Využití vodíku jako nosiče energie v komerčních aplikacích již není snem budoucnosti. Svědčí o tom i vznik „vodíkové rady“, kterou letos založilo během Světového ekonomického fóra ve švýcarském davosu 13 předních korporací, jako je BMW či Shell. Podle nich představují vodíkové technologie klíčové řešení energetické transformace, které významně přispěje ke snížení emisí oxidu uhličitého.
O vodíkových technologiích v dopravě a energetice se diskutovalo i začátkem července v Praze, kde se konal 7. ročník Světové vodíkové konference (WHTC 2017), tentokrát s mottem: „Budoucnost může být blíže, než si myslíte“. Jedná se o největší akci svého druhu. Na 500 odborníků z prestižních univerzit, velkých automobilek, energetických a strojírenských koncernů i státních institucí zde sdílelo nejnovější poznatky z výzkumu, vývoje a implementace vodíku a palivových článků. 
„Je to poprvé v historii, kdy se konference věnovaná vodíkovým technologiím těchto rozměrů a tohoto významu konala v některé ze zemí střední a východní Evropy. Není to v žádném případě náhoda, ale zejména uznání pokroku, kterého se v posledních dvou desetiletích u nás podařilo v oblasti vodíkových technologií dosáhnout,“ uvádí Karel Bouzek, předseda vědeckého výboru konference z VŠCHT Praha. „Česká republika je první zemí regionu, kde byla instalována vodíková čerpací stanice a realizován první autobus poháněný vodíkovým palivovým článkem vlastní konstrukce, instalována demonstrační jednotka dlouhodobého skladování energie z fotovoltaické elektrárny prostřednictvím vodíku a další. Díky tomuto pokroku byly vodíkové technologie zařazeny do strategických dokumentů dalšího rozvoje našeho státu.“
Japonská Toyota, která patří v komercializaci vodíkových technologií ke špičce, na konferenci představila svůj první sériově vyráběný vodíkový automobil s příznačným názvem Mirai (japonsky „budoucnost“). Jedná se ve své podstatě o elektromobil. Vodík totiž není spalován, ale pomocí palivového článku použit k výrobě elektřiny, která pohání elektromotor. Odpadem je pouze čistá voda. Hlavní výhodou oproti klasickým elektromobilům je rychlé doplňování paliva. Zatímco baterii je nutno dobíjet i několik hodin, vodík je natankován za několik minut.
K dispozici účastníkům konference byl i český TriHyBus na vodíkový pohon, který před několika lety vyvinulo konsorcium pod vedením ÚJV Řež, a. s. „Největším omezením komerčního využití vodíku v dopravě je v současnosti absence čerpacích stanic,“ říká Aleš Doucek, vedoucí oddělení Vodíkové technologie ÚJV Rež. „V České republice je doposud jediná neveřejná čerpací stanice v Neratovicích, která vznikla v roce 2009 díky našemu autobusu. TriHyBus testujeme již sedm let. Dosavadní výsledky i vstup dalších společností na trh ukazují, že vodíkový pohon je pro komercializaci připraven. V současné době přemýšlíme, jakým způsobem k rozvoji čisté vodíkové mobility dále přispět, zabýváme se však i aplikacemi pro energetiku. Na WHTC jsme také představili přenosný zdroj napájení s palivovým článkem, tzv. power box,“ doplňuje Aleš Doucek.
Konference WHTC 2017 přispěla k další propagaci vodíkových technologií a ukázala jak jejich současný potenciál, tak směry dalšího vývoje. Setkání široké mezinárodní komunity umožnilo českým subjektům navázat nové kontakty, které mají velký potenciál k realizaci společných výzkumných a demonstračních projektů.
MINISTERSTVO DOPRAVY PODPOŘÍ VODÍKOVÉ ČERPACÍ STANICE
V návaznosti na evropskou Směrnici o zavádění infrastruktury pro alternativní paliva v dopravě byl v ČR schválen v říjnu 2015 Národní akční plán čisté mobility (NAP-CM), který poprvé stanovil cíl vybudovat veřejně přístupné vodíkové plnicí stanice. Zpočátku se počítalo s rozsahem tří až pěti stanic do roku 2025. Ministerstvo dopravy však nechalo vypracovat podrobnou studii o využití vodíkového pohonu v dopravě. „Výsledky studie jasně ukazují, že původně zamýšlený počet vodíkových plnících stanic není z hlediska rozvoje vodíkové mobility v ČR vůbec dostatečný. Na základě analýzy několika možných scénářů vývoje v této oblasti studie doporučuje, aby byl tento cíl upraven na 12 vodíkových stanic,“ vysvětluje Jan Bezděkovský z odboru strategie Ministerstva dopravy. „Plánovaná alokace na výstavbu těchto plnicích stanic byla proto navýšena z původních 100 na 200 milionů Kč, což by mělo podpořit výstavbu 7–8 vodíkových stanic,“ dodává.
