VODÍKOVÁ STRATEGIE
ESKÉ REPUBLIKY
Verze 30
Obsah 1 ÚVOD – SHRNUTÍ A HLAVNÍ CÍLE 8 1.1 Celkové shrnutí 8 1.2
Kontext vzniku a existence strategie 9 1.3 Uivatelé strategie 9 1.4
Úel strategie 10 1.5 Základní pouívané pojmy – klasifikace vodíku
12 1.5.1 Klasifikace podle produkce CO2 bhem výroby 12 1.5.2
Klasifikace podle istoty 13 1.6 Pokrytí vodíkovou strategií 14 1.7
Výchozí stav roku 2020 14 2 ANALYTICKÁ ÁST 16 2.1 Preferované
oblasti rozvoje 16 2.1.1 Výroba vodíku 16 2.1.2 Doprava a
skladování vodíku 17 2.1.3 Vyuití vodíku 19 2.1.4 Vodíkové
technologie 20 2.2 Kolik vodíku potebujeme – scéná vyuití 20 2.2.1
Doprava 20 2.2.2 Chemický prmysl 21 2.2.3 Hutnictví eleza 21 2.2.4
Prmysl (bez hutnictví eleza a chemického prmyslu) 22 2.2.5
Domácnosti 22 2.3 Scéná spoteby vodíku po odvtvích 22 2.4 Souasné
bariéry rozvoje vodíkových technologií v R 26 2.4.1
Legislativn-regulatorní bariéry 26 2.4.2 Technicko-ekonomické
bariéry 28 3 STRATEGICKÁ ÁST 29 3.1 Strategické cíle 29 3.1.1.
Sniování emisí skleníkových plyn 29 3.1.2. Podpora ekonomického
rstu 29 3.2 Specifické cíle 30 3.2.1 Specifický cíl 1: Objem
spoteby nízkouhlíkového vodíku 31 3.2.2 Specifický cíl 2: Objem
výroby nízkouhlíkového vodíku 31 3.2.3 Specifický cíl 3:
Pipravenost infrastruktury na dopravu a skladování vodíku 32 3.2.4
Specifický cíl 4: Rozvoj výzkumu, vývoje a výroby vodíkových
technologií 33 3.3. Prezové oblasti 33 3.3.1. Vzdlávání a osvta 34
3.3.2. Regulatorní rámec 35 3.3.3. Bezpenost pi nakládání s vodíkem
35 3.4. Jak zajistit dosaení cíl vodíkové strategie 35 4
IMPLEMENTANÍ ÁST 38 4.1 Postupné kroky podle oblastí vyuití vodíku
38 4.1.1 Sektor dopravy (mobility) 38 4.1.2 Sektor chemického
prmyslu 39 4.1.3 Sektor hutnictví eleza 40 4.1.4 Výroba elektiny a
tepla 40 4.1.5 Sektor prmyslu (bez chemického prmyslu a hutnictví
eleza) 40 4.1.6 Domácnosti a ostatní odbratelé 41 4.2 Postupné
kroky podle asových etap 42 4.2.1 Etapa 1: 2021–2025 42 4.2.2 Etapa
2: 2026–2030 43 4.2.3 Etapa 3: 2031–2050 44 4.3 ídící struktury 44
5 POSTUP TVORBY STRATEGIE 47 PÍLOHY: 48 1 VÝROBA VODÍKU 49 1.1.
Výroba elektrolýzou 51 1.1.1 Elektina z obnovitelných zdroj 52
1.1.2. Výroba v míst spoteby elektrickou energií 53 1.2.
Výroba za vyuití jaderných zdroj 53 1.2.1. Elektrolýza 53 1.2.2.
Vysokoteplotní rozklad vody – High Temperature Splitting 55 1.3.
Výroba ze zemního plynu 55 1.3.1. Termální gasifikace – vyuití
bioplynu/biometanu 55 1.3.2. Vyuití zemního plynu bez CCS/CCU 56
1.3.3. Vyuití zemního plynu s CCS 57 1.3.4. Vyuití zemního
plynu s CCU 57 1.4. Pyrolýzní výroba vodíku z odpad 58
1.5. Vyuití fotochemické nebo foto-elektrochemické technologie
(aktivace slunením svtlem) 58 1.6. Pyrolýzní výroba vodíku ze
zemního plynu 59 1.7. Výroba vodíku parciální oxidací ropných zbytk
(POX) 59 1.8. Výroba vodíku parciální oxidací ropných zbytk (POX)
s uitím CCU 60 1.9. Výroba vodíku reformingem benzínu 60 1.10.
Elektrolýza solanky 60 2. DOPRAVA A SKLADOVÁNÍ VODÍKU 62 2.1.
Doprava vodíku 62 2.1.1 Doprava stlaeného vodíku v nádobách po
silnici i eleznici 63 2.1.2 Peprava kapalného vodíku
v nádobách po silnici i eleznici 64 2.1.3 Doprava vodíku
plynovody ve smsi se zemním plynem 64 2.1.4 Oddlení vodíku od smsi
se zemním plynem s vyuitím membránové separace 65 2.1.5
Doprava istého vodíku existujícím plynovodem pedlaným na istý vodík
66 2.1.6 Doprava istého vodíku nov postaveným plynovodem 66 2.1.7
LOHC 67 2.2 Skladování vodíku 67 2.2.1 Skladování stlaeného vodíku
68 2.2.2 Skladování kapalného vodíku 69 2.2.3 Skladování vodíku
v podzemních zásobnících ve smsi s metanem 69 2.2.4 Skladování
istého vodíku ve vytených ropo-plynových strukturách 70 2.2.5
Hydridy vodíku 70 2.2.6 Power to Gas – viz sekce spoteba vodíku 71
3. VYUITÍ VODÍKU 72 3.1 Mobilita 73 3.1.1 Osobní automobily 74
3.1.2 Silniní nákladní doprava 75 3.1.3 Mstská autobusová doprava
76 3.1.4 Linková a dálková autobusová doprava 76 3.1.5
Vnitropodniková doprava (vysokozdviné vozíky a manipulátory,
komunální technika a pracovní stroje) 77 3.1.6 elezniní doprava 78
3.1.7 Sportovní letadla 79 3.1.8 Dopravní letadla 79 3.1.9 Lodní
íní doprava 79 3.1.10 Spalování vodíku ve spalovacích motorech 80
3.2 Chemický prmysl 80 3.2.1 Výroba pavku 81 3.2.2 Rafinace ropy 82
3.2.3 Výroba metanolu 82 3.2.4 Výroba syntetického metanu 83 3.2.5
Výroba kapalných syntetických paliv 83 3.3 Prmysl 84 3.3.1 Hutní
výroba 85 3.3.2 Vyuití vodíku k výrob tepla (vodíkové hoáky
v pecích) 85 3.4 Energetika 86 3.4.1 Power to Gas (P2G) 86
3.4.2 Vyuití vodíku ve spalovacích motorech a turbínách pro
výrobu elektiny a tepla 87 3.4.3 Vyuití vodíku ve stacionárních
palivových láncích pro výrobu elektiny a tepla 88 4 VODÍKOVÉ
TECHNOLOGIE 89 4.1 Základní komponenty 90 4.1.1 Elektrolyzéry 90
4.1.2 Palivové lánky 91 4.1.3 Vodíkové turbíny 92 4.1.4
Elektromotory a pohony 92 4.1.5 Baterie 92 4.1.6 Ventily a pomocná
zaízení 93 4.1.7 Tlakové nádoby 93 4.1.8 Kryogenní nádre 94 4.1.9
Micí zaízení 94 4.1.10 ídicí systémy 94 4.1.11 Poární a
zabezpeovací systémy 95 4.2 Integrovaná zaízení 95 4.2.1 Plnicí
stanice 96 4.2.2 Vysokotlaká úloišt 96 4.2.3 Zaízení na pyrolýzu
odpadu 97 4.3 Dopravní zaízení 97 4.3.1 Osobní automobily 98 4.3.2
Nákladní automobily 99 4.3.3 Autobusy 99 4.3.4 Manipulaní technika
(vysokozdviné vozíky atd.) 100 4.3.5 Vodíková elezniní vozidla 100
4.3.6 Sportovní a malá letadla 101 5 MONOSTI PODPORY 102 5.1
Programy TA R 103 5.1.1 Doprava 2020+ 103 5.1.2 Théta 104 5.1.3
Trend 107 5.1.4 Prostedí pro ivot 108 5.1.5 Delta 2 110 5.2
Programy Ministerstva ivotního prostedí a SFP 111 5.2.1 Modernizaní
fond 111 5.2.2 Inovaní fond 112 5.2.3 Operaní program Spravedlivá
transformace 113 5.3 Programy Ministerstva prmyslu a obchodu 114
5.3.1 The Country for the Future 114 5.3.2 IPCEI (Important Project
of Common European Interest) Významné projekty spoleného evropského
zájmu 115 5.3.3 OP TAK (Operaní program Technologie a aplikace pro
konkurenceschopnost) 117 5.4 Program Ministerstva pro místní rozvoj
– Integrovaný regionální operaní program (IROP) 119 5.5 Program
Ministerstva dopravy – OP Doprava 120 6 SOUVISEJÍCÍ STRATEGIE A
PLÁNY 122 6.1 Sdlení EK COM (2020) 301: Vodíková strategie pro
klimaticky neutrální Evropu 122 6.2 Národní akní plán isté mobility
(Aktualizace 2020) 122 6.3 Státní energetická koncepce R (2015) 122
6.4 Vnitrostátní plán R v oblasti energetiky a klimatu (2020) 122
6.5 RIS3 strategie 123 6.6 Dopravní politika 123 6.7 Státní
politika ivotního prostedí 123 6.8 Národní akní plán pro chytré sít
123 6.9 Národní akní plán rozvoje jaderné energetiky v eské
republice 124 7 Konstanty a vzorce pouité ve výpotech 125 8 Karty
úkol 126
ÚVOD – SHRNUTÍ A HLAVNÍ CÍLE
Celkové shrnutí
Vodíková strategie eské republiky vzniká v kontextu Vodíkové
strategie pro klimaticky neutrální Evropu, která odráí cíl Zelené
dohody pro Evropu – dosaení klimatické neutrality do roku 2050.
