že by k tomu mohlo dojít, vidí Matolín reálně. „Sledujeme velký zájem hlavně o elektrolyzéry, souvisí to s výrobou zeleného vodíku. Začínají se tak připravovat různé pilotní projekty, jednáme zejména se školami. Teď například chystáme dodávku do čtyř univerzit v africkém Beninu. Takže když se nám podaří tento byznys rozjet a dostaneme se na úroveň tisíců membrán, tak bychom se k těm novým membránám mohli dostat tak za rok.“

Ilustrační foto

Vodík je všude, ale získá se?

Vodík má ze všech paliv, s výjimkou jaderných, nejvyšší hmotnostní hustotu energie, v různých sloučeninách se vyskytuje naprosto všude kolem nás a jeho spálením vznikne jen voda. Vypadá tedy jako velmi slibné palivo, které by se mohlo stát výraznou součástí energetického mixu. Otázka je, kolik jsme schopni ho reálně získat.

„Nejlevněji a nejběžněji se vodík pro průmyslové využití vyrábí reformingem zemního plynu. Ten se označuje jako šedý vodík. Při tomto procesu vzniká oxid uhličitý, který se uvolňuje do ovzduší. To znamená, že výroba vodíku ze zemního plynu za sebou zanechává uhlíkovou stopu, stejně jako výroba elektřiny v tepelných elektrárnách,“ vysvětluje Matolín.

Pokud se při této výrobě oxid uhličitý zachytává pro nějaké další využití, bavíme se o tzv. modrém vodíku. Nejekologičtější je ale vodík zelený – ten se získává elektrolýzou vody, přičemž potřebnou elektřinu vyprodukují elektrárny z obnovitelných zdrojů. Pakliže používáním vodíku chceme přispět ke snížení emisí skleníkových plynů, má smysl bavit se v podstatě jen o tomto zeleném vodíku.

„Když bychom chtěli vyrábět elektrolýzou vodík, který nahradí veškerou spotřebu nafty pro pohon vozidel v České republice, museli bychom zečtyřnásobit výrobu elektrické energie z obnovitelných zdrojů,“ upozorňuje Matolín. Přesto to považuje za v principu reálné.

Pro solární elektrárny by se mohly využít střechy budov nebo plošiny plovoucí po zatopených lomech. Případně by k nám mohla proudit elektřina z velkých solárních parků ze Španělska. Vzniknout by mohly na neúrodné nevyužívané půdě, a protože tam slunce svítí hodně, zřejmě by tamní elektrárny byly dost výkonné. Za nezanedbatelný zdroj Matolín považuje i chemický průmysl, kde vodík vzniká jako odpadní plyn. I ten se dá jako palivo využít.

Elektřina – vodík – elektřina?

Často se mluví i o ukládání elektrické energie do vodíku. Jde o snahu vyřešit zásadní problém hlavně solárních a větrných elektráren. Pokud slunce hodně svítí nebo fouká silný vítr, elektrárny vyrobí více energie, než je aktuálně v síti potřeba. Na druhou stranu za špatných povětrnostních podmínek je produkce energie příliš nízká. Uvažuje se tedy o možnostech, jak přebytečnou elektrickou energii uložit tak, aby se dala využít v době nedostatku. A vodík by mohl být jednou z možností.

Jak už jsme zmínili, vyrobí se elektrolýzou vody, a až by bylo potřeba, znovu se z něj vyrobí elektřina. K tomuto využití vodíku je ale profesor Matolín poněkud skeptický. „Není to efektivní, dostáváme se na relativně malou účinnost,“ říká.

Ilustrační foto

K vyrovnávání elektrické energie z obnovitelných zdrojů se tak musí použít jiná technologie. Přebytečná elektřina z obnovitelných zdrojů se ale na vodík podle Matolína přeměnit přece jen může. Takto vyrobený vodík se použije buď na výrobu syntetických paliv do spalovacích motorů, nebo právě jako pohon vodíkových aut. To jsou v podstatě elektromobily, které elektřinu nezískávají z baterie, ale z vodíkové nádrže.

Využití může vodík nalézt i v letecké dopravě. Pokud by se v letadlech měl spalovací motor nahradit elektromotorem, je krajně nevhodné energii ukládat v bateriích, protože jsou velmi těžké. Nádrž s vodíkem je mnohem lehčí. Jak daleko tato budoucnost je, si profesor Matolín netroufá odhadnout. Potřebné znalosti o vodíku už podle něj máme, problémem je, že výroba vodíkových pohonů se zatím nevyplatí – není poptávka a investice do vodíkových technologií – jakožto do něčeho nového – je riziková. Teprve až bude poptávka dostatečná, bude prý možné vodíkové technologie vyrábět ve velkém.

Prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc.

Matematicko-fyzikální fakultu UK absolvoval v roce 1974, profesorem na ní byl jmenován v roce 1997. Celou svou vědeckou kariéru zasvětil fyzice povrchů a nanotechnologií, v současné době se zaměřuje na vodíkové palivové články. Hlavní pozornost směřuje na heterogenní katalýzu s cílem vyvinout nákladově efektivní katalyzátory pro vodíkové palivové články a vodní elektrolyzéry.

Další související témata zahrnují aplikovanou elektrochemii, technické aspekty palivových článků a aplikace palivových článků. V roce 2016 spoluzaložil společnost Leancat, ve které své vědecké poznatky uvádí do praxe

Převzato z časopisu Komora. Autor článku: Daniel Mrázek

Další informace v podcastu Hospodářské komory ČR: Vodíkovou budoucnost nelze zjednodušovat




• Oblasti podnikání: Energetika
• Teritorium: Česká republika