Vodíku se nevyhneme

Energetická soběstačnost a snížení závislosti na ruských fosilních palivech je momentálně prioritou číslo jedna a téma vodíku jakožto jednoho z možných prostředků k dosáhnutí tohoto cíle začíná i na národní úrovni čím dál více rezonovat. Rezonuje ovšem dostatečně?

Evropská unie v reakci na ruskou agresi představila balíček REPowerEU s aktualizovanými cíli v oblasti produkce zeleného vodíku i jeho importu ze třetích zemí. V obou případech stanovuje za cíl 10 milionů tun zeleného vodíku do roku 2030 a výrazně tak navyšuje cíle stanovené v rámci FitFor55.

Akceleraci vývoje včetně cílů REPowerEU reflektuje ve své poslední zprávě z dubna letošního roku i iniciativa European Hydrogen Backbone tvořená 31 operátory přenosových soustav plynu v Evropě. EHB ve zprávě představuje vizi pro panevropskou páteřní vodíkovou infrastrukturu, která by do roku 2030 měla čítat 21 000 km a být schopná přepravit 20 milionů tun vodíku ročně. Již v roce 2021 představila Komise tzv. Plynárenský balíček, na jehož základě bude od roku 2025 na přeshraničních předávacích místech povinná akceptace zemního plynu s příměsí vodíku v objemu až 5 %.

V oblasti mobility bude rozvoj (nejen) vodíkové mobility akcelerovat evropská směrnice o podpoře čistých a energeticky účinných silničních vozidel, která od členských států vyžaduje, aby veřejní zadavatelé a odvětvoví zadavatelé při zadávání zakázek na určitá silniční vozidla zohledňovali energetické a ekologické dopady vozidla po dobu jeho životnosti. Směrnice definuje pro členské země vnitrostátní cíle jako minimální procento čistých vozidel v souhrnu veřejných zakázek v daném členském státě. Z pohledu vodíku je zásadní zejména městská autobusová doprava, kde je pro Českou republiku stanoven do roku 2025 minimální podíl 41 %, z čehož polovinu musí tvořit bezemisní vozidla. Do roku 2030 poté minimální podíl musí činit alespoň 60 %. Dle návrhu nařízení o zavádění infrastruktury pro alternativní paliva budou povinny členské země do roku 2030 pokrýt minimálně transevropské dopravní koridory dostatečným počtem vodíkových plnicích stanic a Česká republika si vzhledem ke své geografické poloze ve středu Evropy a tranzitnímu charakteru nemůže dovolit tenhle závazek ignorovat.

Je evidentní, že význam vodíku a tlak na jeho rozvoj v následujících letech výrazně vzroste, ať už v kontextu energetické bezpečnosti nebo Green Dealu a Česká republika by proto měla být na masivnější nástup vodíku připravena. Vodík nabízí širokou škálu uplatnění od petrochemie a chemie, přes mobilitu a průmysl až po ukládaní přebytků elektrické energie a často je proto vnímán jako univerzální energetické či dekarbonizační řešení. Ne každá aplikace ovšem v současnosti dává z technickoekonomického hlediska smysl a pohled odborníků na problematiku a uplatnění vodíku se často významně liší.

V rámci interní studie jsme se proto rozhodli zmapovat současnou situaci na trhu s vodíkem v České republice a pokusit se odpovědět na otázku, v jaké fázi rozvoje se Česká republika nachází a zda jsme na počátku další velké energetické, tentokrát vodíkové revoluce, anebo sledujeme technologii jejíž použití bude vymezeno jen v rámci velmi omezeného množství aplikací, kde nebude vhodná jiná alternativa. Naším nástrojem bylo důkladné šetření realizované formou hloubkových rozhovorů, které jsme napříč českým trhem realizovali v dubnu 2022. V rámci více než dvou desítek rozhovorů jsme se soustředili na získání relevantních informacích o současných vodíkových projektech, plánech do budoucna včetně forecastu na následující desetiletí, bariér rozvoje a klíčových předpokladů pro akceleraci rozvoje. Výběr respondentů odráží celý vodíkový řetězec od výroby, přes distribuci a konečnou spotřebu až po výrobce samotných technologií.

Technologie jsou připravené, tak kde je vodík?