Aktualizace NAP-CM se očekává během příštího roku. Platná NAP-CM navrhuje motivační opatření na podporu rozvoje elektromobility a počítá s tím, že by tyto výhody měly platit i pro vodíková vozidla. Jedná se například o možnost využití pruhů pro autobusy a taxi a do budoucna se počítá také s výjimkou z placení dálniční známky.
Výzva k podpoře vybudování veřejných vodíkových plnicích stanic by mohla být vyhlášena již do konce tohoto roku. Půjde o klasický proces podávání žádostí o dotace z evropských strukturálních fondů, které má Ministerstvo dopravy vyčleněno na projekty čisté mobility.
Zájem o vybudování vodíkových čerpacích stanic již projevila společnost Unipetrol, a. s. „Budeme usilovat o získání podpory na výstavbu alespoň dvou vodíkových stanic, které by v případě hladkého schvalovacího procesu mohly být již v roce 2018 vybudovány a přidruženy ke stávajícím čerpacím stanicím společnosti Benzina v Praze a v severních Čechách,“ informuje Jiří Hájek, ředitel úseku vývoje a inovací výzkumně-vzdělávacího centra Unipetrolu. „Máme již k dispozici studie proveditelnosti pro konkrétní lokality, nicméně je zde i možnost změny v případě zájmu ze strany silných partnerů provozujících fi remní vozový park na vodíkový pohon. Nově se otevírá i možnost využití vodíku v souvislosti s tranzitní dopravou mezi ČR a Německem. Pokud bude obdobně jako v západní Evropě proces výstavby vodíkových čerpacích stanic stimulován subvencemi, zájmem provozovatelů vodíkových vozidel a především zájmem místní samosprávy, umí si společnost Unipetrol představit akceleraci výstavby vodíkové sítě nad rámec uvedených záměrů,“ vysvětluje Jiří Hájek.
EVROPSKÁ PODPORA VODÍKOVÝCH TECHNOLOGIÍ
Členské země EU vnímají energetiku jako jednu ze zásadních oblastí, ve kterých je třeba spojit síly na nadnárodní úrovni a nalézat společná řešení. A právě potřeba zajištění stabilních dodávek energie pro každodenní život a snaha o snížení závislosti dopravy na ropě stály za vznikem Společného podniku pro palivové články a vodík (FCH JU).
Ve své podstatě je FCH JU partnerstvím veřejného a soukromého sektoru mezi Evropskou komisí, výzkumnou sférou zastupovanou uskupením N.ERGHY a průmyslovým sdružením Hydrogen Europe. V předchozím Rámcovém programu pro výzkum a technologický rozvoj (2007–2013) operoval FCH JU s rozpočtem 940 mil. eur, v současném rámcovém programu Horizont 2020 (2014–2020) představuje rozpočet již 1,3 mld. eur. Podporou špičkových výzkumných a demonstračních projektů usiluje FCH JU o snížení cen vodíkových technologií, jejich uvedení na trh a vybudování potřebné infrastruktury pro jejich využití. „Na podzim se v Bruselu bude konat 10. výroční konference FCH JU. Je to velmi významný milník, již podesáté budou mít všechny zainteresované subjekty možnost se sejít a diskutovat o nejnovějších poznatcích v dané oblasti a zároveň navázat nové kontakty. Jsem rád, že se nám za tuto dobu podařilo dosáhnout viditelných výsledků: například konstrukce prvního vodíkového autobusu vyšla na 1,7 mil. eur, dnes se cena pohybuje okolo 625 000 eur, což znamená snížení téměř na třetinu původní částky,“ uvedl výkonný ředitel FCH JU Bart Biebuyck.
Minulý rok byla také spuštěna iniciativa FCH JU, která cílí na lokální úroveň. „Do této podpůrné akce se mohou zapojit jak města, tak regiony. Celkově již máme 74 členů z 19 zemí, kteří dohromady reprezentují více než 100 milionů evropských občanů a stále přibývají noví členové. Na loňské výroční konferenci FCH JU bylo podepsáno memorandum o spolupráci. Zapojení je zcela bezplatné, naší snahou je šířit informace o možnostech podpory při zavádění vodíkových technologií v dopravě,“ vysvětluje Biebuyck. Z ČR se zatím zapojilo pouze město Trutnov, které již několik let připravuje plán vodíkové hromadné dopravy.
