Nejnavštěvovanější odborný web
pro stavebnictví a technická zařízení budov

Fakta o klimatu, ale mýty o energetice. Část I: realističnost energetiky založené na vodíku

13.5.2025

Vladimír Dzeverin, architekt

Odborný

Studie Fakt o klimatu slibuje energetickou budoucnost založenou na vodíku, ale realita této technologie zatím za sliby výrazně pokulhává. Dokáže vodík nahradit zemní plyn, nebo jde jen o další neověřenou cestu? Podrobně se podíváme, zda je vodíková energetika v ČR vůbec realistická.

Jak vyrovnávat nestálou výrobu elektřiny z větrných turbín a solárních panelů?

Tato první část trojdílného článku, který rozebírá teze prosazované portálem Fakta o klimatu [1], se věnuje technologickým výzvám spojeným s využitím vodíku ke stabilizaci energetické sítě, zejména technologické připravenosti zeleného vodíku. Fakta o klimatu [1] prosazují zelený vodík jakožto vhodné řešení pro ukládání elektřiny, a tedy i řešení diskordance mezi poptávkou a nabídkou elektřiny z OZE.

Na ekonomické aspekty tohoto řešení se zaměří druhá část článku. V poslední, třetí části se pozornost přesune na srovnání rychlosti implementace OZE ve srovnání s jadernou energetikou.

Vodík: lehký prvek, ale pevný základ?

Obr. 1

Ještě před vítězstvím korejské KHNP v tendru na dostavbu Dukovan vyšla pod patronací Fakt o klimatu [1] studie Cesty k čisté a levné elektřině v roce 2050 [2] s podtitulem Jakou roli v dlouhodobém rozvoji elektroenergetiky hraje rozvoj jaderné energetiky? (dále jenom Studie).

Studie obsahuje řadu vnitřně rozporuplných tvrzení, nepřesně cituje zdroje tykající se odhadu cen vodíku, a především odkazuje na neexistující technologie. Ovšem o všem postupně.

Autoři Studie modelují různé scénáře a docházejí k závěru, že ten vedoucí k nejlevnější ceně elektřiny (dále jen „Scénář“) může být založen na čtyřech hlavních pilířích: slunci, větru a jádru, přičemž čtvrtou složku tvoří řada podpůrných technologií, mezi nimiž figuruje i vodík jakožto úložiště energie. Obrázkem 1 byly výstupy ze Studie posléze prezentovány [3]. Malinký modrozelený čtvereček je právě vodík.

Jak zásadní je vodík pro modelovaný Scénář?

Ve Scénáři se uvádí instalovaný výkon 6,3 GW vodíkových turbín. V období mezi 18:00 19. února a 6:00 20. února by tyto turbíny měly vyprodukovat 36,4 % spotřebované elektřiny v ČR (29,3 % elektřiny vyrobené) [2 str. 23]

Obr. 2 Česko, modelovaný Scénář

Zdánlivě podpůrná technologie vodíku se naopak jeví jako základní kámen celé Studie. Bez vodíku se zkrátka žádný scénář nabízený studií neobejde, a to hlavně v klíčovém zimním období, kde podobných dnů lze očekávat hned několik za sebou. Nakolik je však tento plán technologicky a ekonomicky realistický?

Studie rovněž zkoumá, jak výstavba (až čtyř) nových jaderných reaktorů může ovlivnit náklady na výrobu elektřiny. Dochází k různým závěrům v závislosti na různých předpokladech v jednotlivých scénářích. V modelovaném Scénáři dochází k závěru, že výstavba jednoho, příp. dvou reaktorů, se jeví jako optimální (i když spojená se značnými nejistotami).

V sadě scénářů pojmenovaných jako „Optimální vývoj“ počítají Fakta o klimatu se zásadně nižší cenou elektřiny než v modelovaném Scénáři nezávisle na tom, jestli se postaví čtyři jaderné reaktory, dva anebo žádný. [2 str. 41] Jako optimální se však v tomto scénáři též jeví výstavba dvou reaktorů. V čem se předpoklady obou scénářů liší?

Oba vychází z dřívější studie instituce Ember. „Optimální vývoj“ se v názvosloví Ember nazývá „Technologicky hnanou“ sadou scénářů [2 str. 32], a není divu, jelikož je založena zejména na možnosti výroby energie se zachytáváním uhlíku (v současnosti experimentální) a na výstavbě jaderných elektráren v Evropě [4].

Není tedy nakonec zjevné, jaké parametry Fakta o klimatu ve svém Scénáři kombinují. Pro Česko v modelovaném Scénáři počítají jednak se zachytáváním uhlíku, jednak s 1–2 jadernými bloky, což by spíše odpovídalo „Technologicky hnaným“ scénářům Ember. Není ovšem zcela zjevné, zda počítají s technologiemi zachytávání uhlíku i ve zbytku Evropy.