Již po několika rozhovorech jsme pochopili, že po technologické stránce jsou výroba, uskladnění a přeprava vodíku zcela funkční a na českém trhu působí řada subjektů schopných tuhle část vodíkového řetězce zajistit. Elektrolyzéry nutné pro výrobu zeleného vodíku dnes vyrábí například Linde nebo Siemens Energy, přičemž druhý jmenovaný bude mít od roku 2023 výrobní kapacitu až na 1 GW PEM elektrolyzérů ročně.

V oblasti distribuce platí podobná situace a již dnes existují technologie pro uskladnění a přepravu jak plynného, tak kapalného vodíku. V případě kapaliny lze uvést Chart Ferox s bohatými zkušenostmi z USA. Společnost dnes mj. dokáže zajistit přepravu zkapalněného vodíku prostřednictvím standardizovaného ISO kontejneru, který je vhodný pro přepravu na kamionu, vlaku či lodi, bez nutnosti přečerpání. Tak třeba naopak přepravu vodíku v plynné formě dokáže zajistit ostravská společnost Vítkovice Cylinders, specializující se na vývoj a výrobu tlakových lahví, nádrží, stacionárních a transportních zásobníků všech kategorií. Uskladnění a mobilní přepravu vodíku v plynné i kapalné formě dokáže rovněž zajistit již zmiňovaná společnost Linde. V neposlední řadě je třeba zmínit i společnost Bonett, která je schopna zajistit komplexní pořízení stanice včetně zajištění všech potřebných povolení. Očekáváme, že v krátkodobém horizontu bude mobilní přeprava dominantním způsobem distribuce vodíku, kterou ovšem s nárůstem objemu vodíku nahradí rozsáhlá plynovodní soustava. Ta bude sloužit k distribuci importovaného vodíku ze zahraničí a zároveň umožní vstřikování do přenosové soustavy, čímž významně usnadní přepravu vodíku na velké vzdálenosti. 

Připravenost plynových turbín na spalování vodíku ve směsi se zemním plynem v současnosti testuje Siemens Energy a společnost se zavázala mít všechny typy plynových turbín připraveny na spalování 100% vodíku i jeho směsi se zemním plynem (v libovolném poměru) do roku 2030. Společnost Viessmann již nyní hovoří o připravenosti kogeneračních jednotek i klasických spalovacích kotlů na 30% směs vodíku se zemním plynem a v současnosti testuje plynová topná zařízení a palivové články na spalování čistého vodíku. Z technického hlediska tak zřejmě spalování vodíku ať už v rámci spalovacích turbín nebo topných zařízení nebude pro rozvoj vodíku představovat zásadní překážku.

Využití vodíku v dopravě je po technologické stránce zvládnuté již řadu let a například Škoda Electric disponovala funkčním prototypem vodíkového autobusu již v roce 2010. Na trhu jsou dnes vozidla na vodíkový pohon pro segmenty osobní, veřejné i nákladní dopravy a s rostoucím tlakem na dekarbonizaci dopravy a postupné výstavby veřejných plnicích stanic lze očekávat nárůst těchto vozidel i na českých silnicích.

Z výše uvedeného lze jednoduše podlehnout dojmu, že v České republice je na příchod vodíku téměř vše připraveno a širší adopce vodíku je pouze otázkou času. Situaci ovšem komplikuje jeden zásadní problém, kterým je absence samotného vodíku, respektive toho zeleného. V České republice v současnosti převažuje výroba šedého vodíku zejména v rámci (petro)chemického průmyslu, ať už jde o litvínovský Orlen Unipetrol či ústeckou SPOLCHEMII. Ta nicméně v loňském roce uzavřela smlouvu s ČEZ ESCO na dodávky bezemisní elektřiny a vodík lze nyní klasifikovat jako nízkoemisní. Chemický sektor je v současnosti zároveň největším spotřebitelem vodíku a vyrobený vodík slouží jak pro vnitřní chemické procesy, tak dále k výrobě čpavku či jako doplňkový zdroj tepla.

Produkci zeleného vodíku sice v České republice plánuje celá řada subjektů – Sev.en Energy, C-Energy Planá, Teplárny Brno, Veolia, Solar Global, FOR H2ENERGY, ČEZ – prozatím se ovšem jedná spíše o pilotní projekty s objemem produkce v řádu desítek, maximálně stovek tun zeleného vodíku ročně a zajištěným odběrem v blízkosti výroby. Bariér pro výrobu zeleného vodíku je z pohledu zpovídaných subjektů celá řada, přičemž jednou z hlavních je absence rozvinutého trhu. Rozvoj vodíku naráží na klasický problém slepice/vejce a subjekty na straně výroby i spotřeby momentálně čekají, jak se situace vyvine a připravují se prostřednictvím pilotních aktivit, přičemž v případě růstu poptávky jsou připraveny flexibilně zareagovat.

 
Růstu poptávky ovšem brání druhá zásadní překážka, kterou je vysoká cena (zeleného) vodíku. Do ceny zeleného vodíku se promítají jednak vysoké náklady na pořízení elektrolyzéru a technologie na stláčení a přepravu, ale i variabilní vstup v podobě ceny elektřiny. Cena zeleného vodíku dnes výrazně převyšuje cenu fosilních paliv a projekty bez dotační podpory v současnosti nedávají ekonomický smysl. V případě dotační podpory je dalším problémem absence provozní dotační podpory, která dnes běžně funguje na západě a na potřebě jejího zavedení se shodla většina respondentů. Například v odvětví osobní dopravy je tak vodík v nevýhodě i ve srovnání s tolik proklamovanou elektromobilitou, jejíž ekonomické opodstatnění lze v případě existence investiční podpory díky nízkým provozním nákladům velmi dobře ospravedlnit.

 
Naopak využití vodíku v rámci veřejné dopravy se dle průzkumu jeví jako momentálně nejsnáze uchopitelné a většina avizovaných projektů zahrnovala využití vodíku právě v tomhle sektoru. Řada dopravních podniků plánuje v následujících letech nasazení vodíkových autobusů. Nejdynamičtější přístup lze pozorovat v Ústeckém kraji, kde Dopravní podnik Ústeckého kraje uzavřel smlouvu na dodávku 20 vodíkových autobusů do roku 2030, přičemž dodávky vodíku zajistí ústecká SPOLCHEMIE. Obdobný projekt vzniká v Brně, kde Dopravní podnik a Teplárny Brno podepsaly Memorandum o využití vodíku v dopravě a teplárny budou zeleným vodíkem zásobovat 2 až 3 autobusy městské hromadné dopravy. Právě lokální partnerství a ostrovní charakter jsou společným znakem většiny plánovaných projektů. Většímu nástupu vodíkové mobility bohužel zatím mj. brání absence infrastruktury vodíkových plnicích stanic, což by se mělo postupně začít měnit a například Unipetrol plánuje do roku 2030 uvést do provozu téměř 3 desítky vodíkových stanic. Vlastní iniciativu v tomhle ohledu projevila společnost Solar Global, která v rámci vlastního areálu plánuje produkci zeleného vodíku a výstavbu plnicí stanice pro soukromou flotilu vodíkových automobilů.

Mimo odvětví dopravy vyplynuly z průzkumu jako další možnosti uplatnění postupné nahrazování šedého vodíku v chemickém průmyslu vodíkem nízkouhlíkovým, ale zejména možnost vstřikování zeleného vodíku do plynovodní soustavy. Tahle varianta zajímala hned několik subjektů, pro které za vhodně nastavených podmínek představuje ideální variantu odběru. Přeprava vodíku plynovodní soustavou je ve srovnání s mobilní distribucí nákladově efektivnější a do budoucna bude i vzhledem k projektu European Hydrogen Backbone pro Českou republiku klíčovou formou distribuce.
V rozhovorech byla často zmiňována současná geopolitická situace a rozhovory velmi silně odrážely nestabilní situaci ve vztazích s Ruskem a obavu o ukončení dodávek plynu. Řada subjektů ovšem pracuje s tématem vodíku již delší dobu, což je dáno kombinací faktorů, přičemž tím hlavním je jednoznačně Green Deal. Ambiciózní plány EU na dekarbonizaci ekonomik tlačí podniky k adopci nových nízkoemisních technologií a ty se snaží prostřednictvím pilotních projektů (potažmo výzkumu a vývoje) postupně připravovat.

Chybí jasná vize, ukotvení v legislativě a dostatečná finanční podpora

Jeden z důležitých problémů rozvoje vodíku v České republice, který průzkum odhalil, je absence jasné vize toho, jakou roli bude vodík v budoucnosti mít (akumulace, palivo, blending) a případně jak významná tahle role bude. Subjekty mají často rozdílný pohled na budoucí roli vodíku a vnímají médium buď jako systémovou změnu nebo naopak niche produkt, se kterým bude třeba efektivně nakládat. Budoucí roli vodíku je proto třeba vyjasnit, srozumitelně komunikovat a vodík adekvátně ukotvit v legislativě. Naše šetření prostřednictvím hloubkových rozhovorů ukazuje, že z pohledu technologií rozvoji vodíku v řadě oblastí v zásadě nic nebrání a výzvou tak bude především praktické nasazení technologií do provozu a oblast spolupráce se státní správou.