Cílem strategie je tedy redukovat emise skleníkových plyn takovým
zpsobem, aby souasn došlo k hladké konverzi hospodáství smrem
k nízkouhlíkovým technologiím. S tím jsou spojeny dva
strategické cíle:
· redukce emisí skleníkových plyn,
· objem výroby nízkouhlíkového vodíku,
· objem spoteby nízkouhlíkového vodíku,
Vodíková strategie stojí na tyech pilíích:
· výroba nízkouhlíkového vodíku,
· vyuití nízkouhlíkového vodíku
· vodíkové technologie.
Tyto pilíe jsou vzájemn provázány – výroba a spoteba musí být
v rovnováze, aby se dosáhlo ekonomického vyuití píslušných
technologií, v opaném pípad bude nerovnováhu kompenzovat
import ze zahranií. Ke kadému z pilí písluší práv jeden
strategický cíl.
Strategie popisuje výchozí stav a odhaduje vývoj v asovém
horizontu do roku 2050, který souvisí se strategickým
horizontem Zelené dohody pro Evropu. Analyzuje jednotlivé pilíe
pomocí SWOT analýz. Kadá analýza ústí v identifikaci
prioritních oblastí, které je teba rozvíjet, a naopak tch, jejich
rozvoj spíše nelze doporuit. Výsledky analýz prezentuje analytická
ást (Kapitola 2), která navíc pojmenovává prezové oblasti, které
jsou zásadní pro všechny tyi pilíe, a také identifikuje bariéry
rozvoje vodíkového hospodáství, které bude poteba postupn
odstraovat.
Strategická ást (Kapitola 3) podrobnji stanovuje, jak dosáhnout
splnní specifických cíl a odhaduje, jak bude vypadat výroba a
spoteba vodíku v následujících letech. Na ni navazuje
implementaní ást (Kapitola 4), která popisuje fáze vývoje
vodíkového hospodáství v R v horizontu do roku 2050. Je
zejmé, e v podmínkách R nebudou vznikat velké pebytky energie
z obnovitelných zdroj energie, pro n by bylo teba hledat
vyuití. Lze pedpokládat zvyšující se poptávku po vodíku jako
dsledek postupného vnjšího tlaku na sniování emisí skleníkových
plyn. Ta bude zpoátku uspokojována lokálními zdroji a pozdji rznými
formami dovozu. Implementaní ást dále uruje nástroje, které budou
pouity k naplnní jednotlivých cíl strategie. Tmito nástroji
jsou:
· Programy podpory (píloha 5),
· Karty úkol (píloha 8).
V pílohách 1–4 jsou uvedeny analýzy všech pilí. V oblasti
výroby jsou identifikovány nejperspektivnjší zpsoby, jak vodík
vyrábt. V pilíi dopravy a skladování jsou vyjádeny silné a
slabé stránky rzných forem pepravy (v tlakových nádobách nebo
plynovody). Analýza pilíe vyuití vodíku zvauje nasazení vodíku
pedevším v doprav, která bude zejm první oblastí, kde se vodík
stane konkurenceschopnou náhradou fosilních paliv. Dále je
rozpracováno nasazení v prmyslu a skladování pebytk energie.
Samostatná analýza má za cíl urit technologie, v jejich
rozvoji by se R mohla stát úspšnou. R je zemí se silnou prmyslovou
tradicí a vodíkové technologie pedstavují píleitost
pro transformaci prmyslu a zapojení se do nov vznikajících
výrob.
Kontext vzniku a existence strategie
Hlavním dvodem, pro byla tato vodíková strategie pipravena, je
sniování emisí skleníkových plyn a dekarbonizace dopravy,
prmyslu, slueb, domácností a zemdlství. V tomto úsilí R
koordinuje náš postup nejen v rámci Evropské unie, ale i ve
spolupráci s ostatními zemmi, které ji své vodíkové strategie
naplují nebo je teprve pipravují.
Cílovým stavem, ke kterému tato strategie pispívá, je dosaení
klimatické neutrality. Té musíme dosáhnout postupnou transformací
prmyslu a zmnou technologií, tak abychom neohrozili zamstnanost,
konkurenceschopnost a celkovou ivotní úrove v R. Vodíkové
technologie pinesou i celou adu rstových stimul a nových
rozvojových píleitostí a podpoí tak rst ekonomiky.
Uivatelé strategie
· dopravy,
· pepravy, distribuce a skladování vodíku,
· oban, kteí budou vyuívat vodíkové technologie a ít ve zdravjším
prostedí.
Gestorem vodíkové strategie je Ministerstvo prmyslu a
obchodu.
Úel strategie
V návaznosti na Evropskou vodíkovou strategii a cíle Zelené
dohody pro Evropu se tato strategie zamuje na období 2021–2050, na
jeho konci bychom mli dosáhnout klimatické neutrality.
Vodíkové technologie pinášejí jedinenou monost vyuívat istou
energii, protoe spalováním vodíku nebo jeho vyuitím
v palivových láncích nevznikají ádné jiné skleníkové plyny ne
vodní pára. Ta v atmosfée sice pedstavuje základní píspvek ke
skleníkovému efektu, avšak na rozdíl od jiných skleníkových plyn
vykazuje v atmosfée konstantní prmrný obsah, který neme být
zmnn v dsledku pídavku dodatené vodní páry, nebo její reálný
obsah v atmosfée je pouze funkcí teploty oceánu,
teploty atmosféry a atmosférického tlaku. Tento proces,
rovnováhu mezi mnostvím vody v oceánu a mnostvím vodní páry
v atmosfée, exaktn popisuje fyzikální chemie
(Clausius-Clapeyronova rovnice).
Zatímco pemna vodíku na istou energii je relativn pímoará a bez
výrazných problém, výroba, skladování a transport vodíku pináší
celou adu úskalí. Vodík je nosiem energie, nikoliv primárním
energetickým zdrojem, protoe ho musíme ve všech pípadech získávat
z jiných energetických zdroj postupy s rznou úinností a
s rznou uhlíkovou stopou. Tu je nutno analyzovat v rámci
celého ivotního cyklu od primárního zdroje energie a ke konenému
vyuití. Nkteré budoucí technologie ješt ekají na své objevení
a jiné se musí vyvinout do stavu, kdy je bude moné efektivn a
rutinn vyuívat. Vzhledem k tomu, e dnes není moné pesn
odhadnout, jaké technologie budou ty správné, je tato vodíková
strategie pojata jako rámec, který umoní vyhodnocovat adu variant a
na základ prbných výsledk volit v daném ase optimální cestu
dalšího rozvoje. S výjimkou strategických cíl: sniování emisí
skleníkových plyn a podpory hospodáského rstu, stanovuje tato
strategie pouze prbné milníky a definuje systémy podpory. Strategie
se bude pravideln, minimáln ve tíletém cyklu, aktualizovat.
Cílem strategie je urychlení procesu implementace vodíkových
technologií pi minimalizaci s tím spojených náklad. Pro
efektivní nasazení je nutné v kadém kroku citliv vyvaovat
poadavky na spotebu a výrobu vodíku a zajistit tak maximální
vyuití investin nároné infrastruktury jako jsou elektrolyzéry,
plnicí stanice, skladovací nádre, pepravníky a další zaízení.
Vodíková strategie je zaloena na tyech vzájemn provázaných
pilíích:
· VÝROBA NÍZKOUHLÍKOVÉHO VODÍKU – rzné zpsoby výroby vodíku
· VYUITÍ NÍZKOUHLÍKOVÉHO VODÍKU – vyuití vodíku v nejrznjších
odvtvích ve funkci paliva, chemické suroviny a média
k ukládání energie
· DOPRAVA A SKLADOVÁNÍ VODÍKU– rzné zpsoby dopravy, skladování
a distribuce vodíku, tak aby místa výroby a vyuití byla efektivn
propojena. Zahrnuje i dovoz a pepravu vodíku pes R
· VODÍKOVÉ TECHNOLOGIE – podpora výzkumu, vývoje a výroby
technologií pro výrobu a vyuití vodíku
Strategickým cílem vodíkové strategie je sníit celkové mnoství
skleníkových plyn vypouštných do atmosféry v R pi
zachování výkonnosti a exportního potenciálu eského prmyslu.
Mnoho futuristických vizí kolem vodíkových technologií je hnáno
pedstavou, e na zaátku jsou obnovitelné zdroje slunení a vtrné
energie, které jsou zdánliv zadarmo, a na konci je energie
uskladnná ve vodíku, s moností ji vyuívat kdykoliv a kdekoliv.
Je nutné si ale uvdomit, e cena, kterou platíme za tuto energii
vázanou ve vodíku, je dána hlavn odpisy zaízení, která jsou
v souasnosti velmi drahá. Pro jejich zlevnní je nezbytn
nutné, abychom v prvních fázích podporovali integrované
projekty, kde výroba a spoteba vodíku jsou velmi úzce provázány.
Jen tak dosáhneme maximální utilizace výrobních, skladovacích,
distribuních a spotebních zaízení a tím sníení ceny vodíku pro
koncového spotebitele.
V dalších fázích, kdy pravdpodobn dojde k pevisu spoteby
nad výrobou, bude nezbytné zajistit ekonomicky efektivní dovoz
nízkouhlíkového vodíku ze zemí s píhodnými výrobními
podmínkami.
V souasné dob není moné nízkouhlíkový vodík (viz 1.5.1) vyrábt
a spotebovávat za ekonomických podmínek srovnatelných
s ostatními fosilními palivy. Ta jsou levnjší, protoe
v nich není zahrnuta cena emisí skleníkových plyn.
V oblasti vodíku se musíme rychle dostat do fáze, kdy díky
úsporám z rozsahu bude nízkouhlíkový vodík cenov srovnatelný
se stávajícími fosilními palivy. Tato strategie má za cíl ukázat,
které oblasti jsou v daném ase z rzných pohled
nejvhodnjší pro nasazení vodíku. Oekáváme, e rst vyuití vodíku
v jedné oblasti sníí výrobní, skladovací, dopravní a
distribuní náklady a tím umoní nasazení vodíku i v dalších
oblastech, kde ekonomické podmínky vyadují niší cenu vodíku.
Pro vytvoení udritelného vodíkového ekosystému je nezbytné, aby
výrobní cena nízkouhlíkového vodíku pro koneného spotebitele
byla srovnatelná se soutem ceny fosilních paliv a CO2
povolenky a v budoucnu pinášela i ekonomickou výhodu. Pi
výbru prioritních smr rozvoje je tedy nezbytné se vnovat ekonomice
dané vodíkové technologie. Dané technologie musí být hodnoceny z
hlediska provozních a investiních náklad.
Základní pouívané pojmy – klasifikace vodíku
Vodík, který je vyuit v koncových zaízeních, je vdy tvoen
stejnou molekulou H2. Vzhledem k rzným zpsobm výroby a
koncového vyuití meme rozlišovat nkolik druh vodíku:
· podle produkce CO2 bhem výroby,
· podle istoty.
Nízkouhlíkový vodík
Nízkouhlíkovým vodíkem rozumíme vodík, pi jeho výrob vznikne
maximáln 36,4 g CO2/MJ[footnoteRef:2]. Jde napíklad o vodík
vyrobený elektrolýzou elektinou z obnovitelných zdroj nebo
z jaderných zdroj, vodík vyrobený z bioplynu a vodík
vyrobený ze zemního plynu nebo odpadu se zachytáváním CO2.
Tato vodíková strategie se primárn vnuje nízkouhlíkovému vodíku,
protoe jeho vyuití pispívá ke sniování emisí CO2. Pro tento
typ vodíku se pouívá oznaení „modrý vodík“. Nkdy je vhodné
definovat i podmnoiny nízkouhlíkového vodíku v závislosti
na zpsobu jeho výroby: [2: Hodnota vychází z metodologie
CertifHy, kde 36,4 g CO2/MJ je 40 % emisní stopy pi výrob vodíku ze
zemního plynu bez CCSU,
viz https://www.fch.europa.eu/sites/default/files/documents/280120_Final_Report_CertifHy_publishing%20approved_publishing%20%28ID%207924419%29%20%28ID%207929219%29.pdf
Probíhá diskuse i o jiných hodnotách obsahu uhlíku. Níe uvedené
hodnoty ale nebyly odsouhlaseny: návrh “Delegated Act of the
Taxonomy regulation” prosazuje 2.256 tCO2eq/tH2 návrh “Renewable
Energy Directive GHG methodology” pedpokládá pro vodík pouívaný v
doprav hodnotu 3,38 tCO2eq/tH2 ]
· Obnovitelný vodík
Jde o vodík, který byl vyroben elektrolýzou z elektrické
energie vzniklé z obnovitelných zdroj, hlavn v solárních,
vtrných a vodních elektrárnách. Vodík z obnovitelných zdroj lze
rovn vyrábt reformováním bioplynu/biometanu (namísto zemního plynu)
nebo biochemickou i termochemickou pemnou biomasy, pokud jsou v
souladu s poadavky na udritelnost. Obvyklým cílem vodíkových
strategií v jednotlivých regionech svta je maximalizovat
vyuití obnovitelných zdroj pro výrobu vodíku. Pokud je zapoten celý
hodnotový etzec, vetn výroby a likvidace solárních panel nebo
vtrných elektráren, je i vodík z obnovitelných zdroj zatíen
uritou uhlíkovou stopou, jako jakékoliv jiné zdroje energie.
V R se snaíme maximalizovat výrobu vodíku z obnovitelných
zdroj, ty jsou ale vzhledem k naší zempisné poloze omezené,
protoe máme mén sluneního svitu a vtru ne zem leící u moe nebo blíe
k rovníku. Tento vodík se nkdy nazývá „zelený vodík“.
· Vodík vyrobený pomocí jaderných zdroj
Pokud pouijeme k elektrolýze vody elektrický proud vyrobený
z jaderných zdroj nebo vyuijme vysokých teplot k pímému
rozkladu vody, získáme vodík s minimální uhlíkovou
stopou.
· Vodík vyrobený pyrolýzním rozkladem zemního plynu
Dalším zpsobem výroby nízkouhlíkového vodíku je pyrolýzní rozklad
zemního plynu bez pístupu vzduchu, kdy je vodík oddlen od uhlíku,
který pak me být zpracován nebo uloen bez toho, aby vznikl CO2,
který by mohl uniknout do atmosféry. Tento vodík se nkdy nazývá
„tyrkysový vodík“.
· Vodík vyrobený pyrolýzním rozkladem odpadu
Pyrolýzním rozkladem organického odpadu bez pístupu vzduchu meme
vyrobit vodík s minimální uhlíkovou stopou.
Ostatní vodík
Existuje celá ada dalších moností výroby vodíku, jako napíklad
z ropných zbytk, uhlí a ze zemního plynu bez
zachycování CO2. Ty jsou ale zatíeny velkou uhlíkovou stopou, proto
nám takovýto vodík neme z dlouhodobého hlediska pomoci se
sniováním mnoství skleníkových plyn vypouštných do atmosféry.
Vyuití takového vodíku me být pouze pechodným ešením na uritou
omezenou dobu. Do této kategorie spadá i vodík vyrábný
elektrolýzou ze sít, kde výroba elektiny je zatíena odpovídající
uhlíkovou stopou danou národním energetickým mixem[footnoteRef:3].
Veškerý vodík, který není nízkouhlíkový, je nkdy oznaován jako
„šedý vodík“. [3: Kompletní dlení vodíku podle barev viz
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_economy ]
Klasifikace podle istoty
Nezávisle na zpsobu výroby musíme vodík rozlišovat podle jeho
istoty. Poadovaná istota vodíku jako paliva pro palivové lánky
s protonvýmnnou membránou (PEM), ale i pro jiná pouití, je
dána normou SN ISO 14687. Jde nám hlavn o dv kategorie:
Vodík pro palivové lánky PEM
Vodík pro palivové lánky PEM, které se hlavn vyuívají
v doprav, vyaduje nejvyšší chemickou istotu, aby bylo
zajištno, e ani pi dlouhodobém provozu nedojde k degradaci a
poškození palivových lánk. Tento vodík se peván vyrábí elektrolýzou
vody.
Vodík pro ostatní pouití
Pi ostatním vyuití nejsou na istotu vodíku kladeny tak vysoké
nároky. Vodík se v tomto pípad vyuívá peván jako vstupní
surovina chemické reakce, pípadn pro výrobu tepla spalováním.
Poadavky na istotu proto mohou být definovány konkrétním pouitím,
které me být citlivé na pímsi specifických látek. Pímsi a
neistoty je nutné posuzovat z pohledu konkrétní chemické
reakce.
Pokrytí vodíkovou strategií
Vzhledem k tomu, e vodíkové technologie jsou velmi mladé a
pekotn se rozvíjejí v nejrznjších smrech, nemá být tato
strategie omezena pouze na samotný vodík. Mla by pokrývat i jeho
sloueniny, jako jsou metan (biometan a syntetický metan), metanol,
pavek, kapalná syntetická paliva, hydridy a další vodíkové deriváty
nebo smsi vodíku s metanem.
Vzhledem k tomu, e veškerý potebný vodík nebude moné vyrobit
pouze elektrolýzou vody pomocí obnovitelných zdroj energie, musíme
se v této strategii zabývat i monostmi ukládání a vyuití
uhlíku a jeho slouenin pi výrob vodíku z metanu nebo jiných
organických slouenin.
Výchozí stav roku 2020
R je zemí s rozvinutým chemickým prmyslem, který je
v našich podmínkách prakticky jediným producentem i
konzumentem vodíku. Doposud pevládajícími výrobními metodami jsou
parciální oxidace tkých ropných frakcí (Partial Oxidation - POX),
parní reforming zemního plynu (Steam Methane Reforming - SMR) a
elektrolýza. Pokud pouijeme k elektrolýze elektrickou energii
ze sít, má pro R takto vzniklý vodík uhlíkovou stopu 176 g CO2 /
MJ, co je výrazn více ne pi výrob pomocí parního reformingu a
takovýto vodík není moné povaovat za nízkouhlíkový. Prmrná
emisní stopa vodíku vyrobeného v R je v souasné dob 116 g
CO2/MJ.
Ve Státní energetické koncepci z roku 2015 je vodík uveden jen
okrajov. Ve Vnitrostátním plánu R v oblasti energetiky a
klimatu je ji monost vyuití vodíku nastínna podrobnji. Jedná se jak
o vodík nízkouhlíkový, a to jak vyrobený z OZE, tak
vyrobený v kombinaci s technologiemi záchytu
a následného vyuití nebo uskladnní CO2 (tzv. Carbon Capture
and Use – CCU, nebo Carbon Capture and Storage – CCS). Další
uvádnou rolí vodíku je stabilizace elektrické penosové soustavy, pi
ní by vodík mohl nalézt uplatnní.
Existuje nastavení podpory aplikovaného výzkumu (program Horizon
2020, programy TA R, Operaní programy). Pozornost je zatím obecn
zamena dvma smry – istá mobilita a skladování energie. Orientovaný
a aplikovaný výzkum v oblasti vodíku a vodíkových technologií je
ásten tematicky obsaen v Národní RIS3 strategii.
R se v uplynulých letech úspšn podílela na výzkumných
aktivitách v oblasti vodíkových technologií a vychovala si
celou adu odborník v této oblasti.
Plánuje se zapojení do mezinárodní spolupráce v oblasti vodíku
v takzvaných Významných projektech spoleného evropského zájmu
(IPCEI).
R je zakládajícím lenem European Clean Hydrogen Alliance, která
vznikla poátkem roku 2020 s cílem pipravit zem na výstavbu
kapacit pro výrobu obnovitelného vodíku a usnadnit tak
dekarbonizaci hospodáství. Cílem Aliance je propojit dohromady
soukromou a státní správu pi koordinaci vodíkových aktivit. Její
innost je organizována kolem kulatých stol vnovaných rzným
specifikm vyuívání vodíku. Aliance je otevena všem organizacím
aktivn psobícím v oblasti vodíku.
Vodík je v eské legislativ formáln ukotvený pouze jako palivo
pro dopravu. Nepatí mezi plyny definované v rámci
energetického zákona.
ANALYTICKÁ ÁST
Analytická ást se zamuje na hledání nákladov efektivního postupu,
jak vyuít vodíkových technologií ke sniování emisí
skleníkových plyn a podpoe ekonomického rstu.
Celková úspora CO2 je velmi obtín mitelná. Veškerý spotebovaný
nízkouhlíkový vodík nahrazuje fosilní paliva nebo uhlík jako
redukní inidlo. Podle oblasti, kde je vodík vyuíván, je moné
vypoítat úsporu emisí skleníkových plyn – ta bude odlišná
v oblasti dopravy, kde vodík bude postupn nahrazovat naftu
(benzín), v prmyslu, kde bude nahrazovat uhlí, zemní plyn,
ropné frakce a další paliva, nebo v hutnictví, kde poslouí
jako náhrada koksu coby redukního inidla pi výrob eleza. Ve všech
pípadech platí, e ím více nízkouhlíkového vodíku pouijeme, tím vtší
úspory emisí skleníkových plyn dosáhneme. Mnoství vyrobeného a
spotebovaného nízkouhlíkového vodíku je zásadním ukazatelem
naplování strategického cíle – sniování emisí skleníkových plyn.
Maximalizace spoteby a výroby nízkouhlíkového vodíku je tedy
hlavním indikátorem naplování Vodíkové strategie R.
Zavádní progresivních vodíkových technologií a transformace
výzkumu, vývoje a výroby na tyto technologie pak bude dleitým
stimulem hospodáského rstu a podporuje splnní druhého strategického
cíle.
Jednotlivé dále popsané kroky spoívají v urování nákladov
efektivního postupu, jak dosáhnout maximalizace výroby a spoteby
vodíku, tak aby cesta k tomuto cíli byla dlouhodob ekonomicky
udritelná a byly vynakládány pouze spoleensky pijatelné náklady.
V rámci této strategie budou posuzovány rzné postupy nebo
technologie a rychlost jednotlivých krok tak, abychom vdy optimáln
vyuívali dostupné ekonomické a technické prostedky.
Preferované oblasti rozvoje
Naší snahou je hledat oblasti, kde s nasazováním vodíkových
technologií meme dosáhnout co nejdíve ekonomické návratnosti. Mly
by být nalezeny oblasti, kde poátení podpora odstartuje další
spontánní rozvoj. Podrobná analýza technologií v jednotlivých
pilíích je uvedena v píloze. Pro kadou technologii je vytvoena
SWOT tabulka a její výsledky jsou zaneseny do bublinových graf pro
skupiny podobných technologií. Tyto bublinové grafy umoují
jednotlivé technologie mezi sebou porovnat. Výsledky této analýzy
jsou shrnuty v prioritách uvedených v následujícím
textu.
Oekáváme, e níe uvedené prioritní oblasti se mohou v budoucnu
mnit v závislosti na vývoji technologií, cen a energetických
poadavk. Podle toho bude pi pravidelné aktualizaci doplován text
v této strategii, SWOT analýzy a bublinové grafy.
Tato strategie se snaí pi aplikování vodíkových technologií
zachovávat technologickou neutralitu.
Výroba vodíku
Vtšina zahraniních úvah o rozvoji vodíkových technologií je spojena
s výrobou vodíku z energie ze solárních a vtrných
elektráren. R je umístna v samém stedu Evropy, kde máme ve srovnání
s pímoskými a jiními státy menší poet hodin sluneního svitu a
menší intenzitu vtru.
V píloze 1 (Výroba vodíku) byly analyzovány souasn pouívané a
souasn známé monosti výroby vodíku. Nejastjší zpsoby výroby vodíku
jsou sice technicky dokonale zvládnuté, ale postupné nároky na
sniování jejich emisní stopy z nich v prbhu asu
pravdpodobn uiní nevyhovující i velmi nákladné technologie. ada
technologií smujících k nízkouhlíkovému vodíku, jako je
pyrolýza organického odpadu i zemního plynu, se jeví jako
ekonomicky ivotaschopná. Tato ešení jsou ale prozatím technicky
nezralá. Jako perspektivní se speciáln v podmínkách R jeví
výroba s vyuitím jaderné energie, avšak ani budoucí volná
kapacita jaderných zaízení nemusí pro výrobu vodíku postaovat.
Nejdále na obou osách, tedy technologické pipravenosti
a ekonomické ivotaschopnosti, se v analýze dostala výroba
z obnovitelných zdroj (zejména fotovoltaika), ovšem podmínky
v R nebudou patrn nikdy poskytovat dostaten velký
potenciál.
V poátení fázi je výroba nízkouhlíkového vodíku pomocí
elektrolyzér pipojených k obnovitelným zdrojm elektrické
energie jedinou cestou. Plánuje se pokraovat ve výstavb
solárních a vtrných elektráren a jejich vyuití pro výrobu vodíku,
vyuití obnovitelných zdroj je jednou z priorit této strategie.
Pínos obnovitelných zdroj k výrob vodíku a efektivita výroby
nikdy nemohou být, kvli našim pírodním podmínkám, na stejné úrovni
jako v pímoských zemích nebo v zemích, které leí blíe rovníku.
Mimo vyuití obnovitelných zdroj proto hledáme i oblasti, kde
nebudeme limitování pírodními podmínkami. Chceme se proto nejprve
soustedit na následující zpsoby výroby nízkouhlíkového
vodíku:
· z obnovitelných zdroj,
· v jaderných elektrárnách,
· pyrolýzním rozkladem rzných typ organického odpadu nebo zemního
plynu.
To, která z tchto variant bude nejvíce vyuívaná v daném
ase, bude záviset na nastavení technickoekonomických podmínek a
technologickém pokroku v dané oblasti.
V poáteních etapách se oekává výroba vodíku pomocí stávajících
technologií (šedý vodík) s postupným nárstem vyuívání výroby
vodíku z obnovitelných zdroj a následné zavádní ostatních výše
uvedených technologií. K dosaení úspchu vodíkové strategie je
nutné vyuívat ty postupy, které umoují minimalizovat cenu
nízkouhlíkového vodíku.
V prbhu asu se také bude mnit pomr mezi vodíkem, který budeme
lokáln vyrábt a dováet. Monosti výroby vodíku v R mají pi
vyuití stávajících technologií (OZE, biometan, souasné jaderné
elektrárny, chemické výroby a rozklad organického odpadu) své
limity, které nebude moné pekonat. Bude proto nutné zahájit dovoz
nízkouhlíkového vodíku plynovody ze zahranií. Potencionální
technologie, které by mohly vyrobit dostatené mnoství
nízkouhlíkového vodíku pímo v R, jsou jaderné elektrárny nebo
pyrolýzní rozklad zemního plynu se zpracováním/ukládáním
vznikajícího uhlíku.
Doprava a skladování vodíku
Místa výroby a spoteby vodíku nemusí být stejná, proto bude
nezbytné souasn s rozvojem výroby a spoteby vodíku
zajistit i dopravu z míst výroby do míst spoteby.
V poáteních fázích bude nutné volit takové systémy dopravy,
které budou efektivní i pi menších pepravovaných mnostvích.
S postupným nárstem spoteby vodíku bude nutné zaít vyuívat
plynovody na vodík, aby bylo moné efektivn pepravit velké mnoství
vodíku do R i v rámci R. Pitom je nutné vzít v úvahu, e
plánování nových a úprava stávajících plynovod je pomrn dlouhý
proces, proto se píslušné plány musí pipravovat v pedstihu.
Píprava plynárenských sítí na dopravu vodíku je nezbytná
k udrení a rozšíení pozice R jako tranzitní zem.
Jak bylo uvedeno, R pravdpodobn nikdy nebude kvli své geografické
poloze exportérem vodíku, bude proto nezbytné se v budoucnu
pipojit k transevropskému systému vodíkových plynovod.
Vyuíváním vodíku ze zahranií se nijak nezmní míra naší závislosti
na dovozu, protoe i v souasnosti dováíme pevánou ást ropy a
zemního plynu. Zem, ze kterých bychom dováeli vodík, budou
pravdpodobn jiné, ne ze kterých dováíme ropu a zemní plyn.
R má na domácí i evropské úrovni dobe propojenou a spolehlivou
plynárenskou infrastrukturu. Vodík není pro odvtví plynárenství
novým tématem. Plynárenské spolenosti zahájily ped více ne 100 lety
provoz potrubních systém pro pepravu a distribuci koksárenského
plynu /svítiplynu obsahujícího 50–60 % vodíku. S vodíkem se
plynárenský sektor vrací zpt ke svým vlastním koenm, ale v
kombinaci s moderními technologiemi.
Souasný plynárenský sektor je pirozeným partnerem na stran
infrastruktury pro usnadnní postupného pechodu na vodíkové
hospodáství. Pro pepravu, skladování a distribuci vodíku bude nutné
vytvoení stabilního a jasného legislativního a regulaního rámce,
podobn jako pro ostatní oblasti zavádní vodíkových technologií i
finanní a institucionální podpory.
Provozovatelé plynárenské infrastruktury mohou stavt na nkolika
desetiletích zkušeností s rozvojem plynárenské sít a mají
technické i komerní znalosti pro budoucí dopravu/skladování vodíku
a jeho smsí vetn zpístupnní dostatených kapacit pro domácí i
peshraniní poteby.
Technické modifikace plynárenské soustavy pro pepravu vodíku lze
zvládnout. Bude sice nutné provést urité úpravy sít, ale poadavky
na investice do tzv. repurposingu (úprava infrastruktury
na istý vodík) a retrofittingu (úprava infrastruktury na
sms vodíku se zemním plynem) jsou ve srovnání s nov budovanou
vodíkovou infrastrukturou významn niší. Efektivitu náklad lze dále
zvýšit díky „pirozené“ obmn systémových komponent v prbhu asu a po
uplynutí ivotnosti jednotlivých prvk soustavy. K nastartování
rozvoje vodíkového hospodáství a souasnému sníení emisí CO2 se
oekává peprava/distribuce smsí vodíku s metanem jako
nejjednodušší a nejlevnjší ešení, zatímco v pozdjších fázích
bude pravdpodobn nejlepší volbou doprava istého vodíku.
Provozovatel pepravní soustavy v R, NET4GAS, provozuje zhruba 4 000
km plynovod skládajících se ze tí hlavních vtví plynovod, které
pokrývají domácí poptávku po plynu a zárove slouí
k mezinárodnímu tranzitu plynu – propojují Nmecko, Slovensko a
Polsko. Oekává se, e v budoucnu bude pepravovat vodík a další
obnovitelné nebo dekarbonizované plyny. NET4GAS se podílí
na plánování budoucí evropské infrastruktury v projektu
European Hydrogen Backbone. Vzhledem ke své geografické poloze
ve stedu Evropy R zstane dleitým tranzitním státem pepravní
soustavy, protoe me pepravovat vodík z východního smru (nap. z
Ukrajiny pes Slovensko), z jiního smru (nap. ze severní Afriky
pes Itálii a Rakousko) i ze severozápadního smru (nap.
z Nmecka).
Analýza dopravy a skladování vodíku (Píloha 2) dospla k závru,
e pi niších objemech produkce bude nutno ešit pedevším rozhodování
mezi dopravou stlaeného vodíku v plynném skupenství
a dopravou zkapalnlého vodíku. Pi vyšších objemech ji bude do
úvah nutné zahrnout plynovody – ty bude poteba konvertovat ze
stávajících nebo nov budovat. Vodík stlaený v nádobách je
zpsobem technologicky zralým a ivotaschopným. Oproti tomu úprava
(repurposing) existující infrastruktury na vodík a výstavba nových
istých vodíkovod me ve své plánovací fázi naráet na adu
bariér, avšak do budoucna je tento proces nevyhnutelný. Strategická
rozhodnutí v tomto smru je nutné init ji velmi brzy, protoe
úprava a výstavba infrastruktury trvá, vetn pípravných proces,
relativn dlouho. Dlouhodobé podzemní skladování vodíku je pi
velkých objemech moné ve smsi se zemním plynem, co pestavuje
vyzkoušenou technologii. Výhodnjší, avšak zatím technicky nezralé,
je podzemní skladování istého vodíku. Analýza ukazuje, e existují i
zatím málo vyzkoušené alternativy – peprava i uskladnní vodíku ve
form hydrid i jiných slouenin.
Vyuití vodíku
Nízkouhlíkový vodík je v souasnosti kvli výrobním nákladm
drahé palivo, proto musíme hledat takové oblasti spoteby, kde je
moné dosáhnout co nejdíve vyrovnanosti v provozních a
investiních nákladech ve srovnání s fosilními
palivy.
V píloze 3 (Vyuití vodíku) byly analyzovány nejprve monosti
vyuití vodíku v doprav. Také zde byla sledována technologická
pipravenost a ekonomická ivotaschopnost jednotlivých zpsob a souasn
zhodnocena jejich moná kapacita. Technicky nejpokroilejší a souasn
ekonomicky ivotaschopné jsou osobní automobily, piem potenciál
tohoto trhu je velmi vysoký. Velmi dobe se na obou osách, tedy
technologické pipravenosti i ekonomické ivotaschopnosti, umístila
mstská autobusová a nákladní silniní doprava. Pechodným ešením
s pomrn velkou kapacitou mohou být také spalovací motory na
vodík.
Chemický prmysl ji dnes vodík produkuje a spotebovává. Jedná se
tedy v podstat o náhradu jednoho typu vodíku za jiný. Za
stávajících podmínek pedstavuje nejrozšíenjší vyuití vodíku
rafinace ropy a výroba pavku, piem se pedpokládá, e pes urité zmny
budou tyto dv oblasti obdobn fungovat i v budoucnu.
Obdobn byly analyzovány monosti vyuití vodíku v hutní výrob,
v hoácích velkých pecí a v energetice.
Z výše uvedených dvod se ukazuje jako výhodné zaít nasazovat vodík
v oblasti dopravy. Fosilní paliva jsou zatíena spotební daní a
rzné formy této záte budou narstat. Tam jsme schopni vyrovnat
provozní náklady mezi naftou a vodíkem pi mnohem vyšší cen vodíku,
ne jaká by byla nutná pro náhradu zemního plynu vodíkem pi výrob
tepla. Z hlediska plánování a celkové spoteby je
nejefektivnjší nasazovat vodík v mstské autobusové doprav,
elezniní, nákladní doprav a individuální doprav. Nevýhodou
jsou zatím vysoké poizovací ceny vodíkových vozidel. Další oblastí,
kde by se s nasazením nízkouhlíkového vodíku mohlo zaít, je
jeho vyuití v chemické výrob. Jako perspektivní oblasti pro
poátení nasazení vodíku proto vidíme:
· mstskou autobusovou dopravu,
· elezniní dopravu,
Vodíkové technologie
Zapojení se do výroby komponent a finálních výrobk v oblasti
vodíkových technologií me být významný stimul k posílení
inovaního potenciálu eských firem. Vodíkové technologie pinášejí
celou adu píleitosti v oblasti Hi-Tech výrob s vysokou
pidanou hodnotou. Podpora vodíkových technologií
v jednotlivých lenských zemích EU vyvolá masovou poptávku po
tomto typu výrobk. Je ale nutné si uvdomit, e okno ke vstupu
na tento trh bude oteveno jen po relativn krátkou dobu. Vodíkové
technologie mohou také pedstavovat vhodný stimul pro transformaci
eského automobilového prmyslu, který je nyní siln svázán
s vyuíváním fosilních paliv.
V rámci analýzy vodíkových technologií (Píloha 4) byly
srovnány jednotlivé základní technologické komponenty potebné
k provozu vodíkových technologií. Ve srovnání zde vítzí takové
komponenty, kde má R ji uritou tradici a souasn je vyuití dostaten
široké (univerzální). Píkladem takové komponenty je teba baterie.
ada komponent je ji velmi technologicky zralých, ale problém lze
spatovat v masivní konkurenci obdobných levných komponent
vyrábných mimo Evropu.
Analýza brala v úvahu predikci vývoje jednotlivých
technologií, pro n budou komponenty poteba. Zatímco u nkterých
komponent není jisté, nakolik vyuitelné v dlouhodobém
horizontu budou, jako teba vodíkové turbíny, u jiných je jejich
poteba takka jistá (tlakové nádoby). Mezi jednotlivými komponentami
nejsou ohledn technické pipravenosti píliš velké rozdíly.
Firmy v R pravdpodobn nebudou dodavatelem velkých integrovaných
technických celk. Rozumnou perspektivu lze spatovat v dodávání
plnicích stanic nebo vysokotlakých úloiš, kde lze pedpokládat dílí
zkušenosti eských firem s jednotlivými komponentami. Potenciál
pro eské firmy nabízí segment nákladních automobil, autobus a
manipulaní techniky, které analýza vyhodnocuje jako technologicky
zralé, s dostaten velkou kapacitou trhu a souasn ekonomicky
ivotaschopné.
Vzhledem k prioritám v oblasti výroby a spoteby vodíku
lze spatovat nejvtší potenciál výzkumu, vývoje a výroby
v následujících oblastech:
· komponenty pro vodíková vozidla a dopravní infrastrukturu,
· vodíková vozidla (autobusy, nákladní a osobní vozidla),
· zaízení pro výrobu vodíku (elektrolýza a pyrolýza).
Kolik vodíku potebujeme – scéná vyuití
Jak ji bylo díve zmínno, pesný odhad mnoství vodíku a do roku 2050
je velmi obtíný. Odhady byly rozdleny do stejných sektor, jaké jsou
pouity v pedcházející kapitole.
Doprava
Pi odhadech mnoství budoucí spoteby strategie vychází
z Národního akního plánu isté mobility (NAP M)
pro autobusy a osobní automobily. Poadavky na nákladní
automobily byly nastaveny na základ diskutovaných
projekt.
Oblast elezniní dopravy bude muset být ješt upesnna a
s leteckou a lodní dopravou zatím v odhadech vbec nebylo
poítáno.
Chemický prmysl
Chemický prmysl bude vyuívat vodík dvma zpsoby:
· Jako surovinu: v tomto pípad strategie pracuje
s mnostvím vodíku, které se zpracovává nyní, s tím, e
v budoucnu toto mnoství asi poklesne kvli sníení výroby
benzínu a nafty v rafineriích a sníení výroby pavku pro
umlá hnojiva, které bude vyvoláno plnním cíl Zelené dohody
pro Evropu. Sníení produkce pavku nicmén me být eliminováno
rostoucími poadavky na výrobu syntetických paliv.
U tohoto mnoství bylo odhadnuto, kolik procent šedého vodíku
bude postupn nahrazováno nízkouhlíkovým vodíkem.
· Jako zdroj tepla – náhradu za zemní plyn a uhlí: údaj o mnoství
zemního plynu, který se vyuívá na výrobu tepla, byl získán ze
Souhrnná energetická bilance státu v metodice Eurostatu za léta
2010–2019 . Procentuálním pomrem lze odhadnout, kolik tohoto
zemního plynu bude nahrazeno vodíkem. Neoekává se, e by tak byla
nahrazena veškerá souasná energetická spoteba zemního plynu. Ten
bude nahrazován i biometanem a elektrickou energií.
Hutnictví eleza
Pi snaze dekarbonizovat odvtví hutnictví eleza spoléhá EU primárn
na vodíkové technologie, kdy principem bude redukce elezné rudy
vodíkem místo dodnes pouívaného uhlí i koksu, je je hlavní pvodce
sektorových emisí CO2. Tyto technologie však zatím nejsou na trhu
dostupné – teprve se vyvíjí i testují. V dnes pouívaných
vysokých pecích nelze uvaovat o plné náhrad koksu vodíkem, testuje
se alespo ástená náhrada. Pro plné nahrazení budou teba zcela nové
výrobní agregáty.
V revolunímšvédském projektu HYBRIT, který by ml za pomoci vodíku
vyrábného z OZE zajistit do nkolika let produkci první zcela
bezemisní oceli, se poítá s tím, e na jednotku oceli bude
poteba piblin 3,5 MWh elektiny.
Studie Klimaneutrale Industrie uvádí potebu
3,3 MWh/tunu oceli. Souasn vtšina dostupných zdroj
odhaduje, e na jednu tunu oceli bude teba odhadem 70–90 kg vodíku.
Souasná (2018) výroba 4 milion tun eleza a 5milion tun oceli vR ron
skrze pímou redukci vodíkem by tedy znamenala spotebu a 360 tis. t
vodíku, na jeho výrobu bude poteba piblin 20 TWh
elektiny (pro srovnání inila vroce 2019 spoteba elektiny
voceláství piblin 2 TWh; celková spoteba elektiny v R
byla 73,9 TWh). Krom spoteby elektiny na výrobu
vodíku velektrolyzéru vzniká dodatená poteba velkých objem elektiny
na roztavení eleza pro další zpracování v ocelárn. Výsledkem
redukce vodíkem toti (na rozdíl od primárního procesu výroby
ve vysoké peci s pouitím koksu) není kov vtekutém
stavu.
Mnoství vodíku potebné pro hutnictví eleza v R, závisí nejen
na budoucím objemu výroby eleza a oceli, ale pedevším na
fyzické a cenové dostupnosti vodíku a vodíkové technologie, která
není doposud na trhu dostupná. I podle toho bude moné lépe odpovdt
na otázku, kolik oceli se nakonec bude vyrábt tavbou ze elezného
šrotu v elektrických pecích, která se dá uskutenit i bez
pomocí vodíku, a nakolik se bude vyuívat vodík pi redukci z rud.
Výsledný technologický mix bude pravdpodobn kompromisem mezi obma
technologiemi. Kadopádn je teba poítat s tím, e pi výrob
oceli ze šrotu i pi natavování elezné houby (vzniklé redukci
vodíkem) pomocí elektrických obloukových pecí, se emituje jisté
mnoství CO2.
Prmysl (bez hutnictví eleza a chemického prmyslu)
V prmyslu se vodík bude pouívat peván jako náhrada zemního
plynu pro výrobu tepla. Mnoství zemního plynu jsme získali ze
Souhrnná energetická bilance státu v metodice Eurostatu za léta
2010–2019 . Procentuálním pomrem bylo odhadnuto, kolik tohoto
zemního plynu bude nahrazeno vodíkem. Neoekává se, e veškerá
souasná energetická spoteba zemního plynu bude nahrazena vodíkem.
Zemní plyn bude nahrazován i biometanem a nízkouhlíkovou
elektrickou energií.
Domácnosti
V domácnostech se vodík me vyuít, pouze pokud bude pimícháván
do zemního plynu. Mnoství zemního plynu bylo získáno ze Souhrnná
energetická bilance státu v metodice Eurostatu za léta 2010–2019 .
Neoekává se, e veškerá souasná energetická spoteba zemního plynu
domácností bude nahrazena vodíkem. Zemní plyn bude nahrazován i
biometanem, elektrickou energií, biomasou, ásten fototermikou.
pípadn dojde k rozvoji hybridních tepelných erpadel. Souasn se
pedpokládá pokraování trendu energetických úspor domácností
(zateplování, nízkoenergetické domy a další formy). Pro pimíchávání
vodíku do zemního plynu zatím se poítá pouze s malým
mnostvím do 2 %. Toto pimíchávání me zaít i ve fázi 1 a
2, jeliko vyaduje minimální technologické zmny.
Scéná spoteby vodíku po odvtvích
Na základ odhad bychom mli v roce 2050 dosáhnout spoteby
1 728 tis. t nízkouhlíkového vodíku ron. K výrob
tohoto mnoství vodíku pomocí elektrolýzy bychom potebovali 95 TWh
elektrické energie. Pokud by toto mnoství mlo být vyrobeno
elektrolýzou, byl by poteba piblin 3,2násobek roního výkonu
jaderných elektráren Temelín a Dukovany dohromady (30,2 TWh/rok
v roce 2020). Další moností je dovézt toto mnoství vodíku
pomocí plynárenské soustavy ze zahranií.
1
100
900
1 700
2 500
3 500
4 600
odhad extrapolací NAP CM v roce 2019 celkem 21 484 autobus a
mikrobus,
Nov registrované vodíkové autobusy (% z registrací v roce
2019)
0 %
2 %
13 %
13 %
13 %
16 %
18 %
Vodíkové autobusy celkem
0
1
5
10
15
21
28
nájezd autobusu 60 000 km/rok spoteba autobusu 10 kg H2/100
km
Osobní vodíkové automobily poet podle NAP CM
2
120 000
240 000
380 000
600 000
odhad extrapolací NAP CM v roce 2019 celkem 5 924 995 osobních
automobil,
Nov registrované osobní automobily za rok (% z registrací v roce
2019)
0 %
0,4 %
3,2 %
6,0 %
9,6 %
11,2 %
17,6 %
Osobní vodíkové automobily celkem
0
1
7
19
38
61
96
nájezd osob. automobilu 20 000 km/rok spoteba osob. automobilu 0,8
kg H2/100 km
Nákladní vodíkové automobily poet
v roce 2019 celkem 723 678 nákladních automobil a taha
Nov registrované nákladní automobily (% z registrací v roce
2019)
0 %
0,2 %
2,4 %
4,0 %
6,6 %
13,2 %
13,2 %
v roce 2019 nov registrováno 30 288 nákladních a lehkých uitkových
vozidel
Vodíkové nákladní automobily poet (tis. t/rok)
0
3
46
116
232
464
696
nájezd nákl. automobilu 116 000 km/rok spoteba nákl. automobilu 10
kg H2/100 km
Vodíková elezniní doprava spoteba (tis. t/rok)
0
0
3
7
12
18
25
Lodní doprava (tis. t/rok)
0
5
62
152
297
564
845
Souasné kapacity výroby vodíku, které jsou spotebovány v následných
chemických výrobách (tis. t/rok)
96
96
96
96
96
91
86
po roce 2040 bude pravdpodobn docházet k útlumu rafinace ropy k
zajištní splnní cíl Zelené dohody pro Evropu, výroba pavku zstane
pravdpodobnosti na stejné úrovni, protoe stávající výroba nepokrývá
domácí spotebu
% náhrady šedého vodíku nízkoemisním
0
1
5
10
29
55
86
0,0
0,3
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
10 228
10 228
10 228
10 228
10 228
10 228
10 228
% náhrada zemního plynu nízkouhlíkovým vodíkem
0 %
1 %
5 %
15 %
30 %
60 %
80 %
odhad
0
0,9
4,3
12,8
25,6
51,1
68,2
0
2
10
23
56
108
157
2
2
8
10
25
25
25
Plánovaná spoteba elektrické energie pro dekarbonizaci výroby eleza
a oceli je kolem 25 - 30 TWh/rok
% energie pouité pro výrobu vodíku
0 %
0 %
5 %
15 %
80 %
80 %
80 %
0
0
7
27
364
364
364
Energetická spoteba zemního plynu v prmyslu (bez hutnictví a
chemického prmyslu) (TJ/rok)
64 498
64 498
64 498
64 498
64 498
64 498
64 498
% náhrada zemního plynu nízkouhlíkovým vodíkem
0 %
0 %
1 %
3 %
6 %
10 %
25 %
odhad, zemní plyn bude nahrazován nejen vodíkem, ale i bioplynem a
elektinou
Prmysl (bez chemického prmyslu a hutnictví) spoteba celkem (tis.
t/rok)
0
0,0
5,4
16,1
32,2
53,7
134,4
Výroba elektiny a tepla
429 701
429 701
429 701
429 701
429 701
429 701
429 701
% vyrobené elektiny a tepla pomocí vodíku
0,0 %
0,0 %
0,0 %
0,5 %
1 %
2 %
3 %
0
0
0
22
45
90
134
Domácnosti
75 169
75 169
75 169
75 169
75 169
75 169
75 169
% náhrada plynu nízkouhlíkovým vodíkem
0 %
0 %
2 %
5 %
10 %
10 %
15 %
jedná se o podíl vodíku ve smsi s metanem (nap. zemní plyn,
biometan)
Domácnosti spoteba celkem (tis. t/rok)
0
0
13
31
63
63
94
0
7
97
273
857
Souasné bariéry rozvoje vodíkových technologií v R
Vtéto kapitole je uveden pehled bariér, které vsouasnosti
brzdí rozvoj vodíkových technologií. Cílem strategie není jen tyto
bariéry identifikovat, ale i navrhovat moná
ešení kjejich odstranní. Jedním zhlavních mechanism
odstraování bariér jsou navrhované Karty úkol (píloha
8).
Legislativn-regulatorní bariéry
Státní energetická koncepce R
Státní energetická koncepce R (SEK) z roku 2015 prakticky
s vodíkem nepracuje, co odpovídá datu její pípravy
a podílu obnovitelných zdroj, který SEK navrhuje. Jedním z
hlavních bod, které bude nutno do SEK doplnit, je podíl vodíku
na celkovém energetickém mixu R, dále napíklad akumulace energie ve
form vodíku. Nedá se ale oekávat, e by se tato technologie v R
vyuívala ve vtším mítku v píštích 10 letech.
Vodík není statisticky sledovaná komodita
Vodík nepatí mezi komodity sledované eským statistickým úadem
a Energetickým regulaním úadem (ERÚ).
Chybjící certifikace a nástroje pro obchodování
s nízkouhlíkovým vodíkem
Chybjící certifikaní nástroj záruky pvodu nízkouhlíkového vodíku
ev. jiná certifikaní autorita vycházející ze smrnic EU. Návrh
jednotného pístupu bude pedloen Evropskou komisí v roce 2021.
Není legislativn ukotveno vtláení vodíku do plynárenské soustavy
ani v omezeném mnoství.
Chybjící legislativa, normy a bezpenostní pedpisy pro vtláení,
pepravu, distribuci a vyuívání vodíku.
· Energetický zákon, jeho novelizace se nyní pipravuje, definuje
pojem plyn. Dle nynjší definice uvedené v novelizovaném zákon
. 458/2000 Sb., § 2 odst. b9 se plynem rozumí zemní plyn,
koksárenský plyn istý, degazaní a generátorový plyn, biometan,
propan, butan a jejich smsi, pokud nejsou pouívány pro pohon
motorových vozidel. Vodík pod energetický zákon nespadá, není ani
zahrnut v bilancích ERÚ, které je zpracovává na základ zmocnní
v energetickém zákon, ani v klíových
vyhláškách[footnoteRef:4]. [4: Nap. vyhláška . 108/2011 Sb., o mení
plynu, která udává poadavky na kvalitu plynu, vyhlášky . 344/2012
Sb., o stavech nouze v plynárenství a o bezpenostním standardu
dodávky plynu, . 365/2009 Sb., o pravidlech trhu s plynem, .
396/2011 Sb., o kvalit dodávek plynu a souvisejících slueb
v plynárenství, 108/2011 Sb. o mení plynu a o stanovení
náhrady škody pi neoprávnném odbru, . 210/2011 Sb., o rozsahu,
náleitostech a termínech vyútování dodávek elektiny, plynu nebo
tepelné energie a souvisejících slueb.]
· Souasn bude teba urit odpovdné orgány státní správy pro
všechny oblasti pouití vodíku (palivo, chemická surovina,
energetický vektor – nosi energie).
· Absence pedpis a norem pro pepravu a distribuci a samostatné
vyuívání vodíku i pro bné spotebitele – analogicky
k souasnému stavu zemního plynu.
· Chybjící systém záruk a certifikace pvodu nízkouhlíkového
vodíku (viz legislativn-regulatorní bariéry)
· Absence bezpenostních pedpis pro instalaci vodíkových technologií
ve veejném sektoru.
· Absence bezpenostních pedpis pro instalaci vodíkových technologií
v areálu jaderného zaízení.
Nedostatek micích a laboratorních kapacit pro experimentální
innosti s vodíkem
Legislativní omezení pepravovaného vodíku v tlakových lahvích
po silnici
Nedostatené vzdlávání v oblasti vodíkových technologií
Nedostatené vzdlávání a osvta v oblasti vodíkových technologií
(nezbytná podmínka pro pijetí vodíku širší veejností a nárst potu
kvalifikovaných pracovník pro implementaci a provoz vodíkových
technologií).
Návaznost na normy a legislativu vsousedních zemích
Sousední zem (nap. Nmecko) jsou ji dále vdefinování a zavádní
norem, legislativních akt a doporuení[footnoteRef:5] voblasti
výroby, skladování a pepravy vodíku. Pokud naše normy a
legislativní akty nebudou harmonizovány a vas zavedeny
do praxe, me to omezit peshraniní spolupráci.
[5:
https://acer.europa.eu/Official_documents/Position_Papers/Position%20papers/ACER_CEER_WhitePaper_on_the_regulation_of_hydrogen_networks_2020-02-09_FINAL.pdf]
Technicko-ekonomické bariéry
Zempisn-klimatické podmínky pro výrobu nízkouhlíkového vodíku
Nepíznivé klimatické podmínky pro výrobu vodíku z OZE vedoucí
k niším výkonm pi srovnatelných investiních nákladech.
Aktuální omezená pipravenost plynárenské infrastruktury pro
pepravu, distribuci a skladování vyšších procent smsí vodíku
s metanem, aktuální nekompatibilita soustavy na pepravu,
distribuci a skladování istého vodíku.
U technicky moných ešení (pimíchávání vodíku do 2 % smsi s metanem)
chybí legislativní úprava
Nedostatená kapacita zdroj pro výrobu nízkouhlíkového vodíku –
velmi omezená kapacita OZE a limity jaderných elektráren
Absence pilotních projekt pro získání technologického
know-how
STRATEGICKÁ ÁST
Strategické cíle
Hlavními strategickými cíli a dvody pro pípravu Vodíkové strategie
R jsou:
· Sniování emisí skleníkových plyn
3.1.1. Sniování emisí skleníkových plyn
Sniování emisí skleníkových plyn je jasn definovaným cílem jak
z hlediska Zelené dohody pro Evropu, tak z pohledu
Evropské vodíkové strategie. V rámci politik EU je vodík
definován jako jeden z dleitých nástroj pro dosaení
klimatické neutrality a pro zajištní dekarbonizace v odvtvích, kde
jiné zpsoby redukce emisí skleníkových plyn není moné
nasadit.
Nejsme schopni z pímého mení zneištní ovzduší urit podíl
vodíku na sniování emisí. K tomu musíme pouít jiné metody.
Existuje pímá úmra mezi sníením emisí skleníkových plyn a vyuíváním
nízkouhlíkového vodíku. ím více nízkouhlíkového vodíku budeme
pouívat, tím více se sníí obsah skleníkových plyn
v atmosfée.
K vyhodnocování plnní tohoto strategického cíle proto pouijeme
specifické cíle jako je mnoství spotebovaného nízkouhlíkového
vodíku.
3.1.2. Podpora ekonomického rstu
Vodíkové technologie, jejich vyuití je nutné ke sniování emisí
skleníkových plyn, jsou velmi nové technologie, které vyadují
vysokou úrove výzkumu, vzdlávání a prmyslové výroby. Budou vyadovat
mnoho nových specialist a odborník. Proto klademe v naší
strategii draz nejen na vyuívání vodíku, ale i na
vzdlávání, výzkum, vývoj, výrobu, nasazování a provozní podporu
tchto technologií. Dá se oekávat, e vodíkové technologie mohou
pinést mnoho nových pracovních míst, která nahradí zanikající místa
v sektorech, které jsou siln závislé na vyuití fosilních
paliv.
Souasn nastavené cíle sniování emisí skleníkových plyn povedou
k útlumu technologií siln závislých na fosilních
palivech. Strategickým cílem této strategie je nastartovat rozvoj
takových technologií a prmyslových odvtví, která nahradí
utlumovaná odvtví.
Cílem je, aby vývoj národního hospodáství, reprezentovaný hrubým
domácím produktem (HDP), rostl nebo byl jen ovlivnn obvyklými
hospodáskými cykly. Takový vývoj je ve zjednodušené podob
ilustrován na následujícím grafu. HDP, znázornné modrou árou,
je soutem dvou ekonomik. První je zaloená na emisn nároných
technologiích a je v grafu znázornná šed. Ta se vlivem omezení
daných Zelenou dohodou pro Evropu bude postupn zmenšovat, co bude
dáno hlavn rostoucí cenou emisních povolenek a horšími
podmínkami pro financování. Druhá ekonomika, zaloená na moderních
nízkoemisních technologiích a oznaená zelen, se bude naopak stále
rychleji rozvíjet. To bude dáno cíleným výzkumem a podprnými
programy. Chceme vytvoit prostedí pro rozvoj moderních
nízkoemisních technologií tak, aby celkový vývoj HDP byl stále
rostoucí, nebo jen s minimálními cyklickými poklesy, jak je
znázornno níe. Dleité je zahájit rozjezd nízkoemisní ekonomiky co
nejdíve, aby její postupný nárst byl schopen pekrýt pokles
ekonomiky zaloené na technologiích s vysokou emisní stopou.
Pro zjednodušení v ilustrativním schématu nejsou zahrnuty obory,
jejich rozvoj není svázán s emisemi skleníkových plyn
v pozitivním nebo negativním smyslu.
Celkový ekonomický rst je dobe mitelný (HDP), nelze ale snadno
urit, jakým zpsobem se na tomto rstu podílí aktivity
definované v této strategii. Je moné íct, e na podporu
ekonomického rstu budou jednoznan pozitivn psobit následující
faktory:
· mnoství vyrobeného vodíku,
· mnoství spotebovaného vodíku,
· pipravenost infrastruktury na dopravu a skladování vodíku,
· rozvoj výzkumu, vývoje a výroby vodíkových technologií.
Tyto faktory jsou ji mitelné a následující kapitola definuje, jak
jsou strategické cíle provázány se specifickými cíli, u
kterých meme definovat konkrétní cílové hodnoty a navázat je
konkrétn na Karty úkol.
Specifické cíle
Plnní obou strategických cíl je obtíné pímo mit, proto
k vyhodnocení úspšnosti jejich plnní pouijeme následující
specifické cíle:
1. Objem spoteby nízkouhlíkového vodíku, která me nahradit fosilní
paliva v doprav, chemické výrob, hutnictví, v prmyslu,
výrob tepla a výrob elektiny.
2. Objem výroby nízkouhlíkového vodíku. Výroba nízkouhlíkového
vodíku je nutným pedpokladem pro jeho vyuití, protoe
v poátením období nebude moné nízkouhlíkový vodík levn dovézt.
Veškeré poadavky budou proto muset být pokryty domácí výrobou
3. Pipravenost infrastruktury na dopravu a skladování vodíku,
abychom mohli propojit místa výroby s místy spoteby a dovézt
nízkouhlíkový vodík ze zahranií.
4. Rozvoj výzkumu, vývoje a výroby vodíkových technologií jako
poslední specifický cíl souvisí s tím, e abychom mohli vyrábt,
dopravovat, skladovat, distribuovat a spotebovávat vodík, musíme
mít píslušné technologie.
Specifický cíl 1: Objem spoteby nízkouhlíkového vodíku
Jak bylo uvedeno, celkové mnoství spotebovaného vodíku je
ukazatelem, který dobe popisuje úsporu CO2. Strategie pedpokládá, e
mezi strategickým cílem (sniování emisí skleníkových plyn)
a spotebovaným mnostvím nízkouhlíkového vodíku je pímá
úmrnost, proto mení spoteby nízkouhlíkového vodíku me nahradit mení
sniování emisí skleníkových plyn. Pi vyhodnocování j