Vodíkové trubky a generátory, anebo čáry a tečky na mapě?

V poznámkovém aparátu Studie [2 str. 46] se ohledně vodíkových turbín uvádí „pro nedostatek dat je zvolena podobná cena jako pro turbíny na zemní plyn (cena je zvýšena konzervativně – zhruba o 10 %), stejně jako pro špičkovací turbíny s otevřeným cyklem“.

Tedy, je nutno podtrhnout, modelovaný Scénář je založen na technologii natolik málo rozvinuté, že ani nejsou k dispozici referenční náklady na její provoz.

Zpátky k zimním měsícům, které by zřejmě byly obdobím největšího nasazení vodíkových turbín. Co ve zbytku roku? Roční produkce elektřiny se odhaduje na 5700 GWh při instalovaném výkonu 6,3 GW, tedy využitelnost (kapacitní faktor) vodíkových turbín je jenom 11,4 %. Plynová elektrárna má kapacitní faktor často i nad 50 %, tj. zhruba pětkrát více. I kdyby byl tedy MW instalovaného výkonu vodíkové elektrárny srovnatelný s MW instalovaného výkonu plynových elektráren, samotná skutečnost, že vodíkové elektrárny mají kapacitní faktor 11,4 %, znamená přinejmenším pětinásobné náklady na skutečně generovanou elektřinu — neprojeví se to ve zvýšené ceně betonu a oceli, ale v ochotě do podobného projektu investovat a pojišťovat se před ekonomickými riziky. Jinými slovy, odhad navýšení ceny vodíkových turbín oproti plynovým elektrárnám jen o 10 % je zaslepeně optimistický.

K vodíku Studie dále uvádí: „Další rozměr propojování Evropy představuje plynová přenosová soustava, pomocí níž by šlo v budoucnu napříč kontinentem efektivně přepravovat zelený vodík“ [2 str. 34]. A to přesto, že mezinárodní transport vodíku, natožpak transport vodíku napříč kontinentem, je věc dosud nevídaná. Skladování a zpracování vodíku je notoricky náročné; vodík se často uskladňuje pod velkým tlakem, v klasických potrubích uniká a současně způsobuje křehnutí oceli, a také je z požárního hlediska nebezpečnější než zemní plyn. Tyto skutečnosti nejsou ve studii nijak reflektovány.

Za použití speciálních kompresorů lze ve stávajícím potrubí dosáhnout zhruba 90 % energetické kapacity zemního plynu, byť za cenu ztráty desítek procent energetického výnosu [5]. Vyžadovalo by to však investice do vedení pro minimalizaci křehnutí oceli.

Při transportu vodíku ve stávajícím potrubí s minimálními modifikacemi budou náklady a úniky výrazně nižší, ovšem i kapacita potrubí bude zhruba třetinová oproti zemnímu plynu ve stejném potrubí [5].

Kdyby se vodík přimíchával k zemnímu plynu, musel by být transportován stejným směrem jako zemní plyn. Směs s vysokým podílem vodíku navíc není vhodná pro řadu strojů kvůli svým výhřevným charakteristikám.

Jedním z předpokladů vysoké efektivity výroby elektřiny z vodíku je nepřerušovaný provoz elektrolyzérů a totéž se týká i potrubí, pro jehož optimální provoz nejsou zdaleka žádoucí výkyvy v odběrech. V nabízeném modelu se do vodíku ukládají přebytky obnovitelných zdrojů, zdaleka ne bez výkyvů. Tedy se předpokládá, že se přinejmenším sezónně ukládá. Vzhledem k dražšímu transportu jednotky energie vodíku ve srovnání s transportem jednotky energie zemního plynu, jak je popsán výše, se nabízí otázka, proč se místo vodíku nemá transportovat již vyrobená elektřina.

Ponecháme-li ale stranou veškeré technické překážky a nevyřešené otázky, pomůže nám vodík v dekarbonizaci?

Je vodík zcela klimaticky neutrální?

Máme k dispozici jenom hrubé odhady úniků metanu v plynárenské soustavě — právě na jejich základě v současnosti tvrdíme, že nezkapalněný zemní plyn způsobuje skleníkový efekt méně než uhlí. Od roku 2027 se v EU bude započítávat i metan unikající potrubím [6]. Odhady se liší, ale lze tvrdit, že pokud dochází k únikům nad 3,2 % z celkové hmotnosti plynu, jak odhadují už starší studie, zemní plyn by už byl srovnatelný s uhlím [7].

Je nutné poznamenat, že vodík, ačkoliv není skleníkový plyn, zesiluje efekt metanu, ozonu a vodní páry ve stratosféře. Odhad 100letého efektu činí 11,6±2,8násobek CO₂ [8]. Jinými slovy, úniky vodíku vedou k posílení globálního oteplování.