Dalším krokem by mělo být doplnění investiční podpory i o podporu provozní, podobně jako funguje na západě. Provozní podpora by měla reflektovat ekonomickou stránku projektu, což znamená že by měla postupně klesat a mít jasné časové ohraničení. Zajímavou myšlenkou byl vznik integrované/koncepční dotační podpory, která by pokrývala celý vodíkový řetězec. Dotace by tak nebyla poskytována separátně na jednotlivé části projektu (pořízení elektrolyzéru, stláčení, přeprava, výstavba plnicí stanice), ale komplexně by pokrývala celou soustavu technologií, a to i mezi různými žadateli o podporu (firmami).

V neposlední řadě by dle většiny respondentů mělo dojít k dočasnému upozadění barev vodíku a důraz by měl být kladen především na samotné rozšíření vodíku. Zatímco elektrická energie žádné barvy nemá (resp. příliš je v rámci spotřeby neřešíme) a každý elektromobil je tak vnímán pozitivně nehledě na původ elektrické energie, u vodíku dochází k striktnímu prosazování bezemisního zeleného vodíku. I to v současné době brání masivnějšímu rozvoji vodíkových projektů. Přitom právě zmírnění postoje k méně uhlíkově neutrálním formám vodíku by vedlo k rozvoji celého trhu, poklesu cen technologií a jejich ověření v praxi. Nahrazení šedého vodíku tím bezemisním by pak mohlo být logickým druhým krokem a přechod na vodík by v takovém scénáři mohl být plynulejší a jednodušší pro všechny aktéry.

Měla by vzniknout praktická platforma s cílem masivního rozšíření vodíku v ČR

Zásadním poznatkem plynoucím z realizovaných rozhovorů je současná nepropojenost respondentů, která brání jak vzájemné spolupráci a sdílení poznatků, tak efektivní komunikaci směrem ke státní sféře. Subjekty při realizaci projektů naráží na stejné problémy a společná platforma, které by se účastnili stakeholdeři ze soukromého i státního sektoru, by jim umožnila tyhle problémy vzájemně diskutovat a eskalovat směrem k zákonodárcům. Vznik praktické platformy na národní úrovni, která by dokázala vyvíjet tlak na vyřešení současných nedostatků v legislativě či dotační podpoře, je z našeho pohledu zásadní pro akceleraci rozvoje vodíku v České republice.

Dobrým příkladem funkční spolupráce je Ústecký kraj, kde došlo ke vzniku Vodíkové platformy Ústeckého kraje. Ta umožnila propojení regionálních subjektů (krajských samospráv, firem, výzkumných organizací, …), vzájemnou komunikaci, a především strategický přístup k rozvoji regionálního vodíkového hospodářství, politicky zastřešeného na úrovni krajské samosprávy. Výsledkem vzájemné spolupráce je vznik Vodíkové strategie Ústeckého kraje, uceleného dokumentu zaměřeného na rozvoj krajského vodíkového hospodářství. Strategie definuje důvody pro rozvoj vodíku, výchozí stav, vodíkový potenciál, vizi a konkrétní cíle, které stanovuje napříč vodíkovým řetězcem v různých scénářích a identifikuje klíčové kroky pro jejich splnění. Strategie mj. obsahuje výčet konkrétních vodíkových projektů, jejich vazbu na jednotlivé segmenty vodíkového řetězce a přehled dotačních titulů pro implementaci strategie. V rámci České republiky se prozatím jedná o ojediněle komplexní přístup a měl by sloužit jako příklad dobré praxe nejen pro ostatní kraje, ale i na národní úrovni.

Disclaimer: Zmapování současného stavu rozvoje vodíku v ČR bylo zpracováno pro konkrétního klienta a projekt měl jasně definované zadání, rozsah i časovou kapacitu. Z toho důvodu nemusí uvedené závěry nutně reflektovat všechny oblasti, aktéry či vodíkové projekty v České republice.

Autor: Jakub Stuchlík