PROJEKTY VŠCHT PRAHA
Dosud nejaktivnějším českým subjektem ve FCH JU je Vysoká škola chemicko- technologická v Praze: v současnosti je jediným českým zástupcem ve výzkumném sdružení N.ERGHY a podařilo se jí zapojit se již do čtyř výzkumných projektů fi nancovaných FCH JU. „Účast v mezinárodních projektech umožňuje našemu pracovišti spolupracovat se špičkovými mezinárodními laboratořemi a zejména se zahraničními průmyslovými partnery, kteří prosazují tyto inovativní technologie v rámci volného trhu,“ uvádí Karel Bouzek, vedoucí Ústavu anorganické technologie VŠCHT Praha.
Aktuálně jeho tým řeší projekt SEly- SOs, který se zaměřuje na vysokoteplotní elektrolýzu vody, konkrétně na vývoj nových elektrodových materiálů a na lepší pochopení degradačních mechanismů probíhajících v elektrolyzéru s pevným elektrolytem (SOEC). Zkoumáno je i zhodnocení CO2 jeho konverzí na syntézní plyn, tzv. ko-elektrolýza, při které je problém degradace materiálů výraznější než u klasické elektrolýzy. Projekt SElySOs je koordinován řeckým výzkumným institutem Foundation for Research and Technology Hellas. Jedním z průmyslových partnerů projektu je norská firma Prototech AS, která například spolupracuje s Evropskou kosmickou agenturou na vývoji elektrolyzéru s pevným elektrolytem, jejž by bylo možné v budoucnu využít na výrobu kyslíku z CO2 na Marsu.
Skvělých výsledků dosáhl nedávno skončený projekt CISTEM koordinovaný německým EWE-Forschungszentrum für Energietechnologie, v rámci kterého se podařilo vyvinout a demonstrovat novou stacionární jednotku pro kombinovanou výrobu elektrické energie a tepla (CHP) na bázi vysokoteplotního palivového článku s polymerním membránovým elektrolytem (HT-PEM). Systém by měl využívat přebytky obnovitelných zdrojů energie, například z větrných elektráren, z nichž je pomocí elektrolýzy vyráběn a ukládán vodík. Ten je následně použit v palivových článcích k výrobě elektrické energie a tepla. Pokud zásoby vodíku nestačí, je pro překlenutí jeho okamžitého nedostatku vyroben vodík pomocí parního reformingu zemního plynu.
„Vyvinutá technologie je výjimečná tím, že je modulární, což umožňuje maximální využití energie paliva. Elektrická efektivita systému dosahuje 46 % a celková efektivita až 91 %. Jednotlivé palivové články mají výkon 4 kW a podle potřeby se jich zapíná více, nebo naopak méně. Maximální výkon je 100 kW. Řídicí algoritmus články střídá, čímž výrazně snižuje degradaci materiálů,“ vysvětluje Peter Wagner, koordinátor projektu, a dodává: „V daném měřítku je to unikátní přístup vhodný pro větší obytné domy nebo skupiny rodinných domů. Věříme, že se nám v brzké době podaří získat další prostředky, abychom mohli tuto novou technologii demonstrovat v plném měřítku a později uvést na trh.“
Zapojení do projektů FCH JU má významný přínos i pro vzdělávací aktivity VŠCHT Praha. Umožňuje seznamovat studenty s nejnovějším vývojem v oblasti vodíkových technologií a připravit je pro uplatnění v průmyslové praxi. Nedávno otevřela Fakulta chemické technologie studijní obor „Vodíkové a membránové technologie“, který je v České republice svým zaměřením ojedinělý. Studium je prozatím poskytováno v českém jazyce, v brzké době však bude možné studovat i v angličtině. Před několika dny totiž VŠCHT Praha získala nový projekt FCH JU koordinovaný Universitou Birmingham, jehož cílem je rozšíření tohoto studijního programu a zavedení mezinárodní výuky.
Úvodní foto: Palivový článek pod kapotou Mirai
Foto: WHTC 2017
Tento článek vznikl za podpory projektu KOMPAS LE 15026 financovaného z programu EUPRO II MŠMT a projektu SElySOs financovaného FCH JU.