Kombinace vodíku a zemního plynu je možná tou nejhorší kombinací vůbec, neboť přítomnost vodíku snižuje energetickou kapacitu potrubí, a naopak zvyšuje úniky, tedy na jednotku energie bude unikat více metanu a vodíku, než kdyby byly použity separátně. Použití standardního tlaku část těchto hrozeb řeší, avšak energetická kapacita potrubí se nesníží o 10 %, nýbrž přinejmenším o 60 % kapacity stávající [5].

Pro zemní plyn jako takový nabízí Studie technologii CCUS, tj. zachytávání skleníkových plynů s dalším využitím. Tato technologie je však také neověřená, a navíc rovněž neřeší úniky metanu v celé plynárenské soustavě. Ve Studii se zmiňuje i možnost použití biometanu [2 str. 34] rovněž narážející na stejné problémy.

Při spalování vodíku v atmosféře se produkují toxické oxidy dusíku [5] — bude-li se vodík používat jako nástroj dekarbonizace energetiky, měl by být rovněž zajištěn filtračními systémy podobně jako na jiných spalovacích zařízeních, například katalytickými konvertory. Tím spíše při spalování směsi vodíku a zemního plynu.

Vodíková energetika tedy po technologické stránce zatím není připravena k nasazení, vzhledem k unikům problémová z hlediska klimatické krize; dává však alespoň smysl po ekonomické stránce?

Vodíkové elektrárny, anebo čísla v tabulce?

Světová výroba vodíku pomocí elektrolyzérů byla v roce 2024 těsně nad 5 GW s tím, že ve výstavbě či se zajištěným financováním do roku 2030 se nachází o něco více než trojnásobek tohoto čísla [9 str. 67]; valná většina těchto projektů se však nebude týkat výroby elektřiny z vodíku [9 str. 70]. Vzhledem k tomu, že rozhodování o investici zabere zhruba 3-5 let a dalších 3-5 let pak trvá spuštění [10 odstavec 41], do roku 2030 se kapacita elektrolyzérů pravděpodobně nenavýší. Pro spuštění v roce 2030 získala financování pouhá procenta vodíkových projektů. Jinými slovy, výroba zeleného vodíku v průmyslovém měřítku neexistuje.

Ve Studii se uvádí životnost elektrolyzérů 25 let [2 str. 46] s odkazem na IEA (International Energy Agency). Přitom IEA tento údaj neposkytuje, poskytuje ho Technical Report Ember [11]. Nicméně i tak je tento údaj zavádějící: bez výměn klíčových prvků může typický elektrolyzér fungovat nanejvýš v řádu jednotek let [12]. Navíc je nutno poznamenat, že Studie Fakt o klimatu se explicitně odmítá zabývat dostupností vzácných kovů potřebných zejména pro elektrolyzéry [2 str. 11], přestože nedostatek vzácných prvků na trhu může zásadně prodražit výrobky z nich vyrobené, bude-li vůbec možné je vyrobit. Studie zkrátka nijak nereflektuje nepřipravenost vodíkové energetiky.

Může vodíková energetika narůst, když ne do roku 2030, tak alespoň v letech 2030–2050?

Studie Fakt o klimatu počítá jenom pro potřeby Česka s výkonem 6,6 GW z vodíkových turbín [2 str. 22]. To je více, než co činí současná celosvětová kapacita, a představuje to asi čtvrtinu výkonu, který lze realisticky předpokládat (viz výše) celosvětově v roce 2030. Ve scénáři bez jaderných bloků („Optimální vývoj“) se počítá s 8,4 GW vodíkových elektráren [2 str. 52].

Zmíněný scénář je ve studii popsán následovně: „Hledá nákladově optimální cestu, založenou čistě na předvídaných cenách a potenciálu technologií v jednotlivých zemích.“ [2 str. 32]. Jak bylo ovšem demonstrováno výše, v současnosti neexistuje technologické řešení výroby zeleného vodíku pro průmyslové účely, jeho transportu a spalování, problematické je rovněž ukládání vodíku. Většina z výše uvedeného se nachází ve stadiu prototypů.

Zároveň je potřeba poznamenat, že při postupném zvyšování penetrace energetického mixu energií ze slunce a větru, riziko výpadku (hlavně v zimě), o němž byla řeč výše, nastává daleko dříve než do roku 2050. Tedy nejde o rychlost zavadění obnovitelných zdrojů jako takových, ale o rychlost vývoje a následného zavádění nezbytných podpůrných technologií ukládání energie nebo o rychlost odstavování řiditelných zdrojů na fosilní paliva. Studie se nezabývá financemi, potřebnými pro vývoj vodíkových technologií, přestože se ve valné většině jedná o veřejné prostředky.

V druhém díle prozkoumáme cenu vodíku a náklady energetiky s vysokým podílem obnovitelných zdrojů.