Jedním z nelehkých úkolů, kterého se lidstvo bude muset v souvislosti se změnou klimatu zhostit, je celosvětová dekarbonizace ekonomiky. Cestou k dosažení tohoto cíle je mimo jiné soustavné rozšiřování obnovitelných zdrojů energie a jejich integrace do rozvinutých průmyslových, energetických a mobilních infrastruktur.
Velmi nadějným adeptem na účinné bezemisní palivo budoucnosti je vodík. Ten je nejlehčím a nejjednodušším chemickým prvkem. Proto je také nejhojnějším prvkem ve vesmíru. Vedle toho však spolu s uhlíkem, kyslíkem a dusíkem tvoří skupinu tzv. biogenních prvků, tedy prvků životatvorných, přítomných ve všech živých organismech na Zemi. Mezi těmito prvky pak spolu s uhlíkem, kyslíkem a dusíkem patří k těm nejvýznamnějším, protože se podílejí na tvorbě biomolekul – sacharidů, lipidů a proteinů. Proto se také vodík vyskytuje prakticky ve všech sloučeninách tvořících nejvýznamnější surovinu současné energetiky a organické chemie – ropu. Ve srovnání s ropou však při spalování vodíku vzniká vedle značného množství energie pouze ekologicky naprosto nezávadná voda. Komparativně vzato má navíc vodík ze všech konvenčních paliv nejvyšší gravimetrickou hustotu energie: téměř třikrát vyšší než benzín nebo nafta. To je také jeden z důvodů, proč se vodík používá jako palivo pro vesmírné lety. Máme-li k dispozici separovaný vodík, jeho spalování je již ekologicky čisté. Problematickou je však ekologičnost a efektivita jeho výroby. Energeticky nejúčinnějším způsobem výroby vodíku je v současnosti přímá přeměna fosilních paliv, zejména parní transformací, která má účinnost kolem 70 %. Další možností jeho výroby je elektrolýza vody, která dosahuje účinnosti 60–70 %. V tomto případě je výhodná kooperace s jadernou elektrárnou, která v době energetického sedla může vyřešit přebytek nabídky energie právě její investicí do elektrolýzy.
Ekologicky přijatelná výroba dostatečného množství vodíku proto vyžaduje inovativní řešení. Jedním z takových je řada produktů SILYZER od společnosti Siemens. SILYZER představuje inovativní proces výroby vodíku na bázi elektrolýzy pomocí PEM (Proton Exchange Membrane). Pro výrobu vodíku je primárně využívána větrná a sluneční energie, při níž nevzniká žádný CO2. Produktová řada SILYZER umožňuje integrovat nestabilní zdroje energie, jako jsou sluneční svit či vítr, do plně kontrolovatelného výrobně-mobilního procesu. Siemens tak stanovuje normy budoucí udržitelné výroby vodíku – od plánování po uvedení do provozu, včetně servisního konceptu šitého na míru zákaznickým požadavkům. Modulární konstrukce SILYZER 300 dále umožňuje jedinečné využití efektů škálování, čímž se výrazně snižují investiční náklady a rovněž následné výrobní náklady vodíku.
V roce 1800 objevili dva Angličané – chirurg westminsterské nemocnice sir Anthony Carlisle a vodárenský inženýr William Nicholson – elektrolýzu: fyzikálněchemický proces, iniciovaný průchodem stejnosměrného elektrického proudu kapalinou, při kterém dochází k chemickým změnám na elektrodách. Oba muži tento objev učinili právě rozkladem vody na kyslík a vodík. Založili nový obor chemie – elektrochemii. Po mnoho desetiletí byla elektrolýza vody standardní metodou výroby vodíku a francouzského spisovatele Julesa Verna přivedla k přesvědčení, jež v roce 1874 vyjádřil v románu Tajuplný ostrov: „Voda bude uhlí budoucnosti.“
Obrovský potenciál elektrolýzy PEM pro energetický průmysl poprvé se svými kolegy rozpoznal již v roce 1973 J. H. Russell. Nový systém SILYZER však posouvá prostřednictvím technologie PEM možnosti využití elektrolýzy opět o krok dále. Specifickou vlastností této technologie je to, že membrána je propustná pro protony, ale nikoli již pro plyny, jako je vodík nebo kyslík. Membrána tak má funkci separátoru. Na přední a zadní straně membrány jsou elektrody, které jsou připojeny ke kladnému a zápornému pólu zdroje napětí. To způsobuje rozklad vody na kyslík, ionty vodíku a volné elektrony, přičemž membránou mohou procházet pouze ionty. Po průchodu se spojí s volnými elektrony a vytvoří vodík. SILYZER je díky ní schopen zachycovat stále větší množství energie větrného nebo slunečního původu, takže ji lze transformovat a využívat podle potřeby. Vodík získaný tímto způsobem lze použít v průmyslu, v palivových článcích a pro pozdější přeměnu na elektřinu. Předností technologie PEM je, že na rozdíl od tradiční alkalické elektrolýzy je vysoce dynamická, a tudíž ideální pro sběr proměnlivé sluneční či větrné energie. Flexibilní a dynamická systémová řešení SILYZER umožňují vysokou míru optimalizace při konfiguraci – zcela podle požadavků zákazníka. Samozřejmostí je široké portfolio doprovodných služeb sahajících od základních údržbářských činností až po komplexní servis s využitím nejmodernějších analýz dat. Technologie PEM generace SILYZER se již plně osvědčila u mnoha zákazníků společnosti Siemens v oblastech průmyslu, mobility i energetiky a prokázala svou kvalitu i v řadě interních testů. Mnohaleté výzkumné zkušenosti společnosti Siemens se tak zkoncentrovaly v konceptu SILYZER 300 v konceptu udržitelné energetiky.
Zhruba 90 % z více než 600 miliard m3 vodíku, který se ročně po celém světě vyrobí, spotřebuje průmysl. Vodík je pro průmysl jedním ze základních prvků, slouží jako palivo, aditivum nebo redukční činidlo.Vodík se primárně používá jako základní chemikálie při syntéze amoniaku a dalších hnojiv, jako je močovina, a při syntéze methanolu, různých polymerů a pryskyřice. Dalšími hlavními průmyslovými spotřebiteli vodíku jsou rafinerie, kovoprůmysl, výrobci polovodičů či sklářský a potravinářský průmysl.
VYUŽITÍ VODÍKU V DOPRAVĚ
Elektrifikace mobility je jedním z největších úkolů v procesu globální dekarbonizace. Vodík se může na dekarbonizaci podílet dvěma způsoby. Vozidla vybavená palivovými články mohou vodík využívat přímo. Místo CO2 a NOX produkují pouze vodu. V porovnání s vozidly poháněnými elektrickými bateriemi mají kromě využití v lokální, městské dopravě také potenciál pro meziměstskou dopravu včetně nákladní, a to proto, že mají výrazně větší dojezd. I tankování je v porovnání s dobíjením výrazně kratší, trvá pouze 3 až 5 minut. Nový vodíkový Hyundai Nexo tak například načerpá během pěti minut energie za tři a půl vozu Tesla. Druhý způsob, jak lze vodík energeticky využít, je syntéza uhlovodíků z „udržitelného“ vodíku a uhlíku, vzniklých v oblasti zemědělství a lesnictví. Takto lze dekarbonizovat dokonce i tak palivově náročná odvětví, jakým je letecká nebo lodní doprava.
Do roku 2025 by mělo v ČR vzniknout šest až dvanáct vodíkových čerpacích stanic, na jejichž rozvoj je jen do roku 2020 v rámci operačního programu Doprava připraveno přibližně 200 milionů Kč.
Vypravte se s námi do historie české energetiky, společně ale nahlédneme i do její budoucnosti. Hostem podcastu je Tomáš Hüner, ředitel divize chytré infrastruktury v českém Siemensu, který se oblasti energetiky věnuje již více než 30 let.
Průmyslové metaverzum – nový svět, který zrcadlí a simuluje skutečné stroje, továrny, města, dopravní sítě a ostatní i velmi složité systémy – nabídne svým aktérům interaktivní reprezentace a simulace skutečného světa v reálném čase. V dějinách průmyslu představuje zcela novou kapitolu, kterou začínáme společně psát.
Reprezentativní budova Opery v Dubaji, hlavním městě stejnojmenného emirátu, v sobě skrývá špičková zařízení Siemens, která symbolizují pronikání moderních technologií této společnosti nejenom do exkluzivních koncertních sálů. Jsou také příkladem pro budování inteligentních měst.
Budoucím trendem zemědělství je udržitelné pěstování plodin s méně zdroji a bez použití chemických přípravků. Aby zemědělci mohli vyhovět těmto novým nárokům a požadavkům, musejí úzce spolupracovat s průmyslem, který jim dokáže poskytnout potřebné nástroje. Jak dobře může taková spolupráce fungovat, názorně předvádí FRAVEBOT – robot, který na brněnské rodinné farmě Ráječek monitoruje a sklízí jahody